Nghiên cứu cô lập depside từ loài địa y Usnea aciculfera tại HCMUTE

• Tác giả: TS. Võ Thị Ngà
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ hóa học & thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu cô lập depside từ địa y Usnea aciculifera
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. MÔ TẢ THỰC VẬT
• 1.2. NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ HOẠT TÍNH SINH HỌC
• 1.3. NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ HÓA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nghiên cứu địa y Usnea aciculifera tại HCMUTE

Nghiên cứu này, được thực hiện tại Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE), tập trung vào việc cô lập depside từ địa y Usnea aciculifera. Đây là một nghiên cứu hóa học hữu cơ quan trọng, đóng góp vào việc làm rõ thành phần hóa học của loài địa y này, vốn chưa được nghiên cứu đầy đủ trước đây. Việc chiết xuất depside từ nguồn tài nguyên thiên nhiên này mở ra tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y học và công nghiệp mỹ phẩm. Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài cấp trường, với sự tham gia của các chuyên gia thuộc Khoa Công nghệ Hóa học & Thực phẩm HCMUTE. Kết quả nghiên cứu mang tính tính mới và sáng tạo, cung cấp thông tin quý giá về hoạt tính sinh học của các depside được cô lập.

1.1 Thu hái và xử lý địa y Usnea aciculifera

Việc thu hái địa y Usnea aciculifera được thực hiện tại Đà Lạt, Lâm Đồng, nơi loài địa y này mọc phổ biến trên cây thông. Mẫu địa y sau khi thu hái được làm sạch, phơi khô và nghiền nhỏ để chuẩn bị cho quá trình chiết xuất. Quy trình này đảm bảo chất lượng mẫu, loại bỏ tạp chất và tối ưu hóa hiệu suất cô lập depside. Các phương pháp chuẩn bị mẫu được mô tả chi tiết, đảm bảo tính khách quan và tái lập được của nghiên cứu. Điều này thể hiện sự cẩn trọng và tuân thủ các nguyên tắc khoa học trong quá trình nghiên cứu. Thu hái địa y là bước đầu tiên, nhưng cũng là bước quan trọng nhất để đảm bảo chất lượng của toàn bộ quá trình nghiên cứu. Báo cáo đã trình bày rõ ràng nguồn gốc và phương pháp thu hái, xử lý mẫu. Quản lý địa y cũng được đề cập ngầm hiểu qua việc lựa chọn địa điểm thu hái và phương pháp bảo quản mẫu.

1.2 Phương pháp cô lập và phân tích depside

Nghiên cứu sử dụng phương pháp trích ly ngâm dầm bằng methanol ở nhiệt độ phòng, kết hợp với các kỹ thuật sắc ký cột pha thường và sắc ký lớp mỏng điều chế để cô lập depside. Các phương pháp này được chọn lựa dựa trên tính hiệu quả và phù hợp với đặc tính của địa y Usnea aciculifera. Phương pháp cô lập depside được mô tả rõ ràng, bao gồm các điều kiện phản ứng, thời gian và các bước thực hiện. Việc sử dụng các kỹ thuật sắc ký hiện đại đảm bảo độ tinh khiết cao của các hợp chất được cô lập. Phân tích depside được tiến hành bằng các phương pháp phổ hiện đại như HR–ESI–MS, 1D và 2D–NMR. Các dữ liệu phổ được phân tích chi tiết, giúp xác định cấu trúc hóa học chính xác của các hợp chất depside. Cơ sở dữ liệu depside được tham khảo để đối chiếu và xác nhận kết quả phân tích. So sánh depside từ các nguồn khác nhau cũng được xem xét, góp phần hoàn thiện bức tranh về sự đa dạng hóa học của loài địa y này.

1.3 Xác định cấu trúc và hoạt tính sinh học depside

Kết quả nghiên cứu đã cô lập được bốn hợp chất depside tinh khiết, bao gồm barbatinic acid (US-12), diffractaic acid (US-08), aciculiferin A (US-09) và atranorin (US-03). Trong đó, aciculiferin A (US-09) được báo cáo là hợp chất mới được phát hiện trong tự nhiên. Xác định cấu trúc hóa học của các depside được thực hiện dựa trên phân tích dữ liệu phổ HR–ESI–MS, 1D và 2D–NMR, và so sánh với các tài liệu tham khảo. Hoạt tính sinh học depside, cụ thể là hoạt tính gây độc tế bào, đã được đánh giá trên ba dòng tế bào ung thư: HeLa (ung thư cổ tử cung), MCF–7 (ung thư vú) và NCI–H460 (ung thư phổi). Barbatinic acid (US-12), diffractaic acid (US-08), và aciculiferin A (US-09) đều thể hiện hoạt tính ức chế tế bào ung thư ở mức độ khác nhau, mở ra tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư. Đặc tính depside được nhấn mạnh qua việc phân tích chi tiết cấu trúc và hoạt tính sinh học.

1.4 Ứng dụng và triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc làm rõ thành phần hóa học của địa y Usnea aciculifera và chi Usnea nói chung. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí quốc tế Natural Product Communications, góp phần chia sẻ kiến thức với cộng đồng khoa học quốc tế. Việc phát hiện các depside có hoạt tính sinh học mạnh mẽ mở ra hướng nghiên cứu mới về tổng hợp các hợp chất depside có hoạt tính sinh học cao hơn. Ứng dụng depside trong y học là một hướng đi đầy tiềm năng, cần được nghiên cứu sâu hơn. Ứng dụng depside trong mỹ phẩm cũng là một lĩnh vực đáng được xem xét. Tài liệu nghiên cứu địa y cần được bổ sung để hỗ trợ cho các nghiên cứu tương lai. Nghiên cứu khoa học HCMUTE đã chứng minh năng lực nghiên cứu và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực hóa học tự nhiên.

Tổng quan nghiên cứu

Địa y là nhóm thực vật bậc thấp có khả năng sống trong nhiều điều kiện môi trường khắc nghiệt, đồng thời chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn, kháng virus, chống oxy hóa và kháng ung thư. Trong số đó, nhóm hợp chất depside được xem là thành phần hóa học đặc trưng và có tiềm năng ứng dụng dược liệu. Loài địa y Usnea aciculifera phân bố chủ yếu ở vùng cận nhiệt đới và ôn đới thấp như Nepal, Trung Quốc, Nhật Bản, và tại Việt Nam mọc phổ biến trên cây thông ở cao nguyên Lâm Đồng. Tuy nhiên, trước nghiên cứu này, chưa có công trình nào khảo sát thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của loài địa y này.

Mục tiêu nghiên cứu là trích ly, cô lập và xác định cấu trúc hóa học của 4 hợp chất depside từ loài Usnea aciculifera, đồng thời đánh giá hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng ung thư phổ biến gồm HeLa (ung thư cổ tử cung), MCF-7 (ung thư vú) và NCI-H460 (ung thư phổi). Nghiên cứu được thực hiện trong 12 tháng từ tháng 10/2014 đến tháng 10/2015 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu không chỉ bổ sung thông tin về thành phần hóa học của loài Usnea aciculifera mà còn mở ra hướng phát triển nguồn dược liệu tiềm năng với hàm lượng cao của hợp chất diffractaic acid (khoảng 1.5% so với nguyên liệu khô). Các chỉ số hoạt tính sinh học của các depside cô lập được góp phần quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm chống ung thư từ thiên nhiên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về hóa học tự nhiên và hoạt tính sinh học của các hợp chất depside trong địa y. Các khái niệm chính bao gồm:

• Depside: Hợp chất phenolic đa vòng, đặc trưng trong địa y, có hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn, chống oxy hóa và kháng ung thư.
• Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Phương pháp xác định cấu trúc hóa học bằng phổ 1D và 2D, giúp xác định vị trí các nhóm chức và cấu trúc phân tử.
• Khối phổ HR-ESI-MS: Phân tích khối lượng phân tử chính xác, hỗ trợ xác định công thức phân tử và cấu trúc hợp chất.
• Hoạt tính gây độc tế bào (cytotoxicity): Đánh giá khả năng ức chế sự phát triển của các dòng tế bào ung thư, sử dụng phương pháp Sulforhodamine B (SRB).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn nguyên liệu là địa y Usnea aciculifera thu hái tại tỉnh Lâm Đồng trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 9 năm 2011. Mẫu được xác định khoa học và lưu giữ tại Bộ môn Hóa hữu cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước:

• Trích ly: Sử dụng methanol ở nhiệt độ phòng để chiết xuất các hợp chất từ bột địa y khô (1500 g), thu được cao methanol thô khoảng 400 g.
• Cô lập hợp chất: Áp dụng các kỹ thuật sắc ký cột silica gel, sắc ký lớp mỏng (TLC) và sắc ký lớp mỏng điều chế để phân tách và tinh chế các hợp chất depside.
• Xác định cấu trúc: Phân tích phổ 1D và 2D NMR (1H, 13C, COSY, HSQC, HMBC), phổ khối HR-ESI-MS và phổ FT-IR để xác định cấu trúc hóa học của 4 hợp chất cô lập.
• Đánh giá hoạt tính sinh học: Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào trên 3 dòng ung thư HeLa, MCF-7 và NCI-H460 bằng phương pháp SRB tại nồng độ 100 μg/mL.

Cỡ mẫu nghiên cứu là 4 hợp chất depside tinh khiết được cô lập từ cao methanol. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu đại diện từ cao methanol phân đoạn sắc ký. Phân tích dữ liệu dựa trên so sánh phổ với tài liệu tham khảo và đánh giá phần trăm ức chế tế bào ung thư.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cô lập và xác định cấu trúc 4 hợp chất depside: Bao gồm barbatinic acid (US-12), diffractaic acid (US-08), aciculiferin A (US-09) và atranorin (US-03). Trong đó, barbatinic acid và diffractaic acid lần đầu tiên được phát hiện trong chi Usnea, còn aciculiferin A là hợp chất mới được cô lập lần đầu tiên trong tự nhiên.

2. Hàm lượng cao của diffractaic acid: Khoảng 1.5% so với nguyên liệu khô, cho thấy tiềm năng khai thác làm nguồn dược liệu quý.

3. Hoạt tính gây độc tế bào ung thư:

   • Diffractaic acid (US-08) thể hiện hoạt tính mạnh với mức ức chế tế bào MCF-7 đạt gần 48%.
   • Aciculiferin A (US-09) có hoạt tính tốt, ức chế các dòng tế bào ung thư ở mức độ từ vừa đến mạnh.
   • Barbatinic acid (US-12) có hoạt tính vừa phải. So sánh với thuốc chuẩn camptothecin, các hợp chất này cho thấy tiềm năng phát triển thuốc chống ung thư tự nhiên.

4. Phân tích phổ NMR và HR-ESI-MS: Các dữ liệu phổ cho thấy sự tương đồng cao với các hợp chất tham khảo, xác nhận cấu trúc hóa học chính xác của các depside.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy nhóm depside là thành phần hóa học đặc trưng và có hoạt tính sinh học quan trọng trong loài Usnea aciculifera. Hàm lượng cao của diffractaic acid cùng với hoạt tính ức chế tế bào ung thư mạnh mẽ mở ra hướng phát triển nguồn dược liệu thiên nhiên có giá trị. So với các nghiên cứu trước đây trên các loài Usnea khác, việc phát hiện aciculiferin A là bước tiến mới, cung cấp hợp chất sinh học tiềm năng chưa được biết đến.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện phần trăm ức chế tế bào ung thư của từng hợp chất trên các dòng tế bào, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả sinh học. Bảng so sánh phổ NMR cũng hỗ trợ minh chứng cho tính chính xác của cấu trúc hóa học.

Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về hoạt tính sinh học của depside trong địa y, đồng thời góp phần làm sáng tỏ thành phần hóa học của loài Usnea aciculifera tại Việt Nam, tạo nền tảng cho nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng nghiên cứu cô lập và thử nghiệm hoạt tính sinh học nhóm depsidone: Đây là nhóm dẫn xuất từ depside có nhiều hoạt tính sinh học tiềm năng, nên được ưu tiên nghiên cứu trong vòng 2 năm tới bởi các viện nghiên cứu hóa dược.

2. Phát triển quy trình chiết xuất và tinh chế quy mô lớn: Tối ưu hóa phương pháp trích ly và sắc ký để nâng cao hiệu suất thu hồi các hợp chất depside, nhằm phục vụ sản xuất dược liệu trong 3 năm tới, do các doanh nghiệp dược liệu thực hiện.

3. Nghiên cứu cơ chế tác động sinh học của các depside: Thực hiện các thử nghiệm phân tử để làm rõ cơ chế ức chế tế bào ung thư, hỗ trợ phát triển thuốc điều trị, trong vòng 3-5 năm, do các trung tâm nghiên cứu sinh học phân tử đảm nhiệm.

4. Khảo nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng: Tiến hành đánh giá độc tính và hiệu quả trên mô hình động vật, chuẩn bị cho các thử nghiệm lâm sàng, nhằm đưa sản phẩm ra thị trường trong 5-7 năm, phối hợp giữa viện nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa học tự nhiên và dược liệu: Có thể sử dụng dữ liệu cấu trúc hóa học và phương pháp cô lập depside làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học.

2. Chuyên gia phát triển thuốc chống ung thư từ thiên nhiên: Tham khảo kết quả hoạt tính gây độc tế bào để lựa chọn hợp chất tiềm năng phát triển thuốc mới.

3. Doanh nghiệp dược liệu và mỹ phẩm thiên nhiên: Áp dụng quy trình chiết xuất và cô lập depside để phát triển sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, tăng giá trị sản phẩm.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành Hóa học, Dược học, Sinh học phân tử: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo về kỹ thuật phân tích phổ, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực hóa học tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Depside là gì và tại sao quan trọng trong nghiên cứu địa y?
   Depside là hợp chất phenolic đa vòng đặc trưng trong địa y, có nhiều hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, chống oxy hóa và kháng ung thư. Nghiên cứu depside giúp hiểu rõ thành phần hóa học và tiềm năng ứng dụng dược liệu của địa y.

2. Phương pháp cô lập depside trong nghiên cứu này là gì?
   Sử dụng trích ly bằng methanol ở nhiệt độ phòng, sau đó phân tách bằng sắc ký cột silica gel và sắc ký lớp mỏng điều chế để thu được các hợp chất tinh khiết.

3. Hoạt tính gây độc tế bào được đánh giá như thế nào?
   Phương pháp Sulforhodamine B (SRB) được sử dụng để đo khả năng ức chế sự phát triển của các dòng tế bào ung thư HeLa, MCF-7 và NCI-H460 tại nồng độ 100 μg/mL.

4. Hợp chất nào có hoạt tính mạnh nhất trong nghiên cứu?
   Diffractaic acid (US-08) thể hiện hoạt tính mạnh nhất với mức ức chế tế bào ung thư MCF-7 gần 48%, tiếp theo là aciculiferin A (US-09) và barbatinic acid (US-12).

5. Nghiên cứu này có ý nghĩa gì đối với phát triển dược liệu?
   Nghiên cứu cung cấp thông tin về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của loài Usnea aciculifera, mở ra hướng phát triển nguồn dược liệu thiên nhiên tiềm năng để ứng dụng trong điều trị ung thư và các bệnh khác.

Kết luận

• Cô lập thành công 4 hợp chất depside từ loài địa y Usnea aciculifera, trong đó có 1 hợp chất mới lần đầu tiên được phát hiện trong tự nhiên.
• Xác định cấu trúc hóa học chính xác bằng các phương pháp phổ hiện đại như NMR và HR-ESI-MS.
• Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào cho thấy các depside có khả năng ức chế các dòng tế bào ung thư phổ biến với mức độ từ vừa đến mạnh.
• Hàm lượng cao của diffractaic acid (khoảng 1.5%) cho thấy tiềm năng khai thác làm nguồn dược liệu quý.
• Đề xuất nghiên cứu tiếp theo tập trung vào nhóm depsidone và phát triển quy trình ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp dược liệu phối hợp triển khai các đề tài mở rộng, đồng thời thúc đẩy chuyển giao công nghệ và phát triển sản phẩm từ nguồn địa y Usnea aciculifera.