Luận án tiến sĩ nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết và cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ cây nopal opuntia sp được nhập vào việt nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết và cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ cây, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Tạ Thu Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tất Khương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Hoạt Tính Sinh Học Của Cây Nopal (Opuntia Sp.) Trong Việc Hạ Đường Huyết Và Cholesterol
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cây xương rồng Nopal và một số nghiên cứu về chi Opuntia
• 1.2. Đặc điểm thực vật
• 1.3. Thành phần hóa học chính trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia
• 1.4. Hoạt tính sinh học của chi Opuntia
• 1.5. Tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của chi Opuntia
• 1.6. Các hoạt tính sinh học khác của chi Opuntia
• 1.7. Những nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ glucose huyết, hạ cholesterol từ các loài thực vật khác
• 1.8. Bệnh đái tháo đường
• 1.8.1. Định nghĩa, phân loại
• 1.8.2. Tiêu chuẩn bệnh đái tháo đường (ĐTĐ)
• 1.8.3. Tình hình bệnh ĐTĐ và biến chứng của ĐTĐ. Tình hình ĐTĐ trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.8.4. Biến chứng đái tháo đường
• 1.8.5. Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường
• 1.8.5.1. Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 1
• 1.8.5.2. Cơ chế bệnh sinh đái tháo đường type 2
• 1.8.6. Một số đích tác dụng của một số thuốc điều trị ĐTĐ
• 1.8.6.1. Đích tác dụng làm giảm kháng insulin
• 1.8.7. Thuốc điều trị hiện nay. Một số phương pháp nghiên cứu tác dụng hạ glucose huyết
• 1.8.7.1. Mô hình nghiên cứu in vivo
• 1.8.7.2. Các phương pháp gây ĐTĐ trên động vật thực nghiệm
• 1.8.7.3. Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết in vivo
• 1.8.7.4. Các mô hình nghiên cứu in vitro
• 1.9. Bệnh rối loạn lipid máu ở bệnh nhân ĐTĐ. Định nghĩa, phân loại, đặc trưng của rối loạn lipid máu ở bệnh nhân ĐTĐ type 2
• 1.10. Hậu quả của rối loạn chuyển hóa lipid
• 1.11. Mục tiêu điều trị
• 1.12. Điều trị rối loạn lipid máu không dùng thuốc
• 1.13. Điều trị rối loạn lipid máu dùng thuốc
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Nguyên liệu nghiên cứu
• 2.3. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm
• 2.4. Thiết bị thí nghiệm
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Nghiên cứu về thực vật học
• 2.5.1.1. Mô tả đặc điểm hình thái
• 2.5.1.2. Nghiên cứu giải phẫu
• 2.5.2. Nghiên cứu về hóa học
• 2.5.2.1. Phương pháp xác định thành phần dinh dưỡng
• 2.5.2.2. Phương pháp chiết phân đoạn
• 2.5.2.3. Phương pháp định tính
• 2.5.2.4. Phương pháp định lượng polyphenol toàn phần
• 2.5.2.5. Phương pháp phân lập các hợp chất
• 2.5.2.6. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học
• 2.5.3. Nghiên cứu tác dụng sinh học
• 2.5.3.1. Xác định độc tính cấp
• 2.5.3.2. Đánh giá tác dụng hạ glucose huyết
• 2.5.3.3. Phương pháp đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC, ức chế FAS kích thích sự hấp thu glucose
• 2.5.3.4. Phương pháp xử lý số liệu thống kê
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu về thực vật
• 3.1.1. Đặc điểm hình thái thực vật
• 3.1.2. Đặc điểm giải phẫu
• 3.1.2.1. Cấu tạo giải phẫu thân
• 3.1.2.2. Cấu tạo giải phẫu thân rễ
• 3.1.3. Đặc điểm bột
• 3.2. Nghiên cứu về hóa sinh học
• 3.2.1. Đánh giá sơ bộ thành phần dinh dưỡng của 03 giống cây xương rồng Nopal nghiên cứu trồng tại Việt Nam
• 3.2.2. Nghiên cứu độc tính cấp của 03 giống xương rồng Nopal trồng tại Việt Nam. Dịch chiết toàn phần từ 03 giống xương rồng Nopal
• 3.2.3. Kết quả thử độc tính cấp của các cao chiết tổng của 03 giống xương rồng Nopal
• 3.2.4. Nghiên cứu tác dụng hạ đường huyết của 03 giống cây xương rồng Nopal trồng tại Việt Nam
• 3.2.5. Xác định các nhóm chất chính trong giống xương rồng Jalpa. Định tính các nhóm chất trong các cao phân đoạn giống xương rồng Jalpa
• 3.2.6. Định lượng polyphenol toàn phần trong các cao phân đoạn
• 3.2.7. Nghiên cứu tác dụng hạ glucose huyết, hạ cholesterol của giống xương rồng Jalpa trên chuột ĐTĐ type 2
• 3.2.7.1. Gây chuột nhắt ĐTĐ type 2
• 3.2.7.2. Tác dụng hạ đường huyết của các cao chiết phân đoạn trên chuột ĐTĐ type 2
• 3.2.7.3. Tác dụng hạ mỡ máu trên chuột ĐTĐ type 2 của các cao chiết phân đoạn
• 3.2.7.4. Kết quả đánh giá cơ chế tác dụng hạ glucose huyết của các cao chiết phân đoạn thông qua hoạt hóa p-AMPK, p-ACC
• 3.2.8. Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất từ cao phân đoạn PĐE có tác dụng hạ glucose huyết và cholesterol máu tốt nhất
• 3.2.9. Đánh giá tác dụng của 04 hợp chất tinh khiết flavonoid từ phân đoạn dịch chiết ethyl acetat (PĐE) trên p-AMPK và p-ACC
• 3.2.9.1. Xác định độ độc tế bào
• 3.2.9.2. Đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC trên tế bào mô mỡ 3T3-L1 của 4 hợp chất flavonoid
• 3.2.9.3. Tác dụng ức chế FAS theo nồng độ của typhaneosid và astragalin trên tế bào mô mỡ 3T3-L1
• 3.2.9.4. Đánh giá tác dụng kích hoạt p-AMPK, p-ACC trên tế bào mô mỡ 3T3-L1 theo nồng độ của typhaneosid
• 3.2.9.5. Đánh giá tác dụng hoạt hóa AMPK kích thích sự hấp thu glucose của hợp chất typhaneosid theo nồng độ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về cây nopal và chi Opuntia

Cây nopal, thuộc chi Opuntia, là một trong những loài thực vật có giá trị dinh dưỡng cao và được sử dụng rộng rãi trong y học cổ truyền. Đặc điểm thực vật của cây nopal cho thấy nó có khả năng thích nghi tốt với điều kiện khô hạn, làm cho nó trở thành một nguồn thực phẩm quan trọng ở nhiều vùng trên thế giới. Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của cây nopal đã chỉ ra rằng nó có tác dụng tích cực trong việc hạ đường huyết và cholesterol. Các hợp chất sinh học trong cây nopal, như flavonoid và polyphenol, đã được xác định là có khả năng giảm thiểu các chỉ số liên quan đến bệnh tiểu đường và rối loạn lipid máu. Những nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cây nopal có thể làm tăng khả năng hấp thu glucose và giảm kích thước tế bào mô mỡ, từ đó hỗ trợ trong việc điều trị bệnh tiểu đường.

1.1 Đặc điểm thực vật của cây nopal

Cây nopal có nguồn gốc từ Mêxicô và được trồng rộng rãi ở nhiều quốc gia. Cây có khả năng phát triển tốt trong điều kiện khô hạn, với thân và quả có thể ăn được. Các giống cây nopal như Opuntia ficus-indica đã được nghiên cứu và chứng minh có tác dụng hạ glucose huyết. Cây nopal không chỉ là nguồn thực phẩm mà còn có tiềm năng lớn trong việc phát triển dược liệu, nhờ vào các hợp chất sinh học có trong nó.

1.2 Thành phần hóa học chính trong cây nopal

Cây nopal chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe, bao gồm flavonoid, polyphenol và các axit hữu cơ. Những hợp chất này đã được nghiên cứu và chứng minh có tác dụng hạ cholesterol và hạ đường huyết. Nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất như typhaneosid có khả năng hoạt hóa enzym p-AMPK, từ đó giúp cải thiện quá trình chuyển hóa glucose trong cơ thể. Việc xác định thành phần hóa học của cây nopal không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế tác dụng của nó mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các sản phẩm hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường.

II. Tác dụng hạ đường huyết và cholesterol của cây nopal

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây nopal có tác dụng rõ rệt trong việc hạ đường huyết và cholesterol. Các thí nghiệm trên động vật cho thấy rằng việc sử dụng chiết xuất từ cây nopal có thể làm giảm nồng độ glucose trong máu một cách hiệu quả. Cơ chế tác dụng của cây nopal liên quan đến việc kích hoạt các enzym như p-AMPK và p-ACC, giúp cải thiện khả năng hấp thu glucose và giảm tổng hợp lipid. Những kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong việc điều trị bệnh tiểu đường mà còn có thể áp dụng trong việc phòng ngừa các bệnh lý liên quan đến rối loạn lipid máu.

2.1 Tác dụng hạ glucose huyết

Cây nopal đã được chứng minh có khả năng hạ đường huyết thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất trong cây nopal có thể làm tăng hoạt động của protein vận chuyển glucose, từ đó giúp cải thiện khả năng hấp thu glucose vào tế bào. Điều này đặc biệt quan trọng đối với bệnh nhân tiểu đường, khi mà khả năng hấp thu glucose bị suy giảm. Việc sử dụng cây nopal như một phần của chế độ ăn uống có thể giúp kiểm soát nồng độ glucose trong máu một cách hiệu quả.

2.2 Tác dụng hạ cholesterol

Ngoài tác dụng hạ glucose huyết, cây nopal còn có khả năng hạ cholesterol. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng chiết xuất từ cây nopal có thể làm giảm nồng độ cholesterol toàn phần và triglycerid trong máu. Cơ chế tác dụng của cây nopal trong việc giảm cholesterol có thể liên quan đến việc ức chế enzym FAS, từ đó giảm tổng hợp lipid trong cơ thể. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phòng ngừa các bệnh lý tim mạch và cải thiện sức khỏe tổng thể.

III. Giá trị và ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của cây nopal không chỉ có giá trị trong lĩnh vực khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Việc phát triển các sản phẩm từ cây nopal có thể giúp cung cấp giải pháp tự nhiên cho việc điều trị bệnh tiểu đường và rối loạn lipid máu. Các sản phẩm từ cây nopal có thể được sử dụng như thực phẩm chức năng hoặc dược liệu, giúp hỗ trợ điều trị và phòng ngừa các bệnh lý liên quan đến chuyển hóa. Hơn nữa, việc trồng cây nopal cũng có thể góp phần cải thiện môi trường và phát triển kinh tế ở các vùng khô hạn.

3.1 Ứng dụng trong điều trị bệnh tiểu đường

Cây nopal có thể được sử dụng như một phương pháp hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường. Các sản phẩm chiết xuất từ cây nopal có thể giúp kiểm soát nồng độ glucose trong máu, giảm thiểu các biến chứng liên quan đến bệnh tiểu đường. Việc sử dụng cây nopal trong chế độ ăn uống hàng ngày có thể mang lại lợi ích sức khỏe đáng kể cho bệnh nhân tiểu đường.

3.2 Tiềm năng phát triển dược liệu

Nghiên cứu về cây nopal mở ra cơ hội phát triển các sản phẩm dược liệu mới. Các hợp chất sinh học trong cây nopal có thể được chiết xuất và phát triển thành các loại thuốc hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường và rối loạn lipid máu. Điều này không chỉ giúp cải thiện sức khỏe cộng đồng mà còn tạo ra cơ hội kinh tế cho người dân địa phương thông qua việc trồng và chế biến cây nopal.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu của nghiên cứu sinh Tạ Thu Hằng (2018) với đề tài "Nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết và hạ cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ cây Nopal (Opuntia sp.) được nhập vào Việt Nam", thuộc chuyên ngành Hóa sinh học (Mã số: 62420116) tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đặt nền móng tiên phong trong việc đánh giá dược tính phân tử của các giống xương rồng Nopal di thực. Bối cảnh khoa học xuất phát từ áp lực kép: sự bùng nổ của đái tháo đường (ĐTĐ) type 2 và hội chứng chuyển hóa tại Việt Nam – nơi tỷ lệ gia tăng bệnh nhân đạt 211% trong một thập kỷ (cao gấp 3 lần mức trung bình toàn cầu 70%, ước tính chi phí y tế 162,7 USD/người/năm) – cùng bài toán thích ứng biến đổi khí hậu tại 462.000 ha đất cát ven biển khô hạn miền Trung.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi được xác định: Mặc dù chi Opuntia đã được sử dụng theo kinh nghiệm dân gian tại Mexico và nghiên cứu sơ bộ trên thế giới, nhưng chưa từng có công trình nào tại Việt Nam khảo sát toàn diện từ đặc điểm giải phẫu thực vật, thành phần dinh dưỡng, định tính - định lượng polyphenol, phân lập hoạt chất tinh khiết đến cơ chế tác động ở mức độ tế bào và phân tử (p-AMPK, p-ACC, FAS) trên các giống Nopal nhập nội sinh trưởng tại Ninh Thuận.

Hệ thống câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu được xác lập chặt chẽ:

1. RQ1: Giống xương rồng Nopal nào trong số các giống di thực tại Ninh Thuận thể hiện hoạt tính hạ đường huyết và an toàn sinh học cao nhất?
   • H1: Giống xương rồng Jalpa (Opuntia ficus-indica) biểu hiện hoạt tính sinh học vượt trội so với các giống đối chứng nhờ hàm lượng polyphenol và flavonoid cao.
2. RQ2: Phân đoạn chiết nào mang hoạt tính hạ glucose và cải thiện lipid máu tối ưu in vivo?
   • H2: Cao phân đoạn ethyl acetat (PĐE) chứa các hợp chất phân cực trung bình có khả năng kích hoạt trục enzym điều hòa chuyển hóa mạnh nhất.
3. RQ3: Hợp chất tinh khiết nào đóng vai trò chất chủ vận (agonist) kích hoạt con đường tín hiệu AMPK/ACC và ức chế tổng hợp acid béo in vitro?
   • H3: Các glycosid flavonoid đặc hiệu, điển hình là typhaneosid, kích thích dịch chuyển GLUT4 và gia tăng dung nạp glucose thông qua phosphoryl hóa AMPK (Thr172) và ACC (Ser79).

Khung lý thuyết vận dụng Thuyết điều hòa cảm biến năng lượng tế bào AMPK (Hardie, 1999) và Chu trình Glucose - Acid béo Randle (Randle et al., 1963). Phạm vi nghiên cứu bao quát 03 giống Nopal di thực từ Mexico trồng tại Ninh Thuận, thực nghiệm in vivo trên chuột nhắt trắng gây ĐTĐ type 2 bằng chế độ ăn giàu chất béo (HFD) kết hợp tiêm Streptozotocin (STZ), cùng mô hình tế bào mỡ 3T3-L1 in vitro. Công trình đạt đột phá khi lần đầu tiên phân lập và chứng minh hoạt chất typhaneosid có khả năng kích hoạt p-AMPK, p-ACC và ức chế enzyme FAS, mở ra hướng phát triển dược phẩm sinh học giá trị cao từ nguồn nguyên liệu thích ứng khô hạn.

Literature Review và Positioning

Tổng quan y văn quốc tế cho thấy chi Opuntia (họ Cactaceae) gồm hơn 1.500 loài, trong đó Opuntia ficus-indica được khai thác phổ biến nhất tại Mexico (chiếm 70% trong 590.000 ha toàn cầu, năng suất đạt 350 tấn/ha) và vùng Địa Trung Hải. Nghiên cứu thực vật học và hóa thực vật xác định thân và quả Nopal chứa nguồn polyphenol dồi dào, bao gồm acid phenolic (gallic, ferulic, coumaric) và flavonoid (rutin, nicotiflorin, narcissin lên tới 137,1–146,5 mg/100g tươi).

Trong cơ chế hạ đường huyết và lipid máu, y văn tồn tại hai luồng quan điểm đối thoại:

• Luồng quan điểm hóa - lý thực thể (Physical-Chemical Barrier): Tác giả Lopez et al. (2013) tại Mexico chứng minh chất xơ hòa tan và chất nhầy mucilage từ bột nhánh Nopal non và trưởng thành (liều 50 mg/kg thể trọng) làm giảm glucose huyết sau ăn tương ứng 23,6% và 46,0% (p < 0,05) nhờ cơ chế tạo gel pectin cản trở enzyme α-glucosidase và làm chậm hấp thu carbohydrate tại ruột non non.
• Luồng quan điểm dẫn truyền tín hiệu phân tử (Molecular Signaling): Leem et al. khi nghiên cứu Opuntia ficus-indica var. saboten (OFS) tại Hàn Quốc (liều 1–2 g/kg) khẳng định cao chiết kích hoạt p38 MAPK và phosphoryl hóa AMPK, kích thích sự dịch chuyển protein vận chuyển glucose 4 (GLUT4) ra màng tế bào cơ vân L6 độc lập với insulin. Đồng quan điểm, Rodríguez et al. chỉ ra dịch chiết giàu isorhamnetin glycoside (0,3% – 0,6% khẩu phần) trên chuột C57BL/6 kích thích PPARγ, tăng IRS1 Tyr608 ở gan và giảm kích thước tế bào mỡ.

Vị trí của luận án được xác lập tại điểm giao thoa còn bỏ ngỏ: các nghiên cứu quốc tế của Lopez et al. hay Leem et al. chủ yếu dừng lại ở cao chiết tổng thô hoặc hỗn hợp isorhamnetin chung chung mà chưa phân tách đơn chất tinh khiết để kiểm chứng đích danh hoạt tính lên trục AMPK-ACC-FAS trên dòng tế bào mô mỡ 3T3-L1. Bằng việc phân lập 08 hợp chất cụ thể từ giống Jalpa trồng tại Việt Nam, luận án đã làm sáng tỏ cấu trúc hóa sinh và khẳng định vai trò của typhaneosid, vượt lên trên các phát hiện mô tả hiện tượng thuần túy trước đó.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đóng góp sâu sắc vào hệ thống lý thuyết Hóa sinh Y - Dược thông qua việc mở rộng Chu trình Randle (Glucose-Fatty Acid Cycle) và Thuyết tín hiệu chuyển hóa qua trung gian AMPK (Hardie, 1999):

1. Minh định cơ chế hóa sinh giải tỏa đề kháng insulin: Luận án chứng minh rằng việc ức chế enzyme Fatty Acid Synthase (FAS) kết hợp kích hoạt AMPK làm giảm nồng độ acid béo tự do (FFA) và diacylglycerol (DAG) nội bào. Điều này ngăn chặn sự phosphoryl hóa serine bất thường trên cơ chất thụ thể insulin 1 (IRS-1), phục hồi con đường PI3K/Akt và giải phóng kênh vận chuyển GLUT4.
2. Xác lập mô hình tương tác phân tử (Propositions):
   • Mệnh đề 1: Nhóm flavonoid glycoside có gốc isorhamnetin (typhaneosid, narcissosid) thể hiện ái lực cao hơn đối với miền điều hòa dị lập thể của phức hợp kinase AMPK so với các dẫn xuất aglycon tự do.
   • Mệnh đề 2: Sự phosphoryl hóa đồng thời của AMPK tại Thr172 và acetyl-CoA carboxylase tại Ser79 đóng vai trò công tắc sinh học kép: vừa kích thích dị hóa glucose, vừa phong tỏa tổng hợp malonyl-CoA, thúc đẩy quá trình β-oxy hóa chất béo qua kênh CPT-1.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp đa tầng từ Hóa thực vật học (Phytochemistry), Dược lý học thực nghiệm in vivo (Experimental Pharmacology) đến Sinh học phân tử in vitro (Cellular & Molecular Biology).

                                KHUNG PHÂN TÍCH ĐA TẦNG CỦA LUẬN ÁN
                                

Điểm độc đáo nằm ở quy trình sàng lọc gián đoạn có định hướng sinh học (Bioassay-guided fractionation): Chiết xuất phân đoạn (n-hexan, ethyl acetat, nước) $\rightarrow$ Khảo sát in vivo định hướng phân đoạn hoạt tính cao nhất (PĐE) $\rightarrow$ Phân lập đơn chất bằng sắc ký cột $\rightarrow$ Giải mã cấu trúc phổ (1H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC, MS) $\rightarrow$ Đánh giá tác động phân tử trên dòng tế bào 3T3-L1. Điều kiện biên (boundary conditions) được xác định rõ: cơ chế điều hòa tập trung vào tế bào mô mỡ và mô cơ, phụ thuộc vào nồng độ không gây độc tế bào ($IC_{50} > 100\ \mu\text{g/mL}$).

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án theo đuổi thế giới quan thực chứng (Positivism) với phương pháp suy diễn thực nghiệm chuẩn mực của khoa học y sinh hiện đại. Nghiên cứu kết hợp thiết kế đa cấp độ (Multi-level design):

• Cấp độ thực vật học: Mô tả hình thái, cấu tạo giải phẫu thân, thân rễ và đặc điểm bột của 03 giống xương rồng Nopal nhập nội trồng tại Ninh Thuận.
• Cấp độ cơ thể sống (in vivo): Đánh giá độc tính cấp ($LD_{50}$) theo phương pháp Litchfield - Wilcoxon và thử nghiệm dược lý trên chuột nhắt trắng chủng Swiss (trọng lượng 18–22g).
• Cấp độ tế bào và phân tử (in vitro): Nuôi cấy dòng tế bào tiền mô mỡ 3T3-L1 trong môi trường DMEM tiêu chuẩn.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình nghiên cứu tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt:

1. Thu mẫu và chiết tách: Mẫu thân Nopal 1 năm tuổi tươi thu hoạch tại Ninh Thuận, loại bỏ gai, sấy khô, nghiền bột. Chiết kiệt bằng ethanol 70% thu cao chiết tổng (CCT). Tiến hành chiết phân bố lỏng - lỏng phân đoạn với các dung môi có độ phân cực tăng dần: n-hexan (PĐH), ethyl acetat (PĐE) và nước (PĐN).
2. Định lượng và phân lập: Định lượng polyphenol toàn phần bằng phương pháp Folin - Ciocalteu (chuẩn acid gallic, đo quang phổ kế UV-Vis tại bước sóng $\lambda = 765\text{ nm}$). Phân lập hợp chất trên cột sắc ký silica gel pha thường và pha đảo (RP-18), phân tích cấu trúc trên máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker AVANCE 500 MHz ($^1\text{H}$-NMR, $^{13}\text{C}$-NMR, HSQC, HMBC) và phổ khối lượng MS.
3. Mô hình bệnh lý in vivo: Gây đái tháo đường type 2 trên chuột bằng chế độ ăn giàu chất béo (HFD - 45% kcal từ mỡ) kéo dài 8 tuần nhằm gây béo phì và kháng insulin, sau đó tiêm phúc mạc liều đơn Streptozotocin (STZ, liều thấp 45 mg/kg thể trọng) để phá hủy chọn lọc một phần tế bào $\beta$ đảo tụy. Chuột được coi là ĐTĐ khi đường huyết lúc đói $\ge 11,1\text{ mmol/L}$ sau 72 giờ.
4. Thử nghiệm in vitro: Tế bào 3T3-L1 được kích thích biệt hóa thành tế bào mỡ trưởng thành. Đánh giá độ sống tế bào qua thử nghiệm khử muối tetrazolium (MTT assay). Biểu hiện protein p-AMPK (phosphoryl hóa Thr172) và p-ACC (phosphoryl hóa Ser79) được định lượng bằng kỹ thuật ELISA và Western Blot. Đo hoạt tính enzym FAS dựa trên tốc độ oxy hóa NADPH tại bước sóng 340 nm.

Data và phân tích

Số liệu thu thập từ các lô thực nghiệm ($n = 8 - 10$ động vật/nhóm) được phân tích thống kê trên phần mềm SPSS 20.0 và GraphPad Prism 6.0. Các biến số liên tục được biểu diễn dưới dạng Mean $\pm$ SD (Độ lệch chuẩn). Phép kiểm One-way ANOVA và Duncan test được áp dụng để so sánh sự khác biệt giữa các nhóm, với ngưỡng ý nghĩa thống kê xác lập tại $p < 0,05$ và $p < 0,01$. Độ tin cậy phương pháp phân tích quang phổ đạt $R^2 > 0,999$ đối với các đường chuẩn acid gallic.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Luận án mang lại 5 phát hiện mang tính bước ngoặt cho ngành Hóa sinh - Dược liệu:

1. Sàng lọc giống ưu việt và an toàn tuyệt đối: Trong 03 giống Nopal khảo sát, giống Jalpa có hàm lượng dinh dưỡng và polyphenol cao nhất (tro 14,2%, protein 6,8%, polyphenol 42,35 mg GAE/g cao khô). Thử nghiệm độc tính cấp đường uống của CCT trên chuột nhắt trắng ở liều tối đa có thể cho uống ($D_{\max} = 15.000\text{ mg/kg}$ thể trọng) không gây chết bất kỳ cá thể nào, chứng minh Nopal trồng tại Việt Nam thuộc nhóm thực vật an toàn, không độc hại.
2. Hiệu năng vượt trội của phân đoạn Ethyl Acetat (PĐE): Trên mô hình chuột ĐTĐ type 2 sau 20 ngày điều trị, cao phân đoạn PĐE (liều 200 mg/kg/ngày) thể hiện hoạt tính hạ đường huyết mạnh nhất: giảm nồng độ glucose máu từ $16,85 \pm 1,12\text{ mmol/L}$ xuống $8,42 \pm 0,65\text{ mmol/L}$ (giảm 50,03%, $p < 0,01$), tương đương thuốc đối chứng Metformin (giảm 52,14%).
3. Phục hồi toàn diện bilan lipid huyết thanh: Cao PĐE giống Jalpa thể hiện khả năng tái cấu trúc chuyển hóa lipid xuất sắc trên chuột ĐTĐ: giảm Cholesterol toàn phần 38,4% ($p < 0,01$), giảm Triglycerid 44,2% ($p < 0,01$), giảm LDL-c 41,7% ($p < 0,05$), đồng thời gia tăng nồng độ HDL-c có lợi lên 35,6% ($p < 0,05$) so với nhóm chứng bệnh lý.
4. Phân lập và định danh 08 hợp chất tinh khiết: Từ phân đoạn PĐE, lần đầu tiên phân lập và xác định cấu trúc hóa học của 08 hợp chất gồm:
   • OF1: $\beta$-sitosterol 3-O-$\beta$-D-glucopyranosid
   • OF2: astragalin (kaempferol 3-O-glucoside)
   • OF3: acid ferulic
   • OF3.1: acid gallic
   • OF4: rutin
   • OF5: narcissosid (isorhamnetin 3-O-rutinoside)
   • OF6: typhaneosid (isorhamnetin 3-O-neohesperidoside)
   • OF7: hợp chất đường oligosaccharid
5. Khám phá cơ chế phân tử của Typhaneosid: Trong 04 flavonoid tinh khiết thử nghiệm in vitro trên tế bào mỡ 3T3-L1, typhaneosid (OF6) và astragalin (OF2) không gây độc tế bào ở nồng độ khảo sát ($0 - 50\ \mu\text{M}$). Đáng chú ý, typhaneosid thể hiện hoạt tính kích hoạt phosphoryl hóa p-AMPK (Thr172) tăng 2,4 lần và p-ACC (Ser79) tăng 2,1 lần theo đáp ứng phụ thuộc liều ($10 - 40\ \mu\text{M}$), đồng thời ức chế enzym FAS với giá trị $IC_{50} = 28,4\ \mu\text{M}$, từ đó thúc đẩy tăng hấp thu glucose ngoại vi lên 68% so với đối chứng.

                      CƠ CHẾ PHÂN TỬ CỦA HOẠT CHẤT TYPHANEOSID (OF6)
                      

Implications đa chiều

• Về lý thuyết y sinh: Bổ sung bằng chứng thực nghiệm vững chắc xác nhận isorhamnetin glycoside là nhóm chất tự nhiên có khả năng tác động đa đích (multi-target ligands), vừa điều hòa cân bằng năng lượng qua AMPK vừa can thiệp vào sinh tổng hợp lipid qua FAS.
• Về phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình tích hợp từ chiết tách phân đoạn định hướng hoạt tính đến kiểm chứng cơ chế tế bào áp dụng hiệu quả cho nghiên cứu hóa thực vật tại Việt Nam.
• Về ứng dụng thực tiễn: Tạo cơ sở khoa học để Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng và các doanh nghiệp dược phẩm phát triển thực phẩm bảo vệ sức khỏe, trà hòa tan hoặc viên nang chuẩn hóa hàm lượng typhaneosid/narcissosid hỗ trợ điều trị đái tháo đường và mỡ máu.
• Về chính sách và kinh tế - xã hội: Cung cấp luận cứ chuyển đổi cơ cấu cây trồng tại các vùng đất cát hoang hóa, khô hạn ven biển miền Trung (Ninh Thuận, Bình Thuận), nâng cao sinh kế nông hộ và phủ xanh chống sa mạc hóa cát bay.

Limitations và Future Research

Nghiên cứu thể hiện tính khách quan học thuật khi thẳng thắn thừa nhận các giới hạn:

1. Giới hạn mô hình tế bào đơn lẻ: Thử nghiệm cơ chế in vitro mới chỉ thực hiện trên dòng tế bào mỡ 3T3-L1, chưa tiến hành đối chiếu song song trên dòng tế bào cơ vân L6/C2C12 và tế bào gan HepG2 để bao quát toàn diện các mô đích nhạy cảm insulin.
2. Thiếu vắng dữ liệu Dược động học (PK/PD): Chưa đánh giá sinh khả dụng đường uống, thời gian bán thải ($T_{1/2}$) và sự chuyển hóa vi sinh đường ruột đối với phân tử cồng kềnh như typhaneosid.
3. Quy mô vùng nguyên liệu: Mẫu nghiên cứu thu thập tập trung tại tỉnh Ninh Thuận; biến thiên hàm lượng hoạt chất theo mùa vụ, độ tuổi thu hoạch và các vùng sinh thái thổ nhưỡng khác chưa được định lượng dài hạn.

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Agenda):

• Triển khai thử nghiệm độc tính bán trường diễn và độc tính di truyền của cao phân đoạn PĐE chuẩn hóa.
• Ứng dụng kỹ thuật Docking phân tử (Molecular Docking) và Mô phỏng động lực học phân tử (MD Simulation) để làm rõ vị trí liên kết dị lập thể giữa typhaneosid với tiểu đơn vị $\alpha/\beta/\gamma$ của AMPK.
• Khởi động thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên có đối chứng (RCT) giai đoạn I/II trên bệnh nhân tiền đái tháo đường và rối loạn lipid máu.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án của NCS. Tạ Thu Hằng tạo ra hiệu ứng lan tỏa mạnh mẽ:

• Ảnh hưởng học thuật: Là công trình gốc (milestone study) tại Việt Nam về sinh hóa học cây Opuntia, cung cấp bộ dữ liệu phổ chuẩn NMR/MS của 08 hợp chất tinh khiết làm đối bản tham chiếu cho các công trình nghiên cứu hợp chất tự nhiên sau này.
• Chuyển đổi công nghiệp Dược liệu: Mở đường cho ngành công nghiệp chiết xuất dược liệu trong nước tận dụng nguồn sinh khối Nopal dồi dào, giảm phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa dược nhập khẩu.
• Hiệu quả môi trường và xã hội: Hỗ trợ quy hoạch phát triển bền vững 462.000 ha đất cát ven biển miền Trung, biến vùng đất khô hạn cằn cỗi thành vùng nguyên liệu sinh dược học giá trị kinh tế cao, thúc đẩy mô hình nông nghiệp công nghệ cao thích ứng biến đổi khí hậu.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học thuật Hóa sinh - Dược học: Tiếp cận phương pháp luận phân lập định hướng hoạt tính sinh học và dữ liệu phân tử về cơ chế kích hoạt trục tín hiệu AMPK-ACC-FAS.
• Doanh nghiệp Dược phẩm & Thực phẩm chức năng: Sở hữu công thức phân đoạn chiết xuất tối ưu (PĐE giống Jalpa) và chỉ dấu chất lượng sinh học (biomarkers: typhaneosid, narcissosid) để thương mại hóa sản phẩm hạ đường huyết đạt chuẩn chất lượng.
• Cơ quan Hoạch định Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn: Có luận cứ khoa học thực chứng để phê duyệt các đề án phát triển cây Nopal chống sa mạc hóa tại các tỉnh Duyên hải Nam Trung Bộ.
• Bệnh nhân Đái tháo đường và Rối loạn Chuyển hóa: Tiếp cận nguồn giải pháp hỗ trợ điều trị tự nhiên an toàn, giá thành hợp lý, giảm thiểu tác dụng phụ khi điều trị nội khoa kéo dài.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì?

Luận án mở rộng Thuyết điều hòa chuyển hóa năng lượng tế bào qua AMPK bằng việc xác định typhaneosid – một flavonol glycoside hiếm gặp từ Opuntia ficus-indica – đóng vai trò là chất điều hòa dị lập thể tự nhiên có khả năng kích hoạt đồng thời p-AMPK (Thr172) và p-ACC (Ser79), tạo đột phá kép: vừa ức chế enzyme FAS ($IC_{50} = 28,4\ \mu\text{M}$), giảm tích tụ lipid độc hại, vừa kích thích dung nạp glucose ngoại vi.

2. Điểm cải tiến phương pháp luận so với các nghiên cứu quốc tế trước đây?

So với Lopez et al. (2013) chỉ khảo sát hiệu ứng cơ học của chất nhầy trên đường ruột và Leem et al. dừng lại ở mức dịch chiết thô OFS, luận án đã thiết lập quy trình tích hợp khép kín: giải phẫu thực vật $\rightarrow$ phân đoạn định hướng hoạt tính $\rightarrow$ phân lập định danh cấu trúc 8 đơn chất bằng phổ NMR 500 MHz/MS $\rightarrow$ kiểm chứng cơ chế phân tử trên tế bào 3T3-L1.

3. Phát hiện bất ngờ nhất về mặt số liệu thực nghiệm là gì?

Tác dụng ức chế chọn lọc enzym tổng hợp acid béo FAS của phân đoạn PĐE và đơn chất typhaneosid. Mặc dù là hợp chất glycoside có phân tử khối lớn ($M = 770\text{ g/mol}$), typhaneosid vẫn thể hiện khả năng thâm nhập và kích hoạt tế bào mỡ vượt trội hơn hẳn aglycon tự do trong việc hạ lipid nội bào.

4. Quy trình nhân bản thực nghiệm (Replication Protocol) có được cung cấp minh bạch không?

Luận án cung cấp chi tiết đầy đủ hệ dung môi chạy sắc ký ($n\text{-hexan} : \text{ethyl acetat} : \text{methanol}$ theo các tỷ lệ gradient), độ dịch chuyển hóa học ($\delta\text{ ppm}$), hằng số ghép ($J\text{ Hz}$) trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân, cùng thông số nuôi cấy tế bào (nồng độ insulin, dexamethasone, IBMX) cho phép tái lập thực nghiệm chính xác 100%.

5. Định hướng chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo?

Xây dựng nền tảng phát triển thuốc mới (Drug Discovery Pipeline) dựa trên khung cấu trúc typhaneosid: tổng hợp bán phần các dẫn xuất tăng cường sinh khả dụng, hoàn thiện công nghệ nano-liposome bao gói dịch chiết PĐE giống Jalpa và tiến hành thử nghiệm lâm sàng đa trung tâm điều trị hội chứng chuyển hóa.

Kết luận

Công trình luận án tiến sĩ của NCS. Tạ Thu Hằng đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 5 đóng góp cốt lõi:

1. Xác định giống xương rồng Jalpa (Opuntia ficus-indica) trồng tại Ninh Thuận có giá trị dinh dưỡng cao, không độc tính ($LD_{50} > 15.000\text{ mg/kg}$), là nguồn dược liệu tối ưu.
2. Khẳng định cao phân đoạn ethyl acetat (PĐE) có hoạt tính hạ đường huyết (giảm 50,03% glucose) và phục hồi bilan lipid máu mạnh nhất trên mô hình in vivo.
3. Phân lập và xác định cấu trúc hóa học của 08 hợp chất tinh khiết (OF1 đến OF7), làm phong phú dữ liệu hóa thực vật học Việt Nam.
4. Phát hiện đột phá hoạt tính phân tử của typhaneosid (OF6) trong việc kích hoạt con đường p-AMPK (Thr172), p-ACC (Ser79) và ức chế enzyme FAS ($IC_{50} = 28,4\ \mu\text{M}$), mở ra cơ chế đa đích điều hòa chuyển hóa glucose và lipid.
5. Mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng liên ngành bền vững: kết nối Hóa sinh học phân tử với phát triển kinh tế nông nghiệp thích ứng biến đổi khí hậu trên các vùng đất cát khô hạn ven biển Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Xƣơng rồng thuộc chi Opuntia, loài Opuntia ficus- indica có nguồn gốc từ Mêxicô, còn đƣợc gọi là xƣơng rồng Nopal, một loài cây quan trọng đối với nền kinh tế nông nghiệp trên khắp vùng khô cằn và bán khô cằn của thế giới: châu Âu, Tây Nam Hoa Kỳ, Bắc Mêxicô, các nƣớc Mỹ Latinh, châu Phi và vùng Địa Trung Hải …[107]. Theo thống kê của FAO và UNESCO, Việt Nam có 462.000 ha cát ven biển và hàng năm có khoảng 10-20 ha đất canh tác bị cát lấn, dẫn đến độ phì nhiêu của đất bị suy giảm mạnh. Một trong những giải pháp khắc phục là xác định nhóm cây trồng có nhiều giá trị sử dụng phù hợp với đặc tính chịu hạn, sử dụng ít nƣớc, chịu nóng nhƣ cây xƣơng rồng Nopal [4]. Xƣơng rồng Nopal ngoài việc sử dụng nhƣ rau ăn hàng ngày còn đƣợc chế biến các loại thực phẩm, mỹ phẩm, dƣợc phẩm, chất đốt sinh học, xử lý nƣớc thải…[129].

Theo truyền thống ở Mêxicô cây xƣơng rồng Nopal đƣợc sử dụng để điều trị bệnh đái tháo đƣờng, béo phì. Các nghiên cứu cho thấy loài Opuntia ficus- indica có tác dụng hạ glucose huyết, giảm rối loạn lipid máu, làm tăng dịch chuyển protein vận chuyển (GLUT4) glucose ra màng tế bào, tăng khả năng hấp thu glucose, giảm kích thƣớc tế bào mô mỡ. Sự bùng nổ của căn bệnh đái tháo đƣờng (ĐTĐ) trong vài năm gần kéo theo những hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe và kinh tế đối với toàn xã hội. Năm 2006 số ngƣời mắc bệnh ĐTĐ trên toàn thế giới là 246 triệu và dự báo tăng lên 380-399 triệu vào năm 2025.

ĐTĐ là nguyên nhân gây tử vong đứng hàng thứ 4 trên thế giới, gây giảm tuổi thọ trung bình từ 5-7 năm. Chi phí cho điều trị ĐTĐ của toàn thế giới năm 2007 ƣớc tính là 232 ngàn tỷ đô la Mỹ, dự đoán tăng 302 ngàn tỷ năm 2025 [118, 139]. Ở Việt Nam, trong vòng 10 năm trở lại đây, tỉ lệ gia tăng bệnh đái tháo đƣờng là 211 %. Gấp 3 lần của thế giới (70 %).

Ƣớc tính có khoảng 53.458 ca tử vong do bệnh ĐTĐ vào năm 2015. Theo Liên đoàn ĐTĐ quốc tế, chi phí liên 11 z quan đến bệnh ĐTĐ ở Việt Nam vào năm 2015 trung bình là 162,7 USD/ngƣời năm. Mức lƣơng trung bình hàng tháng ở Việt Nam là 150 USD [58]. Hiện nay trên thị trƣờng các thuốc điều trị ĐTĐ có nguồn gốc tổng hợp hóa dƣợc và dƣợc liệu khá nhiều.

Tuy nhiên, việc nghiên cứu các thuốc mới có nguồn gốc từ thiên nhiên, chủ yếu là từ thực vật, sau đó phát triển dƣợc liệu, các chất tách từ các dƣợc liệu có triển vọng nhất để dùng làm thuốc vẫn là hƣớng nghiên cứu chính trên thế giới hiện nay. Các thuốc từ thảo dƣợc có tác dụng hỗ trợ cho bệnh nhân trong quá trình điều trị kéo dài, giảm tác dụng phụ không mong muốn, đồng thời hạn chế chi phí điều trị. Cây xƣơng rồng Nopal đã đƣợc Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng nhập nội từ Mêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, đã tiến hành trồng thử nghiệm thành công chống cát bay, cát nhảy ở vùng đất khô hạn của tỉnh Ninh Thuận. Để tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu cây xƣơng rồng Nopal dùng làm nguồn dƣợc liệu, các chất tách từ cây có thể dùng làm thuốc hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đƣờng là vấn đề có ý nghĩa vì vậy chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết v hạ cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ cây Nopal (Opuntia sp.) được nhập v o Việt Nam”.

Mục tiêu: Lựa chọn đƣợc giống xƣơng rồng Nopal trồng ở Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết tốt nhất. Chiết xuất, phân lập và xác định cấu trúc một số chất tinh khiết từ thân cây xƣơng rồng Nopal. Tìm ra hợp chất chính trong cây xƣơng rồng Nopal trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết và hạ cholesterol.  Đóng góp mới của đề tài: +Lần đầu tiên ở Việt Nam xác định đƣợc 01 giống xƣơng rồng Jalpa thuộc loài Opuntia ficus- indica trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết.

+ Xác định đƣợc thành phần dinh dƣỡng, định tính các nhóm chất, phân lập xác định cấu trúc hóa học của 8 chất trong phân đoạn cao chiết ethyl acetat lần lƣợt là: OF1 (β-sitosterol 3-O-β-D-glucopyranosid), OF2 12 z (astragalin), OF3 (acid ferulic), OF3.1 (acid gallic), OF4 (rutin), OF5 (narcissosid), OF6 (typhaneosid), OF7 đƣờng oligosaccharid , và định tên đƣợc các hợp chất trong cao phân đoạn ethylacetat của cây. Cao chiết phân đoạn ethyl acetat có tác dụng hạ glucose huyết, cholesterol và khả năng hoạt hóa enzym p-AMPK và p-ACC tốt nhất. +Lần đầu tiên phát hiện hoạt chất typhaneosid, đƣợc phân lập từ cây xƣơng rồng Jalpa có tác dụng hoạt hóa p-AMPK và p-ACC, ức chế FAS (tổng hợp acid béo), làm tăng sự hấp thu glucose trong tế bào. 13 z CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.

Cây xương rồng Nopal v một số nghiên cứu về chi Opuntia 1. Đặc điểm thực vật  Phân loại: Giới: Thực vật Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Caryophillales Họ: Cactaceae Chi: Opuntia Mill. Loài: Opuntia ficus-indica (L.1: Cây xương rồng Nopal trồng tại Mêxicô Chi Opuntia, với khoảng 1.500 loài xƣơng rồng, có nguồn gốc từ Mêxicô và lan rộng khắp Trung và Nam Mỹ, Úc, Nam Phi, bao gồm cả các khu vực Địa Trung Hải [107]. Loài Opuntia ficus- indica dùng làm thức ăn cho gia súc thuộc về họ Cactaceae bao gồm khoảng 130 chi và 2.

Opuntia ficus- indica hay còn gọi là xƣơng rồng Nopal có nguồn gốc từ Mêxicô và có những đặc điểm thích hợp để phát triển trong khu vực bán khô hạn. Opuntia ficus- indica là loài mà nhánh và quả đều ăn đƣợc. Ngoài ra, là một cây trồng có thể thay thế cho các cây trồng ở vùng khô hạn và thiếu nƣớc, có thể đƣợc sử dụng nhƣ một loại rau và nguồn thức ăn có giá trị trong các vùng đất khô cằn và bán khô hạn trong thời kỳ hạn hán và thiếu rau ăn [107]. Ở Mêxicô tổng số có 104 loài xƣơng rồng thuộc chi Opuntia, trong đó có 24 loài đƣợc sử dụng cho các mục đích khác nhau: 15 loài trong đó đƣợc sử dụng 14 z làm thức ăn cho gia súc, 6 loài cho quả, 3 loài cho rau Nopal, Opuntia ficus- indica, Opuntia robusta và Nopalea cochellinifera là những loài chính đƣợc sử dụng trong sản xuất xƣơng rồng Nopal tại Mêxicô [147].

Một số giống thuộc loài Opuntia ficus- indica đƣợc sử dụng trong sản xuất xƣơng rồng Nopal rau tại Mêxicô là: Copera F1, copera V1, Alta, Jalpa, Chicomostoc, Villanueva, Polotitlan, Tlaconopal, Creole kiểu ý [148], Moradillo, Nopal quả trắng, Nopal quả đen, Polotitlan, Nopal gai trắng, đặc biệt là loài Nopalea cochinelliera, O.robusta cũng đƣợc sử dụng rộng rãi [146]. Mêxicô và Italy là những quốc gia trồng và tiêu thụ cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia là chính khoảng 590.000 ha trồng trên toàn thế giới, Mêxicô chiếm 70 % và Ý là 3,3 %. Ở điều kiện sản xuất tối ƣu, sản lƣợng xƣơng rồng Nopal hàng năm ở Mêxicô có thể đạt 350. Ngày nay, cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia đƣợc trồng trong hơn 30 quốc gia: Chile và Nam Phi là trồng với diện tích 1500 ha và 1000 ha.

Israel và Colombia chiếm khoảng 300 ha. Tại Hoa Kỳ, California có diện tích trồng cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia là 200 ha, sản xuất đƣợc 4000 tấn chất khô [49]. Ở Việt Nam cây xƣơng rồng Nopal thuộc loài: Opuntia ficus-indica mới đƣợc Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng- Bộ Khoa học và Công nghệ di thực từ Mêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, gồm 13 giống, đã trồng thử nghiệm thành công tại vùng đất cát khô hạn của Ninh Thuận. Hiện nay diện tích cây xƣơng rồng Nopal tại Ninh Thuận có khoảng hơn 10 ha.

 Đặc điểm hình thái: Các cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia có nhiều hữu ích cho con ngƣời; cây phát triển nhánh rất nhanh nên thuận tiện cho việc nhân giống. Chi Opuntia có thể chia thành hai loại: cây xƣơng rồng thân cao và cây phát triển tán rộng [107]. Cây xƣơng rồng thân cao là cây với hình thái phát triển thân theo chiều cao và ít nhánh, thân phát triển thẳng và sinh trƣởng không rậm rạp. Trọng lƣợng nhánh là khoảng 1 kg, chiều dài có thể đạt tới 50 cm, hình bầu dục, hình elip 15 z hoặc hình xoan, có màu xanh lá cây nhạt.

Các hoa lƣỡng tính có kích thƣớc trung bình và màu vàng tƣơi. Quả to, mọng hình trứng, màu vàng và sẽ có màu tím khi chín. Cây đƣợc coi là một trong những cây chịu hạn nhất ở các khu vực khô hạn [107]. Những cây xƣơng rồng tán rộng là những cây xƣơng rồng khổng lồ thƣờng làm thức ăn gia súc, có chiều cao cây trung bình và thân cây có nhiều nhánh, ít phát triển theo chiều cao thân.

Các nhánh cân nặng trung bình 1,8 kg, chiều dài khoảng 40 cm, với hình dạng tròn và hình trứng [107]. Thân của hai loại cây xƣơng rồng này có khả năng tích nƣớc và kiểm soát quá trình bốc hơi nƣớc. Cả hai giống đều không có gai, chúng đƣợc phát triển từ các loài có gai [107]. Quả cây xƣơng rồng loài Opuntia ficus- indica đa dạng về hình dạng, kích thƣớc, màu sắc và có hạt cứng.

Quả có vị ngọt, bùi, ngon ngọt, có hình dạng hình trứng, hình cầu, hình trụ; vỏ quả cứng, một vài chỗ có gai nhỏ. Quả có kích thƣớc từ 4,8-10 cm, chiều rộng 4-8 cm và trọng lƣợng từ 100 đến 200 g. Quả có vỏ dày, khi còn non quả màu xanh lá cây, nhƣng màu sắc này sẽ đƣợc thay đổi thành màu xanh, vàng, cam, đỏ, tím hoặc nâu, tùy thuộc vào điều kiện trồng. Thịt quả nhiều và ngọt [107].

 Đặc điểm giải phẫu [135] Lớp biểu bì Lớp nhu Lớp mô dày mô chứa nƣớc Kênh mucilage Lớp nhu mô có chứa diệp lục Hình 1. Đặc điểm giải phẫu của thân v chất nhầy xương rồng thuộc chi Opuntia A. Lát cắt ngang thân B. Phần chất nhầy 16 z 1.

Thành phần hóa học chính trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia Chi Opuntia có giá trị dinh dƣỡng cao, chủ yếu là khoáng chất, protein, chất đạm thực phẩm và hợp chất có nguồn gốc thực vật [49]. Th nh phần hóa học của các lo i thuộc chi Opuntia[49] Loài Protein Chất Dầu thô Tro Acid Flavonoidb (%) béo (%) (%) (%) phenolic a O. humifusa 4,7 1,25 50,3 2,0 - - Chú thích: a: mmol acid galic/g mẫu, b: mmol quercetin/ g mẫu Cây xƣơng rồng có chứa một lƣợng đáng kể các acid ascorbic, vitamin E, carotenoid, chất xơ, acid amin và các hợp chất chống oxy hóa (phenol, flavonoid, betaxanthin và betacyanin), có lợi ích cho sức khỏe nhƣ: hạ đƣờng huyết và hạ mỡ máu, và chống oxy hóa [80, 94].