Tổng quan nghiên cứu

Cây thù lù cạnh (Physalis angulata L.), còn được gọi phổ biến là cây tầm bóp thuộc họ Cà (Solanaceae), là loài dược liệu thân thảo phân bố tự nhiên rộng rãi tại nhiều vùng sinh thái từ đồng bằng đến độ cao 1.500 mét so với mực nước biển. Trong kho tàng y học cổ truyền Việt Nam, dược liệu này từ lâu đã được sử dụng với liều từ 15 gam đến 30 gam mỗi ngày ở dạng thuốc sắc để thanh nhiệt, tiêu viêm, giải độc và hỗ trợ điều trị nhiều chứng bệnh mạn tính. Các công trình hóa thực vật hiện đại đã xác định nhóm secosteroid đặc trưng, tiêu biểu là physalin B và physalin D, sở hữu nhiều hoạt tính sinh học giá trị cao như kháng khuẩn, kháng viêm, điều hòa miễn dịch và ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư.

Mặc dù có tiềm năng ứng dụng dược dụng rất lớn, nguồn dược liệu thù lù cạnh tại Việt Nam phần lớn vẫn được thu hái tự nhiên và chưa có quy trình kiểm nghiệm chuẩn hóa định lượng đồng thời các hoạt chất chủ chốt. Để giải quyết khoảng trống này, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kiểm nghiệm thuốc và Độc chất tại Trường Đại học Y Dược Cần Thơ đã tiến hành đề tài nghiên cứu từ tháng 01/2021 đến tháng 11/2021. Mục tiêu cốt lõi là xây dựng hoàn chỉnh quy trình xử lý mẫu và thẩm định phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò dãy diod quang (HPLC-PDA) nhằm định lượng đồng thời physalin B và physalin D trong lá cây thù lù cạnh. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu phân tích chuẩn xác, thiết lập tiêu chuẩn kiểm nghiệm phục vụ công tác tiêu chuẩn hóa dược liệu theo tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam và bảo đảm chất lượng dược phẩm nguồn gốc tự nhiên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân tích hóa học hiện đại và hóa học các hợp chất thiên nhiên. Cơ sở phân tích dựa trên đặc tính cấu trúc phân tử của nhóm secosteroid vòng 13,14-seco-16,24-cyclo-ergostane. Cụ thể, physalin B có công thức phân tử C28H30O9 với phân tử lượng 510,5 g/mol, trong khi physalin D có công thức phân tử C28H32O11 với phân tử lượng 544,5 g/mol và nhiệt độ nóng chảy ở khoảng 286 độ C đến 287 độ C. Cả hai phân tử đều có hệ liên hợp cho khả năng hấp thụ tử ngoại đặc trưng, cho phép phân tích quang phổ định lượng chính xác trên nền tảng đầu dò PDA.

Về phương pháp luận phân tích, đề tài áp dụng nguyên lý sắc ký lỏng pha đảo (RP-HPLC) dựa trên sự phân bố vi sai của các chất tan giữa pha tĩnh không phân cực C18 và pha động phân cực rửa giải gradient. Quá trình thẩm định phương pháp tuân thủ nghiêm ngặt theo hướng dẫn quốc tế của Hội đồng Hài hòa Quốc tế về Đăng ký Dược phẩm Sử dụng cho Con người (ICH Q2(R1)) và Hiệp hội Hóa phân tích Quốc tế (AOAC), bao gồm các chỉ tiêu: tính tương thích hệ thống, độ đặc hiệu, khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ đúng và độ chính xác lặp lại.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thiết kế theo mô hình thực nghiệm phân tích tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 của Trung tâm Kiểm nghiệm Thuốc - Mỹ phẩm - Thực phẩm Thành phố Cần Thơ. Tổng quy mô khảo sát bao gồm 159 mẫu thực nghiệm, được phân bổ khoa học thành 3 giai đoạn: 60 mẫu dành cho thăm dò xây dựng quy trình chiết xuất và sắc ký, 75 mẫu phục vụ thẩm định phương pháp theo hướng dẫn ICH, và 24 mẫu ứng dụng thực tế trên dược liệu thu thập từ các địa phương. Mẫu lá thù lù cạnh được thu hái ngẫu nhiên từ những cây khỏe mạnh có chiều cao từ 0,5 mét đến 1 mét, sau đó phơi khô đạt độ ẩm dưới 13% và xay mịn qua rây tiêu chuẩn cỡ lỗ 0,3 mm.

Lý do lựa chọn hệ thống sắc ký lỏng siêu nhanh Shimadzu UFLC LC-20AD ghép nối đầu dò PDA SPD-M20A cùng cột phân tích Agilent C18 kích thước 250 mm x 4,6 mm với kích thước hạt 5 micromet là nhằm tối ưu hóa độ phân giải và rút ngắn thời gian phân tích so với sắc ký cột cổ điển. Quá trình chiết xuất mẫu được thực hiện bằng phương pháp chiết có hỗ trợ sóng siêu âm tần số trên 20 kHz, sau đó dịch chiết được làm sạch qua kỹ thuật chiết tách pha rắn loại tạp phân cực với muối khan MgSO4, NaCl cùng các chất hấp phụ chọn lọc Primary Secondary Amine (PSA) và Graphitized Carbon Black (GCB) trước khi lọc qua màng 0,22 micromet.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm đã xác lập các thông số kỹ thuật tối ưu vượt trội cho việc tách và định lượng hai hoạt chất:

  • Điều kiện sắc ký pha động tối ưu: Hệ pha động 3 kênh vận hành ở chế độ rửa giải gradient gồm Acetonitril (kênh A), Methanol (kênh B) và Nước cất tinh khiết (kênh D) với tốc độ dòng 1,0 mL/phút ở nhiệt độ cột 30 độ C. Bước sóng phát hiện tối ưu được xác định tại 225 nm, cho tín hiệu diện tích pic sắc ký cao hơn vượt trội và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt hơn 30% so với các bước sóng 250 nm và 310 nm. Toàn bộ chu trình sắc ký hoàn tất ổn định trong 35 phút.
  • Hiệu suất xử lý và chiết xuất mẫu: Kỹ thuật chiết siêu âm kết hợp làm sạch bằng hệ chất phân tán gồm 1,2 gam MgSO4, 0,3 gam NaCl, 50 miligam PSA và 7,5 miligam GCB đã loại bỏ triệt để các hợp chất diệp lục và tạp chất phân cực, nâng hiệu suất chiết physalin toàn phần đạt mức trên 99%.
  • Chỉ số thẩm định phương pháp vượt chuẩn ICH: Đường chuẩn của physalin B và physalin D đạt độ tương quan tuyến tính rất cao với hệ số tương quan r2 lớn hơn 0,999 trong dải nồng độ từ 15 microgam/mL đến 60 microgam/mL. Độ lặp lại trong ngày và liên ngày của phương pháp có độ lệch chuẩn tương đối (RSD) đều dưới 4%, đáp ứng hoàn hảo tiêu chí phân tích dược liệu.
  • Độ đúng và độ thu hồi: Tỷ lệ phục hồi của phương pháp dao động ổn định trong khoảng từ 95% đến 103% tại 3 mức nồng độ khảo sát (50%, 100% và 150%), nằm trọn vẹn trong khoảng quy định chấp nhận của AOAC từ 85% đến 110%.

Thảo luận kết quả

Khi xem xét sắc ký đồ trên hệ thống HPLC, pic của physalin B và physalin D được tách rời hoàn toàn khỏi các pic tạp chất nền với độ phân giải Rs lớn hơn 1,5 và hệ số đối xứng As dao động từ 0,95 đến 1,15. Điều này chứng minh tính đặc hiệu tuyệt đối của phương pháp khi đối chiếu phổ UV-Vis từ đầu dò PDA, với độ tinh khiết pic của cả hai chất đều vượt 99%. Trong các báo cáo quốc tế trước đây, việc tách các dẫn xuất physalin thường mất từ 55 phút đến hơn 65 phút trên các hệ dung môi gradient phức tạp chứa acid trifluoroacetic (TFA). Phương pháp mới đã rút ngắn thời gian phân tích xuống còn 35 phút, giúp tiết kiệm hơn 40% lượng dung môi tiêu hao và giảm chi phí vận hành kiểm nghiệm.

Dữ liệu định lượng thực tế từ 24 mẫu lá thù lù cạnh thu thập tại bốn tỉnh thuộc khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long cho thấy hàm lượng physalin B và physalin D có sự biến thiên đáng kể theo vùng thổ nhưỡng và điều kiện vi khí hậu. Việc trình bày kết quả qua đồ thị tương quan hồi quy tuyến tính và bảng tổng hợp nồng độ trung bình giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng nhận diện những vùng trồng có tích lũy hoạt chất cao nhất, làm tiền đề vững chắc cho việc quy hoạch vùng trồng trọt dược liệu đạt tiêu chuẩn Thực hành tốt trồng trọt và thu hái cây thuốc (GACP-WHO).

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm toàn diện, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp và khuyến nghị hành động cụ thể nhằm thúc đẩy ứng dụng quy trình vào thực tiễn:

  • Chuẩn hóa quy chuẩn kiểm nghiệm dược liệu quốc gia: Đề xuất Hội đồng Dược điển Việt Nam bổ sung chuyên luận kiểm nghiệm định lượng đồng thời physalin B và D cho lá cây thù lù cạnh bằng phương pháp HPLC-PDA với giới hạn hàm lượng tối thiểu khuyến nghị trong vòng 12 tháng tới.
  • Ứng dụng quy trình tại các trung tâm kiểm nghiệm: Khuyến nghị các viện kiểm nghiệm và trung tâm kiểm nghiệm dược phẩm trên toàn quốc triển khai quy trình xử lý mẫu QuEChERS cải tiến kết hợp chiết siêu âm nhằm nâng cao năng suất xử lý mẫu lên 20 mẫu mỗi ngày, tiết kiệm 30% chi phí dung môi hữu cơ.
  • Mở rộng nghiên cứu quy hoạch vùng nguyên liệu: Các Sở Khoa học và Công nghệ tại 13 tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long cần phối hợp với các trường đại học triển khai dự án đánh giá chất lượng dược liệu thù lù cạnh trên diện rộng trong giai đoạn 2024 - 2026, xác định các giống thuần chủng có hàm lượng physalin B và D cao vượt trội.
  • Chuyển giao công nghệ chiết xuất quy mô bán công nghiệp: Các doanh nghiệp sản xuất dược liệu và thực phẩm bảo vệ sức khỏe cần ứng dụng thông số chiết tối ưu từ đề tài để nâng cấp hệ thống chiết xuất pilot quy mô từ 100 kg đến 500 kg dược liệu khô, đảm bảo bảo tồn hoạt tính sinh học chống khối u của nhóm hoạt chất physalin.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và thực tiễn có giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng cụ thể sau:

  • Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Hóa phân tích, Kiểm nghiệm thuốc: Nắm vững phương pháp luận xây dựng và thẩm định quy trình định lượng hoạt chất thiên nhiên theo chuẩn ICH/AOAC, ứng dụng làm tài liệu khung cho các đề tài nghiên cứu chiết tách hợp chất tự nhiên.
  • Kiểm nghiệm viên tại các phòng thử nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025: Tiếp cận quy trình phân tích hoàn chỉnh, chi tiết từ khâu xử lý nền mẫu thực vật phức tạp đến các thông số gradient sắc ký, sẵn sàng thẩm định nội bộ và đưa vào danh mục thử nghiệm thường quy.
  • Chuyên viên nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các công ty Dược phẩm: Khai thác quy trình chiết xuất tối ưu hóa và số liệu hàm lượng để xây dựng công thức viên nang, cao định chuẩn hoặc sản phẩm hỗ trợ điều trị từ nguồn nguyên liệu thù lù cạnh.
  • Giảng viên và nhà khoa học chuyên ngành Dược liệu - Thực vật học: Sử dụng nguồn dữ liệu hóa thực vật và phương pháp định lượng để phục vụ giảng dạy chuyên đề kiểm nghiệm dược liệu và triển khai các hướng nghiên cứu sinh học thực nghiệm chuyên sâu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao bước sóng 225 nm lại được chọn để định lượng đồng thời physalin B và D thay vì bước sóng 250 nm hay 310 nm?

Qua khảo sát phổ quét UV-Vis trên đầu dò PDA trong dải bước sóng từ 190 nm đến 400 nm, cả physalin B và physalin D đều có độ hấp thụ quang học cực đại tại vùng 225 nm. Tại bước sóng này, diện tích pic sắc ký và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) đạt giá trị cao nhất, mang lại độ nhạy phân tích vượt trội gấp 2,5 lần so với khi đo ở 310 nm.

2. Kỹ thuật làm sạch mẫu trong nghiên cứu có ưu điểm gì nổi bật so với chiết xuất thông thường?

Quy trình sử dụng kỹ thuật phân tán pha rắn với sự phối hợp của MgSO4 để tách nước, NaCl tạo hiệu ứng muối kết hợp cùng PSA và GCB. Sự phối hợp này giúp loại bỏ trên 95% lượng sắc tố diệp lục, sáp và các hợp chất phân cực gây nhiễu, bảo vệ cột sắc ký C18 bền vững và ngăn ngừa hiện tượng dâng đường nền.

3. Phương pháp phân tích có đáp ứng đầy đủ độ chính xác theo tiêu chuẩn quốc tế không?

Phương pháp hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của ICH Q2(R1) và AOAC. Giá trị độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của độ lặp lại trong ngày và liên ngày đều đạt dưới mức 4%, đồng thời độ thu hồi trung bình đạt từ 95% đến 103%, khẳng định tính ổn định và độ tin cậy khoa học cao.

4. Dung dịch mẫu sau khi chiết xuất có thể lưu trữ trong bao lâu trước khi phân tích HPLC?

Kết quả thẩm định độ ổn định cho thấy dung dịch chuẩn và dung dịch mẫu thử duy trì độ biến thiên diện tích pic dưới 2% khi lưu trữ trong khay tiêm mẫu tự động ở nhiệt độ phòng trong suốt 24 giờ. Tuy nhiên, khuyến cáo kỹ thuật là nên phân tích mẫu trong vòng 8 đến 12 giờ sau khi pha để đảm bảo độ chuẩn xác tuyệt đối.

5. Luận văn đã ứng dụng phương pháp này để khảo sát thực tế tại những khu vực nào?

Phương pháp đã được ứng dụng định lượng thực nghiệm trên 24 lô mẫu lá thù lù cạnh thu hái tại 4 tỉnh thuộc khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long bao gồm Cần Thơ, Kiên Giang, Đồng Tháp và An Giang, chứng minh tính tương thích cao trên nhiều nền mẫu thực tế khác nhau.

Kết luận

  • Xây dựng thành công quy trình chiết xuất có hỗ trợ siêu âm và xử lý làm sạch mẫu dịch chiết lá thù lù cạnh với hiệu suất thu hồi physalin B và D đạt trên 99%.
  • Thiết lập hoàn chỉnh điều kiện sắc ký HPLC-PDA trên cột Agilent C18 với pha động 3 kênh Acetonitril - Methanol - Nước, rút ngắn thời gian phân tích xuống còn 35 phút ở bước sóng tối ưu 225 nm.
  • Thẩm định toàn diện phương pháp phân tích theo hướng dẫn ICH và AOAC với độ tuyến tính r2 lớn hơn 0,999, độ lặp lại RSD dưới 4% và khoảng thu hồi chuẩn xác từ 95% đến 103%.
  • Định lượng thành công hàm lượng physalin B và D trên các mẫu dược liệu thực tế tại 4 tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long, tạo lập dữ liệu khoa học tin cậy phục vụ công tác tiêu chuẩn hóa dược liệu.
  • Trong thời gian tới, các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất cần nhanh chóng tiếp nhận chuyển giao quy trình, mở rộng nghiên cứu sang các bộ phận thân, rễ, quả và ứng dụng kiểm soát chất lượng dược liệu trên quy mô công nghiệp toàn quốc.