Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới, toàn cầu hiện có khoảng 2 tỷ người từng nhiễm virus viêm gan B, trong đó hơn 360 triệu người đang sống chung với tình trạng nhiễm trùng mạn tính và xấp xỉ 1 triệu ca tử vong mỗi năm do các biến chứng nguy hiểm như xơ gan và ung thư biểu mô tế bào gan. Khu vực Châu Á - Thái Bình Dương chịu gánh nặng bệnh tật nặng nề nhất khi chiếm trên 75% tổng số ca nhiễm virus viêm gan B trên toàn thế giới. Tại Việt Nam, số liệu dịch tễ học ghi nhận khoảng 8,6 triệu người nhiễm virus viêm gan B, với tỷ lệ nhiễm mạn tính đạt 8,8% ở nữ giới và 12,3% ở nam giới.

Thực tế lâm sàng ghi nhận nhu cầu cấp thiết về các liệu pháp điều trị có nguồn gốc thảo dược tự nhiên nhằm hỗ trợ chức năng gan, hạn chế tác dụng phụ của thuốc tổng hợp. Nhân trần tía, tên khoa học là Adenosma bracteosum Bonati thuộc họ Hoa mõm sói (Scrophulariaceae), là dược liệu quý trong y học cổ truyền Đông Nam Á. Tại Bệnh viện Chợ Quán Thành phố Hồ Chí Minh, Nhân trần tía đã được ứng dụng điều trị hỗ trợ cho hơn 4.000 ca viêm gan virus với kết quả lâm sàng khả quan; tại Bệnh viện Y học cổ truyền tỉnh Tây Ninh, dược liệu này giúp 24% bệnh nhân xơ gan cổ trướng phục hồi hoàn toàn và 46,6% đạt mức độ tiến triển khá và tốt trên tổng số gần 100 ca theo dõi.

Mặc dù có tiềm năng sinh học vượt trội với khả năng tăng tiết mật lên 24,7% trên mô hình động vật thí nghiệm, các công trình trước đây chủ yếu tập trung vào hoạt tính tinh dầu hoặc khảo sát dược lý sơ bộ. Đề tài tập trung giải quyết khoảng trống nghiên cứu thông qua việc khảo sát thành phần hóa thực vật, chiết xuất phân đoạn cao ethylacetat tại pH 4-5 từ 9 kg nguyên liệu khô thu hái tại Cần Thơ giai đoạn 2014-2015. Mục tiêu trọng tâm là phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất tinh khiết, thiết lập tiêu chuẩn hóa học cho nguồn dược liệu tiềm năng này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên ba trụ cột lý thuyết cốt lõi trong hóa học các hợp chất thiên nhiên:

Thứ nhất, lý thuyết cân bằng acid - base và chiết phân bố lỏng - lỏng dựa trên phương trình Henderson - Hasselbalch:

$$\text{pH} = \text{p}K_a + \log\left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\right)$$

Nguyên lý này giải thích trạng thái ion hóa của các nhóm chức hữu cơ (như nhóm phenolic hydroxyl của flavonoid hay nhóm carboxylic của triterpenoid acid). Tại môi trường kiềm, các hợp chất mang tính acid chuyển sang dạng muối phân cực tan tốt trong nước; khi điều chỉnh pH về vùng acid (pH 1-2 và pH 4-5), các phân tử chuyển về dạng trung hòa ít ion hóa, làm thay đổi hệ số phân bố và dễ dàng tan vào dung môi hữu cơ phân cực trung bình như ethylacetat.

Thứ hai, lý thuyết sắc ký hấp phụ pha thuận trên pha tĩnh silica gel ($40 - 63\ \mu\text{m}$). Sự phân tách các cấu tử dựa trên lực tương tác liên kết hydro và lưỡng cực giữa các nhóm chức của chất tan với tâm hoạt động silanol ($\text{-Si-OH}$) trên bề mặt silica gel khi pha động biến thiên độ phân cực chảy qua cột.

Thứ ba, lý thuyết cấu trúc quang phổ học hữu cơ bao gồm: định luật Lambert - Beer trong quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) nhằm nhận diện hệ liên hợp $\pi \to \pi^$ và $n \to \pi^$; quang phổ hồng ngoại (FT-IR) xác định dao động hóa trị đặc trưng của các nhóm liên kết hydroxyl, carbonyl; và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$, 500 MHz) xác định độ dịch chuyển hóa học ($\delta$, ppm) cùng hằng số ghép tương tác ($J$, Hz) của các proton.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm sử dụng 9 kg bột thô toàn cây trên mặt đất của Nhân trần tía (Adenosma bracteosum Bonati), được thu mua và chuẩn hóa tại Khoa Dược, Bệnh viện Y học cổ truyền Cần Thơ năm 2014, lưu mẫu đối bản tại Bộ môn Dược liệu - Trường Đại học Y Dược Cần Thơ. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nguyên tắc lấy mẫu đại diện đồng nhất theo quy định Dược điển.

Quy trình chiết xuất và phân tích thực hiện theo 6 giai đoạn:

  1. Chiết ngấm kiệt 9 kg bột dược liệu với dung môi ethanol 50%, thu dịch chiết và cô thu hồi dung môi dưới áp suất giảm.
  2. Hòa tan dịch cắn vào dung dịch natri hydroxyd 5%, loại bỏ cắn không tan, thu dịch nước kiềm.
  3. Acid hóa dịch kiềm bằng dung dịch acid hydrocloric 10% đến pH 1-2, chiết phân bố lỏng - lỏng nhiều lần với ethylacetat để loại tạp kém phân cực.
  4. Điều chỉnh dịch nước acid còn lại về khoảng pH 4-5 bằng natri hydroxyd 10%, tiến hành chiết phân bố lỏng - lỏng kiệt với ethylacetat (500 ml/lần chiết), thu dịch chiết ethylacetat ở pH 4-5.
  5. Cô thu hồi dung môi dưới áp suất giảm, thu được 4,0 g cao ethylacetat khô.
  6. Phân lập các hợp chất bằng sắc ký cột cổ điển sử dụng silica gel kết hợp kiểm tra độ tinh khiết bằng sắc ký lớp mỏng trên bản mỏng tráng sẵn Silica gel $60\ \text{F}_{254}$ trên ít nhất 3 hệ dung môi độc lập. Cấu trúc hóa học được ghi nhận bằng máy quang phổ Jasco V-730, Bruker Alpha T và Bruker Avance 500 MHz trong giai đoạn 2014 - 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã ghi nhận bốn phát hiện quan trọng về thành phần hóa học của cao ethylacetat ở pH 4-5 của Nhân trần tía:

Thứ nhất, kết quả phân tích sơ bộ thành phần hóa thực vật từ 4,0 g cao ethylacetat tại pH 4-5 khẳng định sự hiện diện đậm đặc của nhóm flavonoid (+++), coumarin (++), saponin (++), triterpenoid (+) cùng một lượng nhỏ acid hữu cơ và hợp chất khử. Phản ứng khử hóa Cyanidin (magnesi kim loại kết hợp acid hydrocloric đậm đặc) cho màu đỏ đậm đặc trưng, xác nhận sự có mặt của khung flavon, flavonol hoặc biflavonoid.

Thứ hai, quá trình sắc ký cột phân đoạn ban đầu từ 3,5 g cao nạp cột đã thu được 8 phân đoạn ký hiệu từ C1.1 đến C1.8. Trong đó, phân đoạn C1.2 (320,3 mg) và phân đoạn C1.6 (1250,5 mg) chiếm tỷ lệ khối lượng vượt trội (tổng cộng chiếm 44,8% lượng mẫu nạp), trở thành nguồn nguyên liệu chính cho các bước phân lập tiếp theo.

Thứ ba, phân lập thành công hợp chất B1 (khối lượng 2,0 mg) từ phân đoạn C1.2 bằng sắc ký cột C2 với hệ dung môi Chloroform - Methanol ($99:1 \to 80:20$, bổ sung 0,1% acid formic). Hợp chất B1 kết tinh dạng hình kim màu trắng, cho 1 vết duy nhất trên sắc ký lớp mỏng với $R_f = 0,35 - 0,60$ trên 3 hệ pha động khác nhau. Phổ UV cho 1 đỉnh hấp thu cực đại $\lambda_{\max}$ tại 242 nm; phổ IR ghi nhận dải hấp thu mạnh tại $3500\ \text{cm}^{-1}$ (nhóm -OH) và $1636\ \text{cm}^{-1}$ (nhóm carbonyl C=O); phổ $^1\text{H-NMR}$ (500 MHz) hiển thị các tín hiệu proton olefinic và mạch béo tại $\delta_H\ 1,50 - 7,70\ \text{ppm}$, định hướng cấu trúc thuộc nhóm triterpenoid.

Thứ tư, từ phân đoạn C1.6 đã phân lập được hợp chất B2 (khối lượng 1,0 mg, kết tinh hình kim màu trắng, phổ UV có 4 đỉnh hấp thu tại 248,4 nm; 254,4 nm; 261,4 nm; 268,4 nm, cấu trúc triterpenoid) và hợp chất B3 (khối lượng 0,5 mg). B3 thu được dưới dạng bột vô định hình màu vàng sáng, dương tính với phản ứng $\gamma$-pyron, bắt màu đen với sắt(III) clorid và màu vàng nâu với thuốc thử Vanillin - Sulfuric acid. Phổ UV của B3 thể hiện 2 dải hấp thu cực đại đặc trưng của khung flavonoid tại 276,0 nm (Băng II) và 342,4 nm (Băng I).

Thảo luận kết quả

Dữ liệu phân tách sắc ký của 8 phân đoạn cao ethylacetat phản ánh rõ quy luật chọn lọc khi chiết ở vùng pH 4-5. Trên biểu đồ phân bố khối lượng rửa giải, phân đoạn C1.6 đạt đỉnh 1250,5 mg, tương đương 35,7% khối lượng mẫu nạp, cho thấy các phân tử flavonoid phân cực trung bình đến mạnh được làm giàu tối ưu ở ngưỡng pH này. Khi đối chiếu với bảng tổng hợp độ dịch chuyển hóa học phổ $^1\text{H-NMR}$ của B1 và B2, sự xuất hiện của các mũi tín hiệu đa bội ($J = 7,5 - 15,0\ \text{Hz}$) tại vùng từ trường thấp ($\delta_H > 6,0\ \text{ppm}$) kết hợp với các mũi tín hiệu proton béo dày đặc ở vùng từ trường cao ($\delta_H\ 1,50 - 4,90\ \text{ppm}$) chứng minh tính tương đồng cao với các khung triterpenoid đa vòng từng được phân lập từ các loài trong chi Adenosma.

So sánh với các nghiên cứu của các tác giả trước đây tại Việt Nam, kết quả này hoàn toàn nhất quán với nghiên cứu sàng lọc 56 loài dược liệu, trong đó phân đoạn phân cực trung bình của Nhân trần tía thể hiện hoạt tính chống oxy hóa vượt trội trên cả 4 mô hình in vitro (DPPH, FRAP, MDA và ức chế xanthin oxidase).

Về mặt kỹ thuật, nghiên cứu ghi nhận một số hiện tượng quan trọng:

  • Hàm lượng nước trong pha động sắc ký pha thuận nếu vượt quá 5% thể tích sẽ gây bão hòa các tâm silanol trên bề mặt hạt chất hấp phụ, dẫn đến hiện tượng dồn vết và làm suy giảm nghiêm trọng độ phân giải sắc ký.
  • Hiện tượng tạo nhũ tương do hàm lượng saponin cao trong cao nước được giải quyết hiệu quả bằng phương pháp tăng thể tích dung môi ethylacetat lên 500 ml cho mỗi lần chiết và khuấy nhẹ cơ học, thay vì gia nhiệt phá nhũ có thể làm phân hủy các liên kết glycosid.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả hóa thực vật đạt được, nghiên cứu đưa ra 4 khuyến nghị hành động cụ thể:

  1. Nâng cấp công nghệ chiết tách và tinh chế: Chuyển đổi từ sắc ký cột cổ điển silica gel pha thuận sang hệ thống sắc ký lỏng điều chế pha đảo (Preparative RP-HPLC hoặc Flash Chromatography C18) kết hợp hệ dung môi nước - acetonitril có kiểm soát gradient. Mục tiêu nâng hiệu suất thu hồi các hợp chất B1, B2, B3 từ mức 0,01% - 0,05% hiện tại lên trên 0,2% khối lượng cao chiết, rút ngắn thời gian phân lập từ 4 tuần xuống 5 ngày làm việc. Chủ thể thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa hợp chất thiên nhiên và Bộ môn Dược liệu, hoàn thành trong 12 tháng.
  2. Hoàn thiện cấu trúc phân tử lập thể: Bổ sung phổ cộng hưởng từ hạt nhân 2 chiều ($^{13}\text{C-NMR}$, DEPT-135, HSQC, HMBC, $^1\text{H-}^1\text{H}\ \text{COSY}$, NOESY) và phổ khối lượng phân giải cao (HR-ESI-MS) với lượng mẫu tối thiểu 5 - 10 mg để định danh chính xác công thức hóa học và danh pháp IUPAC cho 3 hợp chất B1, B2 và B3. Chủ thể thực hiện: Nhóm nghiên cứu phối hợp với Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, lộ trình 6 - 9 tháng.
  3. Xây dựng tiêu chuẩn hóa chất điểm chỉ: Ứng dụng hợp chất flavonoid B3 và carvacrol làm chất đối chiếu chuẩn để xây dựng quy trình định lượng bằng HPLC-DAD cho dược liệu Nhân trần tía và các chế phẩm lưu hành trên thị trường. Chỉ tiêu chất lượng đề xuất: hàm lượng B3 không dưới 0,10% và hàm lượng tinh dầu carvacrol không dưới 0,50% tính theo dược liệu khô kiệt. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Kiểm nghiệm Dược phẩm - Mỹ phẩm, hoàn thành trong 18 tháng.
  4. Đánh giá hoạt tính sinh học theo định hướng cấu trúc: Triển khai các thử nghiệm dược lý chuyên sâu in vitro đánh giá khả năng ức chế enzyme COX-2, bảo vệ tế bào gan dòng HepG2 chống lại độc tính gây bởi carbon tetrachloride ($\text{CCl}4$) và paracetamol của từng chất tinh khiết phân lập được. Target metric kỳ vọng đạt giá trị $\text{IC}{50} < 50\ \mu\text{g/ml}$. Chủ thể thực hiện: Khoa Dược phối hợp Khoa Y học thực nghiệm, triển khai trong giai đoạn 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chuyên ngành:

  1. Học viên sau đại học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Dược học, Hóa hữu cơ và Hóa thực vật: Tài liệu cung cấp quy trình mẫu về kỹ thuật chiết phân bố biến đổi pH dựa trên phương trình Henderson - Hasselbalch, các bước tối ưu hóa hệ dung môi sắc ký cột cổ điển và phương pháp giải phổ cấu trúc hợp chất thiên nhiên.
  2. Dược sĩ nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các công ty sản xuất Dược phẩm và Đông dược: Cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết về dung môi, tỷ lệ phân đoạn và điều kiện thu hồi hoạt chất, hỗ trợ quá trình nghiên cứu công thức viên nang, trà hòa tan hoặc dung dịch bảo vệ gan từ nguồn dược liệu bản địa Việt Nam.
  3. Kiểm nghiệm viên và chuyên viên kiểm soát chất lượng (QA/QC) tại các viện kiểm nghiệm thuốc: Luận văn là cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng để xây dựng quy trình kiểm nghiệm định tính, định lượng và phân biệt Nhân trần tía với các loài dễ nhầm lẫn như Nhân trần (Adenosma glutinosum) hay Bồ bồ (Adenosma capitatum).
  4. Bác sĩ y học cổ truyền và nhà lâm sàng học: Giúp các thầy thuốc hiểu rõ cơ sở hóa học và cơ chế tác dụng chống viêm, bảo vệ nhu mô gan, tăng tiết mật của Nhân trần tía, từ đó tự tin phối ngũ dược liệu trong các bài thuốc điều trị viêm gan virus và xơ gan.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn chiết phân bố ở khoảng pH 4-5 thay vì chiết toàn phần? Tại khoảng pH 4-5, đa số các hợp chất mang tính acid yếu như flavonoid dạng tự do và dẫn xuất triterpenoid phenolic chuyển dịch sang trạng thái ít ion hóa nhất theo phương trình Henderson - Hasselbalch. Trạng thái này tối ưu hóa hệ số phân bố vào dung môi hữu cơ phân cực trung bình ethylacetat, giúp loại bỏ triệt để các tạp chất đường, acid béo và protein phân cực mạnh trong cao nước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết tinh tinh khiết.

Hợp chất B3 được định hướng thuộc nhóm flavonoid dựa trên những căn cứ khoa học nào? Hợp chất B3 thể hiện phản ứng dương tính với phép thử Cyanidin (tạo phức màu đỏ với bột magnesi trong acid hydrocloric đậm đặc), bắt màu đen với thuốc thử sắt(III) clorid chứng minh sự hiện diện của nhóm phenolic hydroxyl. Đặc biệt, phổ UV-Vis của B3 hiển thị hai dải hấp thu cực đại đặc trưng tại 276,0 nm (Băng II, tương ứng hệ vòng A benzoyl) và 342,4 nm (Băng I, tương ứng hệ vòng B cinnamoyl), là dấu hiệu nhận diện kinh điển của khung flavon.

Tại sao cần kiểm soát lượng nước dưới 5% trong hệ dung môi sắc ký cột pha thuận? Pha tĩnh silica gel hoạt động dựa trên các nhóm chức silanol tự do tương tác với chất phân tích. Khi hàm lượng nước trong pha động vượt quá 5% thể tích, nước sẽ liên kết hydro bao phủ toàn bộ các tâm silanol, làm mất khả năng lưu giữ chất tan của cột. Hệ quả là các hợp chất bị đẩy ra đồng loạt cùng dung môi, gây hiện tượng dồn vết và làm thất bại quá trình tách phân đoạn.

Các dữ liệu quang phổ nào chứng minh hai hợp chất B1 và B2 thuộc nhóm triterpenoid? Cả B1 (2,0 mg) và B2 (1,0 mg) đều dương tính với phản ứng tạo màu Liebermann - Burchard, cho màu hồng tím với thuốc thử Vanillin - Sulfuric acid. Phổ UV của B1 cho cực đại tại 242 nm, trong khi B2 cho 4 đỉnh hấp thu vùng 248 - 268 nm; phổ FT-IR của B1 xác nhận nhóm hydroxyl ($3500\ \text{cm}^{-1}$) và carbonyl ($1636\ \text{cm}^{-1}$); phổ $^1\text{H-NMR}$ 500 MHz của cả hai chất đều xuất hiện chùm mũi cộng hưởng proton alkyl mạch béo dày đặc ở vùng $\delta_H\ 1,50 - 4,90\ \text{ppm}$.

Làm thế nào để xử lý triệt để hiện tượng tạo nhũ tương khi chiết phân bố dịch chiết Nhân trần tía? Do chứa hàm lượng saponin tạo bọt cao, dịch chiết nước dễ tạo nhũ bền khi lắc mạnh với dung môi hữu cơ. Nghiên cứu đã tối ưu hóa kỹ thuật bằng cách sử dụng tỷ lệ thể tích dung môi ethylacetat lớn (500 ml cho mỗi mẻ chiết), thao tác khuấy đảo nhẹ nhàng bằng đũa thủy tinh theo một chiều duy nhất và tách riêng lớp nhũ trung gian để xử lý ly tâm cục bộ, giúp bảo toàn hoạt chất và duy trì tốc độ phân tách pha.

Kết luận

  • Chiết xuất thành công 4,0 g cao ethylacetat tại vùng pH 4-5 từ 9 kg bột thô dược liệu Nhân trần tía (Adenosma bracteosum Bonati - Scrophulariaceae) thu hái chuẩn hóa tại Cần Thơ.
  • Xác định sơ bộ các nhóm hoạt chất thứ cấp chính trong phân đoạn cao ethylacetat gồm flavonoid (+++), coumarin (++), saponin (++), triterpenoid (+) và acid hữu cơ (+).
  • Phân lập và tinh chế thành công 3 hợp chất tinh khiết đạt tiêu chuẩn sắc ký lớp mỏng gồm B1 (2,0 mg, triterpenoid), B2 (1,0 mg, triterpenoid) và B3 (0,5 mg, flavonoid dạng flavon).
  • Thiết lập hệ thống dữ liệu vật lý và quang phổ thực nghiệm chi tiết bao gồm phổ tử ngoại UV-Vis, phổ hồng ngoại FT-IR và phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1\text{H-NMR}$ 500 MHz cho các hợp chất phân lập.
  • Cung cấp cơ sở khoa học định lượng vững chắc cho việc xây dựng tiêu chuẩn kiểm nghiệm, nâng cao giá trị sử dụng của dược liệu Nhân trần tía trong điều trị bệnh lý gan mật.

Kế hoạch tiếp theo trong 6 tháng tới tập trung mở rộng quy mô chiết xuất lên 50 kg dược liệu để thu đủ khối lượng mẫu phục vụ đo quang phổ 2D-NMR và HR-MS. Các đơn vị nghiên cứu, viện dược liệu và doanh nghiệp quan tâm đến việc chuyển giao công nghệ chiết xuất hoặc hợp tác phát triển chế phẩm thuốc bảo vệ gan từ Nhân trần tía có thể liên hệ trực tiếp với nhóm tác giả tại Trường Đại học Y Dược Cần Thơ để cùng triển khai thử nghiệm tiền lâm sàng.