MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nghiên cứu các hợp chất thứ cấp từ sinh vật biển ngày càng thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Theo thống kê, trung bình mỗi năm có 10% hợp chất mới có nguồn gốc từ sinh vật biển được công bố, bao gồm rất nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học quý báu. Đa số các hợp chất mới được phát hiện từ các loài hải miên và động vật ruột khoang. Trong các hoạt tính được thử nghiệm, hoạt tính chống ung thư luôn chiếm tỷ lệ lớn.
Bên cạnh đó, những nỗ lực tìm kiếm thuốc giảm đau, kháng sinh, kháng viêm cũng đang đạt được nhiều thành quả. Với sự hỗ trợ của các kỹ thuật tiên tiến, các hoạt chất từ thiên nhiên có hàm lượng nhỏ đã dần dần được phân lập và đánh giá hoạt tính sinh học. Rất nhiều thuốc có nguồn gốc từ sinh vật biển đã có mặt trên thị trường do các hãng dược lớn trên thế giới cung cấp, như là: Cytarabine, Halaven, Ziconotide, Vidarabine, Trabectedin… Việt Nam là quốc gia được thiên nhiên ưu đãi, có bờ biển dài 3260 km từ Bắc xuống Nam với hơn 3000 hòn đảo và khoảng 1 triệu km2 diện tích vùng biển chủ quyền (gấp 3 lần diện tích đất liền). Đồng thời, nước ta ở vào vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa đã tạo nên hệ sinh vật biển vô cùng đa dạng cả về thành phần loài và trữ lượng với hơn 300.000 loài động thực vật biển như hải miên, san hô, rong biển, ruột khoang, rêu biển, thân mềm, các loài vi sinh vật biển… Ở Việt Nam, các nghiên cứu về hóa học và các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển nói chung và hải miên nói riêng mới được chỉ được nghiên cứu từ năm 2006 trở lại đây.
Vì thế, hướng nghiên cứu khảo sát về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của hải miên nói riêng và sinh vật biển nói chung ở nước ta là rất quan trọng. Xuất phát từ điểm đó, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính gây độc tế bào ung thư của hai loài hải miên Rhabdastrella globostellata và Aaptos aaptos ở Việt Nam”. Mục tiêu của luận án: - Nghiên cứu để làm rõ được thành phần hóa học chủ yếu của hai loài hải miên Rhabdastrella globostellata (Carter, 1883) và Aaptos aaptos (Schmidt, 1864) thu ở vịnh Vân Phong, Khánh Hòa. 2 - Đánh giá được hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất phân lập trên 4 dòng tế bào ung thư ở người: ung thư phổi (LU1), ung thư vú (MCF7), ung thư gan (HepG2) và ung thư da (SKMel2).
Nội dung luận án bao gồm: 1. Phân lập các hợp chất chính từ hai loài hải miên Rhabdastrella globostellata và Aaptos aaptos thu ở vịnh Vân Phong, Khánh Hòa. Xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất đã phân lập được. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro của các hợp chất phân lập.
Giới thiệu chung về hải miên Hải miên là tên gọi được sử dụng cho ngành động vật thân lỗ Porifera (pore bearer, động vật ăn lọc). Đây là nhóm động vật đa bào nguyên thủy nhất hiện còn sống [1]. Cơ thể của chúng bao gồm một lớp trung mô dạng thạch được kẹp giữa hai màng tế bào mỏng. Trong khi tất cả các loài động vật khác có các tế bào chưa biệt hóa có thể chuyển thành các dạng tế bào chuyên biệt khác nhau thì duy nhất các loài hải miên có một số tế bào đã được biệt hóa mà vẫn có thể chuyển thành các dạng tế bào khác; thông thường chúng di chuyển giữa các màng tế bào cơ bản và lớp trung mô.
Cấu tạo cơ thể của hải miên rất đơn giản, không có hệ thần kinh, hệ tiêu hóa hoặc hệ tuần hoàn. Hải miên thường có hình cốc, chứa nhiều lỗ để thích nghi tối đa với việc duy trì hiệu quả của dòng nước chảy qua cơ thể từ đó lấy thức ăn (ăn lọc) và oxy để nuôi sống cơ thể cũng như để loại bỏ các chất thải. Phần lớn hải miên sinh sống ở biển, sống bám đáy và phân bố rộng khắp từ các vùng thủy triều cho tới tận độ sâu hơn 8800m, một số ít các loài hải miên còn được tìm thấy sống ở vùng nước ngọt và nước lợ.450 loài hải miên được ghi nhận trong danh sách của Cơ sở dữ liệu hải miên thế giới, World Porifera Database [2]. Hải miên được chia thành bốn lớp chính, trong đó lớp Demospongiae (được Sollas phân loại năm 1885) chiếm 83% tổng số loài, lớp Calcarea và Hexactinellida cùng chiếm 8%, còn lại 1% thuộc về lớp Homoscleromorpha [1].
Bên cạnh yếu tố gen, sự khác biệt về cấu trúc xương và kích thước gai là các đặc điểm hình thái quan trọng để phân loại hải miên. Ngoài ra, các đặc điểm về thành phần hóa học cũng là một dẫn chứng được sử dụng trong phân loại hải miên. Chẳng hạn, về đặc điểm hình thái các lớp hải miên có thể phân biệt như sau: - Lớp Demospongiae hầu hết có các nhánh silicat hoặc sợi xốp hoặc hỗn hợp cả hai trong các mô mềm của chúng. Tuy nhiên, một số loài có chứa cơ quan ngoài được tạo nên bởi aragnoit, một dạng canxi carbonat khác.
Tất cả các tế bào có một nhân và màng. - Lớp Hexactinellida (hải miên thủy tinh – glass sponges) có các nhánh silicat, nhánh lớn nhất có sáu cánh có thể tách rời hoặc đính với nhau. Thành phần 4 cơ thể chính của chúng là hợp bào (syncytia) trong đó phần lớn các tế bào có chung một màng ngoài đơn. - Lớp Calcarea (hải miên đá vôi) có bộ khung cơ thể tạo bởi canxi, một dạng canxi carbonat, có thể tạo thành các nhánh riêng biệt hoặc thành mạng lưới lớn.
Tất cả các tế bào có một nhân và màng. - Lớp Homoscleromorpha là đại diện không có gai nhưng có sợi collagen. Từ các đặc điểm về sinh thái học của hải miên cho thấy các chất chuyển hóa thứ cấp từ hải miên được hình thành với mục tiêu phòng vệ, bảo vệ khỏi sự tấn công của động vật ăn thịt, các ảnh hưởng của vi khuẩn, ăn mòn sinh học và sự phát triển vượt mức của các tổ chức có khả năng xâm lấn khác. Chính vì thế, hải miên là nguồn cung cấp các hoạt chất khổng lồ và được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu.
Các nghiên cứu về hóa học của hải miên được đánh dấu khởi đầu từ những năm 1950 bởi các công bố của Bergmann and Feeney về loài hải miên Tethya crypta [3]. Trong thập kỷ gần đây thì số lượng hợp chất mới phát hiện từ sinh vật biển đã lên tới trên 1000 hợp chất mỗi năm. Hơn nữa, theo thống kê trong số các hợp chất mới phát hiện từ sinh vật biển, có tới 30% số lượng hợp chất được tìm thấy từ hải miên, trung bình mỗi năm có khoảng 300 hợp chất mới được tìm thấy từ hải miên. Cấu trúc hóa học của các hợp chất phân lập từ hải miên cũng rất đa dạng có thể chia thành các nhóm chất chính alkaloid, lipid, terpenoid… Các hợp chất có nguồn gốc từ hải miên cũng thể hiện rất nhiều hoạt tính quan trọng như: hoạt tính gây độc tế bào ung thư, kháng u, kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, ức chế enzyme…Cho đến nay, một số loại thuốc có nguồn gốc từ hải miên đã được lưu hành sử dụng trên thị trường như: Cytarabine (có nguồn gốc từ hải miên Tethya crypta, trị ung thư bạch cầu), vidarabine (có nguồn gốc từ hải miên Tethya crypta, chỉ định để điều trị các bệnh herpes đơn giản và viêm não do virut) và Halaven (nguồn gốc từ hải miên Halichondria okaida, sử dụng trong điều trị ung thư vú).
Tổng quan về hải miên thuộc giống Rhabdastrella 1. Giới thiệu chung Hải miên giống Rhabdastrella thuộc họ Ancorinidae, bộ Astrophorida, lớp Demospongia. Cho đến nay có khoảng 19 loài thuộc giống Rhabdastrella được các 5 nhà khoa học công bố, trong đó phổ biến nhất là loài R. Giống hải miên Rhabdastrella có phân bố rộng rãi ở các vùng biển nhiệt đới Nam Thái Bình Dương như: vùng biển Đông-Việt Nam, New Caledonia và Philippines.
Tra cứu cơ sở dữ liệu Scifinder về giống hải miên này cho thấy: 52 công trình nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học, đối tượng nghiên cứu của giống này mới chỉ tập trung vào ba loài Rhabdastrella globostellata, Rhabdastrella aff. distincta và Rhabdastrella providentiae. Thành phần hóa học chính của các loài hải miên giống Rhabdastrella là các hợp chất isomalabaricane. Từ năm 1997 đến nay, các nhà khoa học đã phân lập và xác định cấu trúc của hơn 90 hợp chất isomalabaricane từ giống Rhabdastrella.
Hợp chất isomalabaricane được xếp vào nhóm triterpene với bộ khung 30 carbon. Tuy nhiên các hợp chất isomalabaricane phân lập từ hải miên giống Rhabdastrella, ngoài những hợp chất thuộc loại isomalabaricane triterpenoid khung đầy đủ 30C còn có những chất có bộ khung giảm dần số carbon ở mạnh nhánh như bớt đi một carbon còn 29C (gọi chung là isomalabaricane nortriterpenoid), hay là các hợp chất có số carbon ít hơn nữa ở mạch nhánh do quá trình sinh tổng hợp xảy ra sự đứt gãy của mạnh nhánh. Có những hợp chất mạch nhánh bị đứt gãy hoàn toàn chỉ giữ lại bộ khung 3 vòng của isomalabaricane. Các hợp chất này đã được chứng minh có hoạt tính gây độc tế bào và nhiều hoạt tính khác [5].
Hình ảnh loài hải miên R. Thành phần hóa học và hoạt tính sinh học Thành phần hóa học của các loài thuộc giống Rhabdastrella chủ yếu là các hợp chất thuộc khung isomalabaricane. Các hợp chất isomalabaricane này mới chỉ được tìm thấy từ các giống hải miên thuộc bốn giống trong bộ Astrophorida là Rhabdastrella, Geodia [7], Stelletta [8] và Jaspis [9]. providentiae, các nhà khoa học đã phân lập và xác định cấu trúc của 95 hợp chất isomalabaricane.
Chúng được xếp vào nhóm hợp chất triterpenoid, cấu trúc hóa học bao gồm phần khung tricyclic (với 2 vòng 6 cạnh, 1 vòng 5 cạnh và một mạch nhánh. Hệ ba vòng liên kết ngưng tụ với nhau theo kiểu trans-syn- trans. Cấu trúc hóa học và cách đánh số thứ tự carbon của isomalabaricane Với cấu trúc ba vòng ngưng tụ trans-syn-trans (Hình 1.2), isomalabaricane được đánh giá là nhóm chất rất hiếm gặp, chỉ mới được phân lập từ sinh vật biển, và có thể được coi là các dấu hiệu hóa học để định loại các loài hải miên. Các hợp chất isomalabaricane phân lập từ giống hải miên Rhabdastrella có cấu trúc hóa học giống nhau ở 3 vòng ngưng tụ 6,6,5-tricyclic và khác nhau chủ yếu ở chuỗi mạch nhánh polyene liên hợp.