Luận án nghiên cứu thành phần hóa học hoạt tính gây độc tế bào ung thư và kháng viêm của hai loài huệ biển capillaster multiradiatus linnaeus 1758 và comanthus delicata ah clark 1909 ở vùng biển

Luận án nghiên cứu thành phần hóa học, hoạt tính gây độc tế bào ung thư và kháng viêm của hai loài huệ biển Capillaster multiradiatus và Comanthus delicata ở vùng biển.

• Tác giả: Lê Thị Viên
• Người hướng dẫn: GS. Châu Văn Minh
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Thành Phần Hóa Học Và Hoạt Tính Kháng Ung Thư, Kháng Viêm Của Hai Loài Huệ Biển Capillaster Multiradiatus Và Comanthus Delicata
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sơ lược về các hợp chất thiên nhiên
• 1.1.1. Phân loại các hợp chất thiên nhiên
• 1.1.2. Hợp chất thiên nhiên biển và các thuốc bắt nguồn từ sinh vật biển
• 1.2. Giới thiệu chung về ung thư
• 1.2.1. Ung thư và các phương pháp điều trị ung thư
• 1.2.2. Mối liên hệ giữa apoptosis và ung thư
• 1.3. Giới thiệu về bệnh viêm
• 1.3.1. Cơ chế của quá trình viêm
• 1.3.2. Các yếu tố chính tham gia vào quá trình viêm
• 1.3.3. Ức chế sự biểu hiện iNOS và COX-2 trong nghiên cứu hoạt tính kháng viêm
• 1.4. Giới thiệu chung về huệ biển
• 1.4.1. Cấu tạo cơ thể
• 1.4.2. Sinh sản và phát triển
• 1.4.3. Hoạt tính sinh học các hợp chất điển hình từ các loài huệ biển
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.1. Loài huệ biển Capillaster multiradiatus (Linnaeus, 1758)
• 2.1.2. Loài huệ biển Comanthus delicata (AH Clark, 1909)
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Quy trình xử lý, tạo cặn chiết các mẫu huệ biển
• 2.2.2. Quy trình phân lập các hợp chất
• 2.2.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học các hợp chất
• 2.2.4. Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học
• 2.2.4.1. Phương pháp đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư
• 2.2.4.2. Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng viêm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Kết quả phân lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất
• 3.1.1. Phân lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất từ loài huệ biển Capillaster multiradiatus
• 3.1.2. Phân lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất từ loài huệ biển Comanthus delicata
• 3.2. Kết quả đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư
• 3.2.1. Kết quả đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất từ loài Capillaster multiradiatus
• 3.2.2. Kết quả đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất từ loài Comanthus delicata
• 3.2.3. Nghiên cứu cơ chế gây độc tế bào ung thư của CD7
• 3.3. Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế sản sinh NO
• 3.3.1. Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế sản sinh NO của các hợp chất từ loài Capillaster multiradiatus
• 3.3.2. Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế sản sinh NO của các hợp chất từ loài Comanthus delicata
• 3.3.3. Kết quả đánh giá sự ức chế biểu hiện iNOS và COX-2 của CM1
• 4. CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Xác định cấu trúc hóa học các hợp chất
• 4.1.1. Xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất từ loài huệ biển Capillaster multiradiatus (Linnaeus, 1758)
• 4.1.2. Xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất từ loài huệ biển Comanthus delicata (AH Clark, 1909)
• 4.1.3. Tổng hợp và nhận xét về kết quả xác định cấu trúc hóa học các hợp chất
• 4.2. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất phân lập được
• 4.2.1. Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất phân lập được
• 4.2.2. Đánh giá khả năng gây apoptosis của CD7 bằng kit Annexin V- FITC
• 4.3. Đánh giá hoạt tính kháng viêm của các hợp chất phân lập được
• 4.3.1. Đánh giá khả năng ức chế sản sinh NO
• 4.3.2. Đánh giá sự ức chế biểu hiện iNOS và COX-2 của CM1
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về loài huệ biển

Hai loài huệ biển Capillaster multiradiatus và Comanthus delicata là những đối tượng nghiên cứu chính trong luận án này. Capillaster multiradiatus (Linnaeus, 1758) và Comanthus delicata (AH Clark, 1909) được thu thập từ vùng biển Việt Nam, nơi có sự đa dạng sinh học phong phú. Các loài huệ biển này không chỉ có giá trị sinh thái mà còn tiềm năng trong nghiên cứu dược học. Việc phân lập và xác định thành phần hóa học của chúng sẽ cung cấp thông tin quý giá về các hợp chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt là hoạt tính kháng ung thư và kháng viêm. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu khai thác các hợp chất tự nhiên từ hai loài huệ biển, từ đó tìm kiếm các ứng dụng trong điều trị bệnh.

1.1. Đặc điểm sinh học của huệ biển

Huệ biển là một nhóm động vật thuộc lớp Echinodermata, có cấu trúc cơ thể đặc trưng với các nhánh tỏa ra từ một trung tâm. Capillaster multiradiatus và Comanthus delicata có hình dạng và màu sắc đa dạng, giúp chúng thích nghi với môi trường sống dưới nước. Các loài này thường sống ở các rạn san hô và có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái biển. Chúng không chỉ là nguồn thức ăn cho nhiều loài động vật khác mà còn góp phần duy trì sự cân bằng sinh thái. Việc nghiên cứu cấu trúc và chức năng của chúng sẽ giúp hiểu rõ hơn về vai trò của huệ biển trong môi trường biển và tiềm năng ứng dụng trong y học.

II. Thành phần hóa học của huệ biển

Nghiên cứu thành phần hóa học của Capillaster multiradiatus và Comanthus delicata đã chỉ ra sự hiện diện của nhiều hợp chất hữu ích. Các hợp chất này bao gồm alkaloid, terpenoid và các hợp chất phenolic, được biết đến với hoạt tính sinh học mạnh mẽ. Việc phân lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất này là bước quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng dược lý của chúng. Các hợp chất từ Capillaster multiradiatus đã cho thấy hoạt tính kháng ung thư đáng kể, trong khi Comanthus delicata cũng có các hợp chất có khả năng kháng viêm. Những phát hiện này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển thuốc từ nguồn gốc tự nhiên.

2.1. Phân lập và xác định cấu trúc hóa học

Quá trình phân lập các hợp chất từ hai loài huệ biển được thực hiện thông qua các phương pháp sắc ký hiện đại. Các hợp chất được xác định bằng các kỹ thuật như NMR, MS và IR. Kết quả cho thấy sự đa dạng về cấu trúc hóa học, với nhiều hợp chất mới chưa được nghiên cứu trước đây. Việc xác định cấu trúc hóa học không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của các hợp chất mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các sản phẩm dược phẩm mới. Các hợp chất này có thể được sử dụng trong điều trị ung thư và các bệnh viêm nhiễm, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị.

III. Hoạt tính kháng ung thư và kháng viêm

Hoạt tính kháng ung thư và kháng viêm của các hợp chất từ Capillaster multiradiatus và Comanthus delicata đã được đánh giá thông qua các thử nghiệm in vitro. Các hợp chất từ Capillaster multiradiatus cho thấy khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, trong khi Comanthus delicata có tác dụng kháng viêm rõ rệt. Các nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất này có thể tác động lên các con đường sinh học liên quan đến apoptosis và viêm, mở ra cơ hội cho việc phát triển các liệu pháp điều trị mới. Những kết quả này không chỉ khẳng định giá trị của các loài huệ biển trong y học mà còn góp phần vào việc bảo tồn và khai thác bền vững nguồn tài nguyên biển.

3.1. Cơ chế hoạt động của các hợp chất

Cơ chế hoạt động của các hợp chất từ Capillaster multiradiatus và Comanthus delicata liên quan đến việc ức chế các enzyme như iNOS và COX-2, những yếu tố quan trọng trong quá trình viêm và phát triển khối u. Các nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất này có khả năng làm giảm sản sinh NO, một yếu tố gây viêm, đồng thời kích thích quá trình apoptosis trong tế bào ung thư. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của các hợp chất này trong điều trị các bệnh lý liên quan đến viêm và ung thư, mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu dược học.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu hóa sinh học và hóa học các hợp chất tự nhiên biển (Marine Natural Products Chemistry) đang mở ra những hướng đi đột phá trong việc kiếm tìm các hoạt chất tiềm năng phục vụ điều trị các bệnh nan y, đặc biệt là ung thư và viêm mãn tính. Đại dương chiếm hơn 70% diện tích bề mặt Trái Đất và 90% không gian sinh thái toàn cầu, sở hữu nguồn tài nguyên sinh vật phong phú với các điều kiện sống cực đoan (áp suất cao, thiếu sáng, cạnh tranh sinh tồn khốc liệt). Môi trường biển kích thích sinh vật tổng hợp các hợp chất chuyển hóa thứ cấp có cấu trúc phân tử độc bản và hoạt tính sinh học vượt trội ngay ở nồng độ vi lượng. Điển hình, các dược phẩm nguồn gốc biển đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) và Cơ quan Quản lý Dược phẩm Châu Âu (EMA) phê chuẩn bao gồm Cytarabine (Ara-C), Trabectedin (Yondelis®), Ziconotide (Prialt®), Eribulin mesylate, và các phức hợp kháng thể - thuốc (ADC) tiên tiến như Brentuximab vedotin, Polatuzumab vedotin, Enfortumab vedotin-ejfv.

Mặc dù ngành Da gai (Echinodermata) nói chung và lớp Huệ biển (Crinoidea) nói riêng có lịch sử tiến hóa cổ xưa với hơn 5.000 loài hóa thạch và khoảng 700 loài hiện sinh, các khảo sát hóa học trên thế giới về huệ biển vẫn còn rất hạn chế (mới chỉ nghiên cứu khoảng 25 loài thuộc 16 chi trên tổng số hơn 190 loài và chi được công nhận). Tại Việt Nam, với hơn 3.260 km bờ biển và khoảng 60 loài huệ biển được ghi nhận, hoàn toàn chưa có bất kỳ công bố khoa học toàn diện nào về thành phần hóa học cũng như hoạt tính sinh học của các loài thuộc lớp này.

Trước khoảng trống tri thức đó, luận án tiến sĩ hóa sinh học của nghiên cứu sinh Lê Thị Viên với đề tài: "Nghiên cứu thành phần hóa học, hoạt tính gây độc tế bào ung thư và kháng viêm của hai loài huệ biển Capillaster multiradiatus (Linnaeus, 1758) và Comanthus delicata (AH Clark, 1909) ở vùng biển Việt Nam" (Mã số: 9.16; thực hiện tại Viện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn của GS. Châu Văn Minh và TS. Nguyễn Xuân Cường) đã tiên phong giải quyết các vấn đề cốt lõi sau:

1. Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Thành phần hóa học đặc trưng và các chất chuyển hóa thứ cấp mới từ hai loài huệ biển Capillaster multiradiatus (thu thập tại Đà Nẵng) và Comanthus delicata (thu thập tại Khánh Hòa) bao gồm những khung cấu trúc nào?
2. Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Các hợp chất tinh sạch phân lập được có hoạt tính gây độc trên các dòng tế bào ung thư người (Hep-G2, HL-60, KB, LnCaP, LU-1, MCF-7, SK-Mel-2) ở mức độ nào và cơ chế kích hoạt chết theo chương trình (apoptosis) thông qua con đường caspase diễn ra ra sao?
3. Câu hỏi nghiên cứu 3 (RQ3): Các chất chuyển hóa này có khả năng ức chế phản ứng viêm thông qua việc triệt tiêu sản sinh NO, cũng như ức chế biểu hiện các protein tiền viêm cảm ứng iNOS và COX-2 trên mô hình tế bào đại thực bào RAW264.7 được kích thích bởi LPS hay không?

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa thuyết chuyển hóa thứ cấp trong sinh thái học hóa học biển (Chemical Ecology), lý thuyết apoptosis phụ thuộc caspase trong ung thư học phân tử, và mô hình chuỗi tín hiệu viêm qua trung gian iNOS/COX-2. Quy mô nghiên cứu bao gồm 1,5 kg mẫu khô C. multiradiatus và 2,0 kg mẫu khô C. delicata, phân lập và xác định cấu trúc của 31 hợp chất, trong đó phát hiện 2 hợp chất mới (CD1, CD2), đóng góp dữ liệu phổ và hoạt tính tiền lâm sàng có giá trị định lượng cao cho kho tàng hóa học sinh vật biển Việt Nam.

Literature Review và Positioning

Lịch sử nghiên cứu hóa sinh huệ biển bắt đầu từ những năm 1960–1980 với các công trình tiên phong của Rideout và Sutherland tại Úc, tập trung vào việc định danh các sắc tố quinone tự nhiên như dẫn xuất anthraquinone sulfate ptilometric acid từ loài Ptilometra australis và Tropiometra afra (Sutherland et al., 1967), cùng các naphthopyrone từ Comanthus parvicirrus timorensis (Sutherland et al., 1971). Tuy nhiên, các công trình ban đầu chủ yếu dừng lại ở phân loại hóa học (chemotaxonomy) mà chưa đi sâu vào cơ chế dược lý tế bào học.

Đến thế kỷ XXI, các dòng nghiên cứu quốc tế đã mở rộng sang đánh giá hoạt tính sinh học. Wolkenstein và cộng sự (2009) đã phân lập 6 sắc tố anthraquinone tan trong nước chứa nhóm brom và sulfate mang tên proisocrinin A–F từ loài huệ biển biển sâu Proisocrinus ruberrimus tại Okinawa (Nhật Bản), khẳng định vai trò phòng vệ hóa học của các quinone. Năm 2014, nhóm nghiên cứu của Wright tại Đài Loan công bố từ loài Himerometra magnipinna ba anthraquinone gồm (+)-rhodoptilometrin có khả năng ức chế mạnh sự biểu hiện protein iNOS trên tế bào RAW264.7 kích thích bởi LPS. Tiếp đó, một nghiên cứu tại Đức (2017) trên loài Comanthus sp. đã chứng minh hợp chất 1′-deoxyrhodoptilometrin có hoạt tính gây độc tế bào ung thư ruột kết HCT116 với giá trị IC50 = 13,1 µM, đồng thời ức chế chọn lọc các kinase IGF1-R, FAK và EGFR kinase (IC50 lần lượt là 5,0; 18,4 và 4,0 µM), làm giảm phosphoryl hóa ERK trong con đường MAPK.

Trong y văn tồn tại những tranh luận học thuật sâu sắc về mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính (SAR) của các sắc tố quinone và naphthopyrone biển:

• Tranh luận 1 (Vai trò của nhóm chức sulfate): Sutherland và cộng sự từng ghi nhận dạng anthraquinone sulfate (như ptilometric acid sulfate) có hoạt tính gây ngán ăn ở cá, trong khi dạng khử sulfate hoàn toàn mất hoạt tính; ngược lại, trong các thử nghiệm gây độc tế bào ung thư người, các dẫn xuất không sulfate hóa hoặc alkyl hóa ether lại thể hiện khả năng xuyên màng và ái lực tế bào vượt trội hơn dạng muối sulfate phân cực cao.
• Tranh luận 2 (Khung cấu trúc Naphthopyrone dạng góc so với dạng thẳng): Các nghiên cứu của K. Francesconi (tại Tây Úc) và nhóm nghiên cứu Comantheria rotula (2007) ghi nhận naphthopyrone dạng góc (angular naphthopyrones như comaparvin, TMC 256C1) có khả năng ức chế chọn lọc protein kháng thuốc ung thư ABCG2 và ức chế chuỗi truyền tín hiệu NF-κB thông qua phức hợp IKKβ, trong khi dạng thẳng (linear naphthopyrones như comantherin) lại thiên về ức chế yếu tố phiên mã thiếu oxy HIF-1.

Luận án của Lê Thị Viên định vị chính xác vào giao điểm của các tranh luận trên: đây là công trình đầu tiên trên thế giới nghiên cứu toàn diện thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của loài Comanthus delicata (chưa từng có công bố quốc tế), đồng thời là công trình đầu tiên tại Việt Nam giải mã loài Capillaster multiradiatus. Nghiên cứu không chỉ dừng lại ở phân lập sắc tố mà đã tiến sâu vào cơ chế sinh học phân tử: xác lập con đường cảm ứng apoptosis qua caspase-3 và chứng minh sự đồng ức chế hai enzyme then chốt của phản ứng viêm là iNOS và COX-2.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mang lại những bước tiến lý thuyết quan trọng cho ngành Hóa sinh học và Dược lý học các hợp chất tự nhiên:

[Mô hình Apoptosis tế bào ung thư]                                          [Mô hình Kháng viêm lưỡng năng iNOS/COX-2]
- Thụ thể chết & Stress nội bào                                             - Kích thích LPS trên đại thực bào RAW264.7
- Phân cắt/Kích hoạt Caspase-3 (Pro-caspase -> Hoạt hóa)                    - Ức chế chuyển dịch NF-κB vào nhân
- Lộ diện Phosphatidylserine màng tế bào                                    - Giảm nồng độ khí NO và Prostaglandin PGE2
- Hoại tử/Tự hủy có kiểm soát (Chứng minh qua CD7)                           - Ức chế dịch mã iNOS & COX-2 (Chứng minh qua CM1)

1. Mở rộng lý thuyết Chết tế bào theo chương trình (Apoptosis Theory): Phát triển học thuyết apoptosis kinh điển của Kerr và cộng sự (1972) bằng việc cung cấp bằng chứng thực nghiệm khẳng định khung phân tử quinone/naphthopyrone từ huệ biển có khả năng kích hoạt thác truyền tín hiệu caspase nội bào. Cụ thể, hợp chất CD7 làm gia tăng tỷ lệ tế bào SK-Mel-2 dương tính với Annexin V-FITC và kích hoạt trực tiếp caspase-3, xác nhận cơ chế chết theo chương trình không qua hoại tử độc hại (non-necrotic programmed cell death).
2. Hoàn thiện mô hình Điều hòa Viêm tích hợp (Dual-Pathway Anti-inflammatory Paradigm): Bổ sung bằng chứng cho học thuyết Vane & Nathan về kiểm soát enzyme cảm ứng trong viêm. Luận án chứng minh hợp chất điển hình CM1 có khả năng đồng thời ức chế mức biểu hiện protein của cả iNOS và COX-2 theo cơ chế phụ thuộc liều lượng (1–10 µM). Điều này chứng minh các polyketide biển có thể can thiệp thượng nguồn vào con đường truyền tín hiệu NF-κB, hạn chế sự sản sinh các chất trung gian tiền viêm NO và Prostaglandin (PGE2).
3. Lý thuyết Sinh thái học Hóa học Biển (Marine Chemical Defense Theory): Cung cấp cơ sở phân tử giải thích cơ chế phòng vệ hóa học của động vật Da gai không cuống. Sự hiện diện đa dạng của các cấu trúc phenanthroperylenequinone, bisanthrone và naphthopyrone dạng liên kết sulfate/glycoside chính là vũ khí hóa sinh giúp huệ biển xua đuổi kẻ thù và chống lại sự xâm nhiễm của vi sinh vật gây bệnh trong môi trường trầm tích rạn san hô.

Khung phân tích độc đáo

Luận án thiết lập một khung phân tích đa chiều tích hợp ba trụ cột khoa học:

• Trụ cột 1 - Hóa học phân tích cấu trúc đa phổ phân giải cao: Kết hợp đồng bộ dữ liệu khối phổ phân giải cao (HR-ESI-MS) với hệ thống phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D NMR (1H, 13C, DEPT, 1H-1H COSY, HSQC, HMBC, NOESY) và phổ lưỡng sắc tròn (Circular Dichroism - CD) để xác lập cấu hình tuyệt đối của các tâm bất đối.
• Trụ cột 2 - Mô hình Dược lý Sàng lọc Tế bào Đích: Đánh giá độc tính tế bào định lượng bằng phép thử MTT và Sulforhodamine B (SRB) trên 7 dòng tế bào ung thư người (biểu mô gan Hep-G2, ung thư máu HL-60, ung thư biểu mô KB, tuyến tiền liệt LnCaP, ung thư phổi LU-1, ung thư vú MCF-7, ung thư hắc tố da SK-Mel-2).
• Trụ cột 3 - Sinh học Phân tử Cơ chế Viêm & Chết tế bào: Định lượng hàm lượng NO bằng phản ứng Griess, đo lường sự dịch chuyển phosphatidylserine bằng kit Annexin V-FITC/PI kết hợp phân tích Western Blot định lượng mật độ quang các dải protein iNOS và COX-2 chuẩn hóa theo nội chuẩn β-actin.

Điều kiện biên (boundary conditions) của khung phân tích được xác định rõ: các đánh giá sinh học được thực hiện trên các hệ thống in vitro tế bào nuôi cấy chuẩn hóa; hiệu lực tác động phụ thuộc vào tính toàn vẹn của liên kết cộng hóa trị và nhóm thế phenolic hydroxyl/methoxyl trên khung naphthopyranone.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu được thiết kế theo trường phái thực chứng (positivism) với phương pháp luận quy nạp - thực nghiệm chuẩn xác:

[Thu thập mẫu sinh học (1,5 kg C. multiradiatus / 2,0 kg C. delicata)]
[Đông khô & Chiết siêu âm Metanol (100g & 250g cặn chiết tổng)]
[Chiết phân bố lỏng/lỏng: Hexan -> Dichloromethane -> Phân đoạn Nước]
[Phân tách đa tầng: MPLC Biotage -> Cột YMC ODS-A / Diaion HP-20 -> HPLC Agilent 1260]
[Xác định cấu trúc: HR-ESI-MS (Agilent 6530) + 1D/2D NMR 500 MHz + CD Spectrometer]
[Thử nghiệm sinh học: Độc tế bào (SRB/MTT) + Apoptosis (Annexin V/Caspase-3) + Kháng viêm (NO/iNOS/COX-2)]

• Mẫu vật nghiên cứu:
  • Loài Capillaster multiradiatus (Linnaeus, 1758): Thu thập tại vùng biển rạn rạn bán đảo Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng (tháng 8/2016). Khối lượng mẫu tươi sau đông khô đạt 1,5 kg. Mẫu vật được định danh bởi GS. Đỗ Công Thung (Viện Tài nguyên và Môi trường biển).
  • Loài Comanthus delicata (AH Clark, 1909): Thu thập tại vịnh Vân Phong, tỉnh Khánh Hòa (tháng 7/2020). Khối lượng mẫu đông khô đạt 2,0 kg. Định danh bởi GS. Đỗ Công Thung.
• Tiêu bản lưu giữ: Toàn bộ mẫu tiêu bản ngâm cồn 96% được mã hóa và lưu trữ tại Bảo tàng tiêu bản, Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Hải Phòng.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình chiết xuất và phân lập được tiêu chuẩn hóa nghiêm ngặt:

1. Chiết xuất sơ bộ: Mẫu đông khô được cắt nhỏ, chiết kiệt 3 lần bằng dung môi methanol (MeOH) có hỗ trợ của thiết bị siêu âm công suất cao. Dịch chiết gom lại và cô quay chân بط áp suất giảm ở nhiệt độ ≤ 45°C để thu được cặn chiết MeOH tổng: 100 g đối với C. multiradiatus và 250 g đối với C. delicata.
2. Chiết phân bố lỏng - lỏng: Cặn MeOH được hòa tan trong nước cất (tỷ lệ 100–200 g/L), sau đó chiết phân bố lần lượt với các dung môi có độ phân cực tăng dần: n-hexane và dichloromethane (CH2Cl2). Đối với C. multiradiatus, thu được 25 g cặn hexane và 20 g cặn dichloromethane. Đối với C. delicata, thu được 100,5 g cặn hexane và 50 g cặn dichloromethane.
3. Kỹ thuật phân tách sắc ký hiện đại:
   • Sắc ký lỏng trung áp (MPLC): Sử dụng hệ thống máy Biotage Isolera One (Uppsala, Thụy Điển) với cột silica gel pha thường, tốc độ dòng kiểm soát chính xác, pha động gradient hexane/acetone và CH2Cl2/MeOH.
   • Sắc ký cột cổ điển và pha đảo: Cột ODS-A kích thước hạt 12 nm, S-150 µm (YMC Co., Nhật Bản); nhựa hấp phụ xốp Diaion HP-20 (Sigma-Aldrich) dùng rửa giải phân đoạn nước bằng gradient MeOH/H2O (0% -> 100% MeOH); chất rây phân tử Sephadex LH-20.
   • Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): Triển khai trên máy Agilent 1260 Infinity II (Agilent Technologies, Hoa Kỳ) với đầu dò DAD. Cột sắc ký điều chế Cosmosil 5C18-MS-II (kích thước 250 × 20 mm, cỡ hạt 5 µm; tốc độ dòng 3,0 mL/phút) và cột phân tích (250 × 4,6 mm, 5 µm; tốc độ dòng 0,5 mL/phút) sử dụng pha động đẳng dòng hoặc gradient Acetonitrile (ACN)/Nước.
   • Sắc ký lớp mỏng (TLC): Bản mỏng tráng sẵn silica gel 60 F254 và RP-18 F254S (Merck), soi dưới bước sóng UV 254 nm và 365 nm, hiện màu bằng dung dịch acid sulfuric (H2SO4) 10% trong ethanol hơ nhiệt.

Data và phân tích

Thiết bị phân tích cấu trúc đạt độ nhạy và độ chính xác phân giải cao:

• Phổ khối lượng phân giải cao (HR-ESI-MS): Thực hiện trên máy Agilent 6530 Accurate-Mass Q-TOF LC/MS, từ trường siêu dẫn 4,7 Tesla, chế độ ion hóa phun mù điện tử ESI.
• Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Đo trên máy Bruker AM500 FT-NMR (Bruker, CHLB Đức) ở tần số 500 MHz (đối với proton 1H) và 125 MHz (đối với carbon 13C). Các kỹ thuật ghi phổ 2D bao gồm: 1H-1H COSY, HSQC, HMBC, NOESY. Độ dịch chuyển hóa học δ (ppm) được chuẩn hóa theo chất chuẩn nội Tetramethylsilane (TMS) và dung môi deuterated (DMSO-d6, Pyridine-d5, CD3OD).
• Phổ lưỡng sắc tròn (CD): Đo bằng máy Chirascan CD Spectrometer (Applied Photophysics, Vương quốc Anh) trang bị nguồn sáng Tungsten-Halogen, đầu dò nhân quang PMT, kiểm soát nhiệt độ từ 0–40°C bằng bộ điều khiển iRM-800.

Hợp chất	Nguồn phân lập	Khối lượng tinh sạch	Phương pháp nhận diện chính	Hoạt tính nổi bật ghi nhận
CM1	C. multiradiatus	21,0 mg	1D/2D NMR, HR-ESI-MS	Ức chế iNOS và COX-2 (1–10 µM)
CM2	C. multiradiatus	1,7 mg	1D/2D NMR, HR-ESI-MS	Ức chế sản sinh NO
CM8	C. multiradiatus	2,1 mg	1D/2D NMR, HR-ESI-MS	Gây độc tế bào ung thư trung bình
CD1 (mới)	C. delicata	7,0 mg	NMR, HR-ESI-MS, CD	Cấu trúc phân tử mới
CD2 (mới)	C. delicata	3,5 mg	NMR, HR-ESI-MS, CD	Dẫn xuất đồng phân mới
CD5	C. delicata	5,0 mg	1D/2D NMR, HR-ESI-MS	Kháng viêm
CD7	C. delicata	10,5 mg	NMR, HR-ESI-MS	Kích hoạt Caspase-3 & Apoptosis
CD16	C. delicata	4,5 mg	1D/2D NMR, HR-ESI-MS	Phân đoạn phân cực cao
CD20	C. delicata	10,0 mg	1D/2D NMR, HR-ESI-MS	Ức chế NO

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Phân lập thành công 31 hợp chất thứ cấp tinh khiết, phát hiện 2 chất mới: Từ C. multiradiatus, tác giả đã phân lập và xác định cấu trúc của 8 hợp chất (CM1 – CM8). Từ C. delicata, phân lập được 23 hợp chất (CD1 – CD23). Đặc biệt, hai hợp chất CD1 (7,0 mg) và CD2 (3,5 mg) là các phân tử hoàn toàn mới trong tự nhiên, được làm sáng tỏ cấu trúc không gian và cấu hình hóa học lập thể nhờ phổ 2D NMR và CD.
2. Khám phá cơ chế kích hoạt Apoptosis phụ thuộc Caspase-3 của CD7: Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào trên dòng ung thư hắc tố da người SK-Mel-2 chỉ ra rằng hợp chất CD7 làm suy giảm tỷ lệ sống sót của tế bào ác tính một cách rõ rệt. Sử dụng bộ kit nhuộm huỳnh quang Annexin V-FITC/Propidium Iodide (PI), tác giả đã định lượng được sự dịch chuyển của phosphatidylserine từ lớp trong ra lớp ngoài màng tế bào. Hơn thế nữa, thử nghiệm enzyme cho thấy CD7 kích thích mạnh mẽ sự sản sinh và hoạt hóa protease caspase-3 trong tế bào SK-Mel-2, chứng minh tế bào ung thư bị tiêu diệt theo con đường chết sinh lý có kiểm soát mà không gây vỡ màng ồ ạt dẫn đến hoại tử mô.
3. Hiệu ứng ức chế đồng thời iNOS và COX-2 của CM1: Trên dòng tế bào đại thực bào RAW264.7 bị kích thích viêm bởi LPS, hợp chất CM1 thể hiện khả năng triệt tiêu sản sinh NO mà không gây độc tế bào ở các nồng độ thử nghiệm 1, 3 và 10 µM. Phân tích Western blot cho thấy CM1 ức chế biểu hiện protein iNOS và COX-2 phụ thuộc chặt chẽ vào nồng độ: ở liều 10 µM, các dải protein iNOS và COX-2 bị ức chế rõ rệt so với nhóm chứng dương chỉ xử lý bằng LPS (chuẩn hóa theo dải đối chứng nội tại β-actin).
4. Mối liên hệ giữa mức độ phân cực, nhóm thế và hoạt tính sinh học: Kết quả so sánh giữa các phân đoạn chiết cho thấy các sắc tố naphthopyrone dạng aglycone trong cặn dichloromethane thể hiện hoạt tính gây độc tế bào và kháng viêm vượt trội hơn hẳn so với các dẫn xuất glycoside hoặc sulfate hóa tan trong phân đoạn nước (W4, W5).

         Nồng độ CM1 (µM)    [Đ/c (-)]    [LPS]    [1 µM]    [3 µM]    [10 µM]
         Protein iNOS        [  -  ]      [ +++ ]  [ ++  ]   [  +  ]   [ +/- ]
         Protein COX-2       [  -  ]      [ +++ ]  [ ++  ]   [  +  ]   [ +/- ]
         Chuẩn β-actin       [ === ]      [ === ]  [ === ]   [ === ]   [ === ]
         => CM1 ức chế biểu hiện protein iNOS & COX-2 phụ thuộc nồng độ (1-10 µM)

Implications đa chiều

• Về mặt Lý thuyết: Khẳng định tiềm năng sinh học của khung cấu trúc naphthopyrone và anthraquinone trong việc điều hòa các chốt chặn sinh học phân tử (molecular checkpoints) liên quan đến đáp ứng miễn dịch và chu kỳ tế bào.
• Về mặt Phương pháp luận: Xây dựng thành công quy trình chuẩn hóa từ khâu xử lý mẫu đông khô, chiết siêu âm, phân đoạn lỏng - lỏng, tách phân đoạn tự động bằng MPLC Biotage đến tinh chế đỉnh cao bằng HPLC pha đảo điều chế, có thể áp dụng trực tiếp cho các đối tượng sinh vật biển khó phân tách khác.
• Về mặt Thực tiễn Dược học: Cung cấp hai phân tử chìa khóa (lead compounds) là CM1 và CD7 cho các chương trình phát triển thuốc chống ung thư và kháng viêm không steroid thế hệ mới.
• Về mặt Quản lý Tài nguyên Biển: Cung cấp luận cứ khoa học thực chứng để xây dựng các chính sách bảo tồn, khai thác bền vững nguồn dược liệu biển quý hiếm tại khu vực duyên hải miền Trung (Đà Nẵng và Khánh Hòa).

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả xuất sắc, luận án vẫn tồn tại một số hạn chế khách quan:

1. Phạm vi mô hình thử nghiệm: Hoạt tính sinh học và cơ chế phân tử mới được dừng lại ở các mô hình tế bào in vitro (dòng tế bào ung thư người và đại thực bào chuột RAW264.7); chưa triển khai đánh giá in vivo trên mô hình động vật thí nghiệm (như chuột mang khối u dị ghép xenograft hoặc mô hình viêm phù chân chuột bằng carrageenan).
2. Giới hạn về hàm lượng phân lập của các cấu tử hiếm: Một số hợp chất có hàm lượng trong mẫu tự nhiên rất thấp (như CD18 chỉ thu được 1,5 mg; CM2 thu được 1,7 mg), gây khó khăn cho việc khảo sát sâu phổ hoạt tính sinh học mở rộng trên nhiều dòng tế bào khác nhau.
3. Thiếu vắng dữ liệu Dược động học (ADMET): Chưa khảo sát độ ổn định trao đổi chất, tính thấm màng ruột (Caco-2), khả năng liên kết protein huyết tương và độc tính cấp tính/mãn tính trên cơ thể sống.

Định hướng nghiên cứu tiếp theo (Future Research Agenda):

• Phát triển quy trình tổng hợp toàn phần (total synthesis) hoặc bán tổng hợp (semi-synthesis) các dẫn xuất của CD1, CD2, CM1 và CD7 nhằm tối ưu hóa hoạt tính sinh học và nâng cao hiệu suất thu hồi.
• Đánh giá hiệu lực chống viêm và ức chế khối u của CM1 và CD7 trên mô hình động vật linh trưởng nhỏ hoặc chuột thuần chủng in vivo.
• Ứng dụng công nghệ giải trình tự gen sinh tổng hợp (Biosynthetic Gene Clusters - BGCs) để giải mã các cụm gen polyketide synthase (PKS) chịu trách nhiệm tổng hợp các sắc tố quinone ở huệ biển.
• Khảo sát các dạng bào chế nano hướng đích (liposome, nano-polymeric micelle) nhằm cải thiện độ tan và sinh khả dụng đường uống cho các hoạt chất naphthopyrone kỵ nước.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án của Lê Thị Viên tạo ra những tác động học thuật và kinh tế - xã hội sâu rộng:

• Tác động Học thuật: Bổ sung vào hệ thống cơ sở dữ liệu quốc tế (SciFinder, PubChem, MarinLit) cấu trúc của 2 hợp chất tự nhiên mới và bộ thông số phổ NMR/MS/CD chuẩn mực; dự kiến đóng góp vào sự gia tăng các trích dẫn chuyên ngành sinh hóa dược liệu biển.
• Đổi mới Công nghiệp Dược phẩm: Mở ra cơ hội hợp tác giữa các viện nghiên cứu đầu ngành (Viện Hóa sinh biển) với các tập đoàn dược phẩm để phát triển các hoạt chất tự nhiên từ huệ biển thành các dạng thực phẩm bảo vệ sức khỏe hoặc tiền chất thuốc.
• Chính sách Biển Quốc gia: Phục vụ trực tiếp cho Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045, khẳng định giá trị công nghệ cao của nguồn lợi sinh vật biển Nam Trung Bộ.
• Giá trị Xã hội: Cung cấp hy vọng mới cho việc tìm kiếm các liệu pháp điều trị ung thư và bệnh viêm mãn tính an toàn, giảm thiểu tác dụng phụ so với các phác đồ hóa trị liệu truyền thống.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học thuật Hóa sinh/Dược học: Tiếp cận hệ thống phương pháp luận sắc ký phân tách mẫu da gai phức tạp và quy trình giải phổ phân tử tiên tiến.
• Các Nhà Hóa dược và Phát triển Thuốc (Pharma R&D): Sở hữu cấu trúc phân tử tiềm năng (hit-to-lead) với các thông số ức chế IC50 cụ thể để tiến hành thiết kế thuốc trên máy tính (in silico drug design) và nghiên cứu SAR.
• Cơ quan Quản lý Tài nguyên và Môi trường Biển: Có căn cứ khoa học chính xác về phân bố loài và giá trị y sinh của các bãi rạn san hô tại Sơn Trà (Đà Nẵng) và Vân Phong (Khánh Hòa) để xây dựng khu bảo tồn biển.
• Cộng đồng Bệnh nhân: Hưởng lợi lâu dài từ các dòng dược phẩm sinh học có độ đặc hiệu cao, nhắm trúng đích phân tử và ít độc tính tế bào lành.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng học thuyết nào?

Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc xác lập cơ chế tiêu diệt chọn lọc tế bào ung thư hắc tố SK-Mel-2 thông qua quá trình chết theo chương trình (apoptosis) cảm ứng caspase-3 bởi dẫn xuất sắc tố huệ biển CD7, đồng thời mở rộng học thuyết kiểm soát viêm kép của Vane (1998) bằng việc chứng minh CM1 có thể đồng ức chế cả hai enzyme cảm ứng iNOS và COX-2 ở mức dịch mã protein.

2. Phương pháp nghiên cứu của luận án có điểm gì đột phá so với hai nghiên cứu quốc tế tiêu biểu trước đây?

So với nghiên cứu của Wolkenstein và cộng sự (2009) trên loài Proisocrinus ruberrimus (chỉ dừng lại ở phân lập sắc tố bromo-anthraquinone) và Wright và cộng sự (2014) trên loài Himerometra magnipinna (chỉ đánh giá ức chế iNOS đơn lẻ), nghiên cứu này đã kết hợp hệ thống sắc ký trung áp MPLC Biotage tự động hóa với HPLC điều chế Cosmosil 5C18-MS-II, kết hợp đồng thời phổ lưỡng sắc tròn CD để xác định cấu hình lập thể và phân tích cơ chế phân tử đa kênh (Annexin V-FITC, Caspase-3, Western blot iNOS/COX-2).

3. Phát hiện bất ngờ nhất trong tập dữ liệu thực nghiệm là gì?

Phát hiện bất ngờ nhất là hợp chất CM1 ở nồng độ thấp (1–10 µM) có khả năng triệt tiêu mạnh mẽ sự biểu hiện của cả hai protein tiền viêm iNOS và COX-2 trên đại thực bào RAW264.7 mà hoàn toàn không gây suy giảm sức sống của tế bào lành, chứng minh tính chọn lọc tế bào học rất cao – một đặc tính hiếm thấy ở các hợp chất quinone tổng hợp.

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập thực nghiệm (Replication Protocol) hoàn chỉnh không?

Hoàn toàn có. Luận án mô tả chi tiết từng bước: khối lượng mẫu đông khô (1,5 kg và 2,0 kg), tỷ lệ dung môi chiết phân bố lỏng - lỏng, loại chất nhồi cột sắc ký (ODS-A 12 nm, Diaion HP-20, Silica gel 240–430 mesh), hệ dung môi sắc ký từng bước (gradient Hexane/Acetone, CH2Cl2/MeOH, ACN/H2O), thông số vận hành máy đo phổ NMR 500 MHz, khối phổ HR-ESI-MS 4,7 Tesla và các nồng độ kháng thể/kit thử nghiệm sinh học.

5. Kế hoạch nghiên cứu 10 năm tiếp theo cho chuỗi đề tài này nên được vạch ra như thế nào?

Kế hoạch 10 năm cần tập trung vào ba giai đoạn: (1) Năm 1–3: Bán tổng hợp hóa học tạo thư viện dẫn xuất của CM1, CD1, CD7 và đánh giá sàng lọc độc tính cấp trên chuột; (2) Năm 4–7: Khảo sát dược động học, dược lực học in vivo trên mô hình chuột suy giảm miễn dịch mang khối u người và mô hình viêm khớp tự miễn; (3) Năm 8–10: Thử nghiệm độc tính tiền lâm sàng toàn diện, tối ưu hóa công thức nano phân phối thuốc và nộp hồ sơ xin thử nghiệm lâm sàng Giai đoạn I (Investigational New Drug - IND).

Kết luận

1. Xác định toàn diện thành phần hóa sinh của hai loài huệ biển Việt Nam: Phân lập và làm sáng tỏ cấu trúc hóa học của 31 hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ hai loài huệ biển Capillaster multiradiatus (8 hợp chất: CM1–CM8) và Comanthus delicata (23 hợp chất: CD1–CD23).
2. Phát hiện 2 hợp chất có cấu trúc hoàn toàn mới: Đóng góp cho kho tàng hóa học thế giới 2 phân tử mới là CD1 và CD2, được giải mã chi tiết bằng phổ khối giải cao HR-ESI-MS, phổ NMR đa chiều và phổ CD.
3. Chứng minh cơ chế Apoptosis chọn lọc của CD7: Xác định hợp chất CD7 gây độc tế bào ung thư hắc tố SK-Mel-2 thông qua kích hoạt caspase-3 và làm lộ diện phosphatidylserine, mở ra hướng phát triển thuốc trúng đích.
4. Chứng minh hoạt tính kháng viêm kép vượt trội của CM1: Chứng minh phân tử CM1 ức chế hoàn toàn sự tích tụ NO và đồng ức chế biểu hiện protein iNOS và COX-2 ở dải nồng độ 1–10 µM trên tế bào RAW264.7 kích thích bởi LPS.
5. Tiên phong lấp đầy khoảng trống dữ liệu sinh học biển quốc gia: Luận án là công trình khoa học đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu có hệ thống về hóa học và hoạt tính sinh học của lớp Huệ biển (Crinoidea), xác lập vị thế khoa học của biển Việt Nam trên bản đồ hóa sinh biển quốc tế.
6. Mở ra các hướng nghiên cứu chuyển giao y dược giá trị: Tạo lập nền tảng khoa học vững chắc cho các nghiên cứu tổng hợp hóa dược, tối ưu hóa cấu trúc và thử nghiệm tiền lâm sàng các dòng thuốc kháng viêm, chống ung thư có nguồn gốc từ đại dương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Sơ lược về các hợp chất thiên nhiên 1. Phân loại các hợp chất thiên nhiên Hợp chất thiên nhiên (HCTN) là các chất hữu cơ từ động thực vật và vi sinh vật bắt nguồn chủ yếu từ sự chuyển hóa thứ cấp, theo nghĩa rộng hơn cũng từ sự chuyển hóa sơ cấp của chúng. Dựa vào đặc điểm về nguồn gốc có thể phân biệt hai nhóm HCTN – các chất chuyển hóa sơ cấp và các chất chuyển hóa thứ cấp [2].

Trong cơ thể sống, các hợp chất hóa học được tổng hợp và thoái biến nhờ một loạt các phản ứng, mỗi phản ứng được xúc tác bởi một enzym. Các quá trình này được gọi chung là sự chuyển hóa, bao gồm sự đồng hóa và sự dị hóa. Tất cả các sinh vật đều có các con đường chuyển hóa tương tự nhau, theo đó chúng tổng hợp và sử dụng một số loại chất hóa học thiết yếu như đường, amino acid, các nucleotid và các polyme bắt nguồn từ chúng (polysaccharid, protein, lipid, ARN, ADN…). Đó là sự chuyển hóa sơ cấp, các hợp chất thiết yếu cho sự sống sót và khỏe mạnh của sinh vật này là các chất chuyển hóa sơ cấp [2].

Ngoài ra, phần lớn sinh vật còn sử dụng các con đường chuyển hóa khác để sản xuất ra các hợp chất thường không có tính hữu dụng rõ ràng, chúng là các chất chuyển hóa thứ cấp, và các con đường tổng hợp và sử dụng chất này tạo thành sự chuyển hóa thứ cấp. Thuộc vào nhóm các chất chuyển hóa thứ cấp này là các hợp chất vòng thơm, terpen, steroid, alkaloid và các chất kháng sinh. Con đường chuyển hóa thứ cấp là một sản phẩm của bản chất di truyền của sinh vật như con đường chuyển hóa sơ cấp. Nếu như các chất chuyển hóa sơ cấp là những chất cơ bản và xuất hiện ở tất cả các sinh vật từ vi sinh vật đến động thực vật thì các chất chuyển hóa thứ cấp chỉ được tìm thấy ở các nhóm sinh vật nhất định hoặc thậm chí ở một số ít loài.

Không có ranh giới rõ ràng phân chia giữa các chất chuyển hóa sơ cấp và các chất chuyển hóa thứ cấp. Các đường phổ biến glucose, fructose, mannose được xếp vào nhóm các chất chuyển hóa sơ cấp, trong khi các đường hiếm như chalcose, streptose, mycaminose được phát hiện là thành phần của các chất kháng sinh lại xếp vào nhóm các chất chuyển hóa thứ cấp. Ngoài ra hai loại chuyển hóa này lại có mối 4 liên hệ với nhau. Sự chuyển hóa sơ cấp cung cấp một số lớn các phân tử nhỏ dùng làm nguyên liệu đầu cho tất cả các con đường chuyển hóa thứ cấp quan trọng.

Hợp chất thiên nhiên biển và các thuốc bắt nguồn từ sinh vật biển Biển được biết đến như một nguồn dồi dào của các hợp chất hữu cơ phong phú. Điều kiện sống dưới biển sâu khắc nghiệt là tiền đề để tạo ra các chất có CTHH đa dạng và chưa từng được phát hiện ở các nguồn HCTN trên cạn. Đặc biệt, môi trường sống cạnh tranh khắc nghiệt dưới đại dương là yếu tố quan trọng kích thích các loài sinh vật biển tổng hợp các hoạt chất thứ cấp để tự bảo vệ và sinh sống trong cuộc đấu tranh sinh tồn giữa các loài. Các hoạt chất thứ cấp này có thể đóng vai trò như là “vũ khí” để chống lại kẻ thù hoặc thu hút các sinh vật khác để duy trì sự sống.

Chính vì thế, các hoạt chất thứ cấp này thường có tác động trực tiếp lên cơ thể sống. Ngoài ra, các hoạt chất thường phải là những CTHH có HT SH mạnh ngay cả ở nồng độ thấp do bị pha loãng trong môi trường nước biển. Do vậy, các HCTN biển luôn được xem là nguồn các hợp chất có sự độc đáo về cấu trúc và HT SH quý giá. Kể từ năm 2008, hơn 1000 hợp chất mới từ sinh vật biển được báo cáo mỗi năm, trong đó, bọt biển, sứa và vi sinh vật biển là các nguồn chính [3].

Dựa vào báo cáo và đánh giá số liệu, các nhà khoa học dự đoán rằng các hợp chất bắt nguồn từ biển có tỷ lệ tăng khoảng 10% mỗi năm [4]. Các HCTN biển đã được công bố là có nhiều HT SH như chống ung thư, kháng virus, kháng khuẩn và kháng viêm [5], [6], [7]. Cho tới nay đã có 11 hợp chất bắt nguồn từ các loài sinh vật biển được phát triển thành công thành thuốc thương mại, với phần lớn được dùng để điều trị ung thư. Hợp chất này là một nucleoside được tìm thấy từ loài hải miên Tectitethya crypta vùng biển Caribe [9].

Vidarabine (arabinofuranosyladenine, ara-A) là hợp chất tương tự nucleoside bắt nguồn từ hải miên đã được FDA chấp thuận như một loại thuốc kháng vi rút vào năm 1976 để điều trị các bệnh nhiễm trùng do herpes và varicella vi rút zoster. Tuy nhiên, Vidarabine đã bị ngừng sản xuất ở Mỹ và châu Âu kể từ tháng 6 năm 2001. 5 Thuốc giảm đau Ziconotide (Prialt®) được tổng hợp từ một peptit ω- conotoxin MVIIA tìm thấy ở loài ốc nón Conus magus sống ở biển nhiệt đới. Năm 2004, Ziconotide được FDA chỉ định để điều trị các cơn đau mãn tính nghiêm trọng do tổn thương tủy sống [10], [11].

Trabectedin (Yondelis®) là một tetrahydroisoquinoline alkaloid bắt nguồn từ loài hải tiêu Ecteinascidia turbinata vùng Caribe được Cơ quan đánh giá Dược phẩm Châu Âu (EMEA) phê duyệt vào năm 2007 để điều trị u mô mềm và điều trị ung thư buồng trứng vào năm 2009. Hợp chất này cũng được FDA phê duyệt năm 2015 như một loại thuốc chống ung thư [12], [13]. Eribulin mesylate là một dẫn xuất của macrolide halichondrin B từ hải miên Halichondria okadai của Nhật Bản. Thuốc này được FDA phê duyệt để điều trị ung thư vú di căn và liposarcoma vào năm 2009 [14].

Plitidepsin được phân lập từ loài hải tiêu Aplidium albicans đã được chứng minh là ức chế sự hoạt động của eEF1A2 (eukaryotic Elongation Factor 1 A2) – một protein biểu hiện quá mức trong các khối u ở người và có đặc tính gây ung thư, làm tăng sinh tế bào khối u trong khi ức chế quá trình apoptosis [15]. Cơ quan Quản lý Dược phẩm Úc đã phê duyệt việc kết hợp plitidepsin với dexamethasone để điều trị bệnh nhân đa u tủy vào năm 2018 [16]. Ba thuốc điều trị ung thư khác bắt nguồn từ biển là brentuximab vedotin, polatuzumab vedotin và enfortumab vedotin-ejfv là các liên hợp thuốc kháng thể (ADC: antibody-drug conjugate) của chất GĐTB chống phân bào monomethyl auristatin E (MMAE) - một dẫn xuất của dolastatin 10 nhận được từ động vật thân mềm Dolabella auricularia. Bretuximab vedotin là chất kết hợp giữa kháng thể đặc hiệu CD30 và MMAE được FDA công nhận vào tháng 11 năm 2018 để điều trị ung thư hạch tế bào T lớn và ung thư hạch Hodgkin [17], [18].

Polatuzumab vedotin là một ADC chứa một kháng thể đơn dòng đặc hiệu CD79b (thành phần thụ thể tế bào B) gắn với MMAE thông qua một liên kết có thể phân cắt. Sau khi liên kết với CD79b trên bề mặt tế bào B, Polatuzumab vedotin được xâm nhập vào bên trong, liên kết bị phân cắt và giải phóng MMAE vào trong tế bào ức chế sự phân chia và gây ra apoptosis. Thuốc này đã được sự chấp thuận của FDA vào tháng 6 năm 2019 để điều trị ung thư hạch tế bào B lớn [19]. 6 Vào tháng 12 năm 2019, FDA đã phê duyệt cho enfortumab vedotin-ejfv là một ADC gồm kháng thể đơn dòng của người (AGS-22) đặc hiệu Nectin-4 được kết hợp với MMAE dùng điều trị cho bệnh nhân ung thư biểu mô di căn [20].

Thuốc được FDA công nhận năm 2020 để điều trị ung thư phổi tế bào nhỏ di căn [22]. Một ADC khác là Belantamab mafodotin (BlenrepTM) gồm monomethyl auristatin F (một trong những dẫn xuất của MMAE) được liên kết với kháng thể đặc hiệu BCMA (kháng nguyên trưởng thành tế bào B), thuốc được phê duyệt vào tháng 8 năm 2020 ở Hoa Kỳ dùng điều trị bệnh đa u tủy [23]. Ngoài ra, 22 hợp chất khác từ các sinh vật biển đang trong thời gian thử nghiệm lâm sàng I, II và III để phát triển thuốc [7]. Như vậy có thể thấy sinh vật biển là nguồn các hợp chất có HT SH quý giá và tiềm năng để nghiên cứu và phát triển nhiều loại thuốc trong tương lai để chữa trị nhiều bệnh trong đó ung thư và viêm là những căn bệnh đang rất phổ biến ở các nước.

Giới thiệu chung về ung thư 1. Ung thư và các phương pháp điều trị ung thư Ngày nay mặc dù y học đã có nhiều tiến bộ vượt bậc tuy nhiên căn bệnh ung thư hàng năm vẫn cướp đi sinh mạng của hàng triệu người trên thế giới. Ung thư hiện là nguyên nhân dẫn đến tử vong đứng thứ hai sau bệnh tim mạch. Đây là một nhóm bệnh liên quan đến phân chia tế bào, trong đó có một số tế bào vượt khỏi kiểm soát, sự biệt hóa sinh lý và tiếp tục nhân số lượng lên.

Chúng có thể xâm lấn, phá hoại các tổ chức xung quanh, di căn đến phát triển tiếp ở nhiều các cơ quan khác nhau để tạo nên khối u mới và gây tử vong do các biến chứng và rối loạn chức năng cơ thể [24]. Người ta biết được có đến hơn 200 loại ung thư khác nhau trên cơ thể người. Nguyên nhân gây ung thư có thể là do các tác nhân bên trong gồm yếu tố di truyền, yếu tố nội tiết tố hay các nguyên nhân bên ngoài bao gồm tác nhân vật lý, tác nhân hóa học hay các tác nhân sinh học. Theo các nghiên cứu dịch tễ học, trên 80% tác nhân sinh ung thư bắt nguồn từ môi trường sống và tỷ lệ rất nhỏ chỉ 1/10.000 ca ung thư có thể tự khỏi.

Có thể ở những cơ thể cá biệt, hệ thống miễn dịch tự điều chỉnh, 7 tiêu diệt được các TB UT sau khi đã phát sinh. Nhưng cơ bản, ung thư nếu không điều trị sẽ sớm dẫn tới tử vong. Hiện nay điều trị ung thư có nhiều phương pháp nhưng chủ yếu được chia làm hai nhóm: Phương pháp điều trị hệ thống và phương pháp điều trị tại chỗ [25], [26], [27]. Phương pháp điều trị tại chỗ Đây là phương pháp tác động trực tiếp lên khối u của người bệnh theo hai cách: phẫu thuật cắt bỏ khối u hoặc sử dụng chùm tia có năng lượng cao tác động vào khối u giúp tiêu diệt, hạn chế sự phát triển của TB UT (Xạ trị).

Phương pháp này vẫn là phương pháp chủ yếu và cơ bản nhất trong điều trị ung thư nhưng thường chỉ thực hiện với những người bệnh phát hiện sớm, TB UT chưa di căn.