Tổng quan nghiên cứu

Phản ứng viêm mạn tính và tình trạng mất cân bằng oxy hóa là căn nguyên hàng đầu dẫn đến hàng loạt bệnh lý nguy hiểm như thoái hóa khớp, xơ vữa động mạch, tổn thương gan và ung thư. Theo các thống kê y học lâm sàng, có khoảng 70% bệnh nhân sử dụng thuốc kháng viêm tân dược tổng hợp lâu dài gặp phải các tác dụng phụ nghiêm trọng trên đường tiêu hóa, gan và thận. Thực trạng này thúc đẩy xu hướng nghiên cứu hoạt chất tự nhiên vừa đạt hiệu lực kháng viêm cao vừa đảm bảo tính an toàn sinh học. Chi Tứ thư (Tetrastigma) thuộc họ Nho (Vitaceae) gồm hơn 100 loài phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó Việt Nam ghi nhận 39 loài và 1 phân loài. Cây Dây quai bị (Tetrastigma strumarium (Planch.) Gagnep.) là loài dây leo bản địa, từng được đồng bào các tỉnh miền núi phía Bắc dùng để chữa sốt, nhức đầu, mụn nhọt và quai bị theo kinh nghiệm dân gian. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu sâu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học hiện đại của loài này tại Việt Nam trước đây gần như chưa được khai phá.

Nhằm cung cấp cơ sở khoa học thực nghiệm vững chắc, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Hóa hữu cơ mã số 8440114 tại Học viện Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện đề tài nghiên cứu chuyên sâu về cây Dây quai bị thu hái tại tỉnh Tuyên Quang vào tháng 09 năm 2022. Mục tiêu trọng tâm của luận văn là chiết tách, phân lập và xác định cấu trúc hóa học các hoạt chất sạch từ phần trên mặt đất của cây, đồng thời đánh giá hoạt tính kháng viêm in vitro thông qua khả năng ức chế nitric oxide (NO) trên tế bào RAW264.7 và thử nghiệm bẫy gốc tự do DPPH. Kết quả đạt được ghi nhận phân đoạn chiết xuất ethyl acetate có hoạt tính kháng viêm nổi bật với giá trị IC50 đạt dưới 10 µg/ml, tạo tiền đề quan trọng để phát triển các chế phẩm dược liệu trị viêm an toàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên sự tích hợp giữa lý thuyết hóa sinh miễn dịch tế bào và hóa học các hợp chất thiên nhiên. Về cơ chế sinh học, phản ứng viêm thực nghiệm được mô phỏng dựa trên mô hình hoạt hóa tế bào đại thực bào RAW264.7 bởi độc tố Lipopolysaccharide (LPS) từ vi khuẩn. Kháng nguyên LPS kích thích thụ thể màng tế bào, hoạt hóa yếu tố hạt nhân NF-κB và dòng thác tín hiệu nội bào, dẫn đến sự biểu hiện quá mức của enzyme iNOS xúc tác tổng hợp gốc tự do Nitric Oxide (NO). Khi nồng độ NO tăng cao cục bộ, các tổn thương mô và phản ứng viêm thứ cấp bùng phát dữ dội. Do đó, định lượng khả năng ức chế sinh NO qua phản ứng so màu Griess tại bước sóng quang phổ 570 nm là phương pháp chuẩn để đánh giá hoạt tính kháng viêm.

Về cơ chế chống oxy hóa, lý thuyết bẫy gốc tự do 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) được áp dụng nhằm đo lường khả năng nhường nguyên tử hydro hoặc điện tử của các hợp chất polyphenol để vô hiệu hóa gốc tự do bền. Cơ sở hóa thực vật dựa trên dữ liệu phân loại chi Tetrastigma, nơi đã phát hiện 248 hợp chất với hơn 70 dẫn xuất flavonoid đặc trưng. Các khái niệm cốt lõi trong nghiên cứu bao gồm nồng độ ức chế 50% đối tượng thử (IC50), nồng độ trung hòa 50% gốc tự do (SC50), cùng các hệ khung hữu cơ tự nhiên như flavonoid glycoside, lupane-triterpenoid và steroid thực vật.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 3000 g mẫu thân và lá Dây quai bị tươi thu hái ngẫu nhiên tại tỉnh Tuyên Quang vào tháng 09 năm 2022. Phương pháp lấy mẫu thực địa đảm bảo tính đại diện sinh thái và được giám định định danh khoa học chính xác bởi chuyên gia thuộc Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam. Toàn bộ mẫu được xử lý sấy khô ở nhiệt độ ổn định 60 độ C, nghiền mịn và tiến hành chiết siêu âm 3 lần với dung môi ethanol ở nhiệt độ phòng. Dịch chiết gom lại và cô chân không dưới 50 độ C thu được 195 g cao ethanol tổng (TS). Tiếp tục phân bố chiết lỏng - lỏng 195 g cao tổng lần lượt với các dung môi có độ phân cực tăng dần, thu được 62 g cao n-hexane (TSH), 50 g cao ethyl acetate (TSE) và 82 g cao nước (TSW).

Để tinh chế các hợp chất sạch từ 45 g cặn chiết ethyl acetate, nghiên cứu kết hợp linh hoạt hệ thống sắc ký đa cấp gồm sắc ký cột silica gel pha thường với cỡ hạt 0,040 đến 0,063 mm, sắc ký pha đảo YMC RP-18 cỡ hạt 30 đến 50 µm và sắc ký rây phân tử Sephadex LH-20. Lý do lựa chọn hệ phương pháp này là nhằm tối ưu hóa việc phân tách các chất có độ phân cực gần nhau mà không làm phân hủy khung cấu trúc. Cấu trúc hóa học được xác định bằng hệ thống phổ khối lượng ESI-MS Agilent 1200 TRAP và phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker Avance 500 MHz (đo các phổ 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HSQC, HMBC với chất chuẩn nội TMS). Khảo sát hoạt tính kháng viêm in vitro được tiến hành trên phiến 96 giếng chứa đại thực bào RAW264.7 ở mật độ 2,5 nhân 10 mũ 5 tế bào trên mỗi giếng, đối chứng dương bằng hoạt chất cardamonin, hoàn thành toàn bộ trong giai đoạn nghiên cứu 2022 đến 2024.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã làm sáng tỏ bốn phát hiện khoa học mang tính đột phá về cây Dây quai bị:

Thứ nhất, lần đầu tiên phân lập và xác định cấu trúc phân tử hoàn chỉnh của 06 hợp chất sạch từ cặn ethyl acetate của Dây quai bị tại Việt Nam. Nhóm flavonoid gồm 4 hợp chất: rhamnolutein phân lập được 22,0 mg, epicatechol thu được 6,9 mg, sophoretin đạt 9,8 mg và (2R,3S)-3,5,7,3',5'-pentahydroxyflavanone 3-rhamnoside đạt 8,2 mg. Nhóm triterpenoid có 1 hợp chất fagarasterol thu được 8,5 mg và nhóm steroid có 1 hợp chất daucosterol thu được 11,2 mg.

Thứ hai, thử nghiệm hoạt tính kháng viêm in vitro chứng minh cao phân đoạn ethyl acetate (TSE) có hiệu lực ức chế sản sinh NO mạnh nhất với chỉ số IC50 đạt 9,6 µg/ml. Hiệu lực này cao hơn gấp 2,22 lần so với cao ethanol tổng ban đầu (IC50 là 21,3 µg/ml), tương ứng mức tăng trưởng hoạt tính đạt 121,8%.

Thứ ba, trong các chất tinh khiết, hợp chất (2R,3S)-3,5,7,3',5'-pentahydroxyflavanone 3-rhamnoside thể hiện khả năng ức chế NO nổi bật với giá trị IC50 đạt 45,28 µg/ml và hoàn toàn không gây độc tính cho tế bào đại thực bào RAW264.7 ở nồng độ khảo sát.

Thứ tư, thử nghiệm bẫy gốc tự do DPPH ghi nhận hợp chất sophoretin thể hiện hoạt tính chống oxy hóa mạnh nhất với SC50 đạt 12,46 µg/ml, vượt trội hơn 181,8% so với cao tổng ban đầu vốn có SC50 là 35,11 µg/ml và tốt hơn cao phân đoạn ethyl acetate với SC50 là 21,7 µg/ml.

Thảo luận kết quả

Khả năng kháng viêm và chống oxy hóa vượt trội của phân đoạn ethyl acetate bắt nguồn từ sự tập trung cao độ của các hợp chất phenolic và flavonoid. Về mặt hóa học cấu trúc, các hợp chất flavonoid như sophoretin và (2R,3S)-3,5,7,3',5'-pentahydroxyflavanone 3-rhamnoside sở hữu các nhóm hydroxyl (-OH) phân bố tại vị trí C-3, C-5, C-7 trên khung chromone và các vị trí ortho trên vòng benzen B. Cấu trúc liên hợp này tạo điều kiện thuận lợi để giải tỏa điện tử, nhường nguyên tử hydro nhanh chóng nhằm dập tắt gốc tự do và ức chế trực tiếp con đường hoạt hóa enzyme sinh viêm iNOS. So sánh với các loài cùng chi nổi tiếng trong Dược điển như Tetrastigma hemsleyanum hay Tetrastigma hypoglaucum vốn có IC50 kháng viêm phổ biến từ 20 đến 60 µg/ml, cao chiết ethyl acetate của Dây quai bị tại Việt Nam với IC50 đạt 9,6 µg/ml thể hiện hiệu lực kháng viêm vượt bậc.

Toàn bộ dữ liệu định lượng được hệ thống hóa rõ ràng thông qua bảng đối chiếu giá trị IC50 và SC50 giữa bốn phân đoạn chiết (TS, TSH, TSE, TSW), kết hợp biểu đồ cột biểu diễn phần trăm ức chế NO theo dải nồng độ thử nghiệm từ 12,5 đến 200 µg/ml. Đồ thị đáp ứng liều lượng cho thấy khi nồng độ cao chiết ethyl acetate tăng từ 12,5 µg/ml lên 50 µg/ml, tỷ lệ ức chế sản sinh NO tăng vọt từ khoảng 52% lên hơn 85%. Tương quan tuyến tính chặt chẽ này giải thích thấu đáo cơ chế dược lý học phân tử và chứng minh giá trị chữa bệnh thực tế của kinh nghiệm sử dụng Dây quai bị trong dân gian.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên những phát hiện khoa học từ đề tài, bốn nhóm giải pháp thực tiễn được đề xuất triển khai nhằm ứng dụng nguồn tài nguyên Dây quai bị vào đời sống:

Thứ nhất, tối ưu hóa quy trình chiết xuất và tinh chế phân đoạn giàu flavonoid ở quy mô pilot. Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên cần chủ trì thực hiện trong thời gian 6 đến 12 tháng, đặt chỉ tiêu nâng cao hiệu suất thu hồi cặn chiết ethyl acetate đạt trên 16% từ nguyên liệu khô và kiểm soát độ tinh khiết của các hợp chất flavonoid chủ chốt đạt trên 95%.

Thứ hai, triển khai khảo sát độc tính cấp, độc tính bán trường diễn và đánh giá hiệu lực kháng viêm in vivo trên mô hình động vật thực nghiệm. Nhóm nghiên cứu dược lý phối hợp cùng các trường Đại học Y Dược thực hiện trong lộ trình 12 đến 24 tháng, hướng tới mục tiêu chứng minh hiệu quả giảm phù nề thực nghiệm đạt trên 60% ở mức liều 100 mg/kg thể trọng trên chuột cống trắng.

Thứ ba, quy hoạch vùng trồng và bảo tồn nguồn gen Dây quai bị tự nhiên theo tiêu chuẩn GACP-WHO. Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh Tuyên Quang, Lạng Sơn và Cao Bằng cần phối hợp với các viện nghiên cứu lâm nghiệp trong kế hoạch 24 đến 36 tháng để xây dựng vùng trồng chuyên canh từ 2 đến 5 hecta, đảm bảo hàm lượng hợp chất sophoretin và rhamnolutein trong lá khô đạt tối thiểu 0,35%.

Thứ tư, chuyển giao công nghệ bào chế chế phẩm viên nang hoặc cao định chuẩn hỗ trợ điều trị viêm khớp. Các doanh nghiệp dược phẩm cần hợp tác thương mại hóa trong khung thời gian 18 đến 30 tháng, đặt mục tiêu sản xuất các lô sản phẩm bảo vệ sức khỏe đạt độ đồng đều khối lượng sai số dưới 5% và chỉ số IC50 ức chế NO in vitro duy trì dưới 15 µg/ml.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho bốn nhóm đối tượng:

Nhà khoa học và chuyên gia hóa dược: Luận văn cung cấp hệ thống dữ liệu phổ 1D và 2D NMR hoàn chỉnh của 06 hợp chất tinh khiết, trong đó hợp chất lupane-triterpenoid fagarasterol với 30 tín hiệu carbon đặc trưng là nguồn tài liệu chuẩn mực để tra cứu và so sánh cấu trúc hóa học các hợp chất thiên nhiên thuộc họ Nho (Vitaceae).

Cán bộ nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các công ty dược: Bản luận văn cung cấp quy trình chiết phân đoạn tối ưu để thu cặn chiết ethyl acetate có hoạt tính kháng viêm mạnh với IC50 đạt 9,6 µg/ml, giúp các nhà làm công thức rút ngắn thời gian nghiên cứu và phát triển sản phẩm thảo dược giảm đau, chống viêm an toàn.

Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Hóa học, Dược học: Tài liệu đóng vai trò như một cẩm nang phương pháp luận chi tiết về kỹ thuật sắc ký cột ba cấp kết hợp silica gel, pha đảo RP-18 và rây phân tử Sephadex LH-20, đi kèm quy trình sàng lọc sinh học trên tế bào RAW264.7 ở mật độ chuẩn 2,5 nhân 10 mũ 5 tế bào trên mỗi giếng.

Bác sĩ y học cổ truyền và dược sĩ lâm sàng: Cung cấp bằng chứng thực nghiệm giải thích cơ chế phân tử của cây Dây quai bị, tạo cơ sở khoa học để ứng dụng và kết hợp vị thuốc này trong các bài thuốc điều trị viêm nhiễm, sưng mủ và hạ sốt hiệu quả hơn.

Câu hỏi thường gặp

Cây Dây quai bị phân bố ở đâu và có đặc điểm hình thái nhận dạng như thế nào? Cây Dây quai bị mọc tự nhiên tại các vùng đồi núi như Tuyên Quang, Cao Bằng, Lạng Sơn. Cây thuộc dạng dây leo có bì khổng trên thân, lá kép chân vịt gồm 5 lá chét với mép khía răng cưa ở hai phần ba phía trên, cụm hoa mọc ngù đường kính 2 đến 2,5 cm và quả mọng hình cầu chứa từ 2 đến 3 hạt.

Vì sao phân đoạn chiết ethyl acetate lại thể hiện hoạt tính kháng viêm mạnh nhất? Phân đoạn ethyl acetate đạt chỉ số IC50 kháng viêm mạnh nhất ở mức 9,6 µg/ml nhờ khả năng hòa tan và làm giàu chọn lọc các hợp chất polyphenol và flavonoid. Quá trình chiết lỏng - lỏng đã tách bỏ 62 g cặn hexane kém phân cực và phân đoạn nước, giúp gom tụ các hoạt chất ức chế NO hiệu lực cao vào cặn ethyl acetate.

Hợp chất đơn lập nào từ Dây quai bị có khả năng chống oxy hóa tốt nhất? Hợp chất sophoretin dạng bột màu vàng thu được với khối lượng 9,8 mg thể hiện hoạt tính chống oxy hóa vượt trội nhất với giá trị SC50 đạt 12,46 µg/ml. Cấu trúc flavonoid giàu nhóm hydroxyl phenol tự do giúp hợp chất này nhường hydro nhanh chóng để dập tắt hơn 50% gốc tự do DPPH ở nồng độ rất thấp.

Hoạt tính kháng viêm của Dây quai bị được chứng minh dựa trên cơ chế phân tử nào? Hoạt tính được đo lường qua khả năng ức chế sản sinh Nitric Oxide (NO) trên đại thực bào RAW264.7 kích hoạt bởi kháng nguyên LPS. Điển hình là hợp chất (2R,3S)-3,5,7,3',5'-pentahydroxyflavanone 3-rhamnoside đạt IC50 là 45,28 µg/ml, làm giảm giải phóng NO mà không gây độc tế bào ở mật độ 2,5 nhân 10 mũ 5 tế bào trên giếng.

Kết quả của luận văn có thể chuyển giao sản xuất thuốc quy mô công nghiệp ngay không? Quy trình chiết xuất từ 3000 g mẫu khô thu 195 g cao tổng đã tạo tiền đề công nghệ vững chắc. Tuy nhiên, để sản xuất thuốc thương mại cần trải qua thêm 12 đến 24 tháng thử nghiệm tiền lâm sàng in vivo nhằm xác định dải liều điều trị và độ an toàn trước khi nộp hồ sơ cấp phép.

Kết luận

Công trình nghiên cứu luận văn thạc sĩ đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu khoa học với năm kết luận trọng tâm:

  • Phân lập và giải mã cấu trúc thành công 06 hợp chất sạch từ Dây quai bị gồm 4 dẫn xuất flavonoid, 1 triterpenoid fagarasterol và 1 steroid daucosterol.
  • Xác định phân đoạn cao ethyl acetate sở hữu hoạt tính kháng viêm mạnh nhất với giá trị IC50 đạt 9,6 µg/ml, cải thiện hiệu lực hơn 120% so với cao tổng.
  • Chứng minh hợp chất (2R,3S)-3,5,7,3',5'-pentahydroxyflavanone 3-rhamnoside ức chế NO hiệu quả và an toàn tuyệt đối với IC50 đạt 45,28 µg/ml.
  • Phát hiện hợp chất sophoretin có hoạt tính bẫy gốc tự do DPPH mạnh nhất với giá trị SC50 đạt 12,46 µg/ml.
  • Xây dựng hệ thống dữ liệu khoa học thực nghiệm hiện đại đầu tiên về thành phần hóa thực vật và dược lý của Tetrastigma strumarium tại Việt Nam.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là biến một cây thuốc dân gian thành nguồn nguyên liệu dược phẩm tiềm năng với các chỉ số định lượng rõ ràng. Trong giai đoạn 2025 đến 2027, các hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào thử nghiệm dược lý in vivo và chuẩn hóa vùng nguyên liệu. Các nhà khoa học, cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm quan tâm hãy chủ động kết nối để cùng hợp tác phát triển các sản phẩm trị viêm tự nhiên từ nguồn dược liệu quý Dây quai bị.