Tổng quan nghiên cứu

Củ Dòm (Stephania dielsiana Y. Wu) là một loài thực vật thuộc họ Tiết dê (Menispermaceae), phân bố chủ yếu ở các vùng núi phía Bắc Việt Nam, đặc biệt tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Với diện tích rừng nguyên sinh và thứ sinh phong phú, khu vực chân dãy Tam Đảo có khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các loài dược liệu quý, trong đó có củ Dòm. Theo ước tính, có khoảng 22 loài thuộc chi Stephania phân bố rộng khắp ba miền Bắc – Trung – Nam, với nhiều loài có giá trị dược liệu cao.

Củ Dòm được dân gian sử dụng làm thuốc an thần, giảm đau, hạ sốt, điều hòa nhịp tim và giải co thắt cơ trơn, đồng thời ít gây tác dụng phụ. Tuy nhiên, hiện nay các nghiên cứu khoa học về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của củ Dòm tại Việt Nam còn hạn chế, đặc biệt là các nghiên cứu chi tiết về các hợp chất alkaloid và tác dụng sinh học của chúng. Do đó, nghiên cứu này nhằm phân lập, xác định cấu trúc hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học của củ Dòm thu hái tại huyện Đại Từ – Thái Nguyên, góp phần nâng cao chất lượng sử dụng và phát triển nguồn dược liệu quý tại địa phương.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là thu mẫu củ Dòm, tạo dịch chiết ethanol, phân lập các hợp chất hóa học, xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học in vitro của dịch chiết và các chất phân lập được. Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2021-2022 tại phòng thí nghiệm Hóa Hữu cơ, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo tồn, phát triển nguồn dược liệu và ứng dụng trong y học hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về hóa học hữu cơ và dược liệu, tập trung vào nhóm alkaloid – thành phần hóa học chủ yếu trong củ Dòm. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết về alkaloid trong thực vật dược liệu: Alkaloid là các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, có tác dụng dược lý đa dạng như an thần, giảm đau, kháng viêm, chống ung thư. Trong chi Stephania, alkaloid được phân loại thành 9 nhóm chính như benzylisoquinoline, bisbenzylisoquinoline, aporphine, protoberberine, morphinan, v.v. Mỗi nhóm có cấu trúc đặc trưng và hoạt tính sinh học riêng biệt.

  2. Mô hình phân lập và xác định cấu trúc hợp chất bằng phương pháp sắc ký và phổ học: Sử dụng sắc ký bản mỏng, sắc ký cột để phân lập các hợp chất từ dịch chiết ethanol. Xác định cấu trúc bằng phổ khối ESI-MS, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 chiều và 2 chiều (1H-NMR, 13C-NMR), phổ HMBC, DEPT, giúp xác định cấu trúc hóa học chính xác của các hợp chất phân lập.

Các khái niệm chính bao gồm: alkaloid, sắc ký, phổ khối, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, hoạt tính sinh học in vitro, IC50, độc tính tế bào, apoptosis.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là mẫu củ Dòm thu hái tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên vào tháng 11 năm 2021. Mẫu củ được xử lý bằng cách rửa sạch, cạo vỏ, sấy khô ở 40°C, thái miếng nhỏ và chiết xuất bằng ethanol 90% kết hợp siêu âm nhằm tăng hiệu quả chiết tách. Dịch chiết ethanol được cô quay thu hồi dung môi, thu được cặn chiết ethanol (DE).

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân lập hợp chất: Sử dụng sắc ký bản mỏng để theo dõi quá trình phân lập, sắc ký cột silicagel với hệ dung môi thích hợp để tách chiết các hợp chất từ cặn chiết ethanol.

  • Xác định cấu trúc: Áp dụng phổ khối ESI-MS, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR, 13C-NMR, phổ HMBC, DEPT để xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất phân lập.

  • Định tính các nhóm hợp chất hữu cơ: Thực hiện các phản ứng hóa học đặc trưng để xác định sự có mặt của alkaloid, flavonoid, tanin, coumarin, glycosid tim, đường khử trong dịch chiết.

  • Đánh giá hoạt tính sinh học in vitro: Thử nghiệm độc tính tế bào trên các dòng tế bào ung thư người (HeLa, HepG2, OVCAR-8, MDA, H358) bằng phương pháp nhuộm Sulforhodamine B (SRB). Xác định giá trị IC50 để đánh giá mức độ ức chế sự phát triển tế bào. Ellipticine được sử dụng làm chất đối chứng dương, DMSO 1% làm đối chứng âm.

Cỡ mẫu nghiên cứu là 2,1 kg củ tươi, thu được 560 g mẫu khô và 212 g cặn chiết ethanol. Phương pháp chọn mẫu là thu hái củ tự nhiên tại vùng phân bố chính của loài. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm TableCurve 2Dv4 để tính IC50. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân lập và xác định cấu trúc hai hợp chất alkaloid chính: Từ cặn chiết ethanol củ Dòm, hai hợp chất được phân lập và xác định cấu trúc bằng phổ ESI-MS, 1H-NMR, 13C-NMR là Oxostephanine và Stephanine thuộc nhóm alkaloid aporphine và protoberberine. Oxostephanine có hoạt tính sinh học mạnh với giá trị IC50 lần lượt là 0,566 µg/mL trên tế bào HepG2, 0,755 µg/mL trên tế bào RD và 1,404 µg/mL trên tế bào SK-LU1.

  2. Hoạt tính gây độc tế bào của dịch chiết ethanol và các hợp chất phân lập: Dịch chiết ethanol có hoạt tính ức chế sự phát triển tế bào ung thư với IC50 ≤ 20 µg/mL, trong khi các hợp chất tinh khiết như Oxostephanine có IC50 ≤ 5 µM, cho thấy hoạt tính sinh học tốt theo tiêu chuẩn của Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ.

  3. Tác dụng an thần và giảm đau của L-tetrahydropalmatine: Hợp chất này có LD50 khoảng 1000 mg/kg trên chuột, thể hiện độ an toàn cao. Liều 40 mg/kg kéo dài thời gian ngủ của chuột lên 8 lần, đồng thời có tác dụng ức chế thần kinh trung ương tương tự diazepam.

  4. Định tính các nhóm hợp chất hữu cơ: Dịch chiết ethanol chứa alkaloid, flavonoid, tanin, coumarin và glycosid tim, góp phần giải thích các tác dụng dược lý đa dạng của củ Dòm.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân lập và xác định cấu trúc các alkaloid từ củ Dòm phù hợp với các nghiên cứu trước đây về chi Stephania, khẳng định sự phong phú và đa dạng của nhóm alkaloid trong loài này. Hoạt tính sinh học mạnh mẽ của Oxostephanine trên nhiều dòng tế bào ung thư cho thấy tiềm năng phát triển thành thuốc chống ung thư.

Tác dụng an thần, giảm đau của L-tetrahydropalmatine được củng cố qua các thử nghiệm độc tính và điện não đồ, phù hợp với các báo cáo quốc tế về alkaloid nhóm này. Độ an toàn cao của hợp chất này mở ra khả năng ứng dụng trong điều trị các rối loạn thần kinh.

Việc định tính các nhóm hợp chất hữu cơ khác như flavonoid và coumarin cũng góp phần giải thích các tác dụng chống viêm, kháng oxy hóa của củ Dòm. So sánh với các nghiên cứu trên các loài Stephania khác, củ Dòm có thành phần hóa học và hoạt tính sinh học tương đồng nhưng có đặc điểm riêng biệt về cấu trúc và nồng độ alkaloid.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ IC50 của các hợp chất trên các dòng tế bào, bảng so sánh thành phần alkaloid và sơ đồ quy trình phân lập hợp chất từ củ Dòm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển quy trình chiết xuất và phân lập alkaloid chuẩn hóa: Áp dụng các phương pháp sắc ký hiện đại để nâng cao hiệu quả thu nhận các hợp chất hoạt tính, nhằm phục vụ nghiên cứu sâu hơn và sản xuất dược liệu chất lượng cao. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, chủ thể là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp dược liệu.

  2. Nghiên cứu mở rộng hoạt tính sinh học và cơ chế tác dụng: Thực hiện các thử nghiệm in vivo và phân tích cơ chế phân tử của các alkaloid như Oxostephanine và L-tetrahydropalmatine để phát triển thuốc điều trị ung thư và rối loạn thần kinh. Thời gian 3-5 năm, do các trung tâm nghiên cứu y sinh đảm nhận.

  3. Bảo tồn và phát triển nguồn dược liệu củ Dòm tại địa phương: Xây dựng mô hình trồng và khai thác bền vững tại huyện Đại Từ, kết hợp với đào tạo kỹ thuật cho người dân nhằm bảo vệ nguồn gen quý hiếm. Thời gian 2-3 năm, phối hợp giữa chính quyền địa phương và các tổ chức nông nghiệp.

  4. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng: Hỗ trợ doanh nghiệp phát triển sản phẩm từ củ Dòm với tiêu chuẩn chất lượng cao, đảm bảo an toàn và hiệu quả điều trị. Thời gian 1-3 năm, do các công ty dược phẩm và viện nghiên cứu phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học dược liệu: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về thành phần hóa học và phương pháp phân lập alkaloid, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng nghiên cứu chuyên sâu.

  2. Chuyên gia phát triển thuốc và dược phẩm: Thông tin về hoạt tính sinh học và độc tính của các hợp chất từ củ Dòm hỗ trợ trong việc phát triển thuốc mới, đặc biệt trong lĩnh vực điều trị ung thư và rối loạn thần kinh.

  3. Người làm công tác bảo tồn và phát triển nguồn dược liệu: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chương trình bảo tồn, trồng trọt và khai thác bền vững củ Dòm tại các vùng núi phía Bắc Việt Nam.

  4. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược liệu: Luận văn giúp doanh nghiệp hiểu rõ về thành phần và tác dụng của củ Dòm, từ đó phát triển sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu thị trường trong và ngoài nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Củ Dòm có những thành phần hóa học chính nào?
    Củ Dòm chứa chủ yếu các alkaloid thuộc nhóm aporphine, protoberberine và morphinan, cùng với flavonoid, tanin và coumarin. Các alkaloid như Oxostephanine và Stephanine được phân lập và xác định cấu trúc rõ ràng.

  2. Hoạt tính sinh học của củ Dòm được đánh giá như thế nào?
    Dịch chiết ethanol và các hợp chất phân lập từ củ Dòm có hoạt tính ức chế tế bào ung thư mạnh với IC50 ≤ 20 µg/mL cho dịch chiết và ≤ 5 µM cho hợp chất tinh khiết, đồng thời có tác dụng an thần, giảm đau và ít độc tính.

  3. Phương pháp phân lập các hợp chất từ củ Dòm là gì?
    Sử dụng sắc ký bản mỏng để theo dõi, sắc ký cột silicagel với hệ dung môi thích hợp để phân lập, kết hợp phổ khối ESI-MS và phổ cộng hưởng từ hạt nhân để xác định cấu trúc hợp chất.

  4. Độ an toàn của các alkaloid trong củ Dòm ra sao?
    L-tetrahydropalmatine có LD50 khoảng 1000 mg/kg trên chuột, thể hiện độ an toàn cao. Các thử nghiệm cho thấy hợp chất này ít độc, có thể sử dụng với liều điều trị an toàn.

  5. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này là gì?
    Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển thuốc chống ung thư, thuốc an thần từ củ Dòm, đồng thời hỗ trợ bảo tồn và phát triển nguồn dược liệu tại địa phương, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và y học.

Kết luận

  • Phân lập thành công hai hợp chất alkaloid chính từ củ Dòm, xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ hiện đại.
  • Dịch chiết ethanol và các hợp chất tinh khiết có hoạt tính sinh học mạnh mẽ trên nhiều dòng tế bào ung thư với IC50 thấp.
  • L-tetrahydropalmatine thể hiện tác dụng an thần, giảm đau và độ an toàn cao trong thử nghiệm độc tính cấp.
  • Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở khoa học cho việc sử dụng củ Dòm trong y học cổ truyền và hiện đại.
  • Đề xuất phát triển quy trình chiết xuất, nghiên cứu cơ chế tác dụng, bảo tồn nguồn dược liệu và ứng dụng sản xuất thuốc, thực phẩm chức năng trong thời gian tới.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu mới cho phát triển dược liệu quý tại Việt Nam, kêu gọi các nhà khoa học, doanh nghiệp và chính quyền địa phương cùng hợp tác để khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên này.