Luận án tiến sĩ: Tổng hợp và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất artemisinin mới

Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất mới từ artemisinin, ứng dụng tiềm năng trong y học.

• Tác giả: Vũ Tuấn Kiên
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Khắc Vũ
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa dược
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của dẫn xuất artemisinin mới
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về cây thanh hao hoa vàng và artemisinin
• 1.1.1. Vài nét về cây thanh hao hoa vàng
• 1.1.2. Vài nét về artemisinin
• 1.1.2.1. Cấu trúc và tính chất vật lý của artemisinin
• 1.1.2.2. Dược động học
• 1.1.2.3. Phương pháp sản xuất artemisinin
• 1.1.2.3.1. Chiết bằng n-hexan
• 1.1.2.3.2. Phương pháp chiết siêu âm
• 1.1.2.3.3. Phương pháp chiết sử dụng CO2 siêu tới hạn
• 1.1.2.4. Phương pháp tổng hợp toàn phần
• 1.1.3. Sinh tổng hợp artemisinin
• 1.2. Ung thư và hoạt tính kháng ung thư của artemisinin
• 1.2.1. Khái niệm ung thư
• 1.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3.1. Thiết bị, dụng cụ dùng trong tổng hợp
• 1.3.2. Hóa chất dùng trong thực nghiệm
• 1.3.3. Các phương pháp sử dụng trong tổng hợp và tinh chế sản phẩm
• 1.3.4. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc sản phẩm
• 1.3.5. Các phương pháp tổng hợp
• 1.3.6. Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học
• 1.3.7. Phương pháp xác định tính độc tế bào ung thư (cytotoxic assay)
• 1.3.8. Phương pháp xác định khả năng ức chế enzyme histone deacetylases (HDAC) trên dòng tế bào MCF7
• 1.3.9. Phương pháp mô hình docking
• 1.4. Tổng hợp các dẫn xuất triazole của artemisinin
• 1.5. Tổng hợp các dẫn xuất dime artemisinin
• 1.6. Tổng hợp chất trung gian 10β-aminoartemisinin (64)
• 1.7. Quy trình chung tổng hợp chất 65a-e
• 1.8. Tổng hợp chất 65f, g
• 1.9. Tổng hợp các dẫn xuất artemisinin chứa nhóm axit hydroxamic (67a-g)
• 1.10. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.10.1. Tổng hợp các dẫn xuất triazole artemisinin 61a-l, 62a-l sử dụng phản ứng Click
• 1.10.2. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất triazole artemisinin
• 1.10.3. Tổng hợp các hợp chất dime artemisinin 66a-g
• 1.10.4. Hoạt tính gây độc tế bào của các dimer artemisinin 66a-g và 65a-g
• 1.10.5. Tổng hợp các dẫn xuất mới artemisinin chứa nhóm hydroxamic 76a-g
• 1.10.6. Hoạt tính ức chế HDAC và độc tế bào của các 67a-g

Tóm tắt

I. Nghiên cứu artemisinin

Nghiên cứu artemisinin tập trung vào việc khám phá các dẫn xuất artemisinin mới và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của chúng. Artemisinin, một hợp chất tự nhiên chiết xuất từ cây thanh hao hoa vàng, đã được sử dụng rộng rãi trong điều trị sốt rét. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra tiềm năng của artemisinin và các dẫn xuất mới của nó trong việc điều trị ung thư. Các phương pháp tổng hợp được áp dụng để tạo ra các hợp chất mới, bao gồm cả các dẫn xuất triazole và dimer artemisinin. Những hợp chất này sau đó được đánh giá về khả năng gây độc tế bào ung thư thông qua các phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học.

1.1. Tổng hợp artemisinin

Tổng hợp artemisinin là quá trình phức tạp, bao gồm nhiều bước hóa học để tạo ra các dẫn xuất mới. Các phương pháp như phản ứng Click và tổng hợp dimer được sử dụng để tạo ra các hợp chất có cấu trúc đa dạng. Các dẫn xuất triazole và dimer artemisinin được tổng hợp với hiệu suất cao, sau đó được tinh chế và xác định cấu trúc bằng các kỹ thuật như phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng (MS). Những hợp chất này được kỳ vọng có hoạt tính sinh học mạnh, đặc biệt là trong việc gây độc tế bào ung thư.

1.2. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào

Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào là bước quan trọng trong nghiên cứu này. Các dẫn xuất artemisinin mới được thử nghiệm trên các dòng tế bào ung thư như MCF7 để xác định độc tính tế bào. Phương pháp cytotoxic assay được sử dụng để đo lường khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Kết quả cho thấy nhiều dẫn xuất triazole và dimer artemisinin có hoạt tính gây độc tế bào mạnh, với giá trị IC50 thấp, chứng tỏ tiềm năng của chúng trong việc phát triển các dược phẩm từ thiên nhiên để điều trị ung thư.

II. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở việc tổng hợp và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất artemisinin, mà còn hướng đến các ứng dụng thực tiễn trong y học. Các dẫn xuất mới của artemisinin có thể trở thành nguồn dược phẩm từ thiên nhiên hiệu quả trong điều trị ung thư, đặc biệt là với các dòng tế bào kháng thuốc. Ngoài ra, việc tìm hiểu cơ chế tác dụng của các hợp chất này cũng mở ra hướng nghiên cứu mới trong nghiên cứu dược lý và điều trị ung thư.

2.1. Tiềm năng trong điều trị ung thư

Các dẫn xuất artemisinin mới được tổng hợp trong nghiên cứu này có hoạt tính gây độc tế bào mạnh, đặc biệt là trên các dòng tế bào ung thư như MCF7. Điều này cho thấy tiềm năng của chúng trong việc phát triển các dược phẩm từ thiên nhiên để điều trị ung thư. Các hợp chất này có thể được sử dụng như một phần của liệu pháp kết hợp, giúp tăng hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ so với các phương pháp truyền thống.

2.2. Hướng nghiên cứu tương lai

Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng đi mới trong nghiên cứu dược lý và điều trị ung thư. Việc tìm hiểu sâu hơn về cơ chế tác dụng của các dẫn xuất artemisinin sẽ giúp tối ưu hóa cấu trúc và hiệu quả của các hợp chất này. Ngoài ra, các nghiên cứu về tính chất hóa học và tác dụng sinh học của artemisinin và các dẫn xuất của nó cũng sẽ tiếp tục được mở rộng, nhằm tìm ra các hợp chất mới có tiềm năng ứng dụng cao trong y học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu, với khoảng 8 triệu ca tử vong mỗi năm, chiếm khoảng 15% tổng số ca tử vong. Dự báo của WHO cho thấy trong vòng hai thập kỷ tới, có khoảng 22 triệu người có thể phát triển ung thư hàng năm và số ca tử vong có thể lên tới 13 triệu mỗi năm. Mặc dù các phương pháp điều trị như hóa trị, phẫu thuật và xạ trị đã có nhiều tiến bộ, nhưng vẫn tồn tại nhiều hạn chế về hiệu quả và tác dụng phụ. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các thuốc điều trị ung thư hiệu quả, an toàn và có tính chọn lọc cao là nhu cầu cấp thiết.

Artemisinin, một sesquiterpen lactone chiết xuất từ cây thanh hao hoa vàng (Artemisia annua L.), đã được sử dụng rộng rãi trong điều trị sốt rét. Ngoài tác dụng chống sốt rét, artemisinin và các dẫn xuất của nó như artemether, arteether và artesunate còn được phát hiện có hoạt tính kháng ung thư dựa trên cơ chế tạo gốc tự do từ tương tác giữa cầu peroxit của artemisinin và sắt trong nhân hem. Nghiên cứu này tập trung vào tổng hợp các dẫn xuất mới của artemisinin và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư nhằm tìm kiếm các hợp chất có tiềm năng điều trị ung thư.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm tổng hợp các dãy hợp chất mới chứa khung artemisinin và đánh giá hoạt tính kháng một số dòng tế bào ung thư phổ biến. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 2018 đến 2022, tại các phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các thuốc kháng ung thư mới, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ cho bệnh nhân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: cơ chế tác dụng kháng ung thư của artemisinin và vai trò của enzym histone deacetylase (HDAC) trong ung thư.

1. Cơ chế tác dụng của artemisinin: Artemisinin chứa cầu endoperoxide quan trọng trong hoạt tính chống ung thư. Khi tương tác với sắt nội bào, cầu này bị bẻ gãy tạo ra các gốc oxy phản ứng (ROS), gây tổn thương DNA và kích hoạt quá trình apoptosis nội tại qua trung gian ti thể. Sắt đóng vai trò trung tâm trong cơ chế này, do tế bào ung thư thường có hàm lượng sắt và thụ thể transferrin cao hơn tế bào bình thường, tạo điều kiện cho artemisinin hoạt động chọn lọc.

2. Vai trò của HDAC và chất ức chế HDAC (HDACi): HDAC là enzym xúc tác loại bỏ nhóm acetyl từ histon, làm cô đặc nhiễm sắc thể và ức chế phiên mã gen. Sự biểu hiện bất thường của HDAC liên quan đến nhiều loại ung thư. Các chất ức chế HDAC có khả năng ngăn chặn sự phát triển tế bào ung thư bằng cách gây ức chế tăng trưởng, kích hoạt apoptosis và ức chế hình thành mạch. Cấu trúc chung của HDACi gồm nhóm liên kết với ion Zn2+ tại vị trí hoạt động, cầu nối và nhóm nhận diện bề mặt, trong đó nhóm hydroxamic acid là phổ biến và hiệu quả.

Các khái niệm chính bao gồm: artemisinin, ROS, apoptosis, HDAC, HDACi, IC50, và mô hình docking phân tử.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng các hợp chất artemisinin và dẫn xuất tổng hợp tại phòng thí nghiệm, cùng với các dòng tế bào ung thư như MCF-7 (ung thư vú), KB, HepG-2 (ung thư gan) để đánh giá hoạt tính sinh học.

• Phương pháp tổng hợp: Sử dụng các phản ứng hữu cơ cơ bản như phản ứng thế, phản ứng Click để tổng hợp các dẫn xuất triazole, dimer và hydroxamic acid của artemisinin. Các sản phẩm được tinh chế bằng sắc ký cột silica gel và xác định cấu trúc bằng phổ NMR (^1H, ^13C) và phổ khối HRMS.

• Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học:

  • Đánh giá độc tính tế bào ung thư bằng phương pháp Sulforhodamine B (SRB) đo mật độ quang học, xác định giá trị IC50.
  • Đánh giá khả năng ức chế enzym HDAC trên dòng tế bào MCF-7 sử dụng bộ kit Colorimetric HDAC Activity assay.
  • Mô hình docking phân tử được thực hiện bằng phần mềm Autodock Vina để khảo sát tương tác giữa các hợp chất và enzym HDAC.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và đánh giá hoạt tính được thực hiện trong khoảng thời gian 2 năm, từ 2020 đến 2022, với các bước tổng hợp, tinh chế, phân tích cấu trúc và thử nghiệm sinh học liên tục.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công các dẫn xuất triazole artemisinin: Các hợp chất triazole 61a–i và 62a–i được tổng hợp với hiệu suất từ 65% đến 99%. Hoạt tính gây độc tế bào in vitro cho thấy một số dẫn xuất có IC50 dưới 5 µM trên dòng tế bào MCF-7, vượt trội so với artemisinin gốc.

2. Hoạt tính gây độc tế bào của các dimer artemisinin: Các dimer 66a–g và 65a–g thể hiện hoạt tính mạnh hơn artemisinin đơn phân tử, với giá trị IC50 giảm trung bình 30-50%. Dimer photphat 44a cho thấy hiệu quả ức chế tăng sinh tế bào ung thư ở mức nM, mạnh hơn doxorubicin.

3. Dẫn xuất artemisinin chứa nhóm hydroxamic acid (67a–g): Các hợp chất này có khả năng ức chế enzym HDAC với tỷ lệ ức chế trên 70% ở nồng độ micromolar, đồng thời gây độc tế bào hiệu quả trên dòng MCF-7 với IC50 khoảng 2-4 µM.

4. Mô hình docking: Kết quả mô phỏng cho thấy các hợp chất 67a và 67g có ái lực liên kết cao với vị trí hoạt động của HDAC2, tương tự như chất ức chế chuẩn SAHA, hỗ trợ cơ chế ức chế enzym.

Thảo luận kết quả

Các dẫn xuất triazole và dimer artemisinin cho thấy sự cải thiện đáng kể về hoạt tính kháng ung thư so với artemisinin gốc, có thể do tăng cường khả năng tạo ROS và tương tác với các mục tiêu sinh học. Dẫn xuất chứa nhóm hydroxamic acid thể hiện tiềm năng kép khi vừa gây độc tế bào vừa ức chế enzym HDAC, một mục tiêu quan trọng trong điều trị ung thư.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, hoạt tính của các dẫn xuất này tương đương hoặc vượt trội hơn nhiều hợp chất đã được báo cáo, đồng thời giảm thiểu độc tính không mong muốn nhờ tính chọn lọc cao. Biểu đồ so sánh IC50 giữa các nhóm hợp chất và artemisinin gốc có thể minh họa rõ nét sự khác biệt về hiệu quả.

Kết quả mô hình docking củng cố giả thuyết về cơ chế tác dụng của các dẫn xuất hydroxamic acid qua việc liên kết với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động của HDAC, từ đó ức chế enzym và ngăn chặn sự phát triển tế bào ung thư.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiếp tục tối ưu hóa cấu trúc các dẫn xuất artemisinin: Tập trung vào việc cải thiện độ hòa tan và sinh khả dụng của các hợp chất chứa nhóm hydroxamic acid nhằm nâng cao hiệu quả điều trị và giảm liều dùng.

2. Mở rộng đánh giá hoạt tính trên các dòng tế bào ung thư khác: Bao gồm ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi và ung thư đại trực tràng để xác định phổ tác dụng rộng hơn của các dẫn xuất.

3. Phát triển các thử nghiệm in vivo: Thực hiện trên mô hình động vật để đánh giá hiệu quả điều trị và độc tính toàn thân, làm cơ sở cho các nghiên cứu lâm sàng tiếp theo.

4. Khuyến khích hợp tác đa ngành: Kết hợp giữa hóa dược, sinh học phân tử và y học lâm sàng để phát triển các thuốc điều trị ung thư dựa trên artemisinin có tính chọn lọc cao và ít tác dụng phụ.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 3-5 năm tới, với sự phối hợp của các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp dược phẩm nhằm đẩy nhanh tiến độ ứng dụng thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa dược: Có thể áp dụng phương pháp tổng hợp và tinh chế các dẫn xuất artemisinin, đồng thời tham khảo kết quả đánh giá hoạt tính sinh học để phát triển các hợp chất mới.

2. Bác sĩ và chuyên gia ung thư học: Hiểu rõ cơ chế tác dụng và tiềm năng của artemisinin trong điều trị ung thư, từ đó có thể đề xuất các liệu pháp kết hợp hoặc nghiên cứu lâm sàng.

3. Sinh viên và học viên cao học ngành dược học, hóa học: Nắm bắt kiến thức về tổng hợp hữu cơ, phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học và ứng dụng trong nghiên cứu thuốc kháng ung thư.

4. Doanh nghiệp dược phẩm: Tham khảo để phát triển sản phẩm thuốc mới dựa trên artemisinin, đặc biệt là các dẫn xuất có hoạt tính ức chế HDAC, nhằm mở rộng danh mục thuốc điều trị ung thư.

Câu hỏi thường gặp

1. Artemisinin có thể thay thế hoàn toàn các phương pháp điều trị ung thư hiện nay không?
   Artemisinin và các dẫn xuất có tiềm năng hỗ trợ điều trị ung thư nhưng chưa thể thay thế hoàn toàn các phương pháp hiện có. Các nghiên cứu lâm sàng bổ sung là cần thiết để xác định hiệu quả và an toàn khi sử dụng đơn độc hoặc kết hợp.

2. Các dẫn xuất artemisinin có tác dụng phụ gì không?
   Các dẫn xuất artemisinin thường có độc tính thấp với tế bào bình thường do tính chọn lọc cao nhờ cơ chế trung gian sắt. Tuy nhiên, liều cao hoặc sử dụng kéo dài có thể gây một số tác dụng phụ cần được theo dõi kỹ.

3. Phương pháp tổng hợp các dẫn xuất artemisinin có phức tạp không?
   Phương pháp tổng hợp sử dụng các phản ứng hữu cơ cơ bản như phản ứng Click, phản ứng thế và phản ứng amid hóa, có thể thực hiện trong phòng thí nghiệm với thiết bị tiêu chuẩn, phù hợp cho nghiên cứu và phát triển.

4. HDACi là gì và tại sao lại quan trọng trong điều trị ung thư?
   HDACi là các chất ức chế enzym histone deacetylase, giúp điều chỉnh biểu hiện gen liên quan đến sự phát triển và chết tế bào ung thư. Chúng là mục tiêu điều trị mới đầy hứa hẹn giúp ngăn chặn sự phát triển của nhiều loại ung thư.

5. Mô hình docking giúp gì trong nghiên cứu này?
   Mô hình docking giúp dự đoán và minh họa tương tác giữa các hợp chất tổng hợp với enzym mục tiêu (HDAC), từ đó hỗ trợ thiết kế các dẫn xuất có hoạt tính cao và chọn lọc hơn, giảm thiểu thử nghiệm thực nghiệm tốn kém.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công nhiều dẫn xuất mới của artemisinin, bao gồm triazole, dimer và hydroxamic acid với hiệu suất cao (65-99%).
• Các dẫn xuất này thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư vượt trội so với artemisinin gốc, với IC50 thấp hơn 30-50%.
• Dẫn xuất chứa nhóm hydroxamic acid có khả năng ức chế enzym HDAC hiệu quả, mở ra hướng điều trị ung thư mới.
• Mô hình docking xác nhận tương tác mạnh giữa các hợp chất và enzym HDAC, hỗ trợ cơ chế tác dụng.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa cấu trúc, mở rộng đánh giá sinh học và phát triển thử nghiệm in vivo trong 3-5 năm tới.

Luận văn này cung cấp nền tảng khoa học vững chắc cho việc phát triển các thuốc điều trị ung thư dựa trên artemisinin. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm được khuyến khích tiếp tục khai thác tiềm năng này để đưa ra các giải pháp điều trị hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỒNG QUAN 1. Giới thiệu về cây thanh hao hoa vàng và artemisinin 1. Vài nét về cây thanh hao hoa vàng Cây thanh hao hoa vàng (Artemisia annua L.), Họ cúc (Asteraceae) là loài thảo dược, sống hàng năm, mọc hoang thành từng đám ở vùng đồi ven suối, ven sông, ở những nước ôn đới và nhiệt đới như Trung Quốc, Mông Cổ, Iran, Châu Âu, Bắc và Nam Mỹ, một số nước Đông Nam Á. Cây thanh hao hoa vàng là cây thân thảo, sống trong vòng 1 năm, cao từ 1-3m; lá mọc so le, phiến lá nhẵn, dọc gân chính và thân non có lông thưa, ngắn; cụm hoa là những đầu nhỏ, tụ lại ở ngọn thân và cành; quả hình trứng, lá và hoa có mùi thơm đặc trưng, vị hơi đắng [1].

Hình 1: Cây thanh hao hoa vàng Cây thanh hao hoa vàng được người Trung Quốc phát hiện một cách tình cờ từ rất lâu. Trong cuộc khai quật khảo cổ ở miền Nam Trung Quốc, khi đào một ngôi mộ cổ, đã phát hiện bản ghi đã mờ có tên “Ngũ thập nhị bệnh phương” về một công thức trà thảo dược từ năm 168 trước Công Nguyên. Kể từ đó, người Trung Quốc đã dùng dịch chiết từ lá cây này để chữa bệnh sốt nóng. Tuy nhiên, mãi đến năm 1972, Tu Youyou, nhà khoa học Trung Quốc mới chiết được một loại tinh thể không màu 2 được xem là hoạt chất chính có tác dụng trị bệnh sốt rét từ lá khô của cây thanh hao hoa vàng bằng dung môi n-hexan và gọi là qinghaosu (QHS) tên sau này là artemisinin.

Sau đó, Qinghaosu đã được phân lập từ các chồi của Artemisia annua L. ở dạng tinh khiết và cấu trúc của nó được xác định vào năm 1979 [2, 3]. Vì vậy bà đã được trao giải thưởng Nobel năm 2015 về sinh lý học và y học. Năm 1992, ở Việt Nam nhiều cơ sở cũng chiết được artemisinin từ loài cây này.

Hiện nay, cây Thanh hao hoa vàng được trồng ở nhiều tỉnh phía Bắc và một số tỉnh phía Nam như Tiền Giang, Lâm Đồng, Long An. để nhằm đáp ứng cho nhu cầu chiết xuất artemisinin. Vài nét về artemisinin 1. Cấu trúc và tính chất vật lý của artemisinin Artemisinin (1) có tên IUPAC: (3R,5aS,6R,8aS,9R,12S,12aR)-Octahydro-3,6,9 trimethyl-3,12-epoxy-12H-pyrano[4,3-j]-1,2-benzodioxepin-10(3H)-one.

Khối lượng phân tử: 282,33g/mol. ART là một lactone sesquiterpene chứa vòng lactone và cầu endoperoxide. Trong phân tử ART có năm nguyên tử oxi, trong đó hai oxi tạo thành cầu peroxide; hai oxi khác tham gia vào cấu trúc vòng lactone. ART có 7 trung tâm bất đối.

Artemisinin ở trạng thái tinh thể hình kim, màu trắng, không mùi, vị hơi đắng, tan được trong CHCl3, EtOH, ete dầu hỏa và axeton; tan ít trong n-hexane, benzene, toluene và hầu như không tan trong nước. ART bị thủy phân và phân hủy trong các dung môi phân cực ở nhiệt độ cao; dễ phân hủy trong môi trường axit, bazơ [2, 3]. Dược động học Artemisinin có thể dùng uống hoặc đặt hậu môn. Sau khi uống, artemisinin hấp thu nhanh, nồng độ đỉnh đạt được trong huyết tương trong vòng 1 giờ.

Sự hấp 3 thu qua trực tràng của hỗn dịch trong nước kém và thay đổi so với dùng uống hoặc tiêm bắp dung dịch dầu. Sau khi đặt hậu môn, liều 10 mg/kg ở người, nồng độ trong máu của artemisinin là 8,6 nanogam/ml sau 30 phút và đạt tới nồng độ tối đa trong máu khoảng 110 nanogam/ml 6 giờ sau khi dùng thuốc. Sau khi tiêm bắp, artemisinin hấp thu chậm hơn chút ít so với khi uống hoặc tiêm tĩnh mạch, thời gian bán thải là 3,85 – 5,38 giờ. Nồng độ đỉnh trong huyết tương đạt được khoảng 2 giờ sau khi dùng.

Sau khi tiêm tĩnh mạch artemisinin cho chuột, một lượng đáng kể chất này được phát hiện trong não, chứng tỏ thuốc đi qua được hàng rào máu não. Ðiều này có thể có liên quan đến tác dụng của artemisinin đối với sốt rét thể não. Artemisinin liên kết mạnh với protein huyết tương và với hồng cầu (hemoglobin). Sự liên kết với protein huyết tương ở người là 64%.

Thuốc phân bố rất rộng vào cơ thể với thể tích phân bố ở chuột cống trắng là 1,1 lít/kg. Thực nghiệm cho thấy gan là nơi chuyển hóa chính của artemisinin. Artemisinin bị thủy phân nhanh trong cơ thể thành chất chuyển hóa còn hoạt tính là dihydroartemisinin. Bốn chất chuyển hóa chính khi uống artemisinin là deoxyartemisinin, deoxydihydroartemisinin, dihydroxydihydroartemisinin và một chất được gọi là crystal-7 có thể phân lập được ở nước tiểu.

Các chất này đều không có nhóm peroxid và đều không còn hoạt tính trên ký sinh trùng sốt rét. 80% liều dùng được thải qua phân và nước tiểu trong vòng 24 giờ. Sau khi tiêm tĩnh mạch cho chuột cống trắng và thỏ, thời gian bán thải trong huyết tương của artemisinin khoảng 30 phút, còn của dihydroartemisinin là 5-21 giờ. Chỉ một lượng rất nhỏ artemisinin được thải nguyên dạng qua nước tiểu [4].

Phương pháp sản xuất artemisinin Cho đến nay có nhiều phương pháp đã được phát triển và ứng vào việc chiết xuất artemisinin từ nguyên liệu lá thanh hao hoa vàng. Có thể tóm tắt một số phương pháp như sau. Chiết bằng n-hexan Phương pháp chiết xuất artemisinin bằng dung môi n-hexan là phương pháp truyền thống được áp dụng tại Việt Nam cũng như các nước trên thế giới ngay từ khi phát hiện ra khả năng chữa bệnh của artemisinin. Ở phương pháp này, lá thanh hao hoa vàng được phơi khô, xay thô và cho vào nồi chiết.

Dung môi chiết n-hexan 4 với tỷ lệ dược liệu/dung môi là 1/5, chiết ở nhiệt độ 30 -50°C, thời gian chiết trong 3 giờ, thời gian chiết khoảng 3 giờ, dịch chiết lần 3 được sử dụng làm dung môi chiết lần 1 của mẻ khác. Các dịch chiết được gộp lại, cô thu hồi dung môi rồi rút ra để kết tinh ít nhất trong 24 giờ, artemisinin sẽ kết tinh lẫn với sáp. Loại phần dung dịch bằng cách gạn, loại sáp bằng nhiệt độ và xăng công nghiệp nóng thu được artemisinin thô. Artemisinin thô đã loại hết sáp được hòa tan trong etanol sôi, thêm than hoạt tính và đun sôi trong 20 phút với sinh hàn hồi lưu.

Lọc nóng loại than hoạt tính và để kết tinh ở nhiệt độ thường tối thiểu trong 24 giờ. Vẩy ly tâm rửa tinh thể bằng cồn và sấy ở 80°C. Phương pháp chiết siêu âm Năm 2017, Zhang và cộng sự đã dùng phương pháp chiết xuất bằng siêu âm sử dụng dụng môi propylene glycol methyl ether (PGME). Đây là dung môi không gây ô nhiễm môi trường, được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp dược phẩm và mỹ phẩm.

1g bột khô cho bình 40ml chứa 20ml dung môi PGME và được tác động siêu âm dưới một công suất nhất định trong một thời gian nhất định. Cặn không hòa tan tách ra khỏi dung dịch bằng cách lọc bằng giấy lọc. Nồng độ artemisinin trong dịch lọc được xác định định lượng bằng HPLC. PGME trong dung dịch được loại bỏ trong chân không ở 60°C để thu được hỗn hợp giống như gel có chứa artemisinin, sáp,.

Sau đó metanol được thêm vào để hòa tan hỗn hợp gel đem kết tinh rồi lọc thu được artemisinin thô. Phương pháp chiết xuất siêu âm mang lại hiệu suất cao trong thời gian ngắn với chi phí năng lượng thấp, điều này khiến nó trở thành một kỹ thuật đầy hứa hẹn có thể được sử dụng trong công nghiệp [5]. Phương pháp chiết sử dụng CO2 siêu tới hạn Carbon dioxide là dung môi rẻ tiền, thân thiện với môi trường. Độ hòa tan của CO2 siêu tới hạn cao hơn một đến hai bậc so với các dung môi khác, cho phép chuyển khối nhanh chóng, dẫn đến tốc độ chiết xuất lớn hơn.

Vì vậy, từ những năm 1997, Marcel Kohler và cộng sự đã thử nghiệm sử dụng CO2 siêu tới hạn để chiết artemisinin và axit artemisinic từ sáu mẫu thanh hao hoa vàng và so sánh với phương pháp thông thường. Kết quả cho thấy chiết bằng CO2 siêu tới hạn cho hiệu suất cao hơn cả các phương pháp khác [6]. Ở Việt Nam, khoảng gần mười năm sau, Phạm Thị Hiền và cộng sự cũng đã nghiên cứu sử dụng phương pháp chiết CO2 siêu 5 tới hạn để chiết xuất artemisinin. Kết quả cho thấy rằng, nếu phương pháp chiết Soxhlet khoảng hơn 20 giờ thì chỉ cần thời gian 2 giờ, áp suất 200bar, nhiệt độ 50˚C, sử dụng đồng dung môi n-hexan thu được hiệu suất chiết artemisinin đạt trên 80%.

Mặc dù vậy phương pháp trên lại tồn tại một số nhược điểm như dòng CO2 siêu tới hạn không có tính chọn lọc nên artemisinin sẽ bị lẫn nhiều tạp. Thêm vào đó, quy trình vận hành khó khăn, về mặt kinh tế tốn kém nhiều chi phí là một trong nhưng trở ngại của phương pháp này [7]. Phương pháp tổng hợp toàn phần Kể từ khi artemisinin được phát hiện, rất nhiều công trình tổng hợp toàn phần artemisinin đã được báo cáo. Dưới đây là công trình có tính minh họa cho tổng hợp toàn phần artemisinin (Sơ đồ 1).

Sơ đồ 1: Tổng hợp (+)-artemisinin.0 equiv), n-Bu4NOH (40% aq), Et2O: THF: 2O (3:1:3), hồi lưu, 8 giờ, 84%; c) CH3MgI, Et2O, 2 giờ, nhiệt độ phòng, 92%; d) SnCl4, benzene: Et2O (4:1), 0 oC, 65%; e) 9-BBN, 3 N NaOH, H2O2, 85%. (g) NaClO2, NaH2PO4, 0oC, 80%. (h) CH3I, K2CO3, acetone, nhiệt độ 6 phòng 89%; (i) (i) O2, 30oC, 6 giờ, CH3CN, (ii) O2, Cu(OTf)2, CH3CN, 2 oC, (iii) TsOH, CH2Cl2, 4 giờ, nhiệt độ phòng, 25%. Quá trình tổng bắt đầu từ (R)-(+)-citronellal phản ứng với methyl vinyl keton (MVK) có mặt xúc tác proline và ethyl-3,4- dihydroxybenzoate làm đồng xúc tác thu được hợp chất 2.

Thực hiện phản ứng Aldol nội phân tử của 2 trong môi trường KOH trong điều kiện hồi lưu cho 3. Sau đó 3 được cho tác dụng với methyl magnesium iodide thu được đồng phân 4 và 4a. Hỗn hợp đồng phân thu được đem phản ứng với SnCl4 trong benzene-diethyl ether (4:1) cho 5. Tiếp theo, hydro hóa olefin 5 sử dụng 9-BBN tạo thành 6.

Hợp chất này thực hiện phản ứng oxi hóa Swern cho aldehyde 7 và sau đó thành axit 8 bằng cách sử dụng NaClO2 và NaH2PO4. Este hóa chất 8 với methyl iodua với sự có mặt của K2CO3 sau đó là phản ứng đóng vòng cho (+)-artemisinin (1) [8]. Sinh tổng hợp artemisinin Hình 2. Sinh tổng hợp artemisinin trong cây.

Quá trình sinh sinh tổng hợp artemisinin trong cây Artemisia annua L được tạo ra bởi quá trình quang hợp trong lục lạp thực vật được chuyển hóa acetyl-CoA 7 trong dịch bào. Trước hết nhờ quá trình quang hóa, CO2 chuyển thành đường. Dưới tác dụng của coenzym acetyl-CoA và enzym farnesyl diphosphate (FPP). Chất trung gian quan trọng được hình thành: artemisininic acid và dihydro artemisininic.

Cuối cùng dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, xúc tác cho sự chuyển hóa dihydro artemisininic thành artemisinin (Hình 2) [9]. Ung thư và hoạt tính kháng ung thư của artemisinin 1.