TÔNG QUAN
Tổng quan về Plumbagin
1.1.1 sơlược về nguồn gốc của Plumbagin
Plumbagin (5-hy droxy-2-methyl-l,4-naphtho quinone, PLB) là một naphthoquinone được phân lập từ rễ của cây Bạch hoa xà (Plumbago zeylanicaL., Plumbaginaceaè).
Hình 1.1 Cấu trúc hóa họccủa Plumbagin.
Hình 1.2 Cây Bạch hoaxà: (a) Rễ, (b) lá, (c) hoa.
Plumbagin là một sản phẩm tự nhiên có độc tính mạnh, chiết xuất từ rễ cây Bạch hoa xà, được sử dụng trong y học cổ truyền ở Trung Quốc và nhiều nước châu Á để điều trị các bệnh như viêm khớp dạng thấp, đau bụng kinh, chấn thương và ung thư Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng plumbagin có đặc tính chống ung thư hiệu quả đối với các tế bào HeLa, tế bào Lympho P388, bệnh bạch cầu, ung thư ruột kết và ung thư gan Về đặc tính vật lý, plumbagin xuất hiện dưới dạng tinh thể hình kim màu vàng, có điểm chảy từ 78 - 79°C, ít tan trong nước nóng nhưng tan trong các dung môi như ancohol, acetone, cloroform, benzen và acid acetic, đồng thời có độc tính cao và khả năng ăn mòn.
Plumbagin có trị số Rf=0.76 trên sắc ký bản mỏng với hệ dung môi eter dầu hỏa (60-90°C) - acetat etyl (v:v = 7:3) Chất này cho phản ứng màu đỏ nâu với dung dịch FeCl3, tạo kết tủa xanh lục với Cu(OAc)2 trong alcohol, không tạo kết tủa với AgNO3, Pb(OAc)2 hay CaCl2, đồng thời cho màu tím trong dung dịch NaOH và màu vàng trong môi trường acid Một số dẫn xuất của plumbagin thio semicarbazone đã được tổng hợp và nghiên cứu docking, cho thấy hoạt tính kháng tế bào ung thư phổi trong in vitro.
Plumbagin có bản chất gây độc tế bào nhờ vào cấu trúc độc đáo của nó, đặc biệt là vòng quinone, liên quan đến sự hình thành gốc tự do thông qua quá trình vận chuyển điện tử Cấu trúc hóa học của plumbagin và các hợp chất tự nhiên tương tự, cũng như quá trình tổng hợp của chúng, được thể hiện rõ trong hình 1 và hình 2.
Hình 1 3 Cấu trúc hoáhọc của Plumbagỉn vàdẫn xuấttự nhiêncủa nó.
Hình ỉ.4 Cấu trúc hóa học của các dẫn xuất tổng hợp của Plumbagin
Plumbagin có nhiều hoạt động dược lý quan trọng, bao gồm khả năng chống ung thư, giảm mỡ máu, và tác dụng chống nội tiết tố Ngoài ra, nó còn hiệu quả trong việc điều trị ghẻ nhọt ác tính, chống co thắt, và kháng vi sinh vật Plumbagin cũng có đặc tính kháng nấm, kháng viêm, kháng khuẩn, hỗ trợ chống trầm cảm, kiểm soát đái tháo đường, và giúp hạ lipid máu.
Naphthoquinone có hoạt động trị liệu chủ yếu nhờ khả năng ức chế mạnh mẽ quá trình vận chuyển electron, đóng vai trò như các chất tách cặp trong phosphoryl hóa oxy hóa Nó cũng hoạt động như các tác nhân xen kẽ trong chuỗi xoắn kép DNA, các tác nhân alkyl hóa khử sinh học đối với các phân tử sinh học, và sản xuất các gốc oxy phản ứng thông qua vòng oxi hóa khử trong điều kiện hiếu khí.
Hạn chế trong ứng dụng của Plumbagin bao gồm việc cần thiết phải cải thiện độ tan, độ bền và giảm thiểu sự đào thải của plumbin qua các con đường sinh hóa Các nhà nghiên cứu cả trong và ngoài nước đã đề xuất nhiều giải pháp nhằm khắc phục những hạn chế này.
1.1.2.1 Hạt vi cầu, hạt nano, nanomicell, liposome, niosome.
Nghiên cứu gần đây đã phát triển một số loại thuốc mới sử dụng hệ thống dẫn truyền hóa học từ các sản phẩm tự nhiên như vi cầu, hạt nano, nanomicelle, liposome và niosome Những phương pháp này được đánh giá qua thực nghiệm in vitro và in vivo nhằm cải thiện hiệu quả điều trị, đồng thời giảm thiểu tác dụng phụ và độc tính liên quan đến plumbagin.
Hạt miropheres plumbagin dựa trên chitosan đã được Mandala Rayabandla và các cộng sự nghiên cứu và phát triển Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả chống khối u và độc tính toàn thân của hạt miropheres plumbagin so với plumbagin tự do.
Hình ỉ.5 Ảnh SEM của các hạt Plumbagin-chi tosan (a) x35 và (b) xioo [7]
Kết quả nghiên cứu cho thấy kích thước hạt micropheres được tổng hợp là 106,35 pm với hiệu suất mang dược chất đạt 80,12% Thời gian bán thải (ti/2) của plumbagin-chitosan tăng gấp 22,2 lần so với plumbagin tự do Thử nghiệm trên chuột C57BL/6J cho thấy các hạt plumbagin có khả năng ức chế rõ rệt sự phát triển của khối u và giảm thiểu độc tính toàn thân Dữ liệu thu được chứng minh rằng các hạt micropheres dựa trên chitosan là một phương pháp hiệu quả cho việc dẫn truyền các thành phần thực vật chống ung thư tự nhiên như plumbagin.
Hạt nano poly zu-lactic-co-glycolic acid-b-polyethylene glycol (PLGA-PEG) được gắn với plumbagin (NPs) đã được nghiên cứu để khám phá tác dụng của nó trên tế bào ung thư tuyến tiền liệt trong ống nghiệm Tỷ lệ hấp thụ tế bào cho cả NPs được nhắm mục tiêu và không nhắm mục tiêu đạt khoảng 90% sau 0,5 giờ Giá trị IC50 của các NP được nhắm mục tiêu và không nhắm mục tiêu lần lượt là 32,59 và 39,02 mM Do đó, các NP-PSMA-plumbagin có thể là một liệu pháp hứa hẹn trong việc chống lại ung thư tuyến tiền liệt.
Hình ỉ 6 Hình ảnh của các hạt nano chứa Plumbagin VỚI lượngthuốc lý thuyếtlà5% được quan sát bang (A) kínhhiển vi điệntủ quétvà (B) kính hi ên VI điện từ truyên qua [8]
Nghiên cứu hiện tại chỉ ra rằng các hạt micelle chứa plumbagin (PLB) có hiệu quả trong điều trị nhiều bệnh khác nhau Tác giả Pawar đã phát triển L-octocopheryl polyethylen glycol 1000 succinate (TPGS) để cải thiện khả năng chống ung thư và giảm độc tính của PLB Các hạt micelles TPGS-PLB không liên hợp với axit folic (FTM) và PTFM có kích thước nhỏ hơn và hiệu suất mang dược chất tốt hơn, với CMC của dung dịch micellar TPGS-axit folic là 0,015 mg/mL So với PLB tự do, khả năng sinh học của PLB từ PTFM và PTFM được nâng cao gấp 3,9 và 4,8 lần, kéo dài thời gian lưu thông và làm chậm quá trình đào thải huyết tương mà không gây nhiễm độc máu và mô Hợp chất PLB và TPGS thể hiện một chiến lược vận chuyển thuốc hiệu quả về chi phí và đạt mục tiêu điều trị bệnh.
Hỉnh 1.7 Hình ảnh kính hiểnVIđiện tử truyền quacủa PTFM (các mixen
Hình 1.8 Đánh giá độc tínhmô của PLB, PTlví tự do (mixen TPGSnạp PLB) và PTFM (mixen TPGS-FOL nạp PLB) ở chuột [9]
Nghiên cứu của Bothiraja và cộng sự đã phát triển hạt micelles phospholipid và Tween 80 (Polysorbate 80) - plumbagin dưới dạng hợp chất nano có thể tiêm, sử dụng kỹ thuật tự lắp ráp Hỗn hợp này có hình dạng cầu với kích thước hạt 40 nm, điện thế zeta 5,04 mV, tải thuốc 91,21% và hiệu suất 98,38% Các hạt micelles tối ưu hóa cho thấy khả năng giải phóng thuốc bền vững, dẫn đến hiệu quả chống khối u trong ống nghiệm của PBG tăng gấp 2,1 lần so với tế bào khối u MCF-7.
Hình 1.9 trình bày công thức và ảnh hiển vi điện tử của các mixen hỗn hợp chứa Plumb agin được tối ưu hóa, bao gồm BMM, PLlvílvívà PDS Ảnh vi mô điện tử truyền của PLMM được tối ưu hóa ở các độ phóng đại khác nhau, với BMM là micelle hỗn hợp trống.
Nghiên cứu của tác giả Gowda và cộng sự đã phát triển công thức nanoliposomal chứa Celecoxib và plumbagin (CelePlum-777), cho thấy độ ổn định cao và khả năng giải phóng thuốc tối ưu nhằm tiêu diệt hiệu quả các tế bào khối u ác tính CelePlum-777 thể hiện tính chọn lọc trong việc tiêu diệt tế bào u ác tính, ức chế sự phát triển của khối u tới 72% trong mô hình xenograft động vật mà không gây độc tính Sự kết hợp giữa Celecoxib và plumbagin làm tăng cường khả năng ức chế sự tăng sinh của tế bào khối u bằng cách giảm mức cyclin quan trọng cho sự sống sót và tăng trưởng của tế bào ung thư Hệ thống dẫn truyền nanonày cho thấy hiệu quả trong việc cung cấp đồng thời hai loại thuốc mà không gây độc tính, đồng thời tiêu diệt đáng kể các tế bào ung thư.
Tác giả Tiwari đã phát triển liposome đon lớp nhạy nhiệt chứa plumbagin từ dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) và distearoyl phosphatidylcholine (DSPC) thông qua kỹ thuật hydrat hóa màng mỏng Đồng thời, Sunil Kumar và cộng sự cũng đã nghiên cứu liposome pegylated tuần hoàn dài, được chế tạo bằng phương pháp tương tự, nhằm cải thiện thời gian bán hủy sinh học và hiệu quả chống khối u.
1.1.2.2 Phức chất với phối tử plumbagin.
Sơ lượt về kim loại Titanium và khả năng tào phức
Titanium là kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc, nhẹ và bền, xuất hiện chủ yếu trong các khoáng chất rutil và ilmenit, phân bố rộng rãi trong vỏ Trái Đất và thạch quyển Nó cũng có mặt trong hầu hết các sinh vật, nước, đá và đất Hợp chất phổ biến nhất là titanium dioxide, được sử dụng làm chất quang xúc tác và trong sản xuất màu trắng Ngoài ra, titanium tetrachloride (TiCl4) là thành phần của các màn khói và chất xúc tác, trong khi titanium trichloride (TiCl3) được dùng làm chất xúc tác trong sản xuất polypropylene.
Trong các hợp chất của titani, số oxy hóa +4 chiếm ưu thế, trong khi số oxy hóa +3 cũng xuất hiện khá phổ biến Do có số oxy hóa cao, nhiều hợp chất của titani thể hiện mức độ cộng hóa trị đáng kể.
Titanium không độc hại ngay cả khi tiêu thụ với liều lượng lớn và không có vai trò tự nhiên trong cơ thể con người Khi ăn khoảng 0,8 mg mỗi ngày, hầu hết titanium sẽ đi qua mà không được hấp thụ vào các tế bào Tuy nhiên, titanium có xu hướng tích lũy sinh học trong các mô chứa silic dioxide Một nghiên cứu đã chỉ ra có thể có mối liên hệ giữa titanium và hội chứng vàng móng tay.
1.2.2 Khả năng tạo phức của titanium
Titanium có khả năng tạo phức với nhiều phối tử khác nhau, đặc biệt là phức chất của Ti(IV) với độc tính thấp và khả năng thủy phân thành titan dioxide an toàn trong môi trường nước sinh học Ti dễ bị thủy phân trong dung dịch nước hiếu khí có pH gần trung tính, dẫn đến độ tan thấp trong nước Mặc dù phức hợp titan đã được xác định là phương pháp điều trị chống ung thư tiềm năng, độ ổn định thủy phân kém của các hợp chất Ti trong sinh vật sống đã cản trở nghiên cứu trị liệu thành công Các ứng dụng tiềm năng của hóa học huỳnh quang đã dẫn đến việc nghiên cứu các phức hợp salen titan(IV), cis-bis(acetylacetonate) và các phức hợp bis(-diketonate) khác.
Năm 2019, Nitesh Kumar và cộng sự đã tổng hợp các phức titan TÌCỈ2(L)(L1) và TiCh(L)(L2), trong đó L là benzoylaceton (bzac), L1 là 1,2-diaminocyclohexane (dach), và L2 là 1-adamantylamine (ada) Cấu trúc của các phức chất này được xác định thông qua các kỹ thuật quang phổ như FT-IR, UV-Vis, ^1H-NMR và HR-MS Nghiên cứu về độc tế bào đã được thực hiện trên các dòng tế bào HeLa, C6 (tế bào thần kinh đệm) và CHO (buồng trứng của chuột đồng Trung Quốc).
Hình ỉ 13 Hình thái tế bào CHO ở các nồng độ khác nhau của phức họp titan 1, 2 và 3
Hình 1.Ỉ4 Phán tích chu kỳtểbào của cáctế báo CHO tiếpxúc với các nồngđộ khácnhau của phức hợp ỉ, 2, 3.
Phức hợp 3 cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc chống lại dòng tế bào ung thư cổ tử cung HeLa, với giá trị IC50 là 5.6 mM, tốt hơn cả thuốc Camptothecin (IC50 6.2 mM) Nghiên cứu tế bào học dòng chảy chỉ ra rằng các phức hợp này ức chế sự tăng sinh tế bào bằng cách ngăn chặn chu kỳ tế bào ở pha G0 Một số nghiên cứu cũng đã chỉ ra sự tương tác của phức hợp Ti(IV) với các thuốc thử hữu cơ.
Hiện tại, chưa có nghiên cứu công bố nào chỉ ra mối quan hệ phức tạp giữa PLB và Ti Bên cạnh đó, cũng chưa có quyết định nào liên quan đến việc áp dụng phương pháp quang phổ huỳnh quang Plumbagin cho Ti hoặc bất kỳ nguyên tố d hoặc f nào khác.
Trong những năm gần đây, các phức Ti-PLB đã trở thành một phương pháp nổi bật trong việc phát hiện titanium (Ti) trong các mẫu công nghiệp, mẫu sinh học và lĩnh vực hóa học vô cơ Phương pháp này thu hút sự chú ý nhờ tính hiệu quả và độ chính xác cao trong việc xác định thành phần titanium.
1.2.3 Một số phương pháp xác định Ti
Titanium xuất hiện trong nhiều sản phẩm công nghiệp, do đó việc phân tích các vật thể này là rất quan trọng Có nhiều phương pháp khác nhau để xác định titanium, trong đó phương pháp UV-Vis được sử dụng phổ biến.
Gần đây, nhiều nghiên cứu đã ứng dụng phương pháp tách đám mây để xác định Titanium và nano TiO2 với kết quả khả quan Phương pháp chiết dung môi eutectic cũng đã ghi nhận những tiến bộ đáng kể trong phân tích mẫu dầu thực vật và động cơ Bên cạnh đó, việc chiết pha rắn đã được sử dụng hiệu quả để xác định Titan trong thuốc trừ sâu Để giải quyết tình trạng thiếu thông tin về các vấn đề này, nghiên cứu của chúng tôi tiến hành phức Ti và PLB thông qua phương pháp quang phổ huỳnh quang, nhằm khảo sát tính chất của phức và ứng dụng của nó trong lĩnh vực phân tích.
Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp huỳnh quang phân tử
1.3.1 Địnhnghĩa phương pháp huỳnh quang
Phương pháp quang phổ huỳnh quang đo cường độ phát quang tương đối của hợp chất khi được kích thích bằng nguồn sáng trong vùng UV-VIS Nguồn sáng kích thích và phát xạ tuân theo định luật Stokes, với cường độ phát quang tương đối được mô tả bởi phương trình If = 0Zo2.3O3f/C.
Trong đó: lo: Cường độ của ánh sángkích thích;
0: Hiệu suất huỳnh quang, đặc trưng cho từng hợp chất và được tính bằng tỉ số giữa photon phát xạ và sophoton hấp thụ. s: hệ số hấp thu mol củahợp chấthuỳnh quang;
1.3.2 Phổ kích thích (excitation) huỳnh quang
Phổ kích thích huỳnh quang phản ánh sự phân bố electron của phân tử ở trạng thái cơ bản, và sự kích thích này tương đương với sự hấp thụ trong trường hợp của một phân tử tinh khiết Để thu được phổ kích thích huỳnh quang, cần xác định bước sóng phát xạ và thực hiện quét đơn sắc kích thích Tuy nhiên, phổ kích thích có thể bị nhiễu bởi cường độ ánh sáng của đèn kích thích và cường độ phát hiện, cả hai đều phụ thuộc vào bước sóng Để hiệu chỉnh, có thể sử dụng rhodamine B hòa tan trong glycerol, vì bức xạ từ rhodamine có tỷ lệ cường độ kích thích độc lập với bước sóng Sự kích thích của rhodamine tạo ra phổ kích thích huỳnh quang đặc trưng cho phổ đèn kích thích, và để thu được phổ kích thích thực sự của chất huỳnh quang đang nghiên cứu, phổ kích thích ghi được sẽ được chia cho phổ kích thích từ rhodamine Quy trình này được thực hiện tự động trong fluorometer.
1.3.3 Phổ phátxạ (emission) huỳnh quang
Quang phổ phát xạ của chất huỳnh quang phản ánh quang phổ hấp thụ của nó, với xác suất chuyển đổi S1 → S0 tương ứng với xác suất chuyển đổi S0 → S1 Tuy nhiên, khi chất huỳnh quang bị kích thích dẫn đến chuyển trạng thái S0 → Sn (với n > 1), sự giãn bên trong xảy ra, cho phép các phân tử quay về trạng thái kích thích đầu tiên trước khi phát xạ Điều này dẫn đến sự khác biệt trong quá trình phát xạ so với hấp thụ.
1.3.4 Phân tích định tínhbằng phưong pháp huỳnh quang Để phân tích định tính một mẫu bằng phưong pháp huỳnh quang ta dựa vào bước sóng kích thích và bước sóng phát xạ huỳnh quang đặc trưng của chất để phát hiện nhờ vào chấtchuẩn. Như vậy để phát hiện mộtchấtchúngta phải chuẩn bị mẫu phân tích và mẫu chấtchuẩn trong cùng điều kiện, sau đó ghi phổ huỳnh quang của mẫu phân tích và mẫu chuẩn So sánh peak phổ của phổ chuẩn với phổcủa mẫu phân tích chúngta sẽ phát hiện được chất cần tìm.
1.3.5 Phân tích địnhlượng bằng phổ huỳnh quang phân tử
Nguyên tắc chung của phưong pháp là dựa vào cường độ phát quang tưong đối giữa mẫu chuẩn và mẫu thử.
Từ phương trình đã nêu, chúng ta có thể xây dựng một đường chuẩn cho chất phân tích thông qua một dãy mẫu chuẩn Sau đó, nồng độ của chất phân tích trong mẫu sẽ được xác định dựa trên đường chuẩn này Phân tích định lượng chất có thể thực hiện theo phương pháp hoặc phương pháp thêm chuẩn, tương tự như các kỹ thuật khác.
THựC NGHIỆM
Hóa chất, thiết bị, dụng cụ
Các hóachất sử dụng trong đề tài được trình bày ở bảng 2.
STT Tên hoáchất Nguồn gốc Độ tinh khiết (%)
Dung môi cộng hưởng từ Acetone,d6
Ethanol, butanol, methanol, DM so, acetonitrile, HNƠ3, NaOH
Trong nghiên cứu này, các thiết bị chính được sử dụng bao gồm máy đo phổ huỳnh quang HITACHI UH5300 và máy đo phổ hấp thụ ƯV-VIS HITACHI F-2700, cả hai đều đến từ Nhật Bản Các thiết bị này cho phép đo và phân tích phổ FT- một cách chính xác và hiệu quả.
Phân tích IR được thực hiện bằng máy FT-IR Tensor 27 (Bruker, Đức), trong khi HR-MS được đo bằng máy Q-TOF Agilent 6500 (Hoa Kỳ) Để xác định giá trị pH của dung dịch, máy đo pH Hanna HI 2210 được sử dụng Phổ ^-NMR được thu thập trên máy quang phổ 500 MHz Bruker Advance Neo (Thụy Sĩ) với axeton D6 làm dung môi Ngoài ra, máy phân tích nhiệt TGA 55 cũng được sử dụng trong nghiên cứu này.
Quy trình tiến hành
2.2.1 Khảo sát sự tạo phức trong dung dịch bằng phưongpháp huỳnhquang
Dung dịch khảo sát được điều chỉnh pH = 5 bằng cách thêm dung dịch HNO3, sau đó chuyển vào bình định mức 10 mL Tiếp theo, 2,0 mL dung dịch PLB 1,0*10^-4 mol L^-1 được thêm vào bình định mức 25 mL Hỗn hợp này sau đó được pha loãng thành 10 mL với nước và để yên trong 5 phút ở 25°C trước khi thực hiện phép đo huỳnh quang Cường độ huỳnh quang được đo ở bước sóng 605 nm trong cuvet thạch anh 1 cm, với độ rộng khe kích thích và phát xạ lần lượt là 10 nm và 5 nm.
2.2.2 Tính toán hằng số cân bằngcủa phức Để tính hằng số cân bằng của phức chúng tôi sử dụng phương pháp Benesi-Hildebrand [34].: Log((F-Fo)/(Fm-F))=logK + nLog[Ti] Trong đó Fo là cường độ phát xạ đẫ hiệu chỉnh của phức ban đầu, F ở khoảng thời gian và Fm ở trạng thái cuối cùng khi phức được hình thành hoàn toànkhi thêm ionkimloại.
2.2.3 Xác định LOD, LOQ Đễ xác định LOD, LOQ của phương pháp phân tích Ti(JV), cường độ huỳnh quang được đo trên mẫu thực 20 lần, sau đó, nồng độ lý thuyết của T i (IV), (xO) được tính bằng phương trình tuyến tính Giá trị trung bình của nồng độ lỷ thuyết (x~Õ) và độ lệch chuần (SDo) đã đượctính toán Giá trị LOD và LOQ đượctínhtheo công thức lần lượt là 3SDovà 10 SDo Đe đánh giá giá trị LOD, R được tính theo công thức (x~Õ) ZLOD Neu 4 < R