Cùng với xu thế đó, những công bố khoa học về piperine cho thấy những tính năng ưu việt như có tính kháng oxi hóa mạnh[1], chống kết tập tiểu cầu[2], chống viêm[3], hạ huyết áp[4], bảo v
TỔNG QUAN
Alkaloid
1.1.1 Giới thiệu chung về alkaloid
Alkaloid là một trong những nhóm chất lớn trong thế giới tự nhiên gồm những hợp chất hữu cơ dị vòng có chứa nitơ, có tính bazơ nhưng cũng bao gồm một số hợp chất trung tính và thậm chí cả tính acid yếu[1] Ngày này người ta đã phát hiện hơn 8000 hợp chất tự nhiên và dẫn xuất của alkaloid Hơn thế nữa, mỗi năm trung bình hơn 100 công thức được phát hiện thêm trên khắp thế giới [2]
Hình 1.1: Ví dụ về một số hợp chất alkaloid có trong thiên nhiên
2 (a) (b) (c) Hình 1.2: Nguồn gốc thiên nhiên của các alkaloid quen thuộc:
(a) Cây anh túc chứa Papaverine, laudanosine, laudanine
(b) Cây thuốc lá chứa Nicotin
(c) Hạt tiêu dài “long pepper” chứa piperine
Alkaloid thường gặp ở trong nhiều loài thực vật và đôi khi còn tìm thấy trong một vài loài động vật.Đặc biệt, alkaloid có hoạt tính sinh học rất caođối với cơ thể con người và động vật, nhất là đốivới hệ thần kinh.Chỉ một lượng nhỏ,alkaloid là chất độc gâychết người nhưng lại có khi nó là thần dược trị bệnh đặc hiệu.Ví dụ như gây tê cục bộ và chất kích thích caffeine, nicotine, thuốc giảm đau morphine, kháng khuẩn berberine, hợp chất chống ung thư vincristine, thuốc giãn mạch vincamine, chống hen suyễn ephedrine, thuốc chống và điều trị sốt rét quinin[3]
Do số lượng alkaloid rất nhiều và đa dạng nên nếu dựa vào cấu trúc dị vòng để phân loại alkaloid thì sẽ rất bất tiện, không phân loại được hết alkaloid Để đơn giản, các alkaloids thường được nhận biết dựa vào nguồn gốc sinh tổng hợp cấu tạo nên chúng và trên các đặc tính sinh học Từ quan điểm trên, các alkaloid được phân chia thành 3 nhóm chính[2]:
"Alkaloid thực" là nhóm lớn nhất trong họ alkaloid, bao gồm các họ Pyrrolidine, Trophane, Pyrrolizidine, Piperidine, Quinolizidine, Indolizidine, Phenylethyl amine, Benzyltetrahydro, isoquinolin được sinh tổng hợp từ amino acid và chứa nguyên tử N trong dị vòng Đặc điểm nổi bật của nhóm alkaloid này là tính bazơ và hoạt tính sinh học cao ngay ở hàm lượng thấp.
Trong họalkaloid thựccópiperine đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ với nhiều tiềm năng như chữa bệnh bạch biến, chống ung thư, tăng hiệu quả sử dụng thuốc khi kết hợp[12]
Protoalkaloid là một nhóm nhỏ của alkaloid, có hoạt tính sinh học.Chúng được sinh tổng hợp từ các amino acid và nguyên tử N không nằm trong nhân dị vòng của hợp chất
Hordenine, mescaline và yohimbine là những đại diện tiêu biểu cho họ này.Boscia angustifolia là một chất được phát hiện gần đây có khả năng chữa bệnh thần kinh và thuốc giảm đau[2], hay mescaline là 1 alkaloid được chiết xuất ra từ cây Peyote cactus (lophophora williamsii) Mescaline là một chất gây tác động thần kinh mạnh và gây ảo giác Peyote cactus phát triển chủ yếu ở vùng nam Mexico và Mỹ[2]
Pseudoalkaloid (alkaloid giả) là những hợp chất không bắt nguồn từ amino acid, mà từ các dạng sơ khai hay biến tính của nhóm amino acid
Coniine, capsaicin, ephedrine, solanidine, caffeine, theobromine and pinidinelà những chất trong tiêu biểu trong họ này
4 Bên cạnh đó, theo khía cạnh phân loại cấu trúc hóa học, có thể phân loại alkaloid thành nhiều nhóm có cùng cấu trúc nhân dị vòng Sự tương quan giữa 2 phương pháp phân loại được thể hiện như sau:
- Vị : thường đắng piperin, capsaicin cay [4]
- Màu : thường không màu (berberin, palmatin, chelidonin: màu vàng, jatrorrhizin màu đỏ cam, pyocyanin màu anh
Alkaloid tồn tại ở 2 dạng: lỏng và rắn Alkaloid không chứa o y thường ở trạng thái lỏng, Alkaloid có chứa o y thường ở trạng thái rắn (dạng kết tinh rắn)[1]
- Alkaloid dạng bazơ: khó tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi phân cực
- Alkaloid dạng muối: dễ tan trong nước nhưng khó tan trong dung môi kém phân cực
- Alkaloid dạng phenol: tan được trong dung môi kiềm
Các alcaloid có độ phân cực mức trung bình và thường có tính kiềm do có nguyên tử nitơ trong phân tử Mức độ bazơ khác nhau một phần phụ thuộc vào các nhóm thế trong mạch.
Các alkaloid có thể kết hợp với các acid tạo thành muối
Một số alkaloid có thể làm kết tủa Fe(OH) 3 , Al(OH) 3 trong dung dịch
Một số alkaloid có thể đẩy được các bazơ yếu hơn ra khỏi muối của chúng
1.1.3.4 Hoạt tính sinh học cao
Hiện nay, alkaloid đang được nghiên cứu và ứng dụng một cách cẩn thận trong nộng nghiệp, y học đặc biệt là thần kinh học.Các chế phẩm chiết xuất của một số cây từ lâu đã được sử dụng như các chất kích thích, gây nghiện hay chữa bệnh thần kinh tùy vào mục đích của người sử dụng.Ngoài ra, tùy thuộc vào hàm lượng chất đươc sử dụng, với hàm lượng nhỏ có khả năng chữa bệnh nhưng hàm lương cao có thể là thuốc độc[5]
Cocaine và cathinone là chất kích thích hệ thống thần kinh trung ương
Mescaline và nhiều alkaloid indole (chẳng hạn như psilocybin, dimethyltryptamine và ibogaine) có tác dụng gây ảo giác
Morphine và codeine là thuốc giảm đau cực mạnh.
Vai trò chống ung thư : Nhóm vinca alkaloid chiết tác ra từ Madagascar periwinkle, Catharantus roseus G.Don, bao gồm 130 terpenoid indole alkaloid đã được nghiên cứu và phát triển thành thuốc chống ung thư hiệu quả[4]
Tổng quan về piperine
1.2.1 Một số tính chất lý – hóa của piperin
Piperine ((E,E)-1-[5-(1,3-Benzodioxol-5-yl)-1-oxo-2,4-pentadienyl]-piperidine) là một alkaloid được tìm thấy trong các loại thảo mộc thuộc họ Piper, đặc biệt là hạt tiêu, chiếm khoảng 5,7% Công thức phân tử của piperine là C17H19NO3 và nó nóng chảy ở nhiệt độ 133 độ C Piperine được Hans Christian Oerstedt phát hiện vào năm 1819 từ quả của cây hồ tiêu Piper nigrum, nguồn gốc của cả tiêu đen và tiêu trắng ngày nay.
Macmillan và cộng sự tìm thấy piperine trong giống hồ tiêu Piper longum và Piper officinarum [7]
Hình 1.3: Công thức cấu tạo phân tử piperine Đồng phân quang học của piperine là chavicin là amid của piperidin với peperittic acid, có công thức cấu tạo như sau:
Hình 1.4: Công thức cấu tạo phân tử chavicin
Piperine là tinh thể không màu, không m i, không tan trong nước sôi, tan rất nhiều trong rượu nóng, có tính kiềm nhẹ tính bazơ yếu Khi đun với dung dịch rượu kali, cho piperic acid C 12 H 19 O 4 và một alkaloid khác lỏng, bay hơi là piperidin C 5 H 11 N. Để định tính piperine có thể tiến hành một trong 2 cách:
Nhỏ lên bột hồ tiêu 1-2 giọt H 2 SO 4 đặc sẽ xuất hiện màu vàng sau chuyển nhanh sang đỏ nâu rồi chuyển dần sang màu nâu tối, cuối cùng có màu xanh nâu (phản ứng của piperine)
Nhỏ lên bột hồ tiêu vài giọt cồn 90-95 o C, để hơi khô, nhỏ lên 1 giọt nước, đậy kính mỏng lên rồi soi sẽ thấy ở mép tấm kính mỏng có ít tinh thể piperine hình kim
- Khối lượng phân tử: 285,338 g/mol
- Phổ UV-Vis của piperine[16]
Hình 1.5: Đồ thị phổ hấp thupiperine trong dung môi EtOH Đối với dung môi etanol piperine có m ax 344 nm và 31000 M 1 cm 1
1.2.2 Hoạt tính sinh học của piperine
Hoạt tính chống viêm và tăng miễn dịch cho cơ thể
Piperin có tác dụng chống viêm và chống thấp khớp thông qua việc ức chế sảnphẩm của hai tiền cytokinine viêm quan trọng là IL6 (interleukine - 6) và PGE2
Piperin có khả năng ức chế sản phẩm tiền viêm prostaglandin - E2 (PGE2) và gây chết tế bào ung thư Nó ngăn chặn hình thành mạch máu mới, làm giảm vận chuyển năng lượng trong ti thể và ức chế hình thành đột biến thông qua việc tăng cường hoạt động chống oxy hóa và ngăn chặn suy giảm glutathione, một chất quan trọng cho hệ miễn dịch.
Trong một nghiên cứu gần đây cho thấy piperine có khả năng chống trầm cảmbằng cách nâng cao hiệu lực nhận thức và hoạt động trí não, do đó ở liều thấp piperine là một chất tiềm năng để cải thiện hoạt động trí não[11]
Hoạt tính ức chế p-glycoprotein để tăng sinh khả dụng một số chất
Piperine có khả năng làm tăng sinh khả dụng của một số chất như curcumin, beta – caroretene, coenzyme Q10… bởi nó kích thích hoạt động của các amino acid vận chuyển trong đường ruột, ức chế p-glycoprotein, làm giảm sản xuất acid glucuronic trong đường ruột, từ đó giúp đưa các chất này vào cơ thể dưới dạng hoạt động[12] Do đó, các chất này có thể đi đến và thâm nhập vào trong các tế bào mục tiêu của chúng với thời gian lâu hơn so với những trường hợp khác[15]
Tuy nhiên, cần chú ý là piperine độc ở liều cao, piperine làm tăng huyết áp, liệt hệ hô hấp 50mg/kg cơ thể) Nếu piperine tiêm vào bắp thịt cho thỏ hay chuột bạch hoặc cho hít hơi với liều cao thì thấy sau một thời gian kích thích ngắn có hiện tượng thở nhanh, chân tay tê liệt rồi mê hòan toàn, co rút, ngủ gà rồi chết do ngừng thở Khi giải phẫu thì thấy lục phủ ngũ tạng đều có hiện tượng xuất huyết
Hoạt tính thúc đẩy sự tái tạo sắc tố trên da của người trong điều trị bệnh bạch biến
Bệnh bạch biến là một căn bệnh rối loạn sắc tố da khá phổ biến hiện nay với tỷ lệ mặc bệnh chiếm khoảng 1% trên toàn thế giới, tùy theo từng đia phương mà tỷ
9 lệthay đổi từ 0,1-9%[13].Nó xảy ra khi tế bào biểu bì không tạo hắc tố, các tế bào sắc tố da chết hoặc không thể hoạt động
Nguyên nhân của bạch biến hiện chưa rõ, một số nghiên cứu cho thấy rằng nó có thể phát sinh từ hệ thống miễn dịch, di truyền, tác động oxy hóa, do căng thẳng thần kinh, hoặc virus[14, 15] Hình thức phổ biến nhất là bạch biến từng phần, bệnh có u hướng xuất hiện ở các phần rìa của cơ thể mang tính đối xứng trên bệnh nhân, đôi khi trên khu vực rộng lớn của cơ thể[16]
Hình 1.6:Bệnh bạch biến xảy ra ở tay
Một số phương pháp điều trị điều trị bạch biến[17]:
Trị liệu bằng tia UVB (Ultraviolet B radiation, 280-320nm)
Trị liệu bằng tia UVA (Ultraviolet A radiation, 320-400nm)
Cấy tế bào biểu bì tạo hắc tố
Những chất tương tự vitamin D như Calcipotriol và Tacalcitol
Điều trị với corticosteroid bằng đường uống
Hình 1.7: Phương pháp điều trị bằng UVB
10 Các biện pháp trên đều ít nhiều gây tác dụng phụ và hiệu quả điều trị chưa cao Gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng piperine vào điều trị bệnh bạch biến đang được đẩy mạnh
Năm 1999, các nhà khoa học phát hiện tiềm năng chữa bệnh bạch biến của piperine Nghiên cứu cho thấy piperine giúp kích thích sản xuất sắc tố da, ổn định lượng sắc tố và ngăn ngừa bệnh lây lan sang các vùng da khác.
Năm 2006, phương pháp kết hợp điều trị giữa piperine và tia UVB cho kết quả lâm sàng khả quan, hứa hẹn một phương pháp chữa bệnh hiệu quả và an toàn.
Năm 2010, các nhà khoa học Ấn Độ nghiên cứu chữa bệnh bạch biến với 2 phương pháp: chỉ sử dụng piperine và sử dụng piperine kết hợp UVB cho thấy việc kết hợppiperine và UVB cho kết quả nhanh hơn nhưng các sắc tố không đồng đều, nếu chỉ dùng piperine cho kết quả chậm nhưng sắc tố đồng đều, ổn định hơn Do đó, có thể điều trị bệnh bạch biến mà không cần bức xạ[24]
Tổng quan về hệ submircon piperine
Để giúp cho việc đưa piperine vào cơ thể tốt hơn, qua thống kê các nghiên cứu c ng hướng cho thấy nên dùng hệ dẫn truyền là submicron piperine với thành phần gồm: chất nhũ hóa chính lecithin, chất đồng nhũ hóa tween và tướng dầu là một ester triglyceride và tướng nước là dung dịch đệm sinh học phosphate pH 6,5
1.3.1.1 Chất nhũ hóa chính lecithin
Lecithin là một loại của phospholipid, hợp chất lưỡng tính, este của glycerid có 2 đầu đầu ái nước và đầu ái dầu [27]
- 1 nhóm OH được este hóa bởi H 3 PO 4 là đầu ái nước
- 2 nhóm OH còn lại được este hóa bởi 2 acid béo là đầu ái dầu
- Hình 1.8: Phân tử phospholipid Với đầu ái nước có thể gắn thêm choline, glycerol, serine, Inositol, ethanolamine… Còn đầu ái dầu có thể là các acid no như Lauric acid C 12 ), myristic acid (C 14 ), palmitic acid (C 16 ), stearic acid (C 18 ,… Hay các acid béo không no như oleic acid C18, ∆ 1 ), linoleic (C 18 , ∆ 2 , linolenic acid C18, ∆ 3 ,…[28;29]
12 Một loại phospholipid rất phổ biến là phosphotidyl choline (PC) có cấu tạo gồm nhóm phân cực là phosphocholine và hai nhóm không phân cực là alcylhydrocarbon [26]
Hình 1.9: Công thức cấu tạo của phosphatidyl choline (PC)
Cấu trúc tổ hợp của phospholipid
Phospholipid có cấu tạo tương tự các chất hoạt động bề mặt thông thường (ở đây muốn nói đến các chất hoạt động bề mặt đơn giản chỉ có một đuôi kị nước) nên nó cũng có khả năng tự tổ hợp với nhau trong một số điều kiện giống như các chất hoạt động bề mặt tự tổ hợp với nhau để hình thành các micelle khi nồng độ vượt quá nồng độ micelle tới hạn (CMC)[27] Tuy nhiên do có một chút khác biệt trong cấu tạo là phân tử phospholipid có hai đuôi kị nước khiến nó cồng kềnh hơn và có cấu trúc hình học hơi khác với chất hoạt động bề mặt chỉ có một đuôi kị nước nên cấu trúc tự tổ hợp (self-assembly)của nó cũng có chút khác biệt, cấu trúc kép(bilayer)[24]
Cấu trúc của phân tử Dạng hình học
Có một đuôi kị nước đầu ái nước lớn hơn đầu kị nước)
Có 2 đuôi kị nước đầu ái nước bằng đầu kị nước) Đầu ái nước nhỏ hơn đầu kị nước đầu ái nước là PG hoặc PE)
Hình 1.10: Dạng hình học của một số phân tử
1.3.1.2 Chất đồng nhũ hóa Tween
Có nhiều chất được dùng làm chất nhũ hoá trong công nghiệp dược phẩm và mỹ phẩm như: Polyoxylen Ether, Ester của Spans, Polyetylen Glycol, Polyvinyl alcol, Methyl cellulose, etyl cellulose…hiện nay thì người ta có u hướng chọn Tween làm chất nhũ hoá
Tween là este của polyglycol và axit sorbic, là chất hoạt động bề mặt không ion, không độc hại Trong số các loại Tween (Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80 ), Tween 20 và Tween 80 được sử dụng phổ biến nhất.
Tween 20 và tween 80 có công thức cấu tạo gần giống nhau, chỉ khác gốc acid Công thức của chúng như sau:
Hình 1.11: Công thức cấu tạo của tween 20 và tween 80
Giá trị HLB của tween 80 là 15,0 và của tween 20 là 16,7 Nhìn vào công thức phân tử của tween có cấu trúc hình học là hình nón
Cấu trúc hình học của lecithin và tween quyết định mô hình cấu trúc của hệ submicron piperin Cụ thể, cấu trúc hình học của lecithin tạo ra một lõi kỵ nước, trong khi tween tạo ra một lớp vỏ ưa nước xung quanh lõi kỵ nước Sự sắp xếp này giúp piperin được bao bọc và ổn định trong hệ submicron.
14 (a) Kết hợp giữa các phân tử chất hoạt động bề mặt thêm vào giữa lecithin
(b) Cấu trúc trụ nón giúp ổn định màng rào cản và dạng hạt vi nhũ ở dạng hình cầu
Hình 1.12: Mô hình cấu trúc submicron piperine
1.3.2Tướng dầu và tướng nước
Dầu mè và dầu olive giàu chất chống oxy hóa và hỗ trợ tốt cho việc chăm sóc da nên được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm chăm sóc da và y học.Dầu mè có thành phần chất béo trong dầu dao động từ 40,4 đến 59,8% Các acid béo này chủ yếu là oleic 32,7 đến 53,9% , linoleic 39,3 đến 59%), palmitic (8,3 đến 10,9%) và stearic (3,4 - 6,0%).Dầu olivecó thành phần chính gồm các chất béo như oleic acid (55,0 đến 83,0%), linoleic (3,5 đến 21,0%), palmitic (7,5 đến 20,0%) và stearic acid (0,5 - 5,0%) Ngoài ra, dầu olive còn các chất béo omega‑3 (
