Nguồn nguyên liệu bán tổng hợp steroid từ thực vật

Ấn Độ buôn bán dược liệu để tách chiết các hợp chất thiên nhiên dùng làm thuốc đạt khoảng 60 tỷ Rupi/năm, cung cấp 12% nhu cầu dược liệu thế giới.. Các chất dùng để tổng hợp nội tiết tố

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TIỂU LUẬN

NGUỒN NGUYÊN LIỆU BÁN TỔNG HỢP THUỐC STEROID TRUYỀN THỐNG VÀ XU HƯỚNG TƯƠNG LAI

Họ tên: Trịnh Quang Chung

Mã sinh viên: CH1112007 Lớp: Cao học 17

Hà Nội - 2012

1 Đặt vấn đề

Trung Quốc hàng năm sử dụng 700.000 tấn dược liệu, tách chiết các hoạt chất để sản xuất khoảng 7.000 mặt hàng, doanh thu trên 18 tỷ USD Ấn

Độ buôn bán dược liệu để tách chiết các hợp chất thiên nhiên dùng làm thuốc đạt khoảng 60 tỷ Rupi/năm, cung cấp 12% nhu cầu dược liệu thế giới Các nước châu Âu và châu Mỹ dùng thuốc có các hợp chất thiên nhiên cũng ngày càng nhiều Ở Việt Nam số lượng thuốc có nguồn gốc dược liệu gồm các hoạt chất thiên nhiên giàu hoạt tính sinh học chiếm từ 30 - 40% số thuốc sản xuất trong nước vào những năm tới của đầu thế kỷ này

Tác dụng của các saponin steroid dùng để tổng hợp các nội tiết tố steroid Các chất dùng để tổng hợp nội tiết tố steroid có nhiều nguồn như từ các chất sterin, các acid mật, các sapogenin Trong sapogenin thì nguồn quan trọng nhất lại là diosgenin, hecogenin, solasodin Diosgenin được thế giới tiêu thụ tới 1.000 tấn mỗi năm vì có mạch nhánh dễ biến hoá thành testosteron, progesteron, cortison

Các saponin steroid có thể gặp trong nhiều loài thực vật khác nhau Diosgenin được tách chiết từ các loài Củ mài Dioscorea spp., hecogenin từ các loài Dứa sợi Agave spp., smilagenin từ các loài Kim cang Smilax spp Đây là những saponin steroid có tác dụng chống viêm, đặc biệt là để làm nguồn nguyên liệu bán tổng hợp hormon steroid, oestrogen, progestin và androgen

Trong thực tế, để tổng hợp hormon steroid, người ta dùng chủ yếu diosgenin vì 90% các dẫn chất steroid dùng làm thuốc đều đi từ nguồn nguyên liệu này Mặc dù diosgenin có gặp trong nhiều họ, nhưng chỉ có họ Dioscoreaceae (chi Dioscorea) thì mới có giá trị thực tế

2 Saponin steroid

Saponin steroid có sapogenin cấu trúc bởi khung steroid đặc trưng, có 27 carbon Ngoài khung steroid đặc trưng (bao gồm 4 vòng A, B, C, D) các sapogenin steroid còn có 2 dị vòng E và F Các vòng E và F có chung một nguyên tử C22 với vòng Spirocetal

2.1 Phân loại

Saponin steroid được chia thành 5 nhóm: saponin furostanol, spirostanol, aminofurostanol, spirosolanol, và solanidanol Một số saponin steroid thường gặp: diosgenin, yamogenin, smilagenin, sarsasapogenin, ruscogenin, jucagenin, liligenin, penogenin, hecogenin, digitogenin

2.2 Phân bố

Saponin steroid thường gặp trong các loài thực vật một lá mầm như các họ Liliaceae (Smilax), Dioscoreaceae (Dioscorea), Agavaceae (Agave, Juca), Amaryllidaceae Ngoài ra cũng thấy ở các loài hai lá mầm như họ Scrophulariaceae (Digitalis), Fabaceae (Trigonella), Zygophyllaceae (Tribulus) Các bộ phận của cây chứa hàm lượng cao saponin steroid là hạt,

rễ, củ rễ, thấp nhất là trong lá Trong một số loài chỉ chứa saponin furostanol (Allium), ở một số loài khác lại chứa chủ yếu là saponin spirostanol (Digitalis)

2.3 Sinh tổng hợp saponin steroid trong cây thuốc

Nguồn quan trọng nhất để tổng hợp các saponin steroid là các sterol, chủ yếu

là cholesterol và sitosterol (Ví dụ: con đường sinh tổng hợp của các sapogenin steroid trong Dioscorea tokoro)

2.4 Phương pháp chiết xuất

Chiết xuất saponin steroid tinh khiết rất khó khăn vì tính chất lý hoá phức tạp Thường tiến hành như sau: Dược liệu được loại tạp chất béo bằng ether dầu hoả hoặc ether, sau đó chiết với methanol hoặc ethanol ở các nồng độ khác nhau, cô thu hồi dung môi và saponin được lắc với butanol và kết tủa với ether hoặc aceton, hỗn hợp saponin toàn phần thu được chạy qua cột hoặc sắc

ký lớp mỏng chế luyện cho đến khi thu được saponin tinh khiết

2.5 Tác dụng sinh học

Saponin steroid được cơ cấu vào thành phần của hàng loạt loại thuốc sử dụng trong phòng bệnh và chữa bệnh xơ vữa động mạch như saponin thuộc chi Dioscorea, chi Ruscus, và chi Tribulus

Ứng dụng rộng rãi nhất của sapogenin steroid là sử dụng chúng như nguồn nguyên liệu cơ bản để bán tổng hợp thành các hormon sinh dục và corticosteroid Sử dụng phổ biến nhất là diosgenin

3 Dược liệu chứa Diosgenin

3.1 Cây sơn tỳ giải

Tên khoa học: Dioscorea tokoro

Tên khác: Tỳ giải, xuyên tỳ giải, phấn tỳ giải

Họ: Củ nâu Dioscoreaceae

Bộ phận dùng: Thân rễ

Mô tả

Cây leo bằng thân quấn, rễ củ sống dai dưới đất, phình thành củ to, lá mọc so

le, hình tim, có 7-11 gân hình chân vịt, cuống lá dài, hoa đơn tính, khác gốc, đều và nhỏ, màu xanh nhạt, mọc thẳng bông, quả nang có cánh, tỳ giải mọc nhiều ở các tỉnh của Trung Quốc giáp danh với nước ta (Quảng Đông, Quảng Tây, Vân Nam ), Trung Quốc còn khai thác một số cây khác thuộc chi Dioscorea để làm vị thuốc tỳ giải Ở nước ta cũng có vị thuốc mang tên tỳ giải nhưng chưa xác định được tên khoa học chắc chắn

Thành phần hoá học

Diosgenin và các sapogenin khác Tỷ lệ sapogenin toàn phần 1-1,5%

Trong những năm 80 của thế kỷ XX, với mục đích tìm nguồn nguyên liệu có hàm lượng diosgenin cao, Viện Dược liệu đã nhập 3 loài khác thuộc chi Dioscorea, đó là D composita, D deltoidea, và D floribunda Trong đó loài

D deltoidea có ưu điểm chỉ chứa 1 genin là diosgenin

Họ Dioscoreaceae có rất nhiều chi, trong đó quan hệ gần gũi nhất với chi Dioscorea là các chi Higinbothamia, Borderea, Epipetrum, Rajana, Tamus Đại bộ phận các sapogenin steroid tồn tại trong thực vật dưới dạng glucosid Lúc đầu các sapogenin steroid được ứng dụng để tổng hợp thành các hormon steroid Ở qui mô sản xuất công nghiệp, giai đoạn thuỷ phân và chiết xuất các hợp chất này được tiến hành bằng một trong hai cách sau: Cách một, hỗn hợp saponin toàn phần được chiết xuất bằng cồn ethanol hoặc methanol, đem thuỷ phân với acid, hoặc dược liệu khô được thuỷ phân trước rồi sau đó chiết sapogenin với xăng công nghiệp, benzen hoặc các dung môi không phân cực Liên xô trước đây khai thác loài Dioscorea nipponica làm nguyên liệu sản xuất ra một loại thuốc có tác dụng hạ cholesterol và chống xơ vữa động mạch

với tên là diosponin Loài này chứa dioscin và protodioscin, trong đó protodioscin thuộc nhóm furostanol được đánh giá là chất có tác dụng tốt hơn,

vì dễ tan trong nước nên dễ hấp thu hơn

Tác dụng dược lý:

Trong YHCT, sơn tỳ giải được sử dụng làm thuốc lợi tiểu, chữa viêm bàng quang mạn tính, viêm niệu đạo và thấp khớp Một số loài khác đã đc chứng minh là có td chống viêm, hạ cholesterol máu và chống xơ vữa động mạch, làm mềm thành mạch

Công dụng:

Có thể dùng để chiết diosgenin để làm nguyên liệu bán tổng hợp các thuốc steroid

Một qui trình chiết diosgenin: Nguyên liệu được chiết bằng chloroform

để loại tạp Chiết tiếp bằng ethanol 96% Cất thu hồi ethanol Cắn được thuỷ phân bằng HCl 2N (đun cách thuỷ trong 5 giờ) Lọc lấy tủa, rửa tủa bằng dung dịch natri bicarbonat bão hoà trong nước rồi sấy ở 60oC Bột khô được chiết bằng cyclohexan nóng, để lạnh diosgenin sẽ kết tinh Có thể kết tinh lại trong methanol, aceton

Để nâng cao hàm lượng diosgenin trong nguyên liệu, người ta dùng phương pháp ủ nguyên liệu tươi với nước có thêm các chất kích thích sinh trưởng như indol-3-acetic acid, acid gibberellic, hoặc 2,4-D Đối với củ Dioscorea belizenzis hiệu suất tăng lên 15%, củ Dioscorea deltoidea và hạt Trigonella foenumgraecum thì tăng 35% Đặc biệt đối với thân hành mía dò Costus speciosus, thí nghiệm thấy mẫu đối chứng hàm lượng diosgenin 1,3% tăng lên 3,5% khi ủ với nước và tăng lên 5% khi ủ với 2,4-D

Người ta đã nghiên cứu các phương pháp chuyển diosgenin thành pregnenolon rồi từ đó chuyển thành các chất estrogen và androgen Khả năng dùng phương pháp vi sinh gắn nhóm hydroxyl hoặc carbonyl ở vị trí 11 dẫn đến việc dùng diosgenin để điều chế các thuốc corticoid Hiện nay hàng năm trên thế giới sản xuất gần 1.000 tấn diosgenin Nước sản xuất nhiều nhất là Mexico, số tiền thu được lên đến 10 triệu USD

- Dasgupta và Pandy (1971) phát hiện diosgenin có trong cây Mía dò Costus speciosus thuộc họ Mía dò Costaceae Viện Dược liệu Việt Nam cũng đã chiết xuất được diosgenin (1975) từ cây Mía dò mọc ở miền Bắc với hiệu suất 0,5-0,6%

- Trong cây bảy lá một hoa Paris polyphylla thuộc họ Bảy lá một hoa Trilliacea có mọc ở Cúc Phương, Sa pa cũng có diosgenin

- Từ phần trên mặt đất của cây Cà lá xẻ Solanum laciniatum - Madeva và Stepanova (1965) thấy có các saponin steroid, khi thuỷ phân cho khoảng 0,20% diosgenin bên cạnh các glycoalkaloid khác

- Diosgenin có trong nhiều chi thực vật khác

3.2 Cây Râu hùm

Tên khoa học: Tacca chantriere - họ Râu hùm Taccaceae

Tên khác: râu hùm hoa tía

Bộ phận dùng: thân rễ, thu hái quanh năm, rửa sạch, thái lát, phơi sấy khô Phân bố: chi Tacca ở VN có 6 loài, trog đó râu hùm có phạm vi phân bố rộng rãi nhất Viện Dược liệu, từ 1986, Râu hùm đã được phát hiện ở 26 tỉnh miền núi và trung du Vùng phân bố cây chủ yếu tập trung ở các tỉnh miền núi từ Tây Nguyên trở ra, gồm Gia lai, Kon tum, Quảng nam, Quảng bình, Nghệ an, Thanh hoá, Ninh bình, Hoà bình, Sơn la, Tuyên quang , Yên bái, Thái nguyên, Bắc cạn

Nguồn râu hùm ở Việt nam ước tính có vài ngàn tấn

Cây được trồng bằng phần đầu mầm thân rễ

Thành phần hoá học

Thân rễ râu hùm chứa saponin steroid, khi thuỷ phân cho diosgenin, beta-sitosterol, taccaosid

Các saponin tồn tại trong cây chủ yếu dưới dạng furostanol (vòng F của khung steroid mở) dưới td của men hoặc acid thuỷ phân vòng F sẽ đóng lại và tạo thành dạng spirostanol ít phân cực hơn

Dựa vào tính chất trên, tuỳ theo bản chất saponin trog cây (dạng vòng F mở hay vòng F đóng ), người ta đã xây dựng phương pháp chiết xuất khác nhau (Phạm Kim Mãn và cs.- bằng sáng chế 1985)

Trong loài râu hùm Việt nam, hàm lượng diosgenin chiết được là 1,2-1,8% Viện Dược liệu đã nghiên cứu chiết xuất từ thân rễ râu hùm hoạt chất diosgenin Đó là nguyên liệu để bán tổng hợp các thuốc steroid như thuốc chống viêm, thuốc nội tiết, thuốc tránh thai, thuốc tăng đồng hoá Những thuốc này ngày càng có nhu cậy lớn ở trong nước và trên thế giới

3.3 Củ nêm

TKH: Dioscorea deltoidea - họ Củ nâu Dioscoreaceae

Bộ phận dùng: rễ củ

Phân bố: ở Việt nam , loài này được người Pháp thu mẫu ở Mai Sơn, tỉnh Sơn

la Năm 1980 Viện Dược liệu nhập giống Củ nêm Ấn Độ, trồng thử ở Sa pa

và thu được hàng tấn củ

Thành phần hoá học

Diosgenin và các saponin steroid khác Nguyên liệu củ nêm trồng ở sa pa, Ngọc linh có hàm lượng diosgenin 3% sau khi trồng 3 năm

Năm 1985, Đống Viết Thắng phân lập được từ loài D deltoidea nhập nội vào Việt Nam, hai saponin A và B, saponin A trùng với deltonin Khi thuỷ phân saponin A thì được diosgenin và phần đường gồm D-glucose và L-rhamnose Saponin B trùng với dioscin (mẫu phân lập từ D caucasica của Liên xô trước đây) Thuỷ phân saponin B thu được diosgenin và phần đường là D-glucose

và L-rhamnose

Để chiết xuất diosgenin, người ta đem thuỷ phân các saponin steroid (tồn tại trong cây dưới 2 dạng: dạng furostan có vòng F mở và dạng spirostan có vòng

F đóng) Acid dùng thuỷ phân là HCl và H2SO4 Để nâng cao hiệu suất chiết, người ta ủ nguyên liệu với 5-6 lần nước ỏ 37-39 độ C trong thời gian 48 giờ Quá trình ủ men này xảy ra sự đóng vòng F và dạng furostan chuyên sang dạng spirostan Đem thuỷ phân dạng spirostan rồi chiết diosgenin bằng dung môi không phân cực như xăng, n-hexan sẽ cho hiệu suất chiết cao hơn (tăng đến 30%)

Diosgenin chiết từ củ nêm có độ tinh khiết cao vì không lẫn các tạp chất khác như pennogenin (trong D composita, và D floriburda)

hàm lượng diosgenin trong các loài trên từ 2,7-3,5%

Tác dụng dược lý

Diosgenin thí nghiệm trên chuộat cống trắng, tiêm xoang bụng liều 45mcmol/kg trong 3 ngày liên tiếp thì lượng cholesterol mật tăng 70% Tác dụng này là kết quả trực tiếp của diosgenin đối với cơ chế điều hoà sự phân tiết cholesterol mật trog tế bào gan

Công dụng

Củ nêm là nguồn nguyên liệu chiết xuất diosgenin

3.4 Củ mài gừng

Tên khoa học: Dioscorea zingiberensis - Họ Củ nâu Dioscoreaceae

Bộ phận dùng: thân rễ

Phân bố: Củ mài gừng ở Việt nam được phát hiện làn đầu tiên tại huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm đồng (Đỗ Huy Bích 1978) Sau đó cây được tìm thấy thêm ở các huyện Bảo lộc, Đơn Dương- Lâm đồng, huyện Khánh sơn, Khánh vĩnh- Khánh hoà, Trà my - Quảng nam, Vĩnh thạnh, An lão - Bình định, 1983, và chưa thấy ở tỉnh phía Bắc

Củ mài gừng ở Việt nam chưa được khai thác để làm thuốc, ở xã Vĩnh sơn và Vĩnh kim - Bình định, đồng bào Bana thường lấy củ để duốc cá Phạm vi phân bố hạn chế, trữ lượng tự nhiên ít

Thàh phần hoá học:

saponin steroid - diosgenin

Công dụng:

Thân rễ được dùng làm nguyên liệu chiết xuất diosgenin để tổng hợp các thuốc steroid như thuốc chống viêm, thuốc nội tiết tố sinh dục và thuốc tránh thai

3.5 Củ nâu trắng

Tên khoa học: Dioscorea hispida - họ Củ nâu Dioscoreaceae

Tên khác: củ nê, củ nằng

Bộ phận dùng: rễ củ

Phân bố: phân bố rải rác các tỉnh vùng núi Lạng sơn, Quảng ninh, Cao bằng, Tuyên quang, Thái nguyên, đặc biệt là từ Quảng trị trở vào Độ cao phân bố thường dưới 1000m

Thành phần hoá học: diosgenin

4 Bàn luận

Chi Dioscorea có khoảng 600 loài, số loài chứa nhóm sapogenin sprostan có hàm lượng trên 0,1% chiếm khoảng 30% phân bố ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Người ta đã phát hiện và đưa vào trồng trọt nhiều loài Dioscorea chứa diosgenin với hàm lượng cao như D composita, D floribunda, D deltoidea chứa 4-5% diosgenin, đặc biệt là loài D spiculiflora

ở Mexico hàm lượng sapogenin tới 15%, trong đó loài D composita được phát triển lớn ở Mexico chứa tới 15% diosgenin

Mặc dù diosgenin có gặp trong nhiều họ, nhưng chỉ có họ Dioscoreaceae (chi Dioscorea) thì mới có giá trị thực tế Các cây thuộc loại này rất dễ trồng ở nước ta Viện Dược liệu sau khi nhập nội 3 loài thuộc chi Dioscorea đã trồng đại trà tại Sa pa, Hải dương, Hoà bình và chuyển giao công nghệ cho Xí nghiệp Hoá dược chiết xuất diosgenin ở qui mô công nghiệp Ngoài ra, nguồn râu hùm ở Việt nam ước tính cũng có tới vài ngàn tấn và hiện vẫn chưa khai thác hết

90% các dẫn chất steroid dùng làm thuốc đều đi từ nguồn nguyên liệu diosgenin v hà àng năm trên thế giới cần gần 1.000 tấn diosgenin Vì vậy, nguồn nguyên liệu dùng để chiết xuất diosgenin vẫn tiếp tục là một triển vọng lớn của ngành dược liệu Việt nam

Tài liệu tham khảo:

1 Viện Dược liệu (2006), Nghiên cứu thuốc từ thảo dược, NXB Khoa học và

kỹ thuật

2 Lã Đình Mỡi và cs (2005), Tài nguyên thực vật Việt Nam Những cây chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học Tập 1, NXB Nông nghiệp

3 Bộ Y tế (2006), Bài giảng dược liệu, tập 1, NXB Y học

4 Đái Duy Ban (2008), Các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học phòng chống một số bệnh cho người và vật nuôi, NXB KHTN&CN

5 Viện Dược liệu (2004) Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt nam Tập I,

II NXB Khoa học và kỹ thuật