Phương pháp trích ly bằng dung môi siêu tới hạn, trích chiết dược phẩm quý nano paclitaxel từ cây Thông đỏ taxus wallichiana Zucc

Ngày nay, trong hóa trị, hai loại dược phẩm được sử dụng nhiều nhất và có hiệu quả tốt trong việc điều trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, ung thư phổi là: Paclitaxel (được phát triển từ phân tử Paclitaxel hoạt hóa của Công ty Bristol Myers Squibb, Mỹ) và Taxotere (được phát triển từ phân tử Docetaxel hoạt hóa của công ty Sanofi - Aventis, Pháp). Cả hai hoạt chất này đều được trích ly từ vỏ và lá cây Thông đỏ (Taxus ssp, Taxus brevifolia).

TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 20 KHOA HỌC KỸ THUẬT Phương pháp trích ly dung mơi siêu tới hạn, trích chiết dược phẩm q nano paclitaxel từ Thông đỏ taxus wallichiana zucc BÙI THỊ NAM TRÂN, THÂN THỊ PHƯƠNG, NGUYỄN THỊ HẰNG Trường Cao đẳng Sư Phạm Gia Lai Ngày nay, hóa trị, hai loại dược phẩm sử dụng nhiều có hiệu tốt việc điều trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, ung thư phổi là: Paclitaxel (được phát triển từ phân tử Paclitaxel hoạt hóa Công ty Bristol Myers Squibb, Mỹ) Taxotere (được phát triển từ phân tử Docetaxel hoạt hóa cơng ty Sanofi - Aventis, Pháp) Cả hai hoạt chất trích ly từ vỏ Thơng đỏ (Taxus ssp, Taxus brevifolia) Mở đầu Trong trình trích ly dược phẩm quý lưu tâm đến vấn đề mơi trường, CO2 dung mơi có nhiều ưu điểm CO2 không độc, không cháy, rẻ tiền có điều kiện tới hạn thấp Nhiệt độ tới hạn CO2 31,1oC vừa tiết kiệm lượng lại vừa không làm phân hủy dược chất[1] Thêm vào đó, tính khuếch tán cao, tỷ trọng điều chỉnh độ nhớt thấp nên CO2 lưu chất phù hợp sử dụng cho trình tạo hạt Cây Thông đỏ từ lâu giới khoa học người dân biết đến loại dược liệu quý, dùng để điều trị nhiều bệnh, đặc biệt vỏ điều chế hoạt chất để chữa trị ung thư Cây Thông đỏ thuộc họ Thanh tùng, loài bụi hay thân gỗ nhỏ nhiều cành, phân bố hẻm núi huyện Đức Trọng, Đơn Dương, Lạc Dương TP Đà Lạt (Lâm Đồng), độ cao từ 1.300 - 1.700m Đặc tính Thơng đỏ - Trong thơng đỏ có khống chất Vitamin C, A, K, Acicd Amino thiết yếu, Carbonhydrate, Phosphorus, Chất sắt, Chất béo, Mangan, Kẽm - Nó chứa Acid Amin thiết yếu thành phần Protein đóng vai trị quan trọng q trình hình thành thể người - Acidamin có 22 loại mà thơng đỏ chứa loại thiết yếu số 2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Vào đầu năm 1960, Viện Ung thư Quốc gia Mỹ (NCI) phát triển chương trình nghiên cứu dịch trích ly từ nguồn khác tự nhiên Năm 1962, dịch chiết phát có hoạt tính chống ung thư rõ rệt, có khả lập khối u Tuy nhiên, cơng trình không phát triển hai nhà nghiên cứu Wall Wani Viện nghiên cứu Triangle, Bắc Carolina, tách hợp chất có hoạt tính chống ung thư từ Thơng đỏ Thái Bình Dương Taxus brevifolia Vào thời điểm này, việc xác định cấu trúc hợp chất công việc đơn giản Năm 1971, Wall Wani cô lập dẫn xuất taxol dạng tinh thể xác định cấu trúc dựa vào nhiễu xạ tia X Đây loại diterpen phức tạp chứa nhiều oxygen hứa hẹn nhiều hoạt tính chống ung thư Hợp chất lấy tên thương mại Taxol Và năm này, Wall Wani công bố cấu trúc hợp chất gọi Paclitaxel Ngày nay, hóa trị, hai loại dược phẩm sử dụng nhiều có hiệu tốt việc điều trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, ung thư phổi là: Paclitaxel (được phát triển từ phân tử Paclitaxel hoạt hóa Cơng ty Bristol Myers Squibb, Mỹ) Taxotere (được phát triển từ phân tử Docetaxel hoạt hóa cơng ty Sanofi - Aventis, Pháp) Cả hai hoạt chất trích ly từ vỏ Thông đỏ (Taxus ssp, Taxus brevifolia), mang nguồn thu khổng lồ cho hãng sản xuất Trong 10 năm qua, Bristol Myers Squibb thu 11 tỷ USD từ việc bán Paclitaxel Riêng Sanofi Aventis, năm 2005 thu 1,7 tỷ USD từ việc bán Taxotere Vì thế, 10-DAB III paclitaxel xem thành phần quan trọng có lồi Thơng đỏ Và Thơng đỏ có giá trị kinh tế cao nên chúng bị khai thác trầm trọng nguồn dược liệu đứng trước nguy bị đe dọa tuyệt chủng Một số nước giới thành công việc sản xuất paclitaxel từ vỏ Công nghệ làm lão hóa nhanh cạn kiệt nguồn nguyên liệu Tuy nhiên, nhà khoa học tìm hợp chất 10 - deacetyl baccatyl III (10-DAB III), tiền chất dùng để tổng hợp paclitaxel có cành Thông đỏ với hàm lượng nhiều so với vỏ Theo nhà khoa học, Thông đỏ khơng phải lồi đặc hữu có Việt Nam mà phân bố rải rác suốt từ châu Mỹ, châu Âu sang châu Á Tuy nhiên, lồi Thơng đỏ mọc vùng rừng Việt Nam chứng minh có giá trị cao Thơng đỏ vùng khác số tích lũy hoạt chất cao Theo kết khảo sát, Việt Nam có lại Thơng đỏ: Taxus wallichiana (Thơng đỏ Hymalaya) Lâm Đồng Taxus chinensis (Thông đỏ Trung Hoa) Mai Châu (Hịa Bình) số vùng cao khác Hiện nay, Trung tâm nghiên cứu trồng chế biến thuốc Đà Lạt - Vimedimex triển khai trồng Thơng đỏ theo chế độ phân bón khác để tạo nguồn nguyên liệu chiết tách 10DAB III paclitaxel theo chương trình nhà nước Trung tâm thu thập cá thể Thông đỏ mọc hoang dại địa bàn tỉnh Lâm Đồng việc chọn lọc dịng có hàm lượng hoạt chất cao “Nghiên cứu quy trình trồng Thơng đỏ để làm ngun liệu sản xuất thuốc chữa bệnh” ThS Vương Chí Hùng - Trung tâm Nghiên cứu trồng chế biến thuốc Ðà Lạt (VIMEDIMEX) - thực với nhóm tác giả nhằm hóa Thơng đỏ (một loại rừng) thành trồng hướng thâm canh nơng nghiệp có ý nghĩa lớn Trên sở nghiên cứu, nhóm tác giả nói bước đầu đưa Thông số kỹ thuật phù hợp điều kiện sinh thái, thời vụ, chế độ phân bón để thâm canh trồng Thơng đỏ theo phương thức canh tác nông nghiệp vùng đất Lâm Ðồng - nôi cuối Thông đỏ Việt Nam Các nhà khoa học nghiên cứu 49 dịng Thơng đỏ tự nhiên qua chọn lọc chín lồi Thơng đỏ cho hàm lượng hoạt chất 10-DAB III 21 SỐ 03 NĂM 2018 KHOA HỌC KỸ THUẬT TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 22 KHOA HỌC KỸ THUẬT taxol cao Ðây chín lồi chọn để tạo nguồn giống phương pháp vơ tính Nhà nghiên cứu Trần Công Luận cộng tiến hành xác định đặc điểm vi học khảo sát thành phần hóa học Thơng đỏ Taxus Wallichiana Zucc hợp chất: tinh dầu; chất béo; triterpenoid; alkaloid; proanthocianidin; tannin; saponin; chất khử; acid hữu Hợp chất paclitaxel Hợp chất Paclitaxel có tên theo UIPAC là4α,5β,7β,10β,13α)-4,10-Bis(acetyloxy)-13{[(2R,3S)-3-(benzoylamino)-2-hydroxy-3phenylpropanoyl]oxy}-1,7-dihydroxy-9-oxo5,20-epoxytax-11-en-2-yl benzoate, tên theo thương mại Abraxane, Taxol, Onxol, Nov-Onxol Hình 2: Cấu trúc hóa học hợp chất Paclitaxel Paclitaxel loại thuốc dùng để điều trị ung thư buồng trứng, vú, phổi, tuyến tụy bệnh ung thư khác [3] Paclitaxel docetaxel đại diện cho họ gia đình thuốc taxane Cơ chế hoạt động Paclitaxel liên quan đến việc can thiệp với cố thông thường vi ống phân chia tế bào Tác dụng phụ thường gặp bao gồm: rụng tóc, đau khớp tiêu chảy, [6] Đó kết nguy nhiễm trùng nghiêm trọng Sử dụng loại thuốc mang thai thường dẫn đến vấn đề trẻ sơ sinh Paclitaxel phát bắt đầu vào năm 1962 [3] kết chương trình tầm soát ung thư quốc gia Hoa Kỳ tài trợ; phân lập từ vỏ Thủy tùng Thái Bình Dương, brevifolia Taxus, tên gọi “taxol” Phát triển thương mại Bristol-Myers Squibb, tên chung thay đổi để “paclitaxel” với tên thương mại trở thành Taxol Các thương hiệu khác bao gồm Abraxane Các bác sĩ sử dụng chữ viết tắt “PTX” cho paclitaxel, mà khơng khuyến khích, khơng phải định danh nhất.[10] Paclitaxel tên gọi Tổ chức Y tế giới công nhận Danh sách thuốc thiết yếu, thuốc quan trọng cần thiết hệ thống y tế Lưu chất siêu tới hạn (supercritical fluid) Lưu chất siêu tới hạn nói chung định nghĩa trạng thái vật lý chất điều kiện nhiệt độ áp suất cao nhiệt độ tới hạn áp suất tới hạn Lưu chất siêu tới hạn có thơng số vật lý nằm khoảng biến thiên lưu chất trạng thái khí trạng thái lỏng [4] Do mang tính chất chất khí (dễ khuếch tán vào chất khác) tính chất chất lỏng (hịa tan chất) nên lưu chất siêu tới hạn có nhiều ứng dụng thực tiễn Đặc điểm số chất lỏng sử dụng làm dung môi siêu tới hạn thể bảng sau Bảng Một số chất lỏng siêu tới hạn thông dụng Dung môi Nhiệt độ tới hạn (oC) Áp suất tới hạn (bar) Nước 374 218 EtOH 241 61 MeOH 240 80 Aceton 235 46 NH3 132 115 CO2 thường sử dụng làm lưu chất siêu tới hạn ưu điểm trội so với chất khác, đặc biệt công nghiệp dược phẩm Điểm tới hạn thấp (TC = 31,10C, PC = 73,8 bar) tốn lượng để đưa CO2 tới vùng siêu tới hạn Hình 3: Giản đồ pha thể điểm tới hạn CO2[9] Phương pháp kỹ thuật trích ly siêu tới hạn Trong nhiều thập kỷ qua, kỹ thuật lỏng siêu tới hạn sử dụng nhiều chủ yếu việc nghiên cứu dược phẩm, thực phẩm Trong ngành cơng nghiệp thực phẩm, việc trích chiết hợp chất quan trọng yêu cầu đặt phải loại bỏ hoàn toàn lượng dung mơi sử dụng[8] Chất lỏng siêu tới hạn (SCFs) nói chung định nghĩa trạng thái vật lý chất thể tính chất chất lỏng chất khí Khơng giống chất khí, SCFs có tính chất dung mơi mạnh cịn thể khả khuếch tán tốt dung môi thông thường SCFs nghiên cứu từ kỷ thứ 19 Hannay phát điểm tới hạn phân tử (Critical point) Họ quan sát thấy ảnh hưởng áp suất lên độ tan KI Ethanol Sự tiến kỹ thuật SCFs phát triển chậm đến năm 1970 1980 số quy trình thương mại hóa nghiên cứu tăng cường Theo tính chất nhiệt động lực học, định nghĩa SCFs chất lỏng nhiệt độ áp suất cao giá trị tới hạn [9] Giản đồ pha trạng thái siêu tới hạn chất Điểm ba nơi mà ba trạng thái rắn, lỏng khí giao Các đường cong nơi hai trạng thái diện Quan sát dọc theo đường cong khí - lỏng hướng lên cao gặp điểm, nơi nồng độ khí lỏng Điểm gọi điểm siêu tới hạn hợp chất lúc gọi chất lỏng siêu tới hạn Tại điểm tới hạn, áp suất nhiệt độ có giá trị gọi áp suất tới hạn (Pc) nhiệt độ tới hạn (Tc ) Hai giá trị đặc trưng cho chất riêng biệt Các trạng thái vật lý chất tinh khiết miêu tả giản đồ ba chiều áp suất-thể tích-nhiệt độ (PVT), thể hình sau: Giản đồ P-T-V SCFs bề mặt đại diện trạng thái rắn, lỏng khí tương ứng với giá trị khác nhiệt độ áp suất Theo quy tắc pha, cân hai pha (rắn-lỏng, rắnhơi, lỏng-hơi) chất tinh khiết thể phạm vi định Vì vậy, áp suất cân trường hợp hàm theo nhiệt độ Hình chiếu đường cân rắn-lỏng, rắn-hơi, lỏng-hơi thể bên trái - Khả hịa tan tăng hay giảm nhiệt độ tăng lên điều kiện đẳng áp Trong trường hợp, khả hòa tan giảm đột ngột lưu chất bị hạ áp suất điều kiện đẳng nhiệt áp suất tới hạn Đây điều hầu hết qui trình sử dụng SCF: SCF sử dụng dung mơi vùng siêu tới hạn để chiết cách có chọn lọc số hợp chất trước bị hạ áp để thu hợp chất tinh khiết kích thước nano sub-micro cần chiết Cần lưu ý rằng, nước hòa tan SCF Ví dụ SCF CO2, nước hịa tan - g/ kg, đóng vai trị quan trọng đồng dung môi cho nhiều chất tan phân tử phân cực Hiện nay, nước sử dụng rộng rãi hầu hết ứng dụng, đặc biệt trình sản xuất sản phẩm tự nhiên Tóm lại, đặc điểm khơng có tính phân cực, SCF sử dụng loại dung 23 SỐ 03 NĂM 2018 KHOA HỌC KỸ THUẬT TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 24 KHOA HỌC KỸ THUẬT mơi chống lại dung mơi hữu phân cực (có chứa chất tan), dẫn đến suy giảm tính phân cực chúng, nguyên nhân dẫn đến lắng hợp chất mà trước hịa tan dung mơi Mặt khác, dung môi siêu tới hạn SCFs có tỉ trọng lớn (0,2 0,5g/cm3), tương đối đậm đặc, có khả hịa tan phân tử khơng bay có kích thước lớn khơng phân cực, ví dụ CO2 siêu tới hạn dễ dàng hòa tan n-ankan từ C5 đến C30, di-n-ankyl phthalates với nhóm ankyl từ C4 đến C16 số hợp chất đa vịng khác Cường độ solvat hóa SCF có liên quan trực tiếp đến tỉ trọng lưu chất Vì khả hịa tan chất rắn điều chỉnh cách thay đổi nhiệt độ áp suất Tính chất vật lý: Chất lỏng siêu tới hạn có đặc tính trung gian hai trạng thái khí lỏng Bảng 1.2 cho thấy tính chất vật lý chất trạng thái khác dung mơi khó đuổi độc hại mà phương pháp trích ly truyền thống gặp phải Tuy nhiên, phương pháp có tính ưu việt dược chất có tính phân cực yếu đến trung bình tan CO2 siêu tới hạn tiêu chí cho lựa chọn dung mơi Paclitaxel dược phẩm vô quý giá Các nhà khoa học nước lựa chọn hướng cho dược phẩm quý trích ly dung môi CO2 siêu tới hạn Đồng thời, dược phẩm quý khác nghiên cứu dung mơi siêu tới hạn có độ phân cực khác nhau, khác với dung môi CO2./ TÀI LIỆU THAM KHẢO Defne Kayrak, Ugur, Akman, Oner Hortacsu, Micronization of Ibuprofen by RESS, Supercritical Fluids, Elsevier, Accepted 18 September 2002 Edited by Ya- Ping Sun, Supercritical Fluid technology inmaterials science and engineering, New York, 2002 CO2 sử dụng rộng rãi kỹ thuật siêu tới hạn Một số ưu điểm bật CO2 siêu tới hạn (SC-CO2): + Áp suất nhiệt độ tới hạn thấp (T = 31,10C P = 73,8 at): + Giá tiền rẻ + Bền hóa học + Khơng độc, khơng dễ cháy + Độ nhớt thấp + Khả khuếch tán cao + An toàn, độ tinh khiết cao + Ưu điểm bật CO2 siêu tới hạn tạo điều kiện cho việc phân riêng sản phẩm thu hồi tái sử dụng xúc tác + Có thể pha thêm MeOH, EtOH để tạo thành dung dịch chiết chất phân cực Vấn đề SC-CO2 khả hòa tan chất phân cực, hịa tan tốt chất khơng phân cực phân cực yếu như: Hidrocacbon, Hidrocacbon halogelnua, chất béo, Jennifer Jung, Michel Perrut, Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey, Supercritical Fluids, Elsevier, Accepted 28 December 2000 Hướng phát triển tương lai Peter Molnár, Edit Székely, Béla Simándi, Sándor Keszei, Judit Lovász, Elemér Fogassy, Enantioseparation of ibuprofen by supercritical fluid extraction, Supercritical Fluids, Elsevier, Accepted 17 October 2005 Phương pháp SCF, phương pháp trích ly dùng dung mơi siêu tới hạn thật thu hút quy trình đơn giản tương đối dễ vận hành, không gây ô nhiễm môi trường dược phẩm quý sau trích ly không bị lẫn Jump up^  Heldman, AW; Cheng, L; Jenkins, GM; Heller, PF; Kim, DW; Ware Jr, M; Nater, C; Hruban, RH; et al (2001) “Paclitaxel stent coating inhibits neointimal hyperplasia at weeks in a porcine model of coronary restenosis”.Circulation 103 (18) M Mirzajanzadeh, M Ardjmand, H Moghadamzadeh, L Khosravani, F Saberi, Sh Saed Lashgari, Determining sublimation pressure of ibuprofen from solubility data in supercritical carbon dioxide, Procedia Engineering, Elsevier, August 2012 Mehdi Ahmadi Sabegh, Feridun Esmaeilzadeh, Solubility of ketoprofen in supercritical carbon dioxide, Supercritical Fluids, Elsevier, Accepted 18 August 2012 P Hirunsit, Z Huang, T Srinophakun, M Charoenchaitrakool, S Kawi, Pariticle formation of ibuprofensupercritical CO2 system from rapid expansion of supercritical solution (RESS): A mathematical model, Powder Technology, Elsevier, Accepted 11 March 2005 Pankaj Pathak, Mohammed, Ya-Ping Sun, Formation and stabilization of ibuprofen nanoparticle in supercritical fluid processing, Supercritical Fluids, Elsevier, Accepted 26 September 2005 10 Ranjit Thakur, Ram B Gupta, Rapid expansion of supercritical solution with solid cosolvent (RESS-SC) process: Formation of 2-aminobenzoic acid nanoparticle, Supercritical Fluids, Elsevier, Accepted 19 December 2005 ThS NGÔ XUÂN HÒA & CỘNG SỰ Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng tỉnh Gia Lai 25 SỐ 03 NĂM 2018 KHOA HỌC KỸ THUẬT Tính tốn suất nhân tố tổng hợp (TFP) đánh giá vai trị khoa học cơng nghệ tăng trưởng TFP tỉnh Gia Lai giai đoạn 2010-2016 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 26 KHOA HỌC KỸ THUẬT 27 SỐ 03 NĂM 2018 KHOA HỌC KỸ THUẬT TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 28 KHOA HỌC KỸ THUẬT 29 SỐ 03 NĂM 2018 KHOA HỌC KỸ THUẬT ... lựa chọn hướng cho dược phẩm quý trích ly dung môi CO2 siêu tới hạn Đồng thời, dược phẩm quý khác nghiên cứu dung mơi siêu tới hạn có độ phân cực khác nhau, khác với dung môi CO2./ TÀI LIỆU THAM... 2005 Phương pháp SCF, phương pháp trích ly dùng dung mơi siêu tới hạn thật thu hút quy trình đơn giản tương đối dễ vận hành, không gây ô nhiễm môi trường dược phẩm quý sau trích ly không bị lẫn... lưu chất siêu tới hạn có nhiều ứng dụng thực tiễn Đặc điểm số chất lỏng sử dụng làm dung môi siêu tới hạn thể bảng sau Bảng Một số chất lỏng siêu tới hạn thông dụng Dung môi Nhiệt độ tới hạn (oC)