Sinh chất thường được phân loại thành nhóm chất sơ cấp và thứ cấp. Nhóm chất sơ cấp gồm những chất cơ bản nhất cần thiết để duy trì sự sống. Đó là protein, nucleic acid, carbohydrate, lipid, là các polymer sinh học. Nhóm chất thứ cấp gồm các chất có phenol, isoprenoid, các dẫn xuất chứa nitơ, trong đó alkaloid, các peptide, kháng sinh, độc chất, vitamin… là những chất thể hiện hoạt chất sinh học giúp chuyển hóa vận động hoạt động sống, giúp thiết lập quan hệ sinh thái của cơ thể sống với môi trường sống xung quanh.
1.2.1. Các chất chứa phenol
Bao gồm các chất (hợp chất) chứa ít nhất một vịng nhân thơm (C6) kèm theo ít nhất 1 gốc (-OH). Các chất chứa phenol là vật liệu xây dựng bộ khung tế bào (đặc biệt là tế bào thực vật), chúng là các chất mầu (sắc tố), giúp cơ thể tự vệ (tannin giúp hạn chế sâu ăn lá sồi), thiết lập quan hệ sinh thái giữa thực vật với nhau
hoặc với nấm bệnh, làm phân tử truyền tín hiệu nhận biết, có ứng dụng dược liệu, là thành phần không thể thiếu trong thực phẩm cho người.
1.2.2. Flavonoid
Là nhóm chất thứ cấp gồm khoảng hơn 5000 chất có cấu tạo chủ yếu là C15. Chúng thường được cải biến bằng cách gắn thêm các gốc (-OH) và (-OCH3) và thường ở dạng phức với glucose và acid hữu cơ. Trong số này có những nhóm chất phổ biến như Chalcones, flavonone và flavonol, anthocyanin, Isoflavonoid
1.2.3. Lignin
Là polymer phenylpropane dị vịng có cấu trúc rất phức tạp. Ligin đóng vai trị làm vật liệu tạo bộ khung tế bào và hệ thống vận chuyển ở thực vật, nó thường gắn với vách tế bào.
1.2.4. Alkaloid
Là nhóm chất hữu cơ có chứa nitơ có hoạt tính sinh học, chủ yếu có mặt ở thực vật. Ơ động vật, nấm tảo không phổ biến lắm. Không thấy ở vi khuẩn. Cho đến nay người ta phát hiện tới gần 15000 các hợp chất alkaloid khác nhau
Alkaloid được phân loại theo một số cách khác nhau. Phân loại theo lồi thực vật chứa alkaloid, theo bản chất hóa học tự nhiên hoặc các tác động sinh lý của chúng.
1.2.5. Terpene
Nhóm chất terpene (hay terpenoid) là một nhóm lớn và đa dạng các hydrocarbon được tạo thành từ đơn vị cơ bản là isoprene -C5H8. Terpenoid là dạng biến đổi của terpene khi các nhóm methyl bị loại bỏ hoặc các nguyên tử oxy được thêm vào. Terpene là thuật ngữ bao gồm Terpenoid. Terpene có mặt ở động vật, thực vật, đặc biệt có rất nhiều ở những lồi thuộc họ thông. Terpene là thành phần chủ yếu của tinh dầu thực vật
Chương 2
MỘT SỐ THỰC VẬT CHỨA HOẠT CHẤT THỨ CẤP CÓ KHẢ NĂNG TRỊ BỆNH UNG THƯ 2.1. Cây Dừa cạn (Catharathus roseus)
2.1.1. Phân loại
Giới (regnum) : Plantae Bộ (Order) : Gentianales Họ (family) : Apocynaceae Chi (genus) : Catharathus Loài (species) : C.roseus
Cây dừa cạn còn được gọi là trường xuân hoa, dừa tây, bông dừa, hải đăng.
2.1.2. Đặc Điểm
− Dừa cạn là cây thuộc thông thảo, sống nhiều năm, cao 40-80 cm, phân cành nhiều, cành thẳng đứng.
− Lá hình ơ van hay thn dài, kích thước dài 5-9 cm, rộng 5 cm, xanh bóng, khơng có lơng, với gân lá giữa nhạt màu hơn và cuống lá ngắn (dài 1 - 1, 8 cm), mọc thành các cặp đối, khơng có nhựa mủ.
− Hoa có màu trắng hoặc hồng sẫm với phần tâm có màu đỏ hơn mọc riêng lẻ ở kẽ lá, đài hợp thành ống ngắn. Tràng hợp hình đinh. Phiến có 5 thùy, 5 nhị đính trên tràng, 2 lá nỗn hợp với nhau ở vịi.
− Quả gồm hai đại, dài 2,5-5 cm, rộng 2-3 mm, mọc thẳng đứng hơi ngả sang hai bên, trong có 12-20 hạt nhỏ màu nâu nhạt, hình trứng, trên mặt hạt có những mụn nổi thành hàng dọc. Mùa hoa, quả gần như quanh năm.
Hình 2.1: Cây dừa cạn
2.1.3. Nguồn gốc và sự phân bố
Dừa cạn có nguồn gốc ở đảo Madagatsca, mọc hoang và được trồng ở nhiều nước nhiệt đới và ôn đới.
Ơ Việt Nam, dừa cạn mọc hoang và trồng làm cảnh ở nhiều tỉnh, cây mọc nhiều ở các tỉnh ven biển từ Quảng Bình đến Kiên Giang, đảo Phú Quốc và Cơn Đảo, có nhiều ở Thanh Hóa, Nghệ An, Thừa Thiên-Huế, Quảng Nam-Đà Nẵng, Bình Định, Phú n.
Dừa cạn có khả năng chịu đựng điều kiện đất đai khô cằn, trồng bằng hạt, và còn được trồng làm cảnh và làm thuốc
2.1.4. Tình hình nghiên cứu về cây dừa cạn
Các nhà khoa học đã nghiên cứu chiết xuất từ cây dừa cạn hai alkaloid Vinblastin và Vincristin, là những chất ức chế mạnh sự phân bào. Các alkaloid này liên kết đặc hiệu với Tubulin, là protein ống vi thể ở thoi phân bào, phong bế sự tạo
thuốc diệt được tế bào, còn ở nồng độ thấp làm ngừng phân chia tế bào. Ngoài ra cao dừa cạn cịn có tác dụng hạ huyết áp, ngăn cản sự phát triển của thai trên động vật mang thai và kháng một số chủng nấm gây bệnh
Từ những alkaloid có trong cây dừa cạn các nhà khoa học đã tìm ra được cơng dụng trị bệnh ung thư từ loài cây này
- Vinblastin sulfat: Là thuốc dùng trong liệu pháp phối hợp, được lựa chọn hàng đầu để điều trị ung thư biểu mơ tinh hồn và được lựa chọn hàng thứ hai trong liệu pháp trị bệnh Hodgkin, ung thư nhau, ung thư biểu mô da đầu và ung thư biểu mô thận. Lựa chọn hàng thứ ba để điều trị u nguyên bào thần kinh, ung thư vú, ung thư cổ tử cung và ung thư dạng nấm da. Nó cũng được dùng chữa bệnh sarcom lympho, sarcom chảy máu Kaposi và sarcom tế bào lưới.
Các tác dụng không mong muốn như buồn nôn, nhức đầu và dị cảm xảy ra sau khoảng 4-6 giờ và kéo dài 3 giờ. Hiện tượng tiêu chảy, táo bón, tắc ruột, liệt, chán ăn và viêm miệng cũng có thể xảy ra và thường báo trước những tác dụng độc hại thần kinh. Tổn thương hệ thần kinh đơi khi có tính lâu dài khi dùng liều q cao, đã xảy ra mù và tử vong. Chứng rụng tóc có tính hồi phục đã xảy ra ở khoảng 30- 60% người dùng thuốc. Sự ức chế nhẹ tủy xương với giảm bạch cầu xảy ra ở tỷ lệ cao bệnh nhân, buộc phải ngưng dùng thuốc.
Thuốc có tác dụng độc hại tại chỗ. Cần tránh sự tràn thuốc ra ngoài khi tiêm tĩnh mạch, vì có thể gây viêm tĩnh mạch ở nơi tiêm. Vinblastin có thể gây độc cho thai, nên chỉ dùng ở thời kỳ mang thai nếu tình trạng bệnh đe dọa tính mạng hoặc bệnh nặng mà các thuốc an tồn hơn khơng có hiệu lực.
- Vincristin sulfat: là một trong những thuốc chống ung thư được dùng rộng rãi nhất, đặc biệt có ích đối với các bệnh ung thư máu, thường được dùng để làm thuyên giảm bệnh bạch cầu lympho cấp. Nó được dùng trong liệu pháp phối hợp thuốc, là lựa chọn hàng đầu để điều trị bệnh Hodgkin, u bạch huyết không- Hodgkin, ung thư biểu mô phổi, u Wilm, bạch cầu tủy bào mạn (đợt cấp tính), sarcom Ewing
thư biểu mô vú, ung thư cổ tử cung, u nguyên bào thần kinh và bệnh bạch cầu lympho mạn tính.
Một số chuyên gia thường dùng Vincristin chỉ để làm thuyên giảm và khơng dùng trong điều trị duy trì vì việc sử dụng kéo dài sẽ gây độc hại thần kinh. Sự kháng Vincristin có thể phát triển trong q trình điều trị. Vincristin gây giảm bạch cầu nên phải đếm số lượng bạch cầu trước mỗi liều. Những tác dụng phụ thường bắt đầu với buồn nơn, nơn, táo bón, co cứng cơ bụng, sút cân và phục hồi nhanh. Thuốc cũng có thể gây những phản ứng chậm phục hồi như rụng tóc và bệnh thần kinh ngoại biên.
Những tai biến nặng về thần kinh có thể xảy ra như mất những phản xạ gân sâu, viêm đau thần kinh, tê các chi, nhức đầu, mất điều hòa. Những khuyết tật thị giác, liệt nhẹ hoặc bại liệt và teo một số cơ duỗi có thể xảy ra chậm. Liệt những dây thần kinh sọ 2, 3, 6 và 7 cũng có thể xảy ra. Các tai biến thần kinh có thể kéo dài trong nhiều tháng. Thuốc gây độc tại chỗ, cần tránh sự tràn thuốc ra ngoài, tốt nhất cho dùng thuốc bằng cách tiêm truyền tĩnh mạch. Phần lớn thuốc được thải trừ trong mật và một phần ít hơn trong nước tiểu. Trong bệnh vàng da tắc mật, độc tính của Vincristin lớn hơn và cần phải giảm liều. Vincristin thải trừ chậm nên có nguy cơ tích lũy, do đó ít nhất một tuần mới được dùng một lần.
Vincristin gây độc hại cho thai. Đối với phụ nữ còn khả năng sinh đẻ, cần dùng các biện pháp tránh thai. Phụ nữ đang điều trị với Vinblastin hoặc Vinblastin khơng được cho con bú.
Hàm lượng alkaloid tồn phần trong cây dừa cạn: Lá: 0, 37-1, 15%; thân: 0, 46%; rễ chính: 0, 7-2, 4%; rễ phụ: 0, 9-3, 7%; hoa: 0, 14-0, 84%; vỏ quả: 1, 14%; hạt: 0, 18%.
Hình 2.2: Thuốc điều trị ung thư từ cây dừa cạn2.2. Cây thông đỏ (Taxus wallichiana Zucc.) 2.2. Cây thông đỏ (Taxus wallichiana Zucc.)
2.2.1. Phân loại
Giới (regnum) : Plantae Ngành (divisio) : Pinophyta Lớp (class) : Pinopsida Bộ (order) : Pinales Họ (family) : Taxaceae Các chi gồm hai nhóm + Taxaceae
- Austrotaxus: Thanh Tùng New Caledonia - Pseudotaxus: Thông trắng (bạch đậu sam) - Taxus: Thanh Tùng (thông đỏ, hồng đậu sam) + Cephalotaxaceae
- Amentotaxus: Dẽ tùng, sam bông - Cephalotaxus: Đỉnh tùng ( phỉ ba mũi) - Torreya: Phỉ
Sự khác biệt giữa Taxaceae và Cephalotaxaceae được trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Bảng phân biệt giữa taxaceae và Cephalotaxaceae
Họ Taxaceae Cephalotaxaceae
Thời gian phát triển 6-8 tháng 18-20 tháng
Độ dài hạt trưởng thành 5-8mm 12-40mm
2.2.2. Đặc điểm
Họ thông đỏ hay họ thanh tùng được định nghĩa theo hai cách - Nghĩa hẹp: Là một họ của 3 chi và khoảng 7 đến 12 lồi thực vật quả nón - Nghĩa rộng: Là họ của 6 chi và khoảng 30 lồi
Thông đỏ là loại cây bụi hay cây thân gỗ nhỏ nhiều cành. Lá thường xanh, sắp xếp theo hình xoắn ốc. Thường vặn xoắn tại gốc là để xuất hiện theo kiểu hai hàng. Các lá có dạng thẳng hay hình mũi mác, với dãi khí khổng màu lục nhạt hay trắng ở mặt dưới. Các lồi phần lớn là đơn tính khác gốc, ít khi đơn tính cùng gốc. Các nón đực dài khoảng 2-5mm, tung phấn ra vào đầu mùa xuân. Các nón cái bị suy giảm mạnh, chỉ có một lá nỗn và một hạt. Khi hạt chín lá nõn phát triển thành áo hạt nhiều thịt bao phủ một phần của hạt. Ao hạt khi chín có màu sáng, mềm, nhiều nước và ngọt. Chúng bị một số lồi chim ăn và nhờ đó mà hạt được phát tán khi chim đánh rơi chúng.
2.2.3. Nguồn gốc và sự phân bố
Thông đỏ là lồi cây rừng rất q, có giá trị kinh tế rất cao
Cây thông đỏ phân bố hẹp ở các nước Châu Á như: Việt Nam, Ấn Độ, Trung Quốc, Myanmar, Philippines, Indonesua, Nepal, Afghanistan…
Ơ Việt Nam, vào năm 1995 Trung Tâm Khoa Học tự nhiên và Công nghệ quốc gia khảo sát tại vùng Pà Cị, Mai Châu, Hịa Bình đã gặp 5 cây thông đỏ T.
chinensis (cịn gọi là thơng đá, cây tra) bên trái dịng núi đá vơi. Riêng ở Lâm Đồng,
các cán bộ của Trung Tâm nghiên cứu Lâm sinh Lâm Đồng đã phát hiện một lồi thơng đỏ Himalaya (T. wallichiana Zucc.) có rãi rác nhiều nơi, trên độ cao khoảng 1.500m. Một vài nơi có thơng đỏ như: Khu vực giáp ranh Xuân Thọ, Xuân Trường cách Đà Lạt 17km còn hai cây thơng đỏ (một lớn và một nhỏ). Cây lớn có ba thân đường kính gốc đạt 115cm, ba thân có đường kính là 57cm, 41cm và 15cm. chiều cao cây khoảng 30m. Cây nhỏ có đường kính 33cm, cao 15m, cả hai cây đều mọc bên khe núi.
Cành của các cây trên đã được thu nhận và giâm hom tại trung tâm Lâm sinh Lâm Đồng và đã cho nhiều cây hom. Các cây hom này sẽ được đưa về trồng tại Trạm Măng Linh cho phù hợp với nhu cầu sinh thái của loài.
Hiện nay, do nạn phá rừng bừa bãi nên quần thể thơng đỏ hiện chỉ cịn đếm được ở con số hàng trăm cá thể. Mặt khác, về đặc tính tái sinh hẹp và thế hệ trung gian hầu như khơng nên có nguy cơ diệt vong của lồi cây rừng thơng đỏ.
2.2.4. Tình hình nghiên cứu cây thơng đỏ
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học chuyên ngành, Lâm Đồng là vùng đất hiếm hoi của Việt Nam mà cả Châu Á cịn sót lại quần thể thơng đỏ vơ cùng q hiếm. Từ lá thơng đỏ có thể chiết xuất ra hai hoạt chất taxol và 10-DAB III để làm nguyên liệu bào chế thuốc điều trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, ung thư phổi, xử lý hắc tố… Tuy nhiên trong tự nhiên, quần thể thông đỏ của Lâm Đồng đang bị đe dọa một cách nghiêm trọng
Các nhà khoa học đã nghiên cứu được 49 dịng thơng đỏ tự nhiên, và qua đó chọn lọc được chín lồi thơng đỏ cho hàm lượng hoạt chất 10-DAB III và taxol cao.
Đặc biệt vào năm 1994, một số nhà khoa học trên thế giới đã tìm thấy các hợp chất để chữa trị bệnh ung thư từ thông đỏ. Cụ thể, Taxol chiết xuất từ vỏ các loài T. Trevifolia, T. Cuspidata, T. Yunnanensis, T. Baccata và T. Wallichiana,… đều có chất lượng và hiệu suất cao, được dùng để “chữa trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, ung thư đầu, cổ và có triển vọng sử lý hắc tố (melanomas)”…
Hai dược phẩm được sử dụng nhiều và hiệu quả nhất trong điều trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, ung thư phổi là Taxol và Taxotere, cả hai hoạt chất này đều được chiết xuất từ vỏ và lá cây thông đỏ.
Thuốc Taxol được bào chế từ chất Paclitaxel, và thuốc Taxotere được bào chế từ chất Docetaxel. Hai dược chất này đều có chung nguồn gốc và dược liệu, được chiết xuất từ cây thông đỏ (Taxus Wallichiana). Thông thường 1kg lá thông đỏ chiết xuất được 20mg Taxol và giá 1mg Taxol trên thị trường thế giới hiện nay là 4,87 USD. Để có một liều thuốc trị bệnh ung thư người ta cần khoảng 1kg Taxol, cần khơng dưới 7.000kg vỏ thơng đỏ. Nghĩa là để có một liều thuốc trị bệnh ung thư
được bào chế cần phải có khoảng 6 cây thơng đỏ trưởng thành. Như vậy tồn bộ rừng thông đỏ của Việt Nam nếu được dùng làm nguyên liệu cũng chỉ đủ điều chế trên 10 liều thuốc chữa trị bệnh ung thư. Với sự phát triển của Công nghệ Sinh học, đặc biệt là lĩnh vực nuôi cấy mô và tế bào thực vật để thu nhận các hợp chất thứ cấp, đã có nhiều nghiên cứu sản xuất Taxol bằng con đường sinh học.
Để sản xuất các hợp chất taxol trước đây chỉ có thể tổng hợp bằng con đường bán tổng hợp hữu cơ thì nay có thể sản xuất bằng một phương pháp rẽ tiền và không hại môi trường bằng các enzyme trong các cây thơng đỏ Thái Bình Dương.
Cơng thức hóa học của Taxol
Các phương pháp tổng hợp trong ngành cơng nghiệp hóa chất rất đắt để tổng hợp từ một hỗn hợp các thành phần. Các trở ngại chính là tách chiết các sản phẩm thiên nhiên từ thực vật, do tiêu tốn nhiều dung mơi hữu cơ và địi hỏi nhiều kỹ thuật phân tách.
Nay các nhà khoa học đã tìm thấy con đường sinh học là sử dụng enzyme của cây thông đỏ để thay đổi các chất trung gian trong con đường chuyển hóa Taxol, enzyme này có nhiều ở cây thơng để sản xuất số lượng lớn hợp chất thứ cấp dùng làm thuốc.
Cuối cùng thì các nhà khoa học hy vọng có thể dùng các kỹ thuật di truyền ở vi khuẩn để sản xuất Taxol theo con đường tổng hợp sinh học sẽ loại bỏ các bước mà bắt buộc phải che chắn các nhóm hoạt tính trong q trình tách chiết, kiểm tra tinh lập thể, vùng hoạt tính đối với phương pháp tổng hợp ngày nay.
Quan trọng là các tiền chất hóa học được tạo thành phải được biến đổi hiệu quả để có thể làm nguyên liệu sản xuất thuốc.
Các kỹ thuật di truyền có thể sản xuất các enzyme acyltransferase mong muốn có khả năng chuyển hóa các chất trung gian cao cấp thành baccatin III, các sản phẩm trung gian tự nhiên ở giai đoạn cuối trong con đường chuyển hóa Taxol.
Việc tổng hợp Taxol địi hỏi khoảng hơn 19 gene acyltransferase để có thể