Thu nhận và xác định tính chất của các chất ức chế enzyme α-glucosidase từ rong tại vùng biển Khánh Hòa và đánh giá khả năng kháng bệnh tiểu đường
Nhằm tìm kiếm các loài rong biển tiềm năng tại vùng biển Khánh Hòa và một số vùng khác có khả năng ức chế mạnh enzyme alpha-glucosidase và thử nghiệm khả năng ngăn chặn bệnh tiểu đường của các hợp chất thu nhận từ các loài rong tiềm năng này, nhóm nghiên cứu Trường Đại học Nha Trang do TS. Nguyễn Thế Hân đứng đầu đã thực hiện đề tài: “Thu nhận và xác định tính chất của các chất ức chế enzyme α-glucosidase từ rong tại vùng biển Khánh Hòa, Việt Nam và đánh giá khả năng kháng bệnh tiểu đường”.
Nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng ức chế enzyme alpha-glucosidase của rong biển thu mẫu tại vùng biển Khánh Hòa và một số vùng biển khác; Tinh sạch và xác định tính chất của các hợp chất ức chế enzyme alpha-glucosidase từ loài rong biển tiềm năng; Đánh giá khả năng kháng bệnh tiểu đường của dịch chiết và hợp chất ức chế enzyme alpha-glucosidase từ rong biển.
Các nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Thu mẫu rong biển tại vùng biển Khánh Hòa và một số vùng biển khác.
- Đánh giá khả năng ức chế enzyme alpha-glucosidase của các mẫu rong thu hoạch.
- Tối ưu hóa điều kiện chiết.
- Tinh sạch chất ức chế enzyme alpha-glucosidase từ loài rong tiềm năng.
- Xác định tính chất của các hợp chất ức chế enzyme alpha-glucosidase tinh sạch:
+ Xác định kiểu ức chế (inhibition mode).
+ Xác định độ bền hoạt tính.
+ Nghiên cứu mô hình hóa phân tử (kỹ thuật docking)
- Nghiên cứu khả năng kháng bệnh tiểu đường của dịch chiết và hợp chất ức chế enzyme alpha-glucosidase từ rong biển.
Các mẫu rong (30 mẫu thuộc 3 nhóm rong đỏ, rong nâu và rong lục) được thu hoạch tại vùng biển Khánh Hòa và một số vùng biển khác vào khoảng thời gian từ tháng 3- 7/2017 và từ tháng 3-7/2018. Các mẫu rong sau thu hoạch được định danh, xử lý, bảo quản để sử dụng sàng lọc hoạt tính ức chế enzyme alpha-glucosidase.
Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đưa ra các kết luận như sau:
1. Thu mẫu rong biển tại vùng biển Khánh Hòa và lân cận Đề tài đã lựa chọn và thu hoạch được 30 mẫu rong từ vùng biển Khánh Hòa và một số vùng biển khác (Lý Sơn – Quảng Ngãi, Phú Quốc – Kiên Giang), trong đó có 19 loài rong đỏ, 8 loài rong nâu và 3 loài rong lục. Các mẫu rong thu được đáp ứng yêu cầu về số lượng và chất lượng phục vụ cho các nội dung nghiên cứu của đề tài.
2. Đánh giá khả năng ức chế enzyme alpha-glucosidase của các mẫu rong biển
Đề tài lần đầu tiên đánh giá hoạt tính ức chế enzyme alpha-glucosidase của 30 loài rong biển thuộc ngành rong đỏ, rong lục và rong nâu thu mẫu tại vùng biển Việt Nam. Kết quả này bổ sung dữ liệu khoa học về hoạt tính ức chế enzyme alphaglucosidase của các loài rong thu mẫu tại vùng biển Việt Nam. So sánh cho thấy, hoạt tính ức chế enzyme của các loài rong Việt Nam khá tương đồng so với các mẫu rong ở các vùng biển khác nhau trên thế giới. Hoạt tính sinh học của rong phụ thuộc lớn vào điều kiện môi trường sống; do đó, các loài rong biển ở Việt Nam có tiềm năng để thu nhận những hợp chất ức chế enzyme alpha-glucosidase mới. Kết quả nghiên cứu cũng là cơ sở khoa học để thực hiện nghiên cứu sâu hơn trong việc sử dụng rong biển Việt Nam để sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng/dược phẩm dùng trong điều trị bệnh tiểu đường cũng như một số bệnh khác.
3. Tối ưu hóa điều kiện chiết
- Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện chiết
Đề tài đã nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chiết (dung môi chiết, nhiệt độ chiết, thời gian chiết, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết) đến hoạt tính ức chế enzyme alphaglucosidase của các loài rong đã được lựa chọn.
- Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện chiết trên đối tượng rong đỏ Laurencia dendroidea
Dựa trên kết quả nghiên cứu sàng lọc, loài Laurencia dendroidea có hoạt tính ức chế enzyme alpha-glucosidase cao nhất; do đó, đề tài đã lựa chọn loài rong này để nghiên cứu tối hóa điều kiện chiết. Phương pháp bề mặt đáp ứng được sử dụng để xác định điều kiện chiết tối ưu (tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, nhiệt độ và thời gian chiết). Kết quả đã xác định được phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa các điều kiện chiết với hoạt tính ức chế enzyme alpha-glucosidase.
4. Tinh sạch và xác định cấu trúc chất ức chế enzyme alpha-glucosidase
Loài rong đỏ Tricleocarpa fragilis được lựa chọn để tinh sạch hợp chất ức chế enzyme alpha-glucosidase.
5. Đặc tính của hợp chất tinh sạch
- Kiểu ức chế enzyme: Động học ức chế enzym alpha-glucosidase của các hợp chất tinh sạch được nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cho thấy tất cả các chất tinh sạch ức chế enzyme alpha-glucosidase theo kiểu hỗn hợp, với hằng số ức chế của hợp chất 1, 2, 3 và 4 lần lượt là 13,57; 30,65; 23,79 và 5,77 µM. Cơ chế ức chế này cho thấy các hợp chất có thể cạnh tranh với cơ chất để gắn vào vị trí liên kết cơ chất của enzyme alpha-glucosidse hoặc kết hợp với enzyme hoặc kết hợp với phức hợp enzyme-cơ chất.
- Kết quả nghiên cứu docking: Kết quả docking cho thấy các chất 1, 2, 3 và 4 có ái lực với enzyme α-glucosidase với mức năng lượng thấp hơn đối chứng dương acarbose. Kết quả phù hợp với thực nghiệm với IC50 của 4>1>3>2 (6,52 µM>16,62 µM>30,19 µM và 36,34 µM). Cấu trúc của chất 4 có hệ thống nối đôi liên hợp giữa nhóm C=O và C=C ở dây nhánh trong khi các chất 1-3 thì không. Nghiên cứu cũng tiến hành docking đánh giá các nhóm thể (=O, -OH, -HSO4) ở vị trí C-3 để đánh giá ảnh hưởng của nhóm thế với tính ái lực với enzyme của hợp chất. So sánh mức năng lượng docking cho thấy cấu trúc chất 4 với nhóm thế -NaSO4 tại C-3 ái lực với enzyme α-glucosidase tốt hơn các cấu trúc thay thế nhóm thế ở C-3 (=O, -OH, -HSO4). Kết quả cũng tương tự các hợp chất 1-3. Điểm thú vị trong nghiên cứu là sự phát hiện nhóm thế sulfat ở C-3 trong cấu trúc cycloartane làm tăng khả năng ức chế αglucosidase.
- Kết quả nghiên cứu độ bền hoạt tính: Độ bền hoạt tính của các hợp chất tinh sạch được đánh giá ở điều kiện: pH 2.0, 37 °C và nhiệt độ 100 °C trong thời gian 30 và 60 phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy các hợp chất khá bền ở pH 2.0, giảm tính chỉ giảm khoảng 8-11% sau 30 phút và 25-30% sau 60 phút; các hợp chất rất bền ở nhiệt độ cao (100 °C), hoạt tính giảm nhiều nhất là khoảng 4% sau 60 phút.
6. Đánh giá khả năng kháng bệnh tiểu đường trên mô hình động vật
- Khả năng hạ đường huyết của phân đoạn dịch chiết từ rong Laurencia dendroidea
Dựa vào kết quả sàng lọc hoạt tính của các loài rong, rong đỏ Laurencia dendroidea được lựa chọn để nghiên cứu khả năng hạ đường huyết trên mô hình động vật. Rong được chiết bằng 80% MeOH có sự hỗ trợ của sóng siêu âm, sau đó dịch chiết được tách phân đoạn qua các dung môi có độ phân cực khác nhau. Phân đoạn ethyl acetate cho hoạt tính ức mạnh enzyme alpha-glucosidase cao nhất được sử dụng để thử nghiệm khả năng hạ đường huyết trên chuột nhắt. Kết quả nghiên cứu cho thấy phân đoạn dịch chiết ethyl acetate từ loài rong này có khả năng làm giảm đường huyết theo cả hai mô hình: Thí nghiệm thời gian ngắn (acute treatment) và dài (prolonged treatment). Nhóm chuột thí nghiệm (uống cao dịch chiết ethyl acetate sau 3 giờ) có hàm lượng glucose máu thấp hơn có ý nghĩa so với nhóm chuột đối chứng (không uống dịch chiết) (13,16 mmol/L so với 22,75 mmol/L). Dựa trên các chỉ số sinh hóa và sự thay đổi trọng lượng của chuột thí nghiệm, phân đoạn ethyl acetate không có độc tính đối với chuột thí nghiệm ở liều sử dụng 100 mg/kg thể trọng. Dựa trên kết quả đạt được, rong L. dendroidea không những có hoạt tính ức chế enzyme trên mô hinh in vitro mà còn có khả năng hạ đường huyết trên chuột thí nghiệm. Như vậy, loài rong này có tiềm năng sử dụng để làm thực phẩm chức năng, sản phẩm y dược trong ngăn ngừa và chữa trị bệnh tiểu đường. Tuy nhiên, để có thể phát triển thành thuốc hoặc thực phẩm chức năng thì cần có những nghiên cứu sâu hơn về độc tính cũng như thử nghiệm lâm sàng.
- Khả năng hạ đường huyết của hợp chất tinh sạch từ Tricleocarpa fragilis
Trong 4 hợp chất tinh sạch được thì hợp chất 1 có hàm lượng lớn nhất (10 mg/2 kg rong khô) và hoạt tính ức chế enzyme cao nhất trong 3 hợp chất mới (giá trị IC50: 16,62 µM). Nhìn chung, các hợp chất tinh sạch thu được có khối lượng nhỏ và phải sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau (xác định cấu trúc, hoạt tính, đặc tính). Do vậy, đề tài chỉ lựa chọn hợp chất 1 để bước đầu đánh giá khả năng hạ đường huyết trên mô hình chuột nhắt trong thời gian ngắn (acute treament). Kết quả nghiên cứu cho thấy, hợp chất này có khả năng hạ đường huyết mạnh trên chuột thí nghiệm. Cụ thể, sau 3 giờ thí nghiệm, hàm lượng đường glucose trong máu của nhóm chuột cho uống hợp chất tinh sạch là 10,23 mmol/L, thấp hơn nhiều so với mẫu đối chứng (23,69 mmol/L); giá trị này cho nhóm đối chứng dương (sử dụng acarbose) là 9,48 mmol/L.
Như vậy, đề tài đã đáp ứng đầy đủ các nội dung nghiên cứu và sản phẩm theo yêu cầu. Đặc biệt, những sản phẩm chính của đề tài đều đạt và vượt so với yêu cầu đã được phê duyệt trong đề cương nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục theo đuổi hướng nghiên cứu tiềm năng này.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19402/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
