Investigation on Euphorbia hirta Linn. extracts for drug development against type 2 diabetes mellitus - NCS. Trần Thị Kim Ngân

Tên đề tài: Investigation on Euphorbia hirta Linn. extracts for drug development against type 2 diabetes mellitus 
Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
Mã chuyên ngành: 9420201
Nghiên cứu sinh: Trần Thị Kim Ngân
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Thị Lý
Tên cơ sở đào tạo: Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
1. Đặt vấn đề 
Theo định nghĩa của Tổ chức y tế thế giới: "Đái tháo đường là một bệnh mạn tính do tuyến tụy không tiết đủ insulin, hoặc do cơ thể không sử dụng hiệu quả insulin. Tăng glucose máu là hậu quả của bệnh Đái tháo đường không kiểm soát được, dẫn đến tổn thương nghiêm trọng nhiều hệ thống trong cơ thể, đặc biệt mạch máu và thần kinh”  
Đái tháo đường được chia làm 2 loại chính trong đa số các trường hợp:
Đái tháo đường type 1: cơ thể không thể sản xuất insulin do hệ thống miễn dịch của cơ thể tấn công nhầm lẫn các tế bào của tuyến tụy làm các tế bào này không còn tiếp tục sản xuất insulin. Khi không có insulin, tế bào trong cơ thể sẽ không sử dụng được glucose nên nồng độ glucose trong máu tăng cao. Nếu không được tiêm insulin, bệnh nhân không thể sống sót. Đái tháo dường loại 1 chiếm khoảng 10% tổng số các trường hợp.
Đái tháo đường type 2: Cơ thể vẫn còn sản xuất insulin, nhưng các tế bào không thể sử dụng được, tình trạng này gọi là đề kháng insulin. Theo thời gian, đường huyết sẽ tăng cao trong máu. Đái tháo đường type 2 thường thấy ở người lớn, khoảng 80% đến 90% bệnh nhân. Theo số liệu của Liên đoàn Đái tháo đường Quốc tế (IDF 2021), có khoảng 537 triệu người trưởng thành từ 20 đến 79 tuổi đang sống chung với bệnh đái tháo đường, và tổng số người mắc bệnh DM được ước tính sẽ tăng lên 643 triệu người vào năm 2030. DM gây ra khoảng 6,7 triệu ca tử vong vào năm 2021. Tại Việt Nam, bệnh đái tháo đường được dự báo là một trong bảy nguyên nhân hàng đầu gây tử vong và tàn tật vào năm 2030.
Theo thống kê của IDF, tỷ lệ mắc bệnh đái tháo đường ở người lớn từ 20 đến 79 tuổi dự đoán là 10,5 % (536,6 triệu) vào năm 2021, tăng lên 12,2 % (783,2 triệu) vào năm 2045. Năm 2021, dự báo chi phí y tế liên quan đến bệnh đái tháo đường trên toàn cầu là 966 tỷ đô la, và đến năm 2045, chúng được kỳ vọng là 1054 tỷ đô la. Do đó, chi phí thuốc men đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng đối với bệnh nhân đái tháo đường từ các nước đang phát triển. Hiện nay, có sáu loại thuốc điều trị đái tháo đường dạng uống chính và hai loại thuốc tiêm được sử dụng trên khắp thế giới để kiểm soát mức đường huyết. Tuy nhiên, hầu hết các loại thuốc hiện đại đều có nhiều tác dụng phụ và phản ứng phụ gây ra một số vấn đề y tế nghiêm trọng. Bên cạnh tân dược, thuốc đông y đã được sử dụng từ lâu đời và đóng vai trò quan trọng như một loại thuốc thay thế. Thuốc đông y thường là lựa chọn ưu tiên trong việc chăm sóc sức khỏe ban đầu của bệnh nhân ở các nước đang phát triển vì khả năng tương thích tốt hơn với cơ thể con người và ít tác dụng phụ hơn so với các liệu pháp hiện đại. Tuy nhiên, việc nghiên cứu các loại thuốc trị đái tháo đường mới từ thực vật tự nhiên vẫn còn hấp dẫn vì chúng chứa các hoạt chất chứng minh tác dụng thay thế và an toàn trong điều trị đái tháo đường. Việt Nam là nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm nên có nguồn tài nguyên thực vật phong phú. Đây là một lợi thế rất lớn trong việc phát triển các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên. Như đã nói ở trên, việc tìm kiếm các loại dược liệu có khả năng hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường có ý nghĩa thiết thực rất lớn. Do đó, vấn đề cấp thiết tìm ra thuốc trị đái tháo đường mà ít tác dụng phụ luôn là mối quan tâm của các nhà khoa học. 
Cỏ sữa lá lớn có tên khoa học là Euphoria hirta Linn. thuộc họ Thầu dầu (Euphorbiaceae) (Hình 1). Họ Euphorbiaceae là một trong những họ thực vật bậc cao lớn nhất, bao gồm khoảng 50 bộ, 300 chi và 7500 loài. Cho đến nay, cỏ sữa lá lớn đã được nghiên cứu bằng nhiều cuộc thí nghiệm khác nhau và một số thành phần hóa học có trong cây đã được phân lập và xác định thành công. Nhiều hoạt chất đã được phát hiện trong các phần trên mặt đất của loại cây này, bao gồm saponin, sterol, terpen, alkaloid, polyphenol, tannin, terpenoids, steroid và flavonoid. Cỏ sữa lá lớn thuộc loài liên nhiệt đới, mọc hoang khắp nơi, ở những chỗ đất có sỏi đá, bãi cỏ, đường đi, tập trung hầu hết ở châu Á, đặc biệt là Ấn Độ, Trung Quốc, miền Nam Việt Nam. 
Khả năng điều trị tốt bệnh đái tháo đường của cỏ sữa lá lớn đã được báo cáo. Rõ ràng, cỏ sữa lá lớn có thể là một ứng cử viên tiềm năng để phát triển thuốc trị đái tháo đường trong tương lai. Và bệnh đái tháo đường cần điều trị suốt đời, do đó ưu tiên phát triển các loại thuốc ít tác dụng phụ và giá thành thấp; do đó, thuốc thảo dược rất được ưu tiên sử dụng. Ngoài ra, cỏ sữa lá lớn là một nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có tại nhiều địa phương ở Việt Nam. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng các nhà khoa học Việt Nam đã và đang sử dụng một số loại thuốc truyền thống cho bệnh đái tháo đường type 2, nhưng số nghiên cứu về thành phần hóa học của cỏ sữa lá lớn và hoạt tính sinh học của các hóa chất còn hạn chế. Do đó, nghiên cứu này có thể cung cấp một cái nhìn toàn diện về các thành phần hóa học tiềm năng của loại cây này. Nghiên cứu này cũng bao gồm quá trình phân lập và xác định một số hợp chất hoạt tính sinh học. Cuối cùng, hoạt tính sinh học tiềm năng của cỏ sữa lá lớn được mô tả liên quan đến khả năng chống oxy hóa, và hoạt động hạ glucose huyết.
2. Những đóng góp về khoa học và tính mới của luận án
Dựa trên thông tin khoa học về các nghiên cứu trước đây về đối tượng cây cỏ sữa lá lớn E. hirta, chúng tôi đã xây dựng một quy trình để thực hiện sàng lọc phân tử in silico đối với các nhóm hoạt chất chính có trong cây cỏ sữa lá lớn có liên quan đến việc ức chế hoạt động của các enzyme thủy phân carbohydrate ảnh hưởng đến bệnh đái tháo đường type 2 gồm ezyme alpha-amylase và enzyme alpha-glucosidase. Kết quả cho thấy các hợp chất hoạt tính sinh học trong loại cây này, đặc biệt là họ phenolic có tương tác tốt với hai loại enzym quan trọng này.
Từ cao chiết tổng methanol của cỏ sữa lá lớn có chứa các nhóm hoạt chất khác nhau, kỹ thuật chiết lỏng-lỏng được sử dụng để tách nhiều phân đoạn khác nhau. Phân tích định tính thành phần hóa học của các cao chiết thành phần từ cao chiết tổng methanol được thực hiện để đánh giá hàm lượng các hoạt chất có trong mỗi cao chiết. Hàm lượng của các hoạt chất có trong các cao chiết thành phần phụ thuộc vào độ phân cực của dung môi được sử dụng trong quá trình chiết tách. Liên quan đến dung môi được sử dụng, hàm lượng cao nhất của tổng hàm lượng phenolic và tổng hàm lượng flavonoid được tìm thấy trong cao chiết ethyl acetate (EA).
Viêc đánh giá các hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, hoạt tính chống oxy hóa, hoạt tính gây độc tế bào của các cao chiết này được thực hiện để làm sáng tỏ mối tương quan của hàm lượng các hoạt chất có trong các cao chiết với hoạt tính sinh học.
 Việc khảo sát khả năng điều trị bệnh đái tháo đường type 2 của các cao chiết từ cây Cỏ sữa lá lớn trong các thí nghiệm in vitro, và in vivo đã được thực hiện để xác định cao chiết có chứa nhiều hoạt chất sinh học nhất. Trong nghiên cứu của chúng tôi, cao chiết EA có chứa hàm lượng quercetin và quercitrin cao (tương ứng 118,92 mg / g và 111,16 mg / g) và nó được dự đoán là có hoạt tính sinh học cao hơn các cao chiết còn lại. Quercetin có thể tăng cường hiệu quả nội tại của glucose, điều này có thể giải thích tác dụng tăng cường của quercetin đối với sự bài tiết insulin do glucose gây ra. Vì vậy, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy cao chiết EA (với liều 2,5- 5,0 g / kg) thể hiện rõ ràng tác dụng hạ đường huyết trong nghiệm pháp dung nạp glucose qua đường uống. Cao chiết EA được trộn với 20% maltodextrin để đóng gói vi bao khô dạng sấy phun. Bột vi bao sấy phun này làm giảm 51% glucose huyết tương lúc đói (FBG) sau 4 giờ điều trị và sử dụng bột phun này trong 15 ngày làm giảm đáng kể mức glucose huyết tương lúc đói ở chuột mắc bệnh đái tháo đường bằng streptozotocin xuống 23,32%, trong khi acarbose - một loại thuốc trị đái tháo đường tiêu chuẩn giảm glucose huyết tương lúc đói tương ứng 30,87%. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng bột cỏ sữa lá lớn thu được có hoạt tính chống đái tháo đường tiềm năng. Ở giai đoạn tiếp theo, chúng tôi đã tiến hành phân lập và xác định 10 hợp chất có trong cao chiết EA và khảo sát khả năng ức chế hoạt động enzyme alpha-amylase và alpha-glucosidase của một số hợp chất phân lập được trên các thử nghiệm ức chế tương ứng. Kết quả cho thấy các hợp chất này có hoạt tính sinh học khá tốt, đặc biệt là khả năng ức chế hoạt động của emzyme alpha-glucosidase rất hiệu quả.
Nghiên cứu này cung cấp thông tin sâu rộng hơn về cây cỏ sữa lá lớn, chủ yếu tập trung vào các hợp chất phenolic và tiềm năng chống oxy hóa, bởi vì lợi ích sức khỏe của các chất chống oxy hóa đối với liệu pháp điều trị bệnh đái tháo đường type 2 đã thu hút được sự quan tâm đáng kể trong những năm gần đây. Ngoài hoạt động kháng oxy hóa, E. hirta còn thể hiện hoạt động ức chế enzyme alpha-glucosidase mạnh mẽ. Mặc dù các kết quả rất đáng khích lệ và có thể cung cấp một số cơ sở khoa học cho việc sử dụng, chúng dựa trên thử nghiệm in vitro và in vivo và cần được khảo sát tiếp theo bằng các thử nghiệm in vivo chuyên sâu và thử nghiệm lâm sàng trong tương lai.