Nghiên cứu sự tương tác của phân tử curcumin với vật liệu fullerene bằng phương pháp mô phỏng

T 蔚 NG QUAN V 陰 H 烏 CH 遺 T NGHIÊN C 永 U

T 鰻 ng quan v 隠 fullerene

a) L鵜ch s穎 phát hi羽n fullerene

Fullerene hay còn g丑i là buckyball là m瓜t phân t穎 ch泳a 60 nguyên t穎 carbon

Fullerene là một dạng của carbon, được phát hiện bởi các nhà khoa học Harry Kroto, Richard Smalley và Robert Curl vào những năm 1980 Họ đã tìm ra cấu trúc độc đáo của fullerene, bao gồm phân tử C60, có hình dạng giống như quả bóng đá Phát hiện này đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực khoa học vật liệu và hóa học Năm 1996, các nhà khoa học này đã được trao Giải Nobel vì những đóng góp quan trọng của họ trong việc khám phá fullerene Cấu trúc và tính chất của fullerene đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu, nhờ vào khả năng ứng dụng tiềm năng trong công nghệ nano và y học.

Fullerene là các phân tử carbon có hình dạng giống như quả cầu, với kích thước dao động từ 7-30 angstrom Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát hiện nhiều hình dạng khác nhau của fullerene, trong đó phổ biến nhất là cấu trúc hình cầu kín, với công thức tổng quát Cₙ, trong đó n là số nguyên Một ví dụ điển hình là C₆₀, có cấu trúc là icosahedron bị cắt bớt, được tạo thành từ việc thay thế các đỉnh của hình icosahedron bằng các hình tam giác, tạo nên cấu trúc với nhiều vòng sáu cạnh.

Có bốn loại hình dạng có thể xây dựng bằng hình thức kết hợp khác nhau của những hình lục giác, trong đó fullerene là một cấu trúc lục giác thú vị Fullerene có thể tồn tại ở dạng C20 và chứa các liên kết trong C60, với cấu trúc hình khối của truncated icosahedron được tạo thành từ nguyên tử carbon Mỗi nguyên tử carbon trong cấu trúc này liên kết với ba nguyên tử carbon khác, tạo nên một mạng lưới bền vững.

Hình 1.1 a) Icosahedron; b) Truncated icosahedron; c) Fullerenes, C60 [10]

Cú 2 lo衣i nỳt giao vũng (6,6) - hỡnh 1.2a và (5,6) - jãpj"304d0"Vtqpi"8„"nk‒p" k院t n嘘i gi英c"4"x”pi"8"e„"8瓜 dài trung bình là 1,391Å, còn liên k院t n嘘i gi英a vòng 5 x "x”pi"8"e„"8瓜 f k"vtwpi"dãpj"n "3.66;|"]33."34̲0"Fq"8„."nk‒p"m院t 荏 c亥u n嘘i vũng

Mạng lưới liên kết giữa các yếu tố trong nghiên cứu cho thấy sự tương quan chặt chẽ giữa các biến số Cụ thể, việc phân tích các dữ liệu cho thấy rằng các yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến nhau mà còn góp phần tạo ra một bức tranh tổng thể rõ ràng hơn về hiện tượng đang được nghiên cứu Hình 1.2 minh họa mối liên hệ này một cách trực quan, giúp người đọc dễ dàng nắm bắt và hiểu rõ hơn về các mối quan hệ phức tạp trong nghiên cứu.

Hình 1.2 CＸu trúc cてa C60: a) Liên kｘt ぞ cＺu nぐi vòng (6,6); b) Liên kｘt ぞ cＺu nぐi vòng (5,6) [11]

Các nguyên tử carbon trong fullerene (C60) có cấu trúc lai hóa sp2, với một orbital 2s lai hóa với hai orbital 2p, tạo ra ba liên kết sigma với ba nguyên tử carbon lân cận và một orbital 2p còn lại tạo liên kết pi Góc giữa các liên kết C-E* và vector liên kết là 101,6 độ So với nguyên tử carbon lai hóa sp2 (có hình dạng tam giác), các orbital lai hóa nằm trên cùng một mặt phẳng, trong khi nguyên tử carbon lai hóa sp3 có góc liên kết khoảng 109,5 độ Cấu trúc của fullerene gần giống với cấu trúc hình cầu, kết hợp giữa hình dạng tam giác và hình dạng tứ diện.

Hình 1.3 Góc hìpj"ej„r"* p ?"* jヾ - 900) cてa: a) C lai hóa sp 2 phｌng; b) C lai hóa sp 3 tと diうn và c) C lai hóa sp 2 không phｌng [13]

6 c) Tính ch医t v壱t lý

Aじ bｚn nhiうv"8じpi"x "8じng hがc

Nhiệt hình thành của C60 nguyên chất là 9,1 kcal.mol^-1/nguyên tử C, cho thấy tính chất lý thuyết của nó trong các nghiên cứu nghiêm ngặt.

C60 là một hợp chất có năng lượng tự do thấp (0,0 kcal.mol -1/nguyên tử C) và cấu trúc hình cầu, với năng lượng cao hơn (2,6 kcal.mol -1/nguyên tử C) Nguồn gốc của năng lượng này đến từ sự pyramidalization của các orbital sp², gây ra 80% nhiệt hình thành trong các phân tử C60 Điều này khiến cho C60 trở thành một thành phần quan trọng trong các phân tử có tính chất hóa học đặc biệt và bền vững Hơn nữa, các cụm fullerene có thể được tách thành các sản phẩm khác nhau khi chịu tác động của chùm tia ion, trong khi các phân tử vòng vẫn giữ được tính ổn định Tính bền vững này của C60 có thể được quan sát trong các phân tích quang phổ, cho thấy khả năng phân tích và ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

C60, một dạng fullerene, có vai trò quan trọng trong việc tinh chế và trong phân tích hóa học Fullerene hòa tan ít trong các dung môi phân cực, điều này liên quan đến sự chênh lệch năng lượng giữa các orbital HOMO và LUMO C60 hòa tan tốt trong các dung môi ankan và benzene, nhưng đặc biệt tan tốt nhất trong dung môi naphthalene.

B違ng 1.1 A瓜 tan c栄a C60 trong các dung môi ph鰻 bi院n [17-20]

Phân t 穎 curcumin và tính ch 医 t ch 嘘pi"wpi"vj逢

Curcumin là hợp chất chính trong nghệ, chiếm khoảng 77% tổng lượng curcumin tự nhiên Ngoài ra, trong nghệ còn chứa demothoxycurcumin (DMC) với tỷ lệ 17% và bismethoxycurcumin (BDMC) với 3% Các thành phần này góp phần vào những lợi ích sức khỏe nổi bật của nghệ trong phòng chống bệnh tật.

Curcumin (IUPAC: 1E, 6E - 1,7-Bis (4-hydroxy-3-methoxyphenyl) hepta-1,6-diene-3,5-dione) có cấu trúc hóa học chứa hai nhóm acid ferulic liên kết với nhau qua cầu nối methylene Cấu trúc quan trọng nhất của curcumin bao gồm nhóm o-methoxyphenol và methylene, giúp nó có tính chống oxy hóa Sự hình thành các liên kết hydro và tính kết dính của curcumin là nhờ vào các liên kết linh hoạt giữa các phân tử, giúp curcumin tương tác hiệu quả với protein thông qua các liên kết không bão hòa và diketone.

Hình 1.4 CＸw"vt¿e"eƒe"8げng phân hóa hがc cてa curcumin [21]

Các hợp chất hóa học từ thiên nhiên, như curcumin và các loại tyrosine kinase, đã được chứng minh có tác dụng giảm tác động của bệnh phì đại tuyến tiền liệt Những hợp chất này có nguồn gốc từ thực vật, giúp làm suy giảm sự biểu hiện của các tín hiệu trung gian quan trọng Tuy nhiên, tính chất kém ổn định của chúng trong môi trường sinh học đã dẫn đến nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện khả năng sinh khả dụng Hiện nay, có nhiều nghiên cứu đang được tiến hành để tối ưu hóa việc sử dụng các hợp chất này, bao gồm việc kết hợp curcumin với các nhóm chất khác để nâng cao hiệu quả điều trị.

Hình 1.5 CＸu trúc hóa hがc liên quan tính chＸt sinh hがc cてa phân tぬ curcumin [21]

Th 映 th 吋 (receptor)

Tác động của các thuốc lên cơ thể phụ thuộc vào sự tương tác giữa ligand (phân tử gắn kết) và receptor (thụ thể) Thụ thể là một cấu trúc macromolecular tồn tại trong màng tế bào, chịu trách nhiệm nhận diện các tín hiệu hóa học từ môi trường bên ngoài như hormone và chất dẫn truyền thần kinh Sự tương tác này dẫn đến các hiệu ứng sinh học, ảnh hưởng đến quá trình sinh lý của cơ thể.

Thành phần chính của protein là các axit amin, và cấu trúc của protein thường có ba chiều Receptor có hai loại cấu trúc khác nhau, cho phép chúng tương tác với các phân tử khác trong quá trình sinh học.

1 Nh壱n bi院t các ph嘘i t穎 (hay còn g丑i là ligand) b茨ng s詠 g逸p"8員c hi羽u các phân t穎 này vào receptor theo các liên k院t hóa h丑c

2 Chuy吋n tác d映pi"v逢挨pi"j厩 gi英a ligand và receptor thành m瓜t tín hi羽u 8吋 i¤{"tc"8ƒr"泳ng t院 bào Các receptor n茨m 荏 nhân t院 d q"8逢嬰c ho衣t hoá b荏i các ligand g逸n trên các v鵜 vt "8員c hi羽u c栄a DNA n茨o"vtqpi"eƒe"x́pi"8k隠u hoà gen, gây ra s詠ucq"ejfir"eƒe"igp"8員c hi羽u (receptor c栄a hormon steroid, vitamin D3 ) Các receptor n茨m 荏 màng t院 bào vì 荏 xa nhân nên không tham gia tr詠c ti院p vào các quá trình bi吋u hi羽n c栄a gen Khi các nkicpf"vƒe"8瓜ng lên receptor s胤 làm s違n xu医t ra các phân t穎 trung gian - $pi逢運i truy隠n tin th泳 2" (AMPv, GMPv, IP3 , Ca2+, diacetyl glycerol ) Nh英ng ch医t này s胤 gây ra m瓜t lo衣t ph違n 泳ng trong t院 bào, d磯n t噂i m瓜t vjc{"8鰻i chuy吋n hoá trong t院 bào, cùng v噂i ho員c không có s詠 vjc{"8鰻i v隠 bi吋u hi羽n gen (receptor c栄a adrenalin, c栄a benzodiazepin )

When drugs interact with specific receptors in the body, they can elicit various biological responses For instance, certain medications can bind to receptors without causing a significant effect, while others may have a strong affinity for their target receptors, influencing their efficacy Drugs like digitalis are absorbed into the bloodstream and distributed to organs such as the liver, lungs, and kidneys Understanding the affinity between a drug and its receptor is crucial for predicting the drug's action and potential therapeutic effects.

Thuốc tác động lên receptor M, như acetylcholin, có vai trò quan trọng trong truyền dẫn thần kinh và gây hiệu lực lên hệ phó giao cảm Khi acetylcholin gắn vào receptor M, nó tạo ra các hiệu ứng như tăng tiết dịch và nhịp tim, trong khi atropin có ái lực cao với receptor này nhưng lại không có hiệu lực Tác dụng lâm sàng chính của thuốc này chủ yếu là do ảnh hưởng của acetylcholin lên receptor M, dẫn đến các phản ứng như co thắt cơ trơn và giảm nhịp tim.

T 蔚 NG QUAN V 陰 TÌNH HÌNH NGHIÊN C 永 U

Vtqpi"p逢噂 c

Nghiên cứu về curcumin và các hoạt chất từ thiên nhiên đang thu hút sự chú ý trong việc phát triển mô hình điều trị các bệnh liên quan đến suy giảm trí nhớ Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng curcumin có khả năng ức chế các enzyme như acetylcholinesterase (AChE) và beta-secretase (BACE-3), góp phần vào việc cải thiện chức năng nhận thức Thêm vào đó, nghiên cứu về cấu trúc polyphenol và fullerene (C60) cho thấy tiềm năng trong việc chống oxy hóa, mở ra hướng đi mới cho các phương pháp điều trị hiệu quả hơn.

Hình 1.6 Phとc hぢp acetycholin - receptor M [22]

Piq k"p逢噂 c

Nhóm tác giả Castro E Cerún và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu tạo ra hợp chất curcumin liên kết với fullerene Nghiên cứu này nhằm khám phá những tiềm năng ứng dụng của hợp chất mới trong lĩnh vực y học.

Nghiên cứu về tác động của phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm (IVF) cho thấy có khoảng 64% khả năng lây nhiễm virus, mặc dù kết quả này cần được xem xét cẩn thận trong bối cảnh các thử nghiệm của nhóm nghiên cứu.

Nghiên cứu của nhóm tác giả A Golonko, H Lewandowka và các cộng sự đã chỉ ra tác động của curcumin lên tyrosin kinase Curcumin, với nguồn gốc thiên nhiên, không chỉ an toàn mà còn cho thấy hiệu quả vượt trội so với các hợp chất hóa trị liệu khác Các tác dụng sinh học của curcumin được thể hiện qua nhiều nghiên cứu, cho thấy nó có khả năng điều chỉnh các tín hiệu sinh học trong tế bào Hơn nữa, curcumin không gây ra các tác dụng phụ nghiêm trọng, làm cho nó trở thành một lựa chọn hứa hẹn trong điều trị.

Hình 1.7 Dｄn xuＸv"ewtewokp"x "hwnngtgpg"vjgq"rj⇔￢pi"rjƒr"vjばc nghiうm [3].

B違ng 1.2 giỳp túm t逸t cỏc nghiờn c泳u lõm sàng c栄c"ewtewokp"8ô"8逢嬰c th詠c hi羽n, các nghiên c泳u lâm sàng cho th医{"vƒe"8瓜ng trên nhi隠u lo衣k"wpi"vj逢"mjƒe"pjcw." tuy nhiên tác d映ng c栄a curcumin bi吋u hi羽n ra trên các nghiên c泳u không quá rõ ràng và có m瓜t s嘘 nghiên c泳u cho th医y s映 h医p thu kém c栄c"e挨"vj吋 v噂i curcumin

B違ng 1.2 Tóm t逸t các nghiên c泳u lâm sàng trên nhi隠u lo衣k"wpi"vj逢"]47̲0

Lo 衣 i nghiên c 泳 u U嘘"n逢嬰pi" d羽pj"pj¤p

Ak隠 u ki 羽 n s 泳 c kh 臼 e

Li 隠 u K 院 t qu 違 Tác gi違 P