TỔNG QUAN
Giới thiệu về cây Dương đầu (olax imbicata)
Cây Dương đầu, có tên khoa học là Olax imbricata, thuộc họ Olacaceae và được chi Olax mô tả lần đầu tiên bởi William Roxburgh vào năm 1820 Ngoài tên khoa học, cây còn được biết đến với các tên gọi thông thường như dương đầu kết lợp, cây cát lộ và dây mao trật.
Họ Olacaceae bao gồm khoảng 30 chi và 250 loài thực vật, phổ biến ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như Ấn Độ, Myanmar, Malaysia, Việt Nam, Trung Quốc và Indonesia Tại Việt Nam, cây Dương đầu Olax imbricata được phát hiện ở vùng núi Đakrông, tỉnh Quảng Trị.
Chi Olax bao gồm khoảng 40 loài cây bụi, cao từ 2 đến 6 mét, với thân gỗ và nhánh mọc xà Thân cây có màu nâu, trong khi cành non có màu xám Tại các vùng nhiệt đới thường xanh, loài cây này thường phát triển dưới dạng dây leo Cây Dương đầu Olax imbricata nổi bật với lá mọc so le, có phiến lá hình trứng, kích thước dài từ 5 đến 10 cm và rộng.
Cây dương đầu có hoa nhỏ màu trắng hoặc hơi vàng, thường mọc ở nách lá và có kích thước từ 2,5-3,5 cm Quả của cây có hình cầu hoặc dạng hình trứng ngược, được bao bọc bởi đài hoa và phát triển cùng với quả, chứa phôi nhỏ với 2-4 lá mầm Thời gian ra hoa của cây diễn ra từ tháng 4 đến tháng 10 (Pham Hoang Ho, 2003) Hình ảnh minh họa các bộ phận của cây dương đầu được trình bày trong Hình 2.2.
Hình 2 1 Cây Dương đầu (Olax imbricata)
Cây chi Olax thuộc họ Olacaceae được sử dụng rộng rãi trên thế giới với nhiều công dụng chữa bệnh và bảo vệ sức khỏe Tại Bắc Nigeria, rễ cây Olax viridis được dùng để điều trị mất ngủ, tiêu chảy, sốt, đau đầu, trong khi cành cây hỗ trợ chữa đau răng và vỏ cây điều trị loét cũng như sốt thương hàn Dịch chiết methanol từ rễ còn có tác dụng giảm đau và bảo vệ gan (Nwaigwe và cộng sự, 2012) Ở miền Tây Châu Phi, vỏ và rễ cây Olax viridis được sử dụng để chữa loét và các bệnh da liễu Cây Olax subscorpioidea được biết đến với khả năng điều trị bệnh đái tháo đường và nhiễm trùng (Ayandele & Adebiyi, 2007) Ngoài ra, cây Olax imbricata nổi bật với các đặc tính kháng oxy hóa, chống viêm, kháng khuẩn và hỗ trợ phòng ngừa nhiễm trùng.
Hình 2 2 Các bộ phận của cây Dương đầu (Olax Imbricata)
Một số bệnh phụ khoa và bệnh đái tháo đường có thể được hỗ trợ điều trị bằng cây thuốc theo kinh nghiệm của người Pako-Vân Kiều Loài cây này không chỉ có tác dụng chống ung thư mà còn giúp chữa trị khối u ở ngực và giảm đau dạ dày (Panyaphu và cộng sự, 2012).
Theo nghiên cứu Panyaphu và cộng sự (2012), đã chỉ ra các hợp chất từ cây Dương đầu
Olax imbricata chứa nhiều hợp chất quan trọng như flavonoid, polyphenolic, glycoside, tannin, saponin và alkaloid Một nghiên cứu gần đây đã phát hiện 13 hợp chất mới từ cây Dương đầu, bao gồm các dẫn xuất 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, hợp chất tropolone và nhóm hợp chất béo có liên kết ba Các hợp chất này được cô lập từ cao ethyl acetate và methanol, trong đó OI3, một oleanolic 28-ester glucoside, cho thấy hoạt tính ức chế enzym α-glucosidase mạnh với giá trị IC50 là 34.75 µg/mL Hai hợp chất OLAX2 và OLAX5, cũng từ cao ethyl acetate, là acid béo mạch dài có khả năng ức chế enzym α-glucosidase với giá trị IC50 lần lượt là 3.15 µg/mL và 29.64 µg/mL, cao hơn so với acarbose, một loại thuốc điều trị tiểu đường phổ biến hiện nay Cấu trúc của các hợp chất này được mô tả chi tiết trong nghiên cứu.
Rễ cây tươi Olax imbricata (40.0 kg)
Bột rễ cây tươi Olax imbricata (6.3 kg)
- Phơi khô và xay thành bột
- Ngâm dầm với ethanol ở nhiệt độ phòng
- Lọc và cô quay dịch chiết
- Hoà tan lần lượt trong dung môi n-hexan, ethyl acetate
- Cô quay thu hồi dung môi ở áp suất thấp
Hình 2 3 Quy trình điều chế và cô lập các hợp chất tinh khiết từ rễ cây dương đầu olax imbricata
(Nga Vo Thi và cộng sự, 2019)
Bảng 2 1 Tên gọi của 13 hợp chất mới được phân lập từ rễ cây Dương đầu (Nga Vo Thi và cộng sự, 2019)
Kí hiệu Tên hoá học Tên gọi khác
OI16 1-(3,4-dihydroxyphenyl)-8-(3-hydroxy-4-O-β-D-glucopyranosyl henyl)octan-5-ol-4-one imbricatagenin D
OI18 (4E)-1-(3,4-dihydroxyphenyl)-4-(3-hydroxy-4-O-β-D-glucopyra nosylphenyl)hept-4-en-6-ol-3-one imbricatagenin E
-O-ethyl-β-D-glucuronyl oleanolic acid OI7 3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(13)-β-D-xylopyranosylhopane-12 β,16β-diol-22-one spergulacin
OI1 (2R)-6-hydroxy-2-(1-hydroxy-1-methyl)ethyl-8-methyl-1,2,3,4-t etrahydronaphthalene olaximbriside B
MH1 (2R)-6-hydroxy-2-(1-hydroxy-1-methyl)ethyl-9-methylbicyclo[5.
MH7 (2R,11S)-(1,2-dihydroxy-1-methyl)ethyl-8-methyl-5-O-β-D-gluc opyranosyl-1,2,3,4-tetrahydro- naphthalene olaximbriside C
MH8 (2R,11R)-(1,2-dihydroxy-1-methyl)ethyl-8-methyl-5-O-β-D-gluc opyranosyl-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene olaximbriside D
OLAX4 (E)-henicos-7-en-9-ynoylglycerol acid
OLAX5 (E)-henicos-7-en-9-ynoic acid
2.1.3 Khả năng ức chế ức chế enzyme α-glucosidase
2.1.3.1 Cơ chế ức chế enzyme α-glucosidase (AGIs)
Tăng đường huyết sau ăn là một đặc điểm chính của bệnh đái tháo đường loại 2, có thể được kiểm soát bằng cách làm chậm quá trình hấp thu carbohydrate Việc ức chế các enzyme thủy phân carbohydrate, đặc biệt là α-glucosidase, là rất quan trọng Enzyme này xúc tác bước cuối cùng trong tiêu hóa carbohydrate, có mặt tại niêm mạc ruột non và giúp phân giải oligosaccharides, trisaccharides và disaccharides thành D-glucose thông qua việc thủy phân liên kết α-1,4 glycosidic.
OLAX5: (E)-henicos-7-en-9-ynoic acid OI3: 28-O- β-D-glucopyranosyl oleanolate
Hình 2 4 Cấu trúc hoá học của các hợp chất có hoạt tính ức chế enzym α- glucosidase mạnh từ rễ cây dương đầu (Nga Vo Thi và cộng sự, 2019)
Việc sử dụng các chất ức chế alpha-glucosidase (AGIs) có thể làm chậm quá trình giải phóng D-glucose từ carbohydrate trong thực phẩm, từ đó giảm sự hấp thu glucose vào máu Điều này dẫn đến giảm nồng độ glucose huyết tương sau khi ăn, góp phần quan trọng trong việc kiểm soát tăng đường huyết sau bữa ăn Đây là một phương pháp điều trị hiện đại nhằm ổn định mức đường huyết cho bệnh nhân tiểu đường loại 2 (T2D).
Rễ cây Dương đầu chứa các hợp chất OLAX2, OLAX5 và OI3, có khả năng kháng enzyme α-glucosidase Các hợp chất này, với cấu trúc tương tự disaccharides hoặc oligosaccharides, có thể liên kết với trung tâm hoạt động của enzyme α-glucosidase, tạo thành phức hợp có ái lực mạnh hơn so với phức hợp carbohydrate-α-glucosidase Điều này dẫn đến sự ức chế cạnh tranh hoạt động của enzyme, làm giảm quá trình thủy phân carbohydrate và giảm hấp thụ glucose vào cơ thể (Hossain và cộng sự, 2020).
2.1.3.2 Một số chế phẩm ức chế enzyme α-glucosidase trên thị trường hiện nay
Các AGIs nổi bật bao gồm acarbose, miglitol và voglibose Acarbose, lần đầu tiên được chiết xuất từ các loại xạ khuẩn, là một tetrasaccharide giả có chứa nitơ.
Hình 2 5 Cơ chế ức chế enzyme α-glucosidase (Hossain và cộng sự, 2020)
Acarbose, được FDA phê duyệt với tên thương mại “Precrose” tại Hoa Kỳ, là loại thuốc đầu tiên trong nhóm chất ức chế α-glucosidase (Wehmeier & Piepersberg, 2004) Thuốc này hoạt động tại chỗ trên các tế bào niêm mạc ruột non, giúp trì hoãn việc giải phóng glucose từ polysaccharide bằng cách liên kết cạnh tranh với α-glucosidase, từ đó giảm mức đường huyết sau ăn (Pyner và cộng sự, 2017; Ketema & Kibret).
Voglibose, một dẫn xuất của valiolamine, ức chế sự hấp thu và chuyển hóa polysaccharid bằng cách ngăn chặn các enzyme tiêu hóa carbohydrate, mà không ảnh hưởng đến α-amylase và lactase của tuyến tụy, giúp nó trở nên chọn lọc hơn so với acarbose Trong khi đó, Miglitol, dẫn xuất của nojirimycin, là chất ức chế α-glucosidase giả monosaccharide đầu tiên được FDA chấp thuận vào năm 1996, có khả năng hấp thu gần như hoàn toàn ở ruột non và giảm lượng đường trong máu sau bữa ăn.
Hình 2 6 Cấu tạo của các chế phẩm ức chế enzyme α-glucosidase
Một số phương pháp trích ly
Trích ly là bước đầu tiên để tách các hợp chất tự nhiên ra khỏi nguyên liệu thô (Oroian
Trích ly bằng dung môi là một trong những phương pháp phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi để thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học Phương pháp này là truyền thống và hiệu quả của quá trình trích ly phụ thuộc vào các điều kiện thực hiện và độ phân cực của dung môi được sử dụng (Delfanian và cộng sự, 2015) Các phương pháp khác như ép, chưng cất và thăng hoa cũng đã được đề cập (McDonnell & Tiwari, 2017).
Phương pháp chiết xuất này sử dụng dung môi để tách một thành phần mong muốn từ nguyên liệu rắn, dựa trên sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha (Oroian & Escriche, 2015) Quá trình trích ly các hợp chất tự nhiên diễn ra qua nhiều giai đoạn khác nhau.
(i) Dung môi thâm nhập vào hỗn hợp chất rắn;
(ii) Chất tan hoà tan trong dung môi;
(iii) Chất tan được khuếch tán ra khỏi chất rắn;
(iv) Các chất hoà tan được thu nhận
Việc lựa chọn dung môi đóng vai trò quan trọng trong quá trình hòa tan, với các yếu tố như tính chọn lọc, chi phí, độ hòa tan và độ an toàn cần được xem xét kỹ lưỡng Các dung môi có độ phân cực tương tự với chất tan thường hoạt động hiệu quả hơn, điều này giúp tối ưu hóa quá trình hòa tan.
Một dung môi lý tưởng cần có các đặc tính quan trọng như tính chọn lọc cao, khả năng hòa tan chất tan tốt, hòa tan các thành phần cụ thể ở mức độ lớn trong khi tiêu thụ tối thiểu cho các thành phần phụ khác Ngoài ra, dung môi này cũng phải ổn định về mặt hóa học, có thể tái sử dụng và có độ nhớt thấp để dễ dàng bơm.
Ethanol là dung môi phổ biến trong việc trích ly các chất chống oxy hóa nhờ vào tính chất giá rẻ, khả năng tái sử dụng và độ an toàn cho sức khỏe Nghiên cứu của Oroian & Escriche (2015) cho thấy các chất trích ly bằng ethanol có thể ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm Bên cạnh đó, rượu methanol và ethanol cũng được sử dụng rộng rãi trong quá trình trích ly bằng dung môi (Zhang và cộng sự, 2018) Một nghiên cứu khác chỉ ra rằng việc sử dụng các dung môi như ethanol, acetone và methanol có thể tăng khả năng hòa tan và hiệu quả trích ly các hợp chất phân cực (Delfanian và cộng sự, 2015).
Độ phân cực là yếu tố quan trọng trong việc chọn lựa dung môi, với ethanol và nước thường được kết hợp để nâng cao hiệu suất trích ly Sự kết hợp này cho phép trích ly hiệu quả cả các hợp chất phân cực và ít phân cực, nhờ vào độ phân cực cao của nước và thấp của ethanol Trong nguyên liệu thực vật, các hợp chất phân cực có thể cản trở việc trích ly các hợp chất ít phân cực bên trong Do đó, việc sử dụng hệ dung môi giúp loại bỏ các hợp chất phân cực ra ngoài, tạo điều kiện cho các dung môi ít phân cực hoạt động hiệu quả hơn.
Từ đó nâng cao được hiệu suất thu hồi trong trích ly
2.2.1 Phương pháp trích ly cổ điển
2.2.1.1 Phương pháp đun hồi lưu
Phương pháp đun hồi lưu mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm dung môi, sử dụng thiết bị đơn giản và chi phí đầu tư thấp, đồng thời hạn chế ô nhiễm môi trường và dễ dàng thực hiện, giúp trích ly tối đa các hợp chất trong nguyên liệu Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm, bao gồm thời gian phân tách chất cần trích xuất từ hỗn hợp và việc dịch chiết luôn ở nhiệt độ sôi của dung môi, dẫn đến nguy cơ phân hủy các chất không bền Dựa trên những ưu điểm nổi bật này, chúng tôi đã quyết định áp dụng phương pháp đun hồi lưu cho nghiên cứu của mình.
Hệ thống trích ly đun hồi lưu sử dụng dung môi để chiết xuất các chất tan từ mô thực vật dưới tác dụng nhiệt Dung môi và các chất dễ bay hơi được ngưng tụ và quay trở lại môi trường phản ứng Quá trình này diễn ra trong bình cầu có ống sinh hàn, với dung môi được đun sôi trên bếp Sau một thời gian, dung dịch chiết được lấy ra và thêm dung môi để chiết thêm 3-4 lần cho đến khi đạt được hiệu suất tối đa Sản phẩm cuối cùng là dung dịch chứa các chất hòa tan trong dung môi, được gọi là dịch chiết.
Phương pháp chiết Soxhlet là một kỹ thuật chiết liên tục dựa trên cấu trúc đặc biệt của thiết bị chiết, tuân theo định luật phân bố chất trong hai pha không hòa tan Trong quá trình chiết, pha rắn trong mẫu sẽ được hòa tan bởi pha lỏng của dung môi Hệ thống chiết bao gồm ba bộ phận chính: bình cầu, bộ phận chứa mẫu và ống ngưng tụ, dễ dàng tháo lắp Để kiểm tra sự cạn kiệt của quá trình chiết, người thực hiện chỉ cần tháo ống ngưng tụ, dùng pipet lấy vài giọt dung dịch từ bình chứa mẫu và kiểm tra vết trên kính hoặc giấy lọc Nếu còn vết, cần tiếp tục chiết; nếu không còn vết, quá trình chiết đã hoàn tất.
Phương pháp trích này có ưu điểm là sử dụng ít dung môi nhưng vẫn trích kiệt được hoạt chất, với quá trình tự động, liên tục và nhanh chóng Tuy nhiên, nó chỉ phù hợp cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm do không trích được lượng lớn mẫu Một nhược điểm lớn là trong quá trình trích, nhiệt độ của mẫu nguyên liệu luôn ở mức nhiệt độ sôi của dung môi, dẫn đến nguy cơ thuỷ phân và phân giải các hợp chất kém bền nhiệt (Rydberg và cộng sự, 2004).
Hình 2 7 Mô phỏng thiết bị đun hồi lưu
2.2.1.3 Phương pháp ngâm dầm (Marceration) Đây là phương pháp trích ly đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp và dễ dàng thao tác với một lượng lớn nguyên liệu thực vật Có thể gia tăng hiệu suất trích ly bằng cách thỉnh thoảng đảo trộn, xốc đều nguyên liệu thực vật hoặc có thể sử dụng máy lắc để đảm bảo độ đồng nhất Cho nên phương pháp này thường được sử dụng rộng rãi (Pavia và cộng sự, 2012) Nhược điểm của phương pháp này là làm mất nhiều thời gian, có thể kéo dài từ vài giờ đến vài tuần (Takahashi và cộng sự, 2001) Toàn bộ quá trình có thể làm tiêu tốn một lượng lớn dung môi, dễ gây thất thoát các hợp chất có trong nguyên liệu Ngoài ra, một số hợp chất không trích ly hiệu quả nếu chúng kém hoà tan ở nhiệt độ phòng (Pavia và cộng sự, 2012)
Để tiến hành ngâm mẫu, hãy sử dụng bình chứa bằng thủy tinh hoặc thép không gỉ có nắp đậy, tránh bình chứa bằng nhựa vì có thể làm hòa tan các hợp chất trong nhựa, dẫn đến nhầm lẫn trong phân tích Sau khi trích ly, nguyên liệu thực vật còn lại sẽ được tách ra khỏi dung môi bằng cách lọc hoặc ly tâm, đặc biệt là khi bột quá mịn (Pavia và cộng sự, 2012).
2.2.1.4 Phương pháp trích ngấm kiệt (Percolation)
Trích ngấm kiệt là phương pháp chiết xuất phổ biến, không yêu cầu thiết bị phức tạp hay tốn kém Phương pháp này cho phép dung môi di chuyển qua khối nguyên liệu theo một chiều nhất định, giúp các chất tan hòa vào dung môi, làm tăng nồng độ dung dịch cho đến khi đạt bão hòa Quá trình chiết diễn ra ngược dòng, với nồng độ dịch chiết tăng dần từ đầu đến cuối khối nguyên liệu, đảm bảo hiệu suất chiết xuất cao hơn khi dung môi mới tiếp xúc với phần nguyên liệu có hoạt chất thấp nhất Dụng cụ cần thiết bao gồm bình ngấm kiệt bằng thủy tinh, có van xả điều chỉnh tốc độ chảy, cùng bình hứng dịch chiết và bình chứa dung môi tinh khiết ở trên.
2.2.2 Phương pháp trích ly hiện đại
2.2.2.1 Phương pháp trích lỏng siêu tới hạn Ưu điểm của phương pháp này là: sự hồi lưu ngược của chất lỏng siêu tới hạn trong mẫu giúp việc tách chiết đạt hiệu quả cao; tính chọn lọc của trạng thái siêu tới hạn cao hơn dung môi thông thường; việc phân tích các hợp chất tan ra khỏi dung môi có thể thực hiện dễ dàng thông qua hạ áp suất của chất lỏng siêu tới hạn; tiêu thụ ít dung môi và thân thiện với môi trường Bên cạnh đó, vẫn tồn tại những nhược điểm như: chi phí đầu tư thiết bị đắt tiền; yêu cầu áp suất hoạt động cao để tạo ra trạng thái tới hạn cho nên tốn kém đầu tư cho thiết bị, an toàn khi sử dụng và sử dụng thiết bị (Mukhopadhyay, 2000)
Hệ thống chiết siêu tới hạn lỏng bao gồm máy bơm nén khí, bình chứa pha động (thường là CO2), lò chứa nhiều cột chiết, thiết bị duy trì áp suất cao và bình bẫy Phương pháp này sử dụng dung môi ở dạng siêu tới hạn, đạt được khi chất đạt nhiệt độ và áp suất vượt ngưỡng tới hạn Trong trạng thái siêu tới hạn, đặc tính riêng của khí và lỏng biến mất, khiến hợp chất không thể hoá lỏng bằng cách điều chỉnh áp suất hay nhiệt độ Trạng thái tới hạn lỏng có những đặc tính của khí như độ khuếch tán, sức căng bề mặt, độ nhớt và khả năng hoà tan tốt.
Chuyển hóa chất dinh dƣỡng trong cơ thể
Carbohydrate là nguồn năng lượng chính cho cơ thể, chủ yếu bao gồm tinh bột, sucrose và lactose Quá trình chuyển hóa carbohydrate bắt đầu tại khoang miệng, nơi enzyme α-amylase trong nước bọt thủy phân tinh bột thành dextrin, trong khi sucrose và lactose không biến đổi Hỗn hợp này di chuyển xuống dạ dày, nơi enzyme α-amylase bị bất hoạt bởi pH thấp Tiếp theo, trong ruột non, tuyến tụy tiết ra α-amylase và HCO3-, giúp thủy phân dextrin thành disaccharide, trisaccharide và oligosaccharide, đồng thời trung hòa pH để tối ưu hóa hoạt động của enzyme Các enzyme trên bề mặt tế bào biểu mô ruột, đặc biệt là α-glucosidase, tiếp tục phân giải oligosaccharides và disaccharides thành D-glucose Monosaccharide sau đó được vận chuyển vào tế bào biểu mô và vào máu để cung cấp năng lượng cho các mô Trong trạng thái đói, monosaccharide tham gia vào quá trình đường phân và chu trình acid citric để tạo năng lượng, trong khi ở trạng thái bình thường, chúng được dự trữ dưới dạng glycogen trong cơ và gan Khi dư thừa, glucose được chuyển hóa thành triglyceride và lưu trữ trong tế bào mỡ.
Carbohydrate là nguồn năng lượng chính cho cơ thể, khi chuyển hóa sẽ tạo ra glucose, làm tăng nồng độ glucose trong máu (Shihabudeen và cộng sự, 2011) Việc tiêu thụ khẩu phần ăn giàu carbohydrate, kết hợp với tình trạng tuyến tụy sản xuất không đủ insulin hoặc giảm độ nhạy của thụ thể insulin, có thể dẫn đến bệnh đái tháo đường loại 2.
Chỉ số đường huyết là một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá nồng độ glucose trong máu, giúp xác định nguy cơ mắc bệnh đái tháo đường ở cả người và động vật Theo WHO (2006), mức đường huyết khi đói ≥7,0 mmol/l (126 mg/dL) và mức đường huyết sau khi dung nạp glucose (2h) ≥11,1 mmol/l (200 mg/dL) là dấu hiệu nhận biết bệnh đái tháo đường ở người Đối với động vật thí nghiệm như chuột nhắt, mức đường huyết sau ăn ≥240 mg/dL cũng chỉ ra tình trạng mắc bệnh này.
Phần lớn lipid mà cơ thể hấp thụ từ thực phẩm là triacylglycerol, hay còn gọi là chất béo trung tính Quá trình chuyển hóa lipid bắt đầu từ khoang miệng, nơi triacylglycerol được thủy phân bởi enzyme lipase, tạo thành 1,2-diacylglycerol và các acid béo tự do, đặc biệt diễn ra chủ yếu ở trẻ sơ sinh Sau đó, hỗn hợp này tiếp tục di chuyển xuống dạ dày, nơi mà pH thấp và các yếu tố khác hỗ trợ quá trình tiêu hóa.
Hình 2 8 Qúa trình chuyển hóa carbohydrate (Ashok Katta, 2014)
18 co bóp của dạ dày mà lipid được phân tán thành dạng nhũ tương thô (Gargouri và cộng sự,
Trong ruột non, muối mật nhũ hóa chất béo thành các micelles, giúp enzyme lipase tấn công triacylglycerol để tạo ra 2-monoacylglycerol và acid béo tự do Các thành phần này được hấp thụ vào tế bào biểu mô ruột, nơi chúng được chuyển hóa thành triacylglycerol một lần nữa Triacylglycerol kết hợp với cholesterol, phospholipid và apoprotein để tạo thành chylomicrons, di chuyển qua hệ bạch huyết và máu đến các mô bào Tại đây, lipoprotein được kích hoạt bởi apoC - II để chuyển hóa thành acid béo và monoacylglycerol, trong khi acid béo khuếch tán vào tế bào Các acid béo này sau đó được oxy hóa để cung cấp năng lượng, chuyển hóa thành các chất có hoạt tính sinh học hoặc tái tổng hợp thành triacylglycerol để dự trữ năng lượng.
Triglyceride, hay còn gọi là chất béo trung tính, được hình thành từ glycerol và ba phân tử acid béo, là thành phần quan trọng được vận chuyển trong máu bởi chylomicrons Khi chế độ ăn có hàm lượng chất béo cao, nồng độ triglyceride trong máu cũng tăng, có thể dẫn đến tình trạng bám dính vào thành mạch máu Mức triglyceride cao, kết hợp với nồng độ HDL thấp và LDL cao, là nguyên nhân chính gây xơ vữa động mạch Theo nghiên cứu của Song và cộng sự (2012), mức triglycerides ở người bình thường nên dưới 150 mg/dL.
Cholesterol là một chất béo quan trọng trong cơ thể người và động vật, được tổng hợp từ acid béo tại gan và vận chuyển qua máu bằng LDL Ngoài ra, cholesterol từ thực phẩm cũng được đưa vào máu qua chylomicrons Chức năng chính của cholesterol bao gồm tổng hợp lipoprotein, acid mật, vitamin D và hormone Do không thể tự vận chuyển trong hệ tuần hoàn, cholesterol kết hợp với các hợp chất khác để tạo thành lipoprotein, giúp di chuyển đến các vị trí cần thiết trong cơ thể Cholesterol được chia thành hai loại chính: LDL (cholesterol tỉ trọng thấp) và HDL (cholesterol tỉ trọng cao).
Cholesterol tốt (HDL) có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển cholesterol từ máu trở lại gan để tiến hành quá trình dị hóa, từ đó giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch Ngược lại, cholesterol xấu (LDL) vận chuyển cholesterol từ gan đến máu, làm hẹp động mạch và tăng nguy cơ mắc các bệnh tim.
Sự suy giảm chuyển hóa LDL và HDL có thể dẫn đến tích tụ cholesterol trong thành động mạch, từ đó gây ra xơ vữa động mạch Để duy trì sức khỏe tim mạch, các chỉ số cholesterol cần được kiểm soát trong khoảng an toàn: cholesterol tổng thể dưới 200 mg/dL, LDL cholesterol dưới 100 mg/dL và HDL cholesterol từ 60 mg/dL trở lên (Ohkawa và cộng sự, 2020).
Hình 2 9 Qúa trình chuyển hóa chất béo trong cơ thể (Jamkatel và cộng sự, 2014)
Khi protein từ thực phẩm được đưa vào cơ thể, chúng sẽ trải qua một quá trình chuyển hóa phức tạp Tại dạ dày, HCl làm biến tính protein và chuyển đổi pepsinogen thành pepsin, giúp thủy phân protein thành các peptide ngắn Hỗn hợp này sau đó được chuyển xuống ruột non, nơi dịch tụy trung hòa pH acid và tiết ra các enzyme chưa hoạt động như trypsinogen và chymotrypsinogen Các enzyme này sẽ hoạt động để phân cắt peptide thành acid amin, sau đó các acid amin thấm qua màng ruột vào máu và được vận chuyển đến gan Tại gan, acid amin được chuyển hóa thành NH4+ và keto acid, với NH4+ cung cấp nitơ cho tổng hợp hợp chất sinh học hoặc được đào thải dưới dạng urea, trong khi keto acid tham gia vào chu trình Krebs để tạo ra năng lượng cho cơ thể.
Hình 2 10 Qúa trình chuyển hóa protein trong cơ thể
Một số bệnh căn bệnh về dinh dưỡng thường gặp ở người
2.4.1 Bệnh đái tháo đường loại 2
Theo WHO (2016), đái tháo đường là bệnh mãn tính xảy ra khi tuyến tụy không sản xuất đủ insulin hoặc cơ thể không sử dụng hiệu quả insulin Rối loạn này dẫn đến tăng đường huyết do cơ thể không duy trì được cân bằng glucose Đái tháo đường được chia thành hai loại: loại 1, do hệ miễn dịch phá hủy tế bào sản xuất insulin, và loại 2, do tuyến tụy sản xuất không đủ insulin hoặc cơ thể giảm độ nhạy với insulin Insulin, hormone do tế bào β-tuyến tụy sản xuất, có vai trò vận chuyển glucose vào tế bào để tạo năng lượng Khi insulin không đủ hoặc độ nhạy của thụ thể insulin giảm, lượng đường trong máu sẽ tăng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO, 2006), mức đường huyết khi đói ≥7,0 mmol/l (126 mg/dL) và mức đường huyết sau khi dung nạp glucose (2h) ≥11,1 mmol/l (200 mg/dL) là dấu hiệu nhận biết bệnh đái tháo đường Đây là một trong bốn bệnh không lây nhiễm có tỷ lệ mắc bệnh đang gia tăng nhanh chóng Trên toàn cầu, khoảng 422 triệu người trưởng thành sống chung với bệnh này vào năm 2014, trong khi tại Việt Nam, tỷ lệ mắc bệnh là 4,1% ở những người trong độ tuổi 18-69 vào năm 2015 Để phát hiện bệnh đái tháo đường, cần dựa vào chỉ số đường huyết, phản ánh nồng độ glucose trong máu.
Hiện nay, bệnh đái tháo đường loại 2 chiếm 80-90% tổng số người mắc, thường xuất hiện ở những người trên 30 tuổi và có tình trạng thừa cân, béo phì Bệnh này làm tăng nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch, thần kinh và võng mạc, đồng thời suy giảm chất lượng cuộc sống Điều trị có thể bằng thuốc hạ đường huyết như metformin, sulfonylureas và thiazolidinediones, nhưng cần kết hợp với chế độ ăn uống và lối sống lành mạnh.
22 việc ăn sử dụng khoa học hạn chế lượng đường trong khẩu phần nhằm ngăn ngừa tình trạng tăng đường huyết một cách đột ngột (Du và cộng sự, 2006)
Bệnh đái tháo đường loại 2 có nhiều nguyên nhân, trong đó yếu tố di truyền như dân tộc và tiền sử gia đình đóng vai trò quan trọng Ngoài ra, rối loạn chuyển hóa trong thai kỳ, thừa cân, béo phì, chế độ ăn không lành mạnh, ít vận động và hút thuốc lá cũng là những yếu tố nguy cơ Tuy nhiên, nguyên nhân chủ yếu dẫn đến bệnh này là béo phì và lối sống ít hoạt động thể chất, theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).
Bệnh đái tháo đường loại 2 thường có dấu hiệu không rõ ràng, dẫn đến việc phát hiện muộn sau một thời gian dài khởi phát Tại thời điểm chẩn đoán, khoảng 8% bệnh nhân có vấn đề liên quan đến thận và 25% mắc các vấn đề về võng mạc (Astrup & Finer, 2000) Đây là một căn bệnh nghiêm trọng và phổ biến, vì vậy nghiên cứu về cơ chế và phương pháp điều trị đang được chú trọng Hiện nay, các nghiên cứu đang được thực hiện trên nhiều mô hình động vật khác nhau thông qua việc cho ăn chế độ ăn giàu béo, tiêm hóa chất, hoặc kết hợp cả hai phương pháp (Astrup & Finer, 2000).
2.4.2 Bệnh thừa cân béo phì
Thừa cân và béo phì là tình trạng tích tụ mỡ bất thường, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người Chỉ số khối lượng cơ thể (BMI) được sử dụng để phân loại tình trạng này, với BMI ≥ 25 được coi là thừa cân và BMI ≥ 30 là béo phì Theo WHO (2020), chỉ số BMI bình thường nằm trong khoảng 18,5 - 24,9 Béo phì được xem là bệnh rối loạn chuyển hóa mãn tính do mất cân bằng giữa năng lượng nạp vào và tiêu hao, dẫn đến tích trữ năng lượng dư thừa trong mô mỡ và tăng nồng độ lipid trong máu Tình trạng này làm gia tăng số lượng và kích thước tế bào mỡ, từ đó tăng khối lượng cơ thể (Devlin và cộng sự, 2000) Tỷ lệ béo phì ngày càng gia tăng là nguyên nhân chính gây ra các bệnh như kháng insulin, tăng huyết áp, ung thư và xơ vữa động mạch (Saklayen, 2018) Nguyên nhân chủ yếu là do chế độ ăn uống giàu năng lượng, chất béo và đường, kết hợp với lối sống ít vận động Theo báo cáo của WHO (2016), hiện có hơn 1,9 tỷ người trưởng thành trên toàn thế giới bị thừa cân.
Tính đến năm 2016, hơn 650 triệu người lớn trên toàn cầu bị béo phì, chiếm khoảng 13% dân số trưởng thành, với tỷ lệ béo phì tăng gần gấp ba lần từ năm 1975 Để tìm ra giải pháp điều trị, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện, trong đó có việc sử dụng thuốc Sibutramine và Orlistat Tuy nhiên, những loại thuốc này gây ra nhiều tác dụng phụ không mong muốn như khô miệng, chán ăn, táo bón, mất ngủ, chóng mặt và buồn nôn Vì vậy, nghiên cứu trên mô hình động vật vẫn tiếp tục được tiến hành nhằm tìm kiếm phương pháp hiệu quả hơn trong điều trị thừa cân và béo phì.
2.4.3 Bệnh gan nhiễm mỡ không do rƣợu (Nonalcoholic fatty liver disease - NAFLD)
Bệnh gan nhiễm mỡ không do rượu (NAFLD) là một trong những bệnh lý phổ biến toàn cầu, với tỷ lệ người mắc dao động từ 25% đến 45% Những bệnh nhân mắc NAFLD có nguy cơ phát triển thành xơ gan và suy gan lên đến 15-20% (Lewis & Mohanty, 2010) Bệnh có thể xuất hiện ở nhiều đối tượng, bao gồm cả phụ nữ, nam giới và trẻ em Hầu hết bệnh nhân mắc gan nhiễm mỡ thường đi kèm với các bệnh lý liên quan như béo phì và tiểu đường loại 2.
Chú thích: A tế bào mỡ bình thường; B Tế bào mỡ béo phì
Hình 2 11 Tế bào mô mỡ (Sbraccia và cộng sự, 2019) ccc
Tỷ lệ béo phì ở bệnh nhân mắc bệnh gan nhiễm mỡ không do rượu dao động từ 30-100%, trong khi tỷ lệ mắc bệnh đái tháo đường loại 2 từ 10-75% và tỷ lệ tăng lipid máu từ 20-92% (Ludwig J và cộng sự, 1980).
NAFDL, hay bệnh gan nhiễm mỡ không do rượu, được định nghĩa là sự tích tụ chất béo trong gan vượt quá 5-10% trọng lượng gan Bệnh này chia thành hai cấp độ: gan nhiễm mỡ đơn thuần (NAFL) và gan nhiễm mỡ nghiêm trọng hơn với tình trạng viêm, tổn thương và xơ hóa tế bào (NASH), trong đó NASH có thể tiến triển thành xơ gan và ung thư gan Các yếu tố nguy cơ bao gồm đái tháo đường loại 2, béo phì và các chỉ số lipid, triglyceride, cholesterol cao Nồng độ acid béo trong máu tăng cao do chế độ ăn uống không hợp lý có thể dẫn đến sự tích lũy triglyceride trong gan, từ đó phát triển bệnh gan nhiễm mỡ.
Chất béo trong gan được hình thành từ acid béo không ester hóa và glucose, trong đó acid béo từ chế độ ăn được hấp thụ từ ruột non và tạo thành triglycerid Những triglycerid này kết hợp thành chylomicron, được đưa vào huyết tương và phân phối 70% acid béo đến mô mỡ, phần còn lại được gan hấp thụ Acid béo tổng hợp trong gan được đóng gói thành lipoprotein tỉ trọng rất thấp (VLDL) và tiết vào huyết tương để hỗ trợ các hoạt động sống Khi acid béo không được ester hóa đầy đủ, chúng có thể tích tụ thành triglycerid trong gan, dẫn đến bệnh gan nhiễm mỡ Quá trình tổng hợp acid béo trong gan bắt đầu từ glucose, được chuyển đổi thành acetyl-CoA qua quá trình đường phân và oxy hóa pyruvate, sau đó acetyl-CoA được chuyển thành malonyl-CoA và tiếp tục chuyển hóa thành acid palmitic.
Acid palmitic được kéo dài và khử bão hòa để tạo ra oleate, thành phần chính của triglyceride Các acid béo này kết hợp tại gan để hình thành chất béo trung tính, dẫn đến bệnh gan nhiễm mỡ (NAFLD) Hiện nay, NAFLD rất khó phát hiện do không có triệu chứng rõ ràng, nhưng những triệu chứng thường gặp khi mắc bệnh bao gồm chướng bụng, đầy hơi và đau ở phần bụng phía trên.
Để nhận biết chính xác bệnh, cần dựa vào sự gia tăng bất thường của khối lượng gan và các chỉ số trong máu như lipid, triglycerid và cholesterol (Ludwig J và cộng sự, 1980).
Thử nghiệm in vivo trên động vật
2.5.1 Giới thiệu về thử nghiệm trên động vật
Thử nghiệm trên động vật, hay còn gọi là thử nghiệm in vivo, là quá trình sử dụng các loài động vật không phải con người để thực hiện thí nghiệm Mục đích chính của thử nghiệm này là kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến hành vi hoặc hệ thống sinh học đang được nghiên cứu (Kolar, 2006).
Chú thích: (A) Tiêu bản mô gan bình thường; (B) Tiêu bản mô gan nhiễm mỡ;
(C) Tiêu bản mô gan bị xơ hóa
Hình 2 12 Tiêu bản mô gan (Paul Angulo M.D, 2002)
2.5.2 Tầm quan trọng của thử nghiệm in vivo
Thử nghiệm trên động vật được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm:
(ii) Thử nghiệm thuốc, hợp chất và sản phẩm mới
(iii) Thử nghiệm các chất và sản phẩm sinh học
(iv) Sử dụng trong các hoạt động nghiên cứu liên quan đến giáo dục
Mô hình thử nghiệm được chia thành hai loại chính: in vivo và in vitro Sự khác biệt giữa hai loại này là in vivo được thực hiện trên động vật sống, trong khi in vitro diễn ra trong môi trường nhân tạo như ống nghiệm Các thử nghiệm in vivo thường gặp khó khăn do điều kiện không được kiểm soát, nhưng chúng được đánh giá cao hơn in vitro vì có thể phản ánh chính xác các phản ứng của động vật thử nghiệm Động vật được sử dụng trong thử nghiệm in vivo chủ yếu là các loài động vật có xương sống, từ chuột, chó, mèo đến các loài như ếch, thỏ, heo, khỉ, cá và chim, trong đó chuột cống và chuột nhắt là phổ biến nhất Chuột được ưa chuộng vì kích thước nhỏ, thời gian thế hệ ngắn, dễ nuôi và sinh sản nhanh, đồng thời có đặc điểm di truyền gần gũi với con người, khiến chúng trở thành lựa chọn hàng đầu cho các mô hình thử nghiệm in vivo.
Tổng quan về chuột
2.6.1 Lịch sử, chủng giống và phân loại
Chuột có nhiều điểm tương đồng với con người về giải phẫu và sinh lý, bao gồm phôi học, trao đổi chất và chức năng của các hệ cơ quan chính Loài chuột đã sống cùng con người từ thời kỳ đầu của nền văn minh, nhưng việc thuần hóa chuột làm vật nuôi chỉ bắt đầu từ thế kỷ 18 nhờ những người đam mê chuột ở Nhật Bản và Trung Quốc Sau khi các định luật của Mendel được phát hiện lại vào năm 1900, những đàn chuột lai giữa Mus musculus domesticus và M m musculus đã trở thành nguồn cung cấp chuột thí nghiệm quan trọng cho nghiên cứu di truyền.
(Bucan, 2013) Nhận thấy giá trị của những con chuột đồng hợp tử trong nghiên cứu di truyền,
Một số dòng chuột lai cận huyết đã được hình thành thông qua việc lai giữa những con chuột anh chị em, bao gồm các chủng phổ biến như C57BL/6J, C3H, DBA và BALB/c Những dòng chuột này đã trải qua quá trình lai tạo kéo dài hơn 150 thế hệ, dẫn đến việc chúng có kiểu gen gần như đồng hợp tử (Beck và cộng sự, 2000).
Bảng 2 2 Phân loại chuẩn giống chuột thử nghiệm (Luechtefeld và cộng sự, 2018)
Loài Chủng (Strain) Số lƣợng
*Mice là loài chuột có kích thước nhỏ (con trưởng thành từ 28 – 32 g)
Rat là loài chuột có kích thước lớn (con trưởng thành từ 225 – 300 g)
Chuột nhắt nhà (Mus musculus) là loài động vật có vú phổ biến nhất trong nghiên cứu phòng thí nghiệm, với đặc điểm nhận dạng như lông trắng, mắt đỏ, chiều dài từ 65-95 mm và trọng lượng từ 12-30 g Chúng có tuổi thọ trung bình khoảng 2 năm Hành vi xã hội của chuột nhắt nhà rất linh hoạt, cho phép chúng thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau Khi mật độ dân số tăng, không gian sống hạn chế dẫn đến sự chuyển biến từ hành vi lãnh thổ sang hệ thống phân cấp, làm gia tăng mức độ cạnh tranh và xung đột, đặc biệt là giữa các con đực.
Hình 2 13 Chuột nhắt nhà (Mus musculus)
2.6.2 Lợi ích và hạn chế trong việc sử dụng chuột thí nghiệm
Thử nghiệm trên động vật đóng vai trò quan trọng trong khoa học y sinh, giúp nâng cao hiểu biết về sự sống và cải thiện phương pháp phòng ngừa, chẩn đoán, điều trị bệnh Các loại động vật thường được sử dụng trong thí nghiệm in vivo bao gồm chuột, heo, chó, thỏ, khỉ, ếch, cá và chim, trong đó chuột là loài phổ biến nhất và được công nhận là mô hình ưu việt cho nghiên cứu di truyền hiện đại Mô hình chuột cũng được áp dụng trong nghiên cứu các bệnh như ung thư, miễn dịch học, chuyển hoá, độc chất học, đái tháo đường, béo phì và gan nhiễm mỡ.
Chuột được ưa chuộng trong nghiên cứu nhờ vào kích thước nhỏ, thời gian sinh sản ngắn và khả năng sinh sản dễ dàng Chúng sở hữu đặc điểm di truyền đặc trưng của động vật có vú, làm tăng giá trị nghiên cứu (Danneman và cộng sự, 2000) Thực tế, chuột thí nghiệm có chi phí thấp, dễ dàng mua và chăm sóc, cùng với việc thiết lập điều kiện sống thuận lợi Tuy nhiên, chuột thí nghiệm cũng gặp một số hạn chế như tính hợp tác thấp, vẫn còn các đặc tính hoang dã và khả năng mang mầm bệnh truyền nhiễm.
2.6.3 Điều kiện nuôi chuột thí nghiệm Điều kiện nuôi chuột thí nghiệm là một trong những vấn đề quan trọng, cần phải được thiết lập và theo dõi thường xuyên Một số yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông không khí, chu kỳ sáng tối và vệ sinh chuồng nuôi phải thường xuyên duy trì ở chế độ thích hợp
Chuồng nuôi chuột cần đảm bảo sức khỏe và sự an toàn cho chuột, đồng thời giảm thiểu căng thẳng Cần phân bổ không gian hợp lý cho từng con và duy trì tiêu chuẩn vệ sinh cao, đồng thời bảo vệ chuột khỏi các loài ăn thịt, sâu bọ và các tác nhân gây hại khác (Klein và cộng sự, 2003).
2.6.3.2 Nhiệt độ và độ ẩm
Nhiệt độ và độ ẩm môi trường ảnh hưởng lớn đến khả năng duy trì thân nhiệt của chuột, từ đó tác động đến kết quả thí nghiệm Chuột phát triển khỏe mạnh trong nhiệt độ từ 18 đến 26°C và độ ẩm từ 30 đến 70% Nghiên cứu cho thấy chuột hoạt động tốt nhất ở độ ẩm tương đối 45-60% (D Clark và cộng sự, 1996) Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ và độ ẩm có thể gây ra vấn đề về hoạt động sống của chuột, do đó cần thiết lập thiết bị kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong khu vực nuôi Việc lắp đặt đồng hồ theo dõi nhiệt độ và độ ẩm là cần thiết để kịp thời xử lý khi có sự dao động (George, 2000).
2.6.3.3 Hệ thống thông gió và điều hoà không khí
Việc lắp đặt hệ thống thông gió là cần thiết để cung cấp oxy, điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong khu vực nuôi chuột Hệ thống này còn giúp lọc khí, giảm thiểu ô nhiễm từ carbon dioxide và amoniac, đồng thời tản nhiệt từ chuột và thiết bị Thiết bị thông gió cần được chọn lựa phù hợp với diện tích và số lượng chuột, với tốc độ thông gió khuyến nghị từ 10 đến 15 lần mỗi giờ Việc theo dõi thường xuyên hệ thống thông gió là rất quan trọng, vì nếu không khí không được lưu thông, chuột có thể bị căng thẳng nghiêm trọng hoặc thậm chí tử vong.
2.6.3.4 Âm thanh và ánh sáng
Mặc dù có ít nghiên cứu về ảnh hưởng của âm thanh đến hoạt động sống của chuột, một nghiên cứu của Holy & Guo (2005) cho thấy chuột có khả năng cảm nhận âm thanh tốt nhất trong khoảng 10÷20 kHz, với phản ứng thính giác có thể đạt đến mức cao.
Âm thanh lớn trong môi trường nuôi chuột có thể gây hại cho sức khoẻ, hệ thần kinh và hành vi sinh hoạt của chúng Do đó, việc sử dụng vật liệu cách âm để xây dựng chuồng nuôi là cần thiết nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực từ tiếng ồn.
Ánh sáng có ảnh hưởng lớn đến tập tính sinh hoạt, hành vi và sinh lý của chuột, do đó, việc cung cấp ánh sáng phù hợp về cường độ và tần suất là rất cần thiết cho sự sống của chúng Sử dụng bộ phận điều khiển ánh sáng để thiết lập chu kỳ sáng/tối là một yếu tố quan trọng, và chu kỳ này cần được điều chỉnh theo từng loại mô hình thí nghiệm khác nhau Chu kỳ sáng/tối lý tưởng thường là 12-14 giờ sáng và 12-10 giờ tối, với ánh sáng vào ban ngày và tối vào ban đêm (George, 2000).
Chuột cần được cung cấp nguồn thức ăn phù hợp với yêu cầu dinh dưỡng, bao gồm protein, carbohydrate và lipid, cùng với chất xơ, vitamin và khoáng chất để bảo vệ sức khỏe Nước uống cũng phải được chuột tự nguyện sử dụng (Klein và cộng sự, 2003) Khẩu phần ăn cho chuột thí nghiệm đã được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn của NRC (The National Research Council, 1995) và khẩu phần AIN-93 do Viện dinh dưỡng Hoa Kỳ đề xuất (Hedrich, 2004).
Bảng 2 3 Thành phần trong khẩu phần ăn tiêu chuẩn đối với chuột thí nghiệm, theo AIN-93
Vitamin và khoáng tổng hợp 5
2.6.4 Quy tắc 3R trong sử dụng động vật thì nghiệm
William M S Russell và Rex L Burch được biết đến là tác giả của cuốn sách
Nguyên tắc của Kỹ thuật Thí nghiệm Nhân đạo, được giới thiệu lần đầu tiên bởi Russell và Burch vào năm 1959, trình bày khái niệm “Ba chữ R” Mặc dù cuốn sách ra đời từ lâu, nhưng các nguyên tắc về 3R đã không được công nhận rộng rãi trong hơn 30 năm Hiện nay, 3R đã trở thành cơ sở cho các hướng dẫn và quy định quản lý việc sử dụng động vật thí nghiệm trên toàn cầu.
Ba R đại diện cho sự thay thế, giảm thiểu và cải tiến việc sử dụng động vật thí nghiệm (Clark và cộng sự, 2012)
Thay thế trong nghiên cứu động vật bao gồm hai hình thức: thay thế tuyệt đối và thay thế tương đối Thay thế tuyệt đối là việc sử dụng các vật liệu không có tri giác như mô hình in vitro, mô hình toán học hoặc mô hình máy tính để thay thế cho động vật bậc cao có ý thức Trong khi đó, thay thế tương đối đề cập đến việc thay thế một loài động vật có xương sống bằng một loài động vật không xương sống hoặc loài thấp hơn trong chuỗi tiến hóa, ví dụ như thay thế khỉ bằng chuột (Tannenbaum & Bennett, 2015).
Các nghiên cứu trước đây
Vào năm 2011, Nguyễn Thị Thanh Mai và các cộng sự đã tiến hành khảo sát khả năng ức chế enzyme α-glucosidase của cây huyết rồng hoa nhỏ (Stholobus parviflorus Roxb.) trong hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đường Kết quả cho thấy chiết xuất MeOH từ cây này có hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase rất mạnh, với giá trị IC 50 là 0.05 µg/mL.
Năm 2012, Đái Thị Xuân Trang và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu khả năng điều trị bệnh đái tháo đường từ cao chiết lá ổi (Psidium guajava L) Kết quả thử nghiệm in vitro cho thấy cao chiết methanol có khả năng ức chế enzyme α-glucosidase với giá trị IC50 đáng chú ý.
Nghiên cứu cho thấy cao ethanol lá ổi có hoạt tính ức chế mạnh mẽ đối với các dòng tế bào, với IC50 lần lượt là 7,52 μg/ml cho cao ethanol, 17,78 μg/ml cho cao nước và 22,75 μg/ml cho cao butanol Kết quả nghiên cứu in vivo chỉ ra rằng liều 400 mg/kg cao ethanol lá ổi có hiệu quả điều trị cho chuột mắc bệnh đái tháo đường do alloxan monohydrate gây ra, cũng như cho chuột bình thường (Trang Dai Thi Xuan và cộng sự, 2012).
Năm 2014, Đái Thị Xuân Trang và Nguyễn Thị Lam Phương đã tiến hành thí nghiệm in vitro để nghiên cứu khả năng ức chế enzyme α-glucosidase của cao chiết cây Nhàu (Morinda citrifolia L) trong điều trị bệnh đái tháo đường Nghiên cứu này nhằm tìm kiếm giải pháp mới cho việc kiểm soát bệnh đái tháo đường.
2014) Kết quả cho thấy giá trị IC 50 của tất cả các cao chiết đều thấp hơn rất nhiều so với chất
34 ức chế α-glucosidase thương mại, acarbose (IC50 = 8,78 mg/mL), cao rễ nhàu ức chế enzyme α-glucosidase mạnh nhất với IC50 = 0,36 mg/mL
Năm 2018, Nguyễn Thế Hân và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu in vitro nhằm đánh giá hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase từ dịch chiết của một số loài rong biển Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí khoa học công nghệ thủy sản, chỉ ra rằng giá trị IC50 của dịch chiết từ Sargassum oligocystum, Sargassum microcystum và Turbinaria ornata lần lượt là 2,89; 1,99 và 0,53 mg/mL Điều này cho thấy Turbinaria ornata có khả năng ức chế enzyme α-glucosidase mạnh nhất trong số các loài rong biển được nghiên cứu.
Gần đây, các cao chiết n-hexane, ethyl acetate và methanol từ cây Dương đầu Olax imbricata đã được thử nghiệm hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase trong mô hình in vitro Kết quả cho thấy cao chiết ethyl acetate có hoạt tính ức chế tốt hơn cao methanol với tỷ lệ ức chế trên 50% ở nồng độ 64 µg/mL trở lên và giá trị IC50 là 41.84 µg/mL Trong khi đó, cao chiết n-hexane đạt hiệu quả ức chế tốt nhất với tỷ lệ trên 50% ở nồng độ 0.0625 µg/mL trở lên và giá trị IC50 là 0.02 µg/mL Đây là kết quả nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp bộ được TS Vừ Thị Ngà công bố vào năm 2019 (Vo Nga Thi và cộng sự, 2019).
Nghiên cứu về chiết xuất methanol 70% từ Pelvetia babingtonii cho thấy khả năng ức chế hoạt động của enzyme α-glucosidase, sucrase và maltase (Ohta và cộng sự, 2002) Trong mô hình in vitro, giá trị IC50 ức chế sucrase và maltase lần lượt là 2,24 và 2,84 mg/mL Trên mô hình chuột, việc ức chế enzyme α-glucosidase đạt hiệu quả tốt nhất ở liều 1000 mg/kg sau khi dung nạp sucrose.
Chiết xuất nước nóng từ đậu Adzuki (Vigna angularis) có tác dụng ức chế đáng kể sự tăng đường huyết sau khi nạp sucrose ở chuột mắc bệnh đái tháo đường, theo nghiên cứu của Itoh và cộng sự Nghiên cứu này chỉ ra rằng đậu Adzuki có thể là một phương pháp hỗ trợ hiệu quả trong việc kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân tiểu đường.
2004) Kết quả cho thấy mức đường huyết bị kìm hãm tốt sau khi dung nạp sucrose (2 g/kg.w) ở liều thử 100 và 500 mg/kg.w
Năm 2008, một nghiên cứu đã chỉ ra rằng chiết xuất Andrographis paniculata và Andrographolide có khả năng ức chế men α-glucosidase và α-amylase Cụ thể, chiết xuất này cho thấy hiệu quả ức chế đáng kể đối với enzyme α-glucosidase với nồng độ IC50 là 17,2 0,15 mg/mL, trong khi hoạt động ức chế đối với α-amylase yếu hơn với IC50 là 50,9 0,17 mg/mL (Subramanian và cộng sự).
Nghiên cứu in vivo cho thấy chiết xuất Andrographis paniculata có tác dụng giảm đáng kể lượng đường huyết đỉnh và diện tích đường cong ở chuột mắc bệnh đái tháo đường khi được cho sử dụng tinh bột và đường sucrose (P
