Các chất ức chế acetylcholinesterase

Tóm tắt

Rối loạn thoái hóa thần kinh đặc biệt là bệnh Alzheimer (AD) đang đe dọa đáng kể sức khỏe cộng đồng. Các chất ức chế acetylcholinesterase (AChE) là những hợp chất hiệu quả để điều trị triệu chứng của AD. Mặc dù thực vật được coi là nguồn cung cấp lớn nhất cho các loại chất ức chế này, vi sinh vật sản xuất chất ức chế AChE thể hiện một cách tiếp cận hiệu quả, dễ sử dụng, thân thiện với môi trường, tiết kiệm chi phí. Việc sản xuất vi sinh vật ức chế AChE và tóm tắt tất cả các nghiên cứu thành công đã được báo cáo trước đây về phân lập, sàng lọc, chiết xuất và phát hiện các phương pháp luận của chất ức chế AChE từ quá trình lên men vi sinh vật, từ những thử nghiệm sớm nhất đến thuốc chống AD hứa hẹn nhất, huperzine A (HupA). Ngoài ra, các chiến lược cải tiến để tối đa hóa việc sản xuất công nghiệp các chất ức chế AChE của vi sinh sẽ được thảo luận. Cuối cùng, các ứng dụng đầy hứa hẹn của hệ thống phân phối thuốc dựa trên vật liệu nano cho chất ức chế AChE tự nhiên (HupA) cũng sẽ được tóm tắt.

Các chất ức chế acetylcholinesterase (AChE) là hợp chất hóa học được coi là một trong những công cụ điều trị tốt nhất cho nhiều rối loạn thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer (AD), bệnh tăng nhãn áp, bệnh Parkinson, bệnh nhược cơ và hội chứng Down. Các chất ức chế AChE thuộc nhiều nhóm như các dẫn xuất carbamate tham gia vào cơ chế hoạt động của thuốc diệt côn trùng, trong khi các chất thuộc nhóm parathion và malathion đóng một vai trò quan trọng trong bệnh thần kinh (Erdogan Orhan và cộng sự, 2011).

AD là một bệnh thoái hóa thần kinh nghiêm trọng, chủ yếu nhắm vào những người trên 65 tuổi (Mohamed và Rao, 2011). Bệnh nhân AD chủ yếu bị mất trí nhớ liên tiếp và thiếu hụt các chức năng nhận thức (Khairallah và Kassem, 2011). AD đe dọa sức khỏe cộng đồng và xã hội vì dữ liệu dịch tễ học chỉ ra rằng số người bị AD trên toàn thế giới vào năm 2050 dự kiến sẽ tăng lên, dự đoán rằng cứ sau 33 giây, sẽ có một trường hợp AD mới (Prince và cộng sự, 2013; Hiệp hội Alzheimer, 2017).

Khoảng 5% những người trên 65 tuổi và hơn 20% trên 80 tuổi có nguy cơ mắc AD. Sau các bệnh tim mạch và ung thư, AD được coi là nguyên nhân chính gây tử vong thứ ba ở các nước đang phát triển. Nguyên nhân gây bệnh AD rất phức tạp, bao gồm các yếu tố di truyền và môi trường (Williams et al. 2011).

Rối loạn này được đặc trưng bởi sự mất dần không thể phục hồi của các tế bào thần kinh trong các vùng não cụ thể, chủ yếu là vùng đồi hải mã, tích tụ các mảng protein β-amyloid (Aβ) và các đám rối sợi thần kinh (NFTs) trong các mô não, quá trình phosphoryl hóa protein Tau trong tế bào thần kinh, và suy sụp các chức năng nhận thức dẫn đến tử vong (Khairallah và Kassem 2011; Mohamed và Rao 2011).

Đáng ngạc nhiên, stress oxy hóa và sự hình thành các loại oxy phản ứng (ROS) được coi là nguyên nhân chính gây ra bệnh này (Behl và Moosmann, 2002). Vì AD là một bệnh đa yếu tố, nhiều phương pháp điều trị đã được đề xuất để điều trị nó. Các phương pháp điều trị sau đó được phân loại thành hai con đường hiệu quả chính, cholinergic và không cholinergic. Ở những bệnh nhân bị AD, rối loạn dẫn truyền thần kinh cholinergic gây ra sự suy giảm chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine (ACh) (Konrath và cộng sự, 2013).

Kết quả là, các chất ức chế acetylcholinesterase có thể tái cân bằng mức acetylcholine bằng hoạt động của AChE. Acetylcholine được tích tụ trong khe sinap thần kinh (Su và cộng sự, 2017). Con đường này được gọi là phương pháp tiếp cận cholin và được coi là phương pháp điều trị triệu chứng chính cho AD.

Một phương pháp điều trị khác phụ thuộc vào việc ngăn chặn sự tích tụ của peptit β-amyloid (Aβ). Do đó, bất kỳ hợp chất nào, có thể làm giảm hoặc ngăn chặn sự kết tụ Aβ giữa các nơron, đều có thể là một ứng cử viên tiềm năng của thuốc chống AD có thể làm giảm sự tiến triển của bệnh (Jiang và cộng sự, 2003). Các phương pháp tiếp cận khác bao gồm nhiều hợp chất và đường hướng như chất chống oxy hóa, vitamin, thuốc chống tăng huyết áp, chất ức chế men phosphodiesterase chọn lọc, thuốc chống viêm không steroid, thuốc chelat hóa kim loại chuyển tiếp, thuốc ức chế Tau tạo ra quá trình tăng phosphoryl hóa và NFT nội bào tích lũy, sử dụng yếu tố hướng thần kinh có nguồn gốc từ não (BDNF), liệu pháp tế bào gốc và liệu pháp nội tiết tố (Dey và cộng sự, 2017). Ngoài ra, các liệu pháp kích thích như tập thể dục, rèn luyện nhận thức, xã hội hóa và âm nhạc đã được báo cáo. Hơn nữa, các chất bổ sung dinh dưỡng, cây thuốc, hóa chất phyto, khoáng chất và axit béo omega-3 cũng đã được thử nghiệm (Wollen, 2010).

Các chất ức chế AChE có thể thu được bằng phương pháp tổng hợp hóa học hoặc bằng cách chiết xuất từ thực vật và vi sinh vật tự nhiên. Việc sản xuất chất ức chế AChE của vi sinh vật đang được chú ý rất nhiều do những ưu điểm của nó đối với cả chiết xuất phyto và tổng hợp hóa học. Mặt khác, các quy trình khai thác bị hạn chế do thiếu tài nguyên thực vật tự nhiên do khai thác quá mức và quá trình tổng hợp hóa học đang đe dọa môi trường bởi ô nhiễm và các vật liệu độc hại (Wang và cộng sự, 2015b).

Huperzine A (HupA) là một Lycopodium alkaloid, có thể được chiết xuất tự nhiên từ cây thuốc cổ truyền Trung Quốc, Huperzia serrata. HupA đã thu hút sự chú ý mạnh mẽ sau khi phát hiện ra hoạt động của nó như một chất ức chế men cholinesterase hiệu quả (Ishiuchi và cộng sự, 2013). So với các chất ức chế AChE nổi tiếng và có bán trên thị trường, HupA là chất ức chế có thể đảo ngược hiệu quả hơn.

Ngoài ra, nó có thể xuyên qua hàng rào máu não một cách hiệu quả và cho thấy khả dụng sinh học qua đường uống tốt hơn và tác dụng trong cơ thể lâu hơn (Wang et al. 2006). Do đó, kể từ năm 1996, HupA xuất hiện trên thị trường thuốc Trung Quốc dưới dạng viên nén có tên Shuangyiping để điều trị triệu chứng AD, trong khi ở Hoa Kỳ và Châu Âu, HupA có mặt dưới dạng thực phẩm chức năng (H. serrata dạng bột ở dạng viên nang) cho hạn chế rối loạn trí nhớ hơn nữa (Ma và Gang 2008).

Đánh giá này thu thập nhiều loại vi sinh vật sống trong đất, biển và nội sinh được coi là những nhà sản xuất đầy hứa hẹn của thuốc chống AD đã cho thấy hoạt tính chống AChE trong thí nghiệm. Ngoài ra còn tóm tắt các báo cáo gần đây về việc sản xuất, chiết xuất và phương pháp phát hiện ứng cử viên HupA, thuốc chống AD hiệu quả nhất với các chiến lược nâng cao đã được thiết lập và khuyến nghị để mở rộng sản xuất vi sinh vật ức chế AChE, mở ra con đường hướng tới quy mô sản xuất. Hơn nữa, việc kết hợp các hợp chất hoạt tính này với hệ thống phân phối thuốc có cấu trúc nano để tăng tính chọn lọc và khả năng phản ứng của chúng cũng sẽ được thảo luận.

Acetylcholinesterase và AChE

Enzyme acetylcholinesterase xúc tác chọn lọc liên kết este trong acetylcholine thông qua quá trình thủy phân tại khe tiếp hợp để dừng vai trò truyền xung động của nó. Theo đó, các tế bào thần kinh cholinergic được kích hoạt trở lại trạng thái nghỉ (Williams và cộng sự, 2011). Ngoài ra, AChE điều chỉnh sự dẫn truyền thần kinh cholinergic ở động vật có xương sống bằng cách bất hoạt acetylcholine ngay sau khi giải phóng tế bào thần kinh trước synap (Pope và Brimijoin, 2018).

Các chất ức chế AChE bắt đầu rất hấp dẫn được sử dụng trong liệu pháp điều trị triệu chứng AD, sau khi phát hiện ban đầu về physostigmine, một alkaloid có nguồn gốc từ hạt Physostigma venenosum Balf (Fabaceae), có thể đảo ngược scopolamine gây rối loạn nhận thức ở mô hình động vật. Mặc dù physostigmine cho thấy tác dụng ức chế AChE nhanh chóng, có chọn lọc và có thể đảo ngược, việc sử dụng nó hiện nay bị hạn chế bởi nhiều hạn chế như tác dụng trên đường tiêu hóa, thời gian bán hủy ngắn và phổ điều trị hẹp (Konrath và cộng sự, 2013).

Các chất ức chế AChE không chỉ có thể cải thiện sự dẫn truyền cholinergic mà còn cho thấy vai trò bảo vệ chống lại tổn thương gốc tự do của tế bào não và can thiệp chống lại sự kết tụ và lắng đọng của beta amyloid protein như cơ chế được đề xuất thứ hai của AD (Almasi và cộng sự, 2018). Do giá trị y học của những chất ức chế này, nên có một mối quan tâm nghiên cứu lớn tập trung vào việc phát triển các chất ức chế AChE mới.

Các chất ức chế AChE đã được phê duyệt để điều trị AD

Nhiều loại thuốc đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận để điều trị triệu chứng cho bệnh nhân AD. Hầu hết các loại thuốc này là chất ức chế AChE. Ví dụ, Tacrine đã được phê duyệt vào năm 1993, nhưng nó đã bị rút khỏi thị trường vào năm 2012 vì độc tính với gan của nó, ảnh hưởng đến hơn 29% bệnh nhân. Ngoài ra, Donepezil đã được phê duyệt vào năm 1996 như một chất ức chế AChE có thể đảo ngược và là một hợp chất tổng hợp hoàn toàn có tác dụng ức chế tốt và tác dụng độc hại thấp hơn Tacrine. Thêm vào đó, galantamine đã được phê duyệt vào năm 2001 như một alkaloid tự nhiên chiết xuất từ Galanthus nivalis L. và các cây có liên quan trong họ Amaryllidaceae (Heinrich và Teoh, 2004; Marco và Carreiras, 2006). Hơn nữa, Rivastigmine là một dẫn xuất bán tổng hợp của physostigmine, đã được phê duyệt vào năm 2000. Mặc dù không gây độc cho gan như Tacrine, nhưng nó lại cho thấy các tác dụng phụ khác như tình trạng buồn nôn và nôn (Zhao và cộng sự, 2004).

Sản xuất vi sinh vật ức chế AChE

Thực vật là nguồn cung cấp AChE đáng kể cho con người. Tuy nhiên, một số nghiên cứu báo cáo khả năng một số vi sinh vật sản xuất các chất ức chế tương tự (Pandey và cộng sự, 2014). Tìm kiếm nguồn thuốc ức chế AChE hiệu quả tự nhiên, tiết kiệm chi phí và bền vững đã trở thành một phạm vi hấp dẫn đối với nhiều nhà nghiên cứu. Do đó, những nỗ lực lớn đã được dành để nghiên cứu việc sản xuất chất ức chế AChE bởi các chủng vi sinh vật phân lập từ môi trường đất và biển, và các nguồn khác thường như vi sinh vật có liên quan đến thực vật được gọi là vi sinh vật nội sinh (endophytes) (Singh và cộng sự 2012).

Bảng 1 tóm tắt dữ liệu được báo cáo gần đây nhất về hoạt động chống AChE của vi sinh vật và các chất ức chế AChE của chúng bởi các vi sinh vật từ các môi trường khác nhau.

Bảng 1. Các chủng vi sinh vật tạo ra các chất ức chế AChE

Nấm nội sinh là nguồn mới cho chất ức chế AChE

Nấm nội sinh là những vi sinh vật tương hỗ, sống trong các mô bên trong của cây khỏe mạnh qua các giai đoạn sống nhất định hoặc trong suốt cuộc đời của chúng, mà không gây ra bất kỳ triệu chứng bệnh đáng kể nào trên vật chủ (Strobel, 2003; Ismaiel và cộng sự, 2017). Chúng được biết là mang lại rất nhiều lợi ích về thể chất cho vật chủ vì endophytes đã được báo cáo trước đây có hoạt tính sinh học và có thể tăng cường hiệu quả sự phát triển của vật chủ, đồng thời thúc đẩy khả năng đề kháng của vật chủ đối với các tác nhân gây bệnh và căng thẳng môi trường (Aly và cộng sự, 2011).

Điều thú vị là chúng cũng có thể tạo ra các chất có hoạt tính sinh học giống hệt hoặc tương tự như cây chủ (Strobel, 2003). Sau khi Stierle và cộng sự (1993) báo cáo việc phát hiện ra một loại nấm nội sinh, Taxomyces andreanae, có thể tạo ra hoạt chất chống ung thư, paclitaxel, các loại nấm nội sinh tạo ra các hợp chất dược dụng đã được quan tâm trên toàn thế giới.

Giả thuyết về chuyển gen theo chiều ngang đã tiết lộ khả năng của endophytes tạo ra các hợp chất hoạt động giống như các cây ký chủ tạo ra. Hơn nữa, chúng có thể sản xuất một số loại thuốc mới chống lại một số bệnh nan y (Strobel, 2003; Strobe và Daisy, 2003; Staniek và cộng sự, 2008). Tuy nhiên, việc khai thác tài nguyên thực vật không được quản lý để chiết xuất chất ức chế AChE sẽ dẫn đến sự cạn kiệt. Để bảo vệ các nguồn tài nguyên này, khả năng sản xuất các chất ức chế AChE tương tự bởi endophytes của cây thuốc đã được nghiên cứu rộng rãi. Nấm nội sinh đã chứng minh hiệu quả của chúng như là nguồn tài nguyên có giá trị, mới lạ và thay thế có hoạt tính ức chế AChE tốt (Wang và cộng sự, 2015b; Ali và cộng sự, 2016).

Các loại nấm nội sinh có hoạt tính kháng AChE tốt được trình bày trong Bảng 1. Sự phục hồi của nấm nội sinh từ các mô thực vật khỏe mạnh đã dẫn đến một cuộc tranh cãi gay gắt liệu những vi khuẩn này có phải là mầm bệnh thực vật hay không. Theo Chen và cộng sự (2010) và Mohinudeen và cộng sự (2019), nấm nội sinh có thể xuất hiện ở hai kiểu, không gây bệnh và gây bệnh. Nhiều endophytes không gây bệnh là mầm bệnh tiềm sinh và có thể trở nên gây bệnh trong điều kiện môi trường căng thẳng nhất định hoặc sau khi cây già đi. Nguyên nhân có thể khác có thể là do bản chất của các loài ký chủ vì endophyte có thể hữu ích và kích thích tăng trưởng đối với một số loài ký chủ nhất định trong khi chúng có thể gây bệnh cho các cây khác.

Nhận dạng HupA và làm sáng tỏ cấu trúc

Huperzine A là một hợp chất sesquiterpene alkaloid tự nhiên được tìm thấy trong chiết xuất của cây thông đất Trung Quốc có tên khoa học là Huperzia serrata (còn được gọi là Lycopodium serratum). Nó cũng có thể được tìm thấy với số lượng khác nhau ở các loài Huperzia khác, bao gồm H. elmeri, H. carinat và H. aqualupian (Lim et al. 2010). H. serrata phát triển ở độ cao và khí hậu lạnh. Nó đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ trong Y học dân gian Trung Quốc (được gọi là Qian Ceng Ta). Tính ổn định hóa học của HupA rất tốt và nó có khả năng chống thay đổi cấu trúc tốt trong cả dung dịch axit và kiềm, điều này cho thấy HupA có thời hạn sử dụng tương đối lâu hơn. Cấu trúc hóa học của HupA được hiển thị trong Hình 1.

Hình 1. Cấu trúc hóa học của HupA (a), cấu trúc của phức hợp acetylcholinesterase với HupA ở độ phân giải 2,35A (b) và không gian phân tử 3D lấp đầy HupA (c).

HupA đã được nghiên cứu rộng rãi như một phương pháp điều trị các bệnh thần kinh như bệnh Alzheimer; một phân tích tổng hợp kết luận rằng các nghiên cứu trước đây có chất lượng kém về phương pháp luận và các phát hiện cần được giải thích một cách thận trọng (Yang và cộng sự, 2013). HupA ức chế sự phân hủy chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine bởi enzyme acetylcholinesterase, và đây là cơ chế hoạt động tương tự của các loại dược phẩm điều trị AD như galantamine và donepezil. HupA thường được bán không cần kê đơn như một chất bổ sung chất dinh dưỡng và được bán trên thị trường như một chất nhận thức để cải thiện trí nhớ và sự tập trung (Ma X, Gang DR, 2008).

HupA [Tên IUPAC: (1R, 9S, 13E) -1-amino-13-etyli- dene-11-metyl-6-azatricyclo- [7.3.1.02,7] -trideca-2 (7), 3,10- trien-5-one; có tên thương mại là CogniUp] là một alkaloid, chất ức chế AChE, và chất đối kháng thụ thể N-methyl-d-aspartate (và thụ thể glutamate), Bảng 2; (Wang và cộng sự, 2008).

Độc tính cấp tính qua đường miệng (LD₅₀) của HupA được phát hiện là 4,6 mg/kg thể trọng ở chuột. Xem xét liều điều trị bằng đường uống 0,2 mg HupA/kg thể trọng, nó cho thấy mức độ an toàn rộng (Bagchi và Barilla, 1998). Thử nghiệm rộng rãi trong phòng thí nghiệm đối với HupA đã được thực hiện, chứng minh các đặc tính không gây đột biến của nó như được tiết lộ bởi xét nghiệm đột biến ngược của vi khuẩn Ames (Li và cộng sự, 2012).

Sinh tổng hợp HupA: gen và enzym liên quan

Sự phân bố các chức năng gen và con đường sinh hóa trong Colletotrichum gloeosporioides (nấm sản sinh HupA) được dựa trên Bản thể học gen (GO) và Bách khoa toàn thư về gen và bộ gen của Kyoto (KEGG), đặc biệt là trong các loại chức năng phân tử và chuyển hóa (Zhang và cộng sự, 2015b). Những chú thích này cung cấp các nguồn thông tin có giá trị cho việc khảo sát chức năng gen, cấu trúc và quá trình tế bào ở C. gloeosporioides.

Trong số 308 con đường chuyển hóa (được chú thích bởi KEGG), ba con đường liên quan đến sinh tổng hợp alkaloid: sinh tổng hợp lysine, chuyển hóa biotin và sinh tổng hợp alkaloid (tropane, piperidine, và pyridine). Tổng số 30 unigenes trong thư viện này cho thấy những điểm tương đồng với các enzym không đặc trưng có thể liên quan đến quá trình sinh tổng hợp HupA (Bảng 3).

Dựa trên ba con đường này và khảo sát tài liệu khác (Luo và cộng sự 2010; Choi và cộng sự 2012; Liu và cộng sự 2012), một con đường sinh tổng hợp chi tiết hơn đã được suy ra như trong Hình 2 với các enzym và gen liên quan như được trình bày trong Bảng 3. Việc phát hiện ra các bản sao mới sẽ tạo điều kiện thuận lợi hơn nữa cho việc làm sáng tỏ các cơ chế sinh tổng hợp của HupA ở cấp độ phân tử trong C. gloeosporioides (Zhang và cộng sự, 2015a, b, c, d).

Hình 2. Đề xuất con đường sinh tổng hợp cho huperzine A trong tế bào nấm. Các enzym được chú thích trong bản sao của tế bào nấm có màu đỏ, và những enzym không thể chú thích được có màu đen. Hai mũi tên dùng cho phản ứng thuận nghịch và một mũi tên dùng cho phản ứng không thuận nghịch

Bảng 3. Các enzyme mã hóa được đề xuất và các unigenes liên quan đến con đường sinh tổng hợp HupA

Vấn đề sản xuất và cung cấp HupA

Có một vấn đề nghiêm trọng cản trở việc sản xuất quy mô lớn loại sản phẩm có hiệu quả cao này là các loài thực vật thuộc họ Huperziaceae đặc biệt là Huperzia serrata là nguồn chính của HupA, cho năng suất chiết xuất thấp và chu kỳ sinh dưỡng của chúng rất dài (Ma và Gang, 2008). Có nghĩa là những cây này không được coi là nguồn hiệu quả để sản xuất HupA ở quy mô thương mại. Do đó, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm ra các phương pháp khác để sản xuất HupA như nuôi cấy mô thực vật in vitro và tổng hợp hóa học. Nuôi cấy mô không được coi là một kỹ thuật thành công để sản xuất HupA ở quy mô lớn (Ma và Gang, 2008; Ishiuchi và cộng sự, 2013). Mặc dù HupA được tổng hợp hoàn toàn từ (R)-pulegone (Ding và cộng sự, 2012), quá trình tổng hợp hóa học của HupA cho thấy một số hạn chế như tương tác phức tạp, ô nhiễm liên tục và là quá trình tốn kém (Koshiba và cộng sự, 2009). Vì những thử nghiệm này chưa đạt được kết quả khả quan để áp dụng ở quy mô công nghiệp lớn nên việc phát hiện ra nấm nội sinh sản sinh HupA từ mô của các loài thực vật thuộc họ Huperziaceae cung cấp một giải pháp thay thế.

Mặc dù việc sản xuất thuốc HupA từ endophytes sẽ làm giảm giá thuốc truyền thống và bảo vệ hiệu quả môi trường sinh thái, nhưng chỉ có một số lượng nhỏ nấm endophytic sản xuất HupA được báo cáo. Li và cộng sự (2007) đã báo cáo sự phục hồi của các loài nấm nội sinh sản sinh HupA từ các mô của Huperzia serrata. Phát hiện này đã kích thích nhiều nhà nghiên cứu phân lập và sàng lọc nhiều loại nấm nội sinh từ Huperzia serrata và các loài thực vật liên quan khác như Phlegmariurus, và mối quan tâm nghiên cứu này vẫn đang tiếp tục tăng cho đến ngày nay. Các endophytes sản xuất HupA được báo cáo với năng suất HupA khác nhau được nêu trong Bảng 4.

Bảng 4. Các chủng nấm nội sinh sản sinh HupA được phân lập từ các loài thực vật thuộc họ Huperziaceae phân bố bằng đồ thị

Phân lập nấm nội sinh từ các loài thực vật thuộc họ Huperziaceae

Vì nấm endophytic được đề xuất là nguồn triển vọng để sản xuất HupA, việc phân lập nấm endophytic từ thân, lá và rễ của các loài Huperziaceae khỏe mạnh là thách thức nghiêm trọng đầu tiên. Nguyên tắc chính của việc phân lập nấm nội sinh liên quan đến việc phục hồi các loài nấm tại các mô bên trong thực vật đã đạt được thành công thông qua việc khử trùng bề mặt của các mẫu thực vật thử nghiệm.

Trình tự khử trùng bề mặt khác nhau giữa các báo cáo như được trình bày trong Bảng 5. Ju và cộng sự (2009) sử dụng 70% etanol trong vài giây, 0,2% clorua thủy ngân (HgCl₂) trong 1 phút, 2% natri hypoclorit, sau đó rửa trong nước cất, trong khi đó, nếu 75% etanol trong 2 phút, 0,1% HgCl₂ trong 8 phút, sau đó rửa liên tiếp trong nước vô trùng đã được báo cáo (Wang và cộng sự, 2011a; Zhang và cộng sự, 2015a).

Bảng 5. Các quy trình khác nhau để phân lập nấm nội sinh sản xuất HupA, chiết xuất và phát hiện HupA từ nuôi cấy nấm

Ngoài ra, 75% etanol trong 5 phút và 0,1% HgCl₂ trong 8 phút đã được báo cáo (Zhu et al. 2010). Một báo cáo khác sử dụng 75% etanol trong 2 phút và 0,1% HgCl₂ tối đa 10 phút (Wang và cộng sự 2011b). Tương tự với sự khác biệt nhỏ, 75% etanol trong 5 phút và 0,2% HgCl₂ trong 1,5 phút đã được sử dụng (Shu et al. 2014). Khác biệt, 0,1% HgCl₂ trong 15 phút được sử dụng để khử trùng thân cây trong khi 0,1% HgCl2 trong 10 phút được sử dụng cho lá và rễ (Dong et al. 2014).

Ngoài ra, 75% etanol trong 30 giây, 10% natri hypoclorit trong 5 phút và 75% etanol trong 30 giây một lần nữa đã được báo cáo (Han et al. 2015). Tương tự, 75% etanol trong 1 phút, 3,4% natri hypoclorit trong 10 phút và 75% etanol trong 30 giây một lần nữa cũng được báo cáo (Cruz-Miranda et al. 2019). Cuối cùng, etanol (70%) trong 1 phút và 1% clo có sẵn trong 3 phút cũng được nghiên cứu (Zaki và cộng sự 2019). Sau khi khử trùng mô bề mặt, các bộ phận của cây được cắt thành các đoạn nhỏ và nuôi cấy trực tiếp trên môi trường thích hợp; Thạch khoai tây dextrose (PDA) chủ yếu được chọn, được làm giàu bằng streptomycin, 60 μg/ml, và ampicillin, 100 μg/ml, để tránh ô nhiễm vi khuẩn (Zhu và cộng sự 2010; Wang và cộng sự 2011a, b; Zhang và cộng sự cộng sự 2015a; Zaki và cộng sự 2019; Cruz- Miranda và cộng sự 2019). Shu và cộng sự. (2014) và Dong et al. (2014) đã sử dụng môi trường Murashige và Skoog (MS) để phân lập endophytes. Thật vậy, nhiều loại môi trường có thể được sử dụng để kích thích sự xuất hiện của nhiều chủng nội sinh bằng cách sử dụng cả môi trường PDA và MS như báo cáo của Ju et al, (2009).

Chiết xuất và phát hiện HupA từ nuôi cấy nấm nội sinh

HupA là chất chuyển hóa nội bào của nấm nội bào và chủ yếu được chiết xuất từ sinh khối nấm. Do đó, phương pháp chiết xuất HupA phụ thuộc chủ yếu vào một số bước theo trình tự của nghiền sinh khối, ngâm axit và siêu âm để làm yếu thành tế bào nấm và tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhắm mục tiêu chiết xuất chất chuyển hóa nội bào (Pinu et al. 2017).

Vì bản chất HupA là một hợp chất alkaloid nên nó có thể được chiết xuất bằng phương pháp axit-nước thông thường. Tuy nhiên, Weigang et al. (2013) và Ting et al. (2015) đã nghiên cứu các yếu tố chiết xuất quan trọng và xác định mức tối ưu để tối đa hóa sản lượng chiết xuất HupA từ H. serrata bằng cách sử dụng thiết kế thí nghiệm nhân tố Box-Behnken. Hiện tại, không có nghiên cứu tối ưu hóa chiết xuất nào được báo cáo để tối đa hóa chiết xuất HupA từ sinh khối nấm và các điều kiện chiết xuất khác nhau đã được báo cáo và tóm tắt trong Bảng 5.

Ju và cộng sự (2009) đã sử dụng axit tartaric 2% trên sinh khối nấm khô, sau đó chiết xuất siêu âm trong 2 giờ. Sau đó, ly tâm tốc độ cao ở 10.000 vòng/phút trong 10 phút; cuối cùng, chất nổi trên mặt đã được sàng lọc để tìm HupA. Wang và cộng sự (2011a) và Dong et al (2014) cho các tế bào thu thập được tiếp xúc với sóng siêu âm khi ngâm trong etanol 95% qua đêm, sau đó chiết xuất được cô đặc dưới áp suất giảm.

Các báo cáo khác ngâm các tế bào khô (1 g) qua đêm trong 50 mL axit clohydric 0,5–1,5% (v/v) (Zhao và cộng sự 2013; Shu và cộng sự 2014; Han và cộng sự 2015; Zaki và cộng sự 2019 ) hoặc axit tartaric 2% (Zhang và cộng sự 2015a), sau đó tế bào bị phá vỡ bằng siêu âm trong 40 phút. Sau đó, dung dịch amoniac được sử dụng để kiềm hóa pha nước (pH 9); do đó, các ancaloit chứa HupA rời khỏi pha nước và chuyển sang lớp cloroform khi lắc mạnh.

Sau đó, dịch chiết cloroform được làm bay hơi và phần cặn thu được được hòa tan trong metanol. Zhu và cộng sự (2010) và Cruz-Miranda et al (2019) áp dụng chiết xuất tuần tự; tế bào khô được chiết bằng etanol 75% trong 30 phút trong bể siêu âm 40°C. Sau đó, các chất chiết xuất từ cồn được hơi dưới áp suất giảm. Sau đó, axit clohydric 2,5% được thêm vào để hòa tan hết cặn khô. Sau đó, dung dịch amoniac được thêm vào, tiếp theo là chiết xuất và làm bay hơi cloroform. Cuối cùng, các cặn khô thu được được hòa tan trong 1ml dung môi (chủ yếu là metanol) để xác định HupA.

HupA trong chiết xuất alkaloid từ nấm nội sinh chủ yếu có thể được xác định và định lượng bằng cách sử dụng các phép phân tích quang phổ và sắc ký như sắc ký lớp mỏng (TLC), sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và phân tích khối phổ (MS). Mỗi điều kiện phân tích và thành phần của các pha động được thử nghiệm được xem xét trong Bảng 5 như sau: bước xác định sơ bộ cho HupA là áp dụng phân tích TLC, trong đó HupA chiết xuất và các mẫu chuẩn được chấm lên các tấm phủ silica gel với dung môi khác nhau giữa báo cáo (Bảng 5), chẳng hạn như axeton: cloroform: isopropanol (4: 4: 2 v/v/v) (Wang và cộng sự 2011a, b; Han và cộng sự 2015), axeton: cloroform: isopropanol: amoniac (4: 4: 2: 0,12) (Zhu và cộng sự 2010; Zaki và cộng sự 2019); axeton: cloroform: isopropanol: amoniac (4: 4: 1,5: 0,15); axit axetic: 1-Butanol: nước (3: 3: 2); 1-Butanol: isopropanol: nước (10: 5: 4); 1-Butanol: isopropanol: axit axetic: nước (7: 5: 2: 4); cloroform: axeton: metanol (65: 35: 5) (Zhu và cộng sự 2010).

Sau đó, vết HupA được xác định bằng cách sử dụng huỳnh quang UV ở 254 nm (Su và Yang 2015) hoặc bằng cách phun thuốc tím 3% (w/v) như một chất phản ứng tạo màu, tạo thành các điểm màu vàng chứa hợp chất HupA trên nền màu tím (Zhu et al. 2010). HupA chiết xuất từ các chủng sinh dương tính đã ghi lại tỷ lệ di chuyển gần nhất với HupA tiêu chuẩn với hệ số lưu giữ (RF) giữa 0,70 và 0,73 (Zhu et al. 2010).

Việc định tính và định lượng HupA tiếp theo được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp HPLC khác nhau như được thể hiện trong Bảng 5. Hàm lượng HupA chiết xuất có thể được định lượng bằng cách sử dụng đường cong chuẩn được tạo ra bằng cách phân tích dải nồng độ của mẫu chuẩn HupA, và được biểu thị bằng μg/g dcw (sợi nấm khô).

Li và cộng sự (2007) đã sử dụng HPLC với pha động của acetonitril: 0,02 M KH2P04 (10:90), tốc độ dòng 1 ml / phút, 20 μl mẫu tiêm, nhiệt độ cột (25°C), và phát hiện bước sóng 310 nm. Pha động metanol: dung dịch amoni axetat 0,8% (33:67, pH 6), tốc độ dòng: 1 ml/phút, nhiệt độ cột: 25°C, chiều dài sóng phát hiện: 310 nm, và thể tích tiêm: 20 μL đã được báo cáo bởi Ju et al (2009).

Ngoài ra, Zhou et al (2009) đã sử dụng dung môi chạy bằng acetonitril 10%, nhiệt độ cột 35°C và bước sóng phát hiện 308 nm. Các báo cáo khác (Zhu và cộng sự 2010; Wang và cộng sự 2011a; Zaki và cộng sự 2019) thực hiện HPLC với pha động của metanol: nước (85: 15), tốc độ dòng chảy 1,0 mL/phút, nhiệt độ cột 25°C , Thể tích tiêm 10 μL và bước sóng phát hiện 310nm.

Ngoài ra, pha động bao gồm amoni axetat (80 mM, hoặc 0,1 M, pH 6,0): metanol (7: 3 hoặc 6: 4 hoặc 36:64 v/v) cũng được thử nghiệm (Zhao và cộng sự 2013; Dong et al. 2014; Su và Yang 2015). Han et al (2015) áp dụng pha động của metanol: 0,1% axit fomic (75: 25 v/v). Các pha động khác nhau của axetonitril: nước (được axit hóa bằng 0,0125% axit trifluoro-axetic) (15: 85 v/v) cũng được nghiên cứu (Cruz-Miranda và cộng sự 2019).

Các phép phân tích định lượng kết hợp cả sắc ký lỏng (LC) và phân tích khối lượng bằng phép đo khối phổ (MS) sử dụng phân tích LC/MS và UPLC/MS cũng được thực hiện, trong đó dịch chiết alkaloid được tách sắc ký bằng cách sử dụng dung môi chạy thích hợp là axit methanoic (0,1%) : acetonitril (9: 1 v/v) với tốc độ dòng 1,0 mL/phút (Su và Yang 2015), 10 mM amoni axetat (pH 3,5) và metanol với rửa giải gradient 5:56:56% (T: 0: 20: 30 phút) (Shu và cộng sự 2014), metanol: 0,2% axit formic trong nước (50: 50 v/v), tốc độ dòng chảy 0,15 mL/phút, bước sóng phát hiện 308 nm và thể tích tiêm 5 μL ( Zhang và cộng sự 2015a), và axetonitril: 0,025% axit formic 15: 85 v/v, tốc độ dòng 0,25 mL/phút (Cruz-Miranda và cộng sự 2019), phân tích MS.

Các chiến lược cải tiến để tăng cường sản xuất các chất ức chế AChE của vi sinh vật

Cho đến nay, không có sản phẩm thương mại của chất ức chế AChE phụ thuộc vào quá trình lên men của vi sinh vật. Do đó, việc tăng cường các chủng vi sinh vật để sản xuất quy mô lớn thông qua tối ưu hóa quy trình và cải tiến chủng hỗ trợ chiếu xạ sẽ dẫn đến quá trình lên men hiệu quả về chi phí.

Trong bất kỳ quy trình lên men vi sinh vật nào, việc tối ưu hóa các biến số quy trình như thiết kế môi trường được coi là quan trọng nhất. Các thành phần của môi trường lên men có tác động đáng kể đến sự phát triển và năng suất của vi sinh vật. Ngoài ra, để sản xuất các hợp chất có giá trị, các thành phần như nguồn nitro, cacbon và photphat có tác động lớn đến chi phí của quá trình tổng thể và tính khả thi của việc phân tách sản phẩm (Singh và cộng sự 2017).

Hơn nữa, các chất hóa học tăng cường quá trình sản xuất có thể ảnh hưởng lớn đến chi phí của quá trình. Phương pháp lý tưởng để thiết kế môi trường lên men tối ưu có thể được bắt đầu bằng cách nghiên cứu các điều kiện lên men vật lý tối ưu và có thể kết thúc bằng việc tối ưu hóa các thành phần môi trường. Có rất ít báo cáo giải thích việc tối ưu hóa các thành phần môi trường và điều kiện lên men để tối đa hóa sản lượng HupA từ endophytes (Li và cộng sự 2007; Zhao và cộng sự 2013; Fangfang và cộng sự 2015).

Hiện tại, các thiết kế đa nhân tố bao gồm cả phương pháp luận bề mặt phản ứng có thể được sử dụng để tối ưu hóa các thành phần môi trường lên men. Gần đây, Zaki et al (2019) đã sử dụng cả mô hình hỗn hợp Plackett – Burman và trung tâm để tối ưu hóa các điều kiện lên men và thành phần môi trường, dẫn đến tăng cường 40,8% sản phẩm HupA bởi nấm nội sinh Alternaria brassicae AGF041.

Các nghiên cứu liên quan sử dụng phương pháp đa nhân tố để tối ưu hóa việc sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp có giá trị của vi sinh vật cũng đã được báo cáo. Abdel-Fattah và cộng sự (2007) đã sử dụng chiến lược này để xác định các điều kiện lên men tối ưu cần thiết để tạo ra tối đa cyclosporin A của nấm. Ngoài ra, Xu et al (2006), Garyali và cộng sự. (2014), và El- Sayed et al (2019d) ứng dụng phương pháp bề mặt phản ứng để tối đa hóa việc sản xuất thuốc chống ung thư bởi nấm endophytic.

Cải thiện các chủng thông qua chiếu xạ gây đột biến để siêu sản xuất các sản phẩm công nghiệp là rất quan trọng vì các đột biến cải tiến có thể cho thấy các đặc tính mong muốn hơn, và cho năng suất tương đối cao hơn với chi phí thấp hơn (Parekh et al. 2000).

Việc để các tế bào vi sinh tiếp xúc với bức xạ dẫn đến sự khác biệt về sinh lý, hóa học và trao đổi chất vì bức xạ gây thêm sức ép làm rối loạn tổ chức các tế bào của chúng (Unluturk 2017). Đột biến chủng vi sinh vật có thể đạt được bằng cách cho tế bào vi sinh vật tiếp xúc với các tác nhân hóa học hoặc vật lý (như tia UV và tia gamma) được gọi là đột biến. Kết quả là, vật liệu di truyền của các tế bào bị ảnh hưởng dẫn đến biến đổi chủng. Bức xạ UV là bức xạ không ion hóa có tác dụng trung bình và được coi là tác nhân gây đột biến được lựa chọn đầu tiên (Irum và Anjum 2012).

Chiếu xạ tế bào vi sinh vật bằng các tia UV dẫn đến sự đime hóa pyrimidine và liên kết chéo DNA (Parekh và cộng sự 2000), trong khi chiếu xạ bởi bức xạ ion hóa có năng lượng cao như tia gamma gây ra đột biến do đứt gãy DNA ở các sợi đơn hoặc đôi, mất đoạn nucleotide hoặc thay đổi cấu trúc và liên kết chéo trong DNA-protein (Cadet et al. 1999).

Xiao-qion và cộng sự. (2015) đã áp dụng chiếu xạ UV gây đột biến gen protoplast của chủng nấm nội sinh sản xuất HupA NX9 làm tăng sản lượng gấp 16,7 lần. Trong tài liệu, tia UV và tia gamma đã được sử dụng để cải thiện các chủng nấm và sản xuất vượt mức các sản phẩm dược phẩm khác nhau như axit mycophenolic bởi các chủng Penicillium roqueforti AG101 và LG109 khi được chiếu xạ (Ismaiel et al. 2014, 2015; El-Sayed et al. 2019c), paclitaxel bằng chiếu xạ UV Fusarium mairie (Xu et al. 2006), taxol bằng UV và gamma Aspergillus fumigates và Alternaria tenuissima (El-Sayed và cộng sự 2019d), cardiac glycoside digoxin bằng chiếu xạ gamma Epicoccum nigrum (El-Sayed và cộng sự 2019a).

Công nghệ nano và dẫn thuốc HupA ức chế AChE

Các vật liệu nano khác nhau có các đặc điểm vật lý, hóa học và sinh lý học đặc biệt cho phép chúng trở thành ứng cử viên hoàn hảo cho nhiều ứng dụng (Maksoud và cộng sự 2018, 2019; Pal và cộng sự 2018; Thirugnanasambandan và cộng sự 2018; Asiya và cộng sự 2020; Elkodous et al. 2019c; Govindasamy et al. 2019; Pal et al. 2019; Jeevanandam et al. 2020). Các ứng dụng y sinh của vật liệu nano đã được nhiều nhà nghiên cứu xem xét trong thập kỷ qua vì vai trò quan trọng mà chúng có thể thực hiện trong việc cải thiện sức khỏe cộng đồng (Elkodous et al. 2019a, b, d, e; El-Batal et al. 2019 ; Wong và cộng sự 2019; Abdelhakim và cộng sự 2020; Elkhenany và cộng sự 2020; El-Sayed và cộng sự 2020a, b).

Những tiến bộ của công nghệ nano thông qua hệ dẫn thuốc dựa trên vật liệu nano đã mở ra hướng điều trị AD tốt hơn (Fonseca-Santos và cộng sự 2015; Ansari và cộng sự 2017; Wen và cộng sự 2017). Chất mang nano được thiết kế có thể vượt qua hàng rào máu não một cách hiệu quả (Costantino et al. 2005; Mahajan et al. 2010; Guarnieri et al. 2014; Gao 2016). Do đó, nồng độ thuốc trong tế bào thần kinh đích sẽ tăng lên đáng kể so với các phương pháp điều trị truyền thống không có chất mang nano (Wen et al. 2017). Hoạt động vượt trội này của chất mang nano có thể là do kích thước siêu nhỏ của chúng và khả năng của chúng được kết hợp với các tác động cụ thể để có tính chọn lọc và tính thấm tốt hơn (Peer và cộng sự 2007; Arruebo và cộng sự 2009; Tiwari và cộng sự 2011).

HupA có thể được phân phối hiệu quả đến não thông qua nhiều chất mang nano như hạt nano cao phân tử (PNP), hạt nano lipid (LNPs), liposome, nano-nhũ tương và vi nhũ tương như được trình bày trong Hình 3.

Hạt nano polyme

Các hạt nano cao phân tử (PNPs) có rất nhiều đặc điểm hấp dẫn khiến chúng trở nên rất phù hợp để dẫn HupA như khả năng tương thích sinh học, độ ổn định tốt, độc tính thấp hơn, giải phóng thuốc có thể kiểm soát, dễ sản xuất và phản ứng sinh miễn dịch thấp hơn (Khalil và Mainardes 2009).

PNPs là các NPs dạng keo có diện tích bề mặt cao hơn và thuốc có thể được liên kết với chúng thông qua hấp phụ vật lý hoặc bằng liên kết hóa học thông qua các biến đổi bề mặt sau khi ghép với các polyme khác như polyethylene glycol (PEG) và poloxamers (Cismaru và Popa 2010; Elsabahy và Wooley 2012 ). Tuy nhiên, sự đào thải nhanh chóng của PNPs khỏi tuần hoàn máu do tương tác của chúng với hệ thống lưới nội mô là một vấn đề thách thức cần được nghiên cứu thêm (Reis et al. 2006; Jawahar và Meyyanathan 2012).

Hạt nano lipid

Không giống như PNPs, LNPs là dạng phân tán có cùng ưu điểm của PNPs với kích thước tương đối nhỏ hơn và khả năng kiểm soát tốt hơn việc phóng thích thuốc, nhắm mục tiêu và độ ổn định cao hơn chống lại sự phân hủy thuốc (Patel và cộng sự 2013). LNPs bao gồm hai loại chính: NPs lipid rắn (SLNPs) và chất mang lipid có cấu trúc nano (NLCs) (Wissing và cộng sự 2004; Naseri và cộng sự 2015). Sự khác biệt chính giữa hai loại là SLNPs có lõi lipid ở trạng thái rắn ở nhiệt độ cơ thể trong khi NLCs chứa hỗn hợp lipid rắn và lỏng (Gastaldi et al. 2014).

Hình 3. Các hệ dẫn thuốc dựa trên vật liệu nano khác nhau dành cho thuốc HupA như một phương pháp điều trị AD tiềm năng

SLNPs được phát triển vào năm 1991, cung cấp tiềm năng dẫn thuốc đầy hứa hẹn đối với các vectơ dạng keo khác như PNPs, liposome và nhũ tương; chúng được thiết kế đặc biệt để chuyển một hỗn hợp ưa béo (Freitas và Müller 1999). Các ưu điểm chính của SLNPs là tính chọn lọc cao hơn, tính tương hợp sinh học, không có dung môi hữu cơ trong quá trình bào chế và cải thiện giải phóng thuốc. Tuy nhiên, chúng có một số hạn chế như không gian đóng gói thuốc cố định và khả năng loại bỏ thuốc trong suốt quá trình bảo quản (hiệu quả nạp thuốc kém) (Mukherjee et al. 2009). Để khắc phục những hạn chế của SLNPs, NLCs đã được phát triển và nhận được nhiều nghiên cứu đáng kể (Müller et al. 2002). Các NLCs được sử dụng rộng rãi để dẫn HupA do chất nền lipid rắn-lỏng độc đáo của chúng như được hiển thị trong Hình 4.

NLCs được tạo ra bằng cách trộn chất béo rắn với chất béo lỏng không nhất quán về mặt không gian trong các điều kiện được kiểm soát. Các NLCs chứa HupA được tổng hợp hiệu quả bằng phương pháp siêu âm nóng chảy phù hợp, sau đó là đồng nhất hóa áp suất cao (Yang et al. 2010).

Kết quả DSC tiết lộ rằng ma trận HupA quá tải với NLCs có khả năng sắp xếp tinh thể kém. Do đó, có thể tạo ra nhiều điểm không hoàn hảo dẫn đến các khoảng trống cản trở việc nạp thuốc. Nghiên cứu in vitro cho thấy sự vỡ sớm sau đó là sự phóng thích kéo dài (Yang et al. 2010). Ngoài ra, Patel et al. (2013) thực hiện nghiên cứu so sánh in vitro và in vivo để kiểm tra việc phân phối HupA; họ đã sử dụng phương pháp khuôn mẫu vi nhũ tương để điều chế SLNPs, NLCs và vi nhũ tương để điều trị AD. Kết quả của họ cho thấy khả năng đáng kể của vi nhũ tương, tiếp theo là SLNPs và sau đó là NLCs để dẫn HupA sau 24 giờ điều trị. Hơn nữa, các nhóm chuột được điều trị bằng các chất mang nano được nạp HupA này cho thấy sự phát triển đáng kể trong khả năng nhận thức đối với nhóm đối chứng.

Hình 4. Chất mang lipid có cấu trúc nano được nạp HupA cho một hệ thống dẫn thuốc tiềm năng để dẫn thuốc từ mũi đến não

Gần đây, một phức hợp gồm chất kết dính muco (muco-Adhesive) được nạp HupA và polylactide-co-glycoside (PLGA-NPs) với sự điều chỉnh bên ngoài bằng chitosan N-trimethylated liên hợp với lactoferrin (TMC NPs) đã được tạo ra để dẫn truyền HupA qua đường mũi hiệu quả đến não, cho liệu pháp điều trị rối loạn Alzheimer tiềm năng (Sheng et al. 2015; Meng et al. 2018).

Thật không may, NLCs có một số hạn chế do việc nạp thuốc vào chúng được kiểm soát bởi nhiều thông số như loại lipid, đặc tính lipid, phương pháp sản xuất và chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong sản xuất (Qian và cộng sự 2013; Kathe và cộng sự 2014; Lauterbach và Müller- Goymann 2015).

Liposome

Liposome là những túi hình cầu có kích thước 50-100 μm, bao gồm phospholipid-hai lớp bao bọc lõi bên trong (Wright và Huang 1989; Schroeder et al. 2009). Chúng có tính tương thích sinh học cao và không độc hại (He et al. 2019). Ngoài ra, chúng có khả năng bao bọc cả thuốc ưa nước và kỵ nước và chúng thể hiện khả năng bảo vệ vượt trội của thuốc được bao bọc chống lại sự phân hủy của enzym (Bruch và cộng sự 2019; Mirab và cộng sự 2019). Tuy nhiên, họ cho thấy sự ổn định phụ thuộc vào loại phospholipid; điện tích của các phospholipid ảnh hưởng đến sự ổn định của chúng (Wen et al. 2017).

Nhũ tương nano và vi nhũ tương

Nhũ tương nano dầu trong nước có màu đục và hệ thống phân phối thuốc không đồng nhất ổn định chất hoạt động bề mặt; chúng bao gồm các giọt dầu (10-100 nm) phân tán trong nước hoặc các dung dịch nước khác (Hort và cộng sự 2019; Karami và cộng sự 2019). Mặt khác, nhũ tương nano có thể được sử dụng hiệu quả để bao bọc HupA với tính bảo vệ cao chống lại sự suy thoái và có thể được sản xuất ở quy mô lớn (Jiang et al. 2019). Jiang và cộng sự. (2019) đã báo cáo một hệ thống dựa trên nhũ tương nano mới được nạp Lactoferrin để tăng cường dẫn truyền thuốc theo mục tiêu thông qua đường mũi. Kết quả của họ cho thấy việc nhắm mục tiêu thành công các tế bào hCMEC/D3, hệ thống của chúng không độc hại và có độ ổn định cao đến 6 tháng (Jiang et al. 2019).

Tuy nhiên, nhũ tương nano có một số hạn chế như tách pha không ổn định và giải phóng không được kiểm soát (Basha et al. 2019). Mặt khác, vi nhũ tương là hệ thống rõ ràng và trong suốt bao gồm nước, dầu và amphiphile là một dung dịch lỏng ổn định (Poh và cộng sự 2019). Ưu điểm của vi nhũ tương so với nhũ nano là tính ổn định nhiệt động lực học và hiệu quả về chi phí vì chúng không cần quá nhiều năng lượng (Kumar và Pravallika 2019). Tuy nhiên, vi nhũ tương cần một lượng lớn chất nhũ hóa (Doering 2019).

Trên hết, cấu trúc hóa học của HupA (như một chất chuyển hóa thứ cấp của quá trình tổng hợp vi sinh vật), với các nhóm chức năng quan trọng của nó như C = O và N – H (Jiang et al. 2003), cả O và N đều chứa một cặp electron duy nhất cho thấy khả năng khử ion kim loại của nó, sau đó chế tạo các NPs khác nhau sẽ được kết hợp và/hoặc liên hợp với chất khử và như một chất ổn định có thể ngăn chặn sự kết tủa và kết tụ của các NPs kim loại (Mosallam và cộng sự 2018; El-Sayyad et al. 2019). Cuối cùng, một số nghiên cứu so sánh và khảo sát báo cáo sự kết hợp của HupA với các hợp chất có cấu trúc nano khác nhau được liệt kê trong Bảng 6.

Bảng 6. Các nghiên cứu so sánh và khảo sát liên quan đến việc kết hợp HupA với các hợp chất cấu trúc nano khác nhau

Kết luận và cách tiếp cận trong tương lai

Các ứng dụng rộng rãi của các chất ức chế AChE, đặc biệt là trong điều trị AD vì số lượng bệnh nhân AD liên tục tăng và tính khả thi của việc sản xuất chất ức chế AChE bằng phương pháp lên men vi sinh vật khiến cần phải nỗ lực nghiên cứu nhiều hơn để khám phá ra các chất ức chế AChE vi sinh vật mới hơn . Ngoài ra, cần áp dụng thêm các quy trình tăng cường chủng vi sinh vật. Theo khuyến nghị, bên cạnh quá trình lên men chìm thông thường (SMF), lên men ở trạng thái rắn (SSF) có thể là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn để sản xuất các chất ức chế AChE. Trong những năm qua, SSF đã chứng tỏ là một hệ thống đầy hứa hẹn cho việc sản xuất nhiều sản phẩm có giá trị. SSF có nhiều lợi thế so với SMF thông thường bao gồm khả năng chống vi sinh vật đối với quá trình ức chế dị hóa, quy trình sản xuất chi phí thấp, sản xuất các chất chuyển hóa ở mức cao hơn, năng suất và tiềm năng áp dụng chất thải nông nghiệp làm chất nền giàu dinh dưỡng (El- Sayed et al. 2019c , 2020c).

Ngoài ra, kỹ thuật cố định vi sinh vật sẽ rất tiềm năng và hứa hẹn để tăng cường sản xuất vi sinh vật ức chế AChE và đạt được quy trình sản xuất liên tục hoặc bán liên tục. Kỹ thuật này hiệu quả đối với một quy trình sản xuất tốn nhiều thời gian và các chu kỳ lên men liên tiếp với khả năng chiết xuất và tinh chế sản phẩm (Ismaiel et al. 2015; El-Sayed et al. 2019b, 2020d). Sau khi đạt được những bước này, có thể chuyển sản xuất vi sinh vật ức chế AChE từ quy mô phòng thí nghiệm cải tiến sang sản xuất công nghiệp quy mô lớn đầy hứa hẹn.

Tác giả Amira G. Zaki, 18/3/2020 trên Springer;

Nguồn https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00253-020-10560-9

Người dịch: Tiến sỹ Hoàng Lâm
Phó viện trưởng Viện Y học bản địa Việt Nam.