Artemisinin hay Qinghaosu ("ching-how-soo") là thành phần chính của thảo dược Trung Hoa có tên là Artemisia annua. Người Trung Hoa đã sử dụng thảo dược này để điều trị sốt trên 1000 năm trước.
Những ghi nhận sớm nhất về thuốc này là 200 năm trước công nguyên (200 BC), trong tài liệu "52 Bài thuốc" được khai quật trong ngôi mộ triều đại Nhà Hán. Việc áp dụng điều trị sốt rét được mô tả đầu tiên bởi Zhouhou Beji Fang trong cuốn sách "The Handbook of Prescriptions for Emergencies"), được hiệu đính vào giữa thế kỷ thứ IV bởi Ge Hong.
 |
Ge Hong, một trong những người đầu tiên ghi nhận tác dụng điều trị sốt rét của
cây thanh hao hoa vàng. Ảnh tại Quảng Đông, Trung Quốc. |
Vào những năm thập niên 1960, một chương trình nghiên cứu được thiết lập bởi Quân đội Trung Hoa để nghiên cứu đầy đủ vai trò điều trị sốt rét của thuốc này. Năm 1972, trong quá trình nghiên cứu Tu Youyou đã phát hiện ra artemisinin trong lá của cây Artemisia annua. Thuốc được đặt tên Trung Hoa là Qinghaosu. Đây là một thuốc trong danh sách cần nghiên cứu của gần 200 bài thuốc cổ truyền Trung Hoa có giá trị trong điều trị sốt rét.
Những nghiên cứu tiếp theo cho thấy thuốc này có hiệu lực làm sạch ký sinh trùng sốt rét nhanh nhất so với bất kỳ loại thuốc nào trước đó trong lịch sử.
Các nhà khoa học Trung Quốc đã chiết xuất thành công artemisin bằng dung môi n_hecxan và lấy tên thuốc là Quinghaosu. Tuy nhiên, artemisin vẫn chưa được biết đến rộng rãi cho đến khi nó xuất hiện trên một tạp chí khoa học về thuốc của Trung Quốc vào gần chục năm sau đó. Ban đầu, artemisinin bị hoài nghi về hoạt tính điều trị sốt rét của nó do các thí nghiệm chứng minh kết quả này chưa được công nhận. Bên cạnh đó, với lý do về cấu trúc hóa học không bền vững (chứa vòng peroxide –O-O-) nên artemisinin không được sử dụng để sản xuất như một loại thuốc chính thức. Tổ chức Y tế thế giới WHO đã xác định tính ưu tiên hàng đầu để phát triển các dấn xuất có tác dụng nhanh của artemisinin nhằm điều trị sốt rét ác tính thể não cũng như kiểm soát các trường hợp sốt rét P. falciparum đa kháng thuốc.
Đến năm 2004 Tổ chức y tế thế giới mới chính thức công nhận artemisinin là loại thuốc kỳ diệu, thay thế được nhiều loại thuốc sốt rét không còn tác dụng chữa bệnh sốt rét ác tính. Và cho tới nay, artemisinin được sử dụng trên toàn thế giới, đặc biệt là Châu Phi, nơi hàng năm có gần 1 triệu người chết vì căn bệnh sốt rét.
Cây thanh hao hoa vàng vốn mọc hoang ở miền Nam Trung Quốc và ở miền Bắc Việt Nam, là cây thân thảo sống trong vòng 1 năm, cao 1-3 m (hình trên). Lá mọc so le, phiến lá nhẵn, dọc gân chính và thân non có lông thưa, ngắn. Cụm hoa là những đầu nhỏ, tụ lại ở ngọn thân và cành. Quả hình trứng, lá và hoa có mui thơm đặc trưng vị hơi đắng.  |
Artemisia annua L. 1. Ngọn cây mang hoa; 2. Lá; 3. Cụm hoa đầu; 4. Hoa lưỡng tính; 5. Hoa cái. |
1. Chiết xuất artemisinin
Artemisinin dược dụng (sản phẩm đã được tinh xử lý để dùng cho mục đích làm thuốc) là chất rắn tinh thể hình kim, màu trắng, không mùi, vị hơi đắng, ít tan trong nước, tan được trong cloroform, ete dầu hỏa, và axeton; điểm nóng chảy 156-157oC. Có thể chiết tách artemisinin bằng dung môi hecxan (như Trung Quốc đã thực hiện) hay bằng xăng công nghiệp để giảm giá thành. Muốn đạt hàm lượng cao thường phải thu hoạch lá ngay trước khi ra hoa. Lá cây thanh hao hoa vàng chiếm 89% toàn bộ hàm lượng artemisinin.
Artemisinin có tên hóa học là (3R,5aS,6R,8aS,9R,12S,12aR)-Octahydro-3,6,9-trimethyl-3,12-epoxy-12H-pyrano[4,3-j]-1,2-benzodioxepin-10(3H)-one.
Công thức phân tử : C15H22O5. Công thức cấu tạo :
Trong phân tử artemisinin có 5 nguyên tử oxi, trong đó, 2 oxi tạo thành cầu peroxit trên vòng 7 thành phần, 2 oxi khác tham gia vào cấu trúc vòng lacton. Cấu hình không gian của artemisinin cho thấy có 8 trung tâm bất đối xứng (là một chất quang hoạt cao).
Dược thảo Artemisinin đã được sử dụng để trị liệu cho nhiều loại bệnh, đặc biệt là bệnh sốt rét ở nhiều nơi. Trong tiến trình này đã có nhiều nỗ lực cải tiến về thực vật học (gồm nuôi cây, tạo giống) và hóa học (gồm ly trích, tổng hợp). Mục đích chính là gia tăng hiệu năng sản xuất Artemisinin để đáp ứng nhu cầu của nạn nhân ở các vùng sốt rét trên thế giới. Tuy nhiên, việc cung cấp số lượng lớn Artemisinin cho dân số lớn lao nằm trong các vùng có nguy cơ sốt rét là rất khó, nếu không muốn nói là vô khả, vì việc sử dụng ly trích thường quy có năng suất thấp. Ngoài ra, phí tổn nằm ngoài khả năng tài chính của nhiều nước, nhất là những nước đang phát triển mà phần lớn bị đe doạn bởi bệnh sốt rét.
2. Sinh tổng hợp - Synthetic Biology (SB) và ứng dụng trong tổng hợp artemisinin:
Vì những khó khăn nêu trên, những nhà nghiên cứu y tế, sinh học đã lưu tâm đến kỹ thuật tách dòng (cloning) để mong tìm được giải pháp hữu hiệu hơn nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất lượng lớn Artemisinin. Nhưng khác với kỹ thuật tổng hợp các protein trị liệu đã được áp dụng thành công như insulin, growth hormone, cytokine, lymphokine, erythropoietin v.v. việc sử dụng phương pháp tách dòng để tạo hoạt chất artemisinin rất phức tạp. Lý do vì chu trình tổng hợp hóa chất thiên nhiên như artemisin cần sự tham gia của nhiều enzyme và sự phối hợp của những enzyme này để tạo ra hoạt chất.
May mắn thay, bộ môn Synthetic Biology đã ra đời và tổng hợp Amorphadiene (tiền chất của Artemisinin) cũng là ứng dụng thành công đầu tiên của kỹ thuật này cách đây 3 năm ở phòng thí nghiệm của J. Keasling tại Đại học California, Berkely (2).
Synthetic Biology (SB) là một nhánh mới của Sinh học phân tử, theo đó tế bào được coi là một bộ máy gồm các phần có thể tháo gỡ và thay đổi được để tạo thành một hệ thống điều hành mới có khả năng như mong muốn. Các phần (parts) có thể là những gene thụ cảm của tế bào (receptors), hoặc của enzyme, những protein hoạt hóa (activator) và của tất cả những protein có chức năng đặc biệt của tế bào. Như vậy, có thể nói SB là việc áp dụng cao độ kỹ thuật gene (genetic engineering) trên diện rộng. Phương pháp SB có tiềm năng tạo những tế bào mới với chức năng như ý muốn. Có hai đặc tính của SB so với các nghiên cứu dùng kỹ thuật gene khác:
(i) Về kỹ thuật, các bộ điều hành của hệ thống tế bào được tạo riêng từng phần (parts), do đó tùy theo cách ghép các phần này sẽ tạo được những hệ thống điều hành đa dạng theo như nhu cầu và ý muốn;
(ii) Về ứng dụng, mục tiêu của SB là tạo hệ thống điều hành có khả năng sản xuất những dược liệu thiên nhiên với năng suất cao (như tổng hợp Artemisinin),
Đặc biệt là phương pháp SB có hiệu năng rất cao vì dùng phương pháp tách dòng và sản xuất bằng E. Coli. Trong nghiên cứu tổng hợp artemisinin bằng phương pháp SB, hiệu năng đã tăng 10.000 lần và các nhà nghiên cứu hy vọng có thể tăng thêm 10 lần nữa khi kỹ thuật được hoàn chỉnh.
Về lý thuyết, khái niệm SB đã có từ cuối thập niên 1970 khi phát hiện enzyme giới hạn (restriction enzymes). Nhưng phải đợi đến thập niên 2000 thì mới được triển khai. Lý do vì kỹ thuật SB đòi hỏi kiến thức và sự phát triển của những bộ môn tân tiến khác gồm proteonomics (nghiên cứu cấu trúc và chức năng protein cũng như tương tác giữa chúng); metabolomes (nghiên cứu tổng hợp, biến dưỡng protein); bioinformatics (nghiên cứu tin sinh học) và cell signaling (nghiên cứu hệ thống tín hiệu của tế bào) để xác định chức năng của gene (gene function) và kết quả biến đổi kiểu hình của tế bào (phenotype).
Trên thực tế, viện nghiên cứu dược phẩm Institute of one World Health (IOWH), ở San Francisco đang tiến hành tổng hợp artemisinin dùng SB. Ở IOWH, tiến trình tổng hợp artemisinin còn đang trong giai đoạn đầu gồm các vấn đề căn bản như thiết lập một nền móng (platform) có khả năng tái lập (reproducible), năng suất cao (high yield), sản phẩm tinh khiết (purity) và sau đó là 3 giai đoạn thử nghiệm lâm sang (clinical phases, 3-5 năm).
3. Cấy Nấm Để Sản Xuất Thuốc Artemisinin Trị Sốt rét
Cũng tại phòng thí nghiệm của J. Keasling tại Đại học California, Berkely (2) cấy nấm Saccharomyces cerevisiae vào một số loại cây có thể sản xuất chất artemisinic acid, một bước tiến tiếp nối sản xuất thuốc trị sốt rét artemisinin.
Người Trung Hoa đã chiết xuất artemisinin từ lá cây Artemisia annua. Hiện nay, chiết xuất artemisinin có chi phí rất cao. Theo các nhà khoa họcthì một khi thành công điều chế artemisinin bằng cách cấy nấm, giá thuốc sẽ rẻ hơn.
Trong một nghiên cứu trước đây trong Nature Structure Molecular Biology, 12: 628, 2005, cho biết: chỉ cần đột biến một amino acid là đủ gây hiện tượng có tính kháng sinh.
Chính J.Keasling là người đã sản xuất thuốc artemisinin qua vi trùng E.coli tại Đại Học Berkeley. Kỹ thuật bao gồm cách ghép di thể từ vi trùng, vơí di thể từ nấm và di thể một loại cây, sinh ra chất amorphadiene, nhờ đó sản xuất được artemisinin.
Nhưng nếu sản xuất artemisinin bằng cách cấy nấm sẽ rẻ hơn. Dùng nấm có phân hóa tố P450 biến chuyển từ amorphodiene sang artemisinic acid dễ dàng hơn là cách sản xuất dùng vi trùng E. Coli trước đây.
Tài liệu tham khảo:
1. http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sb-PBD-anti-malarial.html
2. http://openwetware.org/wiki/Labs
3. http// www.Artemisininproject.org
4. http//www.yduocngaynay.com
5. http://congnghehoahoc.org/
6. http://www.sinhhocvietnam.com/forum/showthread.php?t=1763
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Artemisinin