mang đến một “kho tàng” các tác nhân điều trị cho vô số tình trạng sức khỏe và đóng góp đáng kể cho lĩnh vực y học. Các hoạt chất từ TCMs, khai thác nguyên liệu từ nguồn thực vật, động vật và khoáng vật, ngày càng được công nhận trên toàn cầu về lợi ích sức khỏe và tiềm năng điều trị. Tuy nhiên, việc ứng dụng rộng rãi TCMs bị cản trở bởi các thách thức như chất lượng không đồng nhất, độ tan thấp, vấn đề về độ ổn định, tác dụng phụ tiềm ẩn và thiếu cơ chế nhắm trúng đích chính xác. Mặc dù tồn tại những trở ngại này, hiệu quả điều trị của TCMs phần lớn được quy cho các phân tử có hoạt tính sinh học của chúng, bao gồm các nhóm carboxyl, alcohol, phenol và amine. Những thành phần này, chiếm phần lớn trong TCMs, thể hiện các đặc tính dược lý chịu trách nhiệm cho các tác dụng điều trị đặc trưng, như giải quyết vấn đề tương hợp, tương tác hiệp đồng giữa nhiều thành phần và tác động lên nhiều đích sinh học. Do đó, việc khai thác sâu và ứng dụng chiến lược các phân tử hoạt tính này có thể mở ra những chân trời mới cho TCMs, củng cố vị thế của chúng như một lựa chọn điều trị mạnh mẽ và khả thi trong y học hiện đại.
Những tiến bộ gần đây trong nghiên cứu hệ vận chuyển thuốc dựa trên nanocarrier mang lại những lợi ích đáng kể trong việc khắc phục các hạn chế vốn có của TCMs, bao gồm sinh khả dụng thấp, độ tan trong nước hạn chế và độ ổn định biến thiên. Sự gia tăng các công bố nghiên cứu về việc vận chuyển các phân tử hoạt tính thông qua nanocarrier trong những năm gần đây cho thấy sự ghi nhận ngày càng rõ về năng lực của các nanocarrier. Nanocarrier giúp tăng sinh khả dụng và độ chính xác trong nhắm đích của TCMs, đồng thời giảm các tác dụng bất lợi. Hiệu ứng tăng tính thấm và giữ lại vốn có của nanocarrier hỗ trợ cơ chế nhắm đích thụ động, cho phép vận chuyển hiệu quả hơn đến vị trí bệnh. Hơn nữa, nhắm đích chủ động có thể đạt được thông qua các nanocarrier được gắn ligand liên kết với các thụ thể đặc hiệu, từ đó khuếch đại hiệu quả nhắm đích của TCMs. Các hệ này cũng có thể kéo dài thời gian giải phóng thuốc, cho phép kiểm soát tốc độ giải phóng và giảm tích lũy độc tố, qua đó tối ưu hóa hiệu quả điều trị. Ngoài ra, nanocarrier còn cải thiện độ tan trong nước và độ ổn định của các thành phần kỵ nước trong TCMs, từ đó nâng cao sinh khả dụng và hiệu quả tổng thể của chúng.
Một loạt đa dạng các nanocarrier đã được khai thác nhằm tăng cường đặc tính điều trị của TCMs trong lĩnh vực y sinh, bao gồm các hệ dựa trên lipid như ethosome và transfersome, các nanocarrier polymer và các hạt nano vô cơ. Trong số đó, nanocarrier polymer thu hút sự quan tâm nghiên cứu nhiều nhất, nhờ khả năng cải thiện sinh khả dụng và đảm bảo độ ổn định, cung cấp nhiều lựa chọn công thức linh hoạt, hỗ trợ vận chuyển nhắm đích và thâm nhập mô, cũng như cho phép cơ chế giải phóng có kiểm soát. Bài tổng quan này đi sâu vào các đặc tính lý hóa của các thành phần hoạt tính sinh học chủ yếu trong TCMs — bao gồm terpenoid, flavonoid, alkaloid và polyphenol — và hướng tới việc mở đường cho một khảo sát toàn diện về các ứng dụng tiên tiến của nanocarrier polymer trong việc vận chuyển TCMs. Chúng tôi sẽ xem xét việc đưa các hợp chất giá trị này vào cơ thể và làm rõ cách mà nanocarrier polymer có thể đạt được mục tiêu đó một cách hiệu quả. Thông qua cách tiếp cận này, bài tổng quan đặt nền tảng cho việc đánh giá sâu về khả năng của nanocarrier polymer trong việc khai thác toàn diện tiềm năng điều trị của TCMs, đưa các đặc tính chữa bệnh vốn có của chúng lên vị trí trung tâm trong các ứng dụng y học hiện đại.
2.1. Terpenoids
Terpenoids, còn được gọi là isoprenoids, là một họ rất lớn các sản phẩm tự nhiên và là một trong những nhóm hợp chất hữu cơ phong phú nhất trong tự nhiên, với các ví dụ tiêu biểu như triptolide, celastrol, botulin và artemisinin (Hình 1). Những hợp chất đa dạng về cấu trúc này có nguồn gốc từ quá trình sinh tổng hợp của các tiền chất đơn giản là isopentenyl diphosphate và dimethylallyl diphosphate, thông qua các con đường phức tạp của chu trình isoprenoid — một chuỗi chuyển hóa tinh vi bao gồm nhiều phản ứng enzyme.
Terpenoids hiện diện rộng khắp trong giới thực vật, đồng thời cũng được tìm thấy ở nấm, vi khuẩn và động vật, và được biết đến với phổ hoạt tính dược lý và vai trò sinh học rất đa dạng. Các nghiên cứu đã làm rõ nhiều tác dụng sinh học khác nhau của terpenoids, bao gồm chống viêm, kháng khuẩn, chống ung thư và chống ký sinh trùng, khiến chúng trở thành nhóm hợp chất có tiềm năng lớn trong việc phát triển các tác nhân điều trị mới.
2.2. Flavonoids
Flavonoids là nhóm chất chuyển hóa thứ cấp phổ biến nhất trong thực vật, hình thành qua quá trình chọn lọc tự nhiên và chủ yếu được tìm thấy ở nhiều bộ phận khác nhau của cây, đặc biệt là cánh hoa, lá và quả. Đặc trưng bởi cấu trúc cơ bản 2-phenyl chromone (C6–C3–C6), flavonoids gồm hai vòng thơm A và B liên kết với nhau qua một mạch ba nguyên tử carbon.
Hệ flavonoid tự nhiên rất đa dạng, có thể được phân loại thành tám nhóm riêng biệt dựa trên mức độ lai hóa của nguyên tử carbon trung tâm và vị trí gắn của vòng B (ở vị trí thứ hai hoặc thứ ba). Các nhóm này bao gồm: flavone, flavonol, dihydroflavonoid, dihydroflavonol, isoflavone, flavan-3-ol, anthocyanin và chalcone; với các ví dụ như baicalin, gambogic acid và puerarin được minh họa trong Hình 1.
Flavonoids thường tồn tại dưới dạng tinh thể hoặc bột, và màu sắc của chúng phụ thuộc vào số lượng, vị trí cũng như bản chất của các nhóm thế trong hệ liên hợp chéo và các nhóm mang màu (chromophore) trong cấu trúc phân tử.
Flavonoids đã được chứng minh có nhiều đặc tính dược lý đáng chú ý và được công nhận về tiềm năng trong phòng ngừa các bệnh tim mạch và mạch máu não. Các hợp chất có hoạt tính sinh học này có khả năng tăng cường độ bền thành mạch, giảm cholesterol và lipid máu, thúc đẩy tuần hoàn máu, đồng thời giúp phòng tránh các bệnh phổ biến như xuất huyết não, bệnh mạch vành, tăng huyết áp và đau thắt ngực, đặc biệt ở người cao tuổi.
2.3. Alkaloids
2.3.1. Vinblastine và các dẫn xuất
Phân tích hóa học các dịch chiết từ Catharanthus roseus đã xác nhận sự hiện diện của vinblastine (VBL, C₄₆H₅₈N₄O₉) và vincristine — những tác nhân chống ung thư mạnh đã được ứng dụng lâm sàng hơn sáu mươi năm. VBL là một alkaloid indole diterpenoid phức tạp, có cấu trúc tinh thể dạng kim đặc trưng, có độ bền nhiệt thấp và tan trong các dung môi hữu cơ như methanol, acetone và ethyl acetate nhưng không tan trong nước hoặc ether dầu mỏ. VBL nhạy cảm với ánh sáng, dễ bị phân hủy và cần được bảo vệ. Sự khan hiếm của thuốc này một phần do quá trình tổng hợp và chiết xuất phức tạp.
VBL có độc tính ức chế tủy xương và được cấu thành từ phần verapamil phía trên và vindoline phía dưới. Ngược lại, vincristine nổi bật với độc tính thần kinh, ít gây ức chế tủy xương hơn và có tác dụng ức chế khối u mạnh hơn do sự oxy hóa nhóm 1-N-methyl trên phần vindoline. Sự khác biệt cấu trúc nhỏ giữa hai thuốc này đã thu hút nhiều nghiên cứu do ảnh hưởng lớn đến hiệu quả chống ung thư và độc tính. Các cải tiến hóa học từ VBL đã dẫn đến việc thương mại hóa các thuốc mạnh hơn và ít độc hơn như Vindesine, Vinorelbine và Vinflunine. Tuy nhiên, việc sử dụng lâm sàng của VBL và các dẫn xuất vẫn bị hạn chế bởi độc tính thần kinh ngoại biên, ức chế tủy xương và hiện tượng kháng thuốc qua P-glycoprotein ở giai đoạn muộn. Việc giảm độc tính và kháng thuốc vẫn là thách thức lớn trong ung thư học.
2.3.2. Camptothecin và các dẫn xuất
Năm 1966, các nhà hóa học Mỹ Wall và Wani lần đầu tiên phát hiện một hợp chất pentacyclic có tên Camptothecin (CPT, C₂₀H₁₆N₂O₄). CPT có cấu trúc phức tạp gồm vòng pyridinone (vòng D), các vòng pyrrole (A, B, C) và đặc biệt là vòng α-hydroxylactone sáu cạnh (vòng E). Vòng lactone này với cấu hình bất đối xứng 20S đóng vai trò quan trọng tạo nên hoạt tính chống ung thư mạnh.
CPT và các dẫn xuất của nó thường không tan trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi phân cực không proton như methanol và dimethyl sulfoxide. Dung dịch CPT phát huỳnh quang xanh tím dưới tia UV, và dạng vòng lactone đóng vai trò quyết định hoạt tính sinh học. CPT thể hiện tác dụng chống ung thư bằng cách ức chế enzyme topoisomerase I — enzyme thiết yếu cho quá trình sao chép DNA — từ đó gây đứt gãy DNA và ức chế sự nhân lên của tế bào ung thư.
2.3.3. Berberine
Berberine (BBR, C₂₀H₁₈NO₄) là một alkaloid isoquinoline được nghiên cứu rộng rãi về tác dụng dược lý. Nó được chiết xuất từ Coptis chinensis thuộc họ Mao lương. Trong tự nhiên, BBR chủ yếu tồn tại dưới dạng muối amoni bậc bốn và có mặt ở rễ, thân và lá của nhiều loài thực vật.
Mặc dù có thể tổng hợp với số lượng lớn, BBR khó tan trong dung môi hữu cơ, nhưng tan tốt hơn trong nước lạnh và ethanol, với độ tan tăng theo nhiệt độ. BBR tinh khiết có dạng tinh thể hình kim màu vàng, nhiệt độ nóng chảy khoảng 145°C và phát huỳnh quang vàng dưới tia UV. Các nghiên cứu gần đây cho thấy BBR có nhiều hoạt tính sinh học như bảo vệ tim mạch, bảo vệ thần kinh, kháng khuẩn và chống viêm.
2.3.4. Evodiamine
Evodiamine (EVO, C₁₉H₁₇N₃O) là một alkaloid indole có nguồn gốc từ Evodia rutaecarpa, một dược liệu truyền thống. EVO có cấu trúc pentacyclic độc đáo chứa ba nguyên tử nitơ.
EVO thể hiện nhiều hoạt tính dược lý như giảm đau, chống ung thư, kháng khuẩn và điều hòa chuyển hóa. Ngoài ra, nó còn có các tác dụng sinh học như chống huyết khối, giãn mạch, chống viêm, chống béo phì, điều hòa thân nhiệt và bảo vệ tim mạch. Phổ tác dụng rộng này cho thấy tiềm năng ứng dụng của EVO trong nhiều bệnh lý như ung thư, viêm, béo phì và bệnh tim mạch.
2.4. Polyphenols
Polyphenols là một nhóm hợp chất tự nhiên đa dạng, phân bố rộng rãi trong thực vật, nổi bật với khả năng chống oxy hóa và chống viêm mạnh. Chúng được đặc trưng bởi một hoặc nhiều vòng phenol và được tổng hợp trong thực vật thông qua con đường shikimate và/hoặc polyketide.
2.4.1. Curcumin
Curcumin (C₂₁H₂₀O₆) là một polyphenol màu vàng được chiết từ thân rễ Curcuma longa (nghệ). Trong TCMs, curcumin được dùng để điều trị nhiều bệnh như viêm khớp, loét dạ dày, lỵ, bong gân và nhiễm trùng da.
Curcumin có hoạt tính chống ung thư rõ rệt đối với ung thư gan, dạ dày và tuyến tiền liệt, đồng thời có tiềm năng trong điều trị bệnh não, rối loạn cholesterol và rối loạn chức năng nội mô. Ngoài ra, curcumin có độc tính tế bào thấp, là chất chống viêm và kháng virus hiệu quả.
2.4.2. Resveratrol
Resveratrol (C₁₄H₁₂O₃), hay 3,4,5-trihydroxy-trans-stilbene, ban đầu được phân lập từ rễ Veratrum puberulum và hiện đã được phát hiện trong hơn 70 loài thực vật. Nó đặc biệt nhiều trong nho, lạc và Polygonum cuspidatum.
Resveratrol tinh khiết có dạng tinh thể hình kim không màu, ít tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ như acetone và ethanol. Nó tồn tại ở hai dạng cis và trans, trong đó dạng trans là chủ yếu và có thể chuyển thành dạng cis dưới ánh sáng. Resveratrol có nhiều hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, chống viêm, chống ung thư, bảo vệ tim mạch, bảo vệ thần kinh, chống loãng xương và kháng virus.
2.4.3. Rosmarinic Acid
Rosmarinic acid (RA, C₁₈H₁₆O₈) là một polyphenol tự nhiên có nhiều trong các loài thuộc họ Hoa môi và họ Vòi voi. Cấu trúc của RA là một liên kết ester tạo thành từ acid caffeic và 3,4-dihydroxyphenyllactic acid.
RA có nhiều hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, chống viêm, kháng virus và chống huyết khối. Những tác dụng này chủ yếu nhờ vào cấu trúc chứa nhiều nhóm phenol giúp trung hòa gốc tự do và giảm stress oxy hóa. Ngoài ra, RA còn ảnh hưởng đến các con đường tín hiệu và biểu hiện gen liên quan đến viêm, huyết khối và nhiễm virus, cho thấy tiềm năng lớn trong điều trị.
2.4.4. Anthocyanins
Anthocyanins (ANCs) là các sắc tố tan trong nước có trong trái cây và rau, tạo ra màu sắc từ xanh, tím đến đỏ. Đây là thành phần polyphenol chính trong bắp cải tím và nhiều loại thực vật có màu sắc đậm.
ANCs có cấu trúc cation 2-phenylbenzopyran với các vòng A, B và C, và có sự biến đổi ở các nhóm gắn vào vòng B. Hiện đã xác định hơn 250 loại anthocyanin tự nhiên, trong đó phổ biến nhất là pelargonidin, cyanidin, delphinidin, peonidin, malvidin và petunidin.
ANCs có nhiều hoạt tính sinh học như chống ung thư, chống viêm, chống oxy hóa, cải thiện trí nhớ, hạ huyết áp, tăng cường nhận thức, chống xơ vữa động mạch và tăng khả năng chống bức xạ.
3. Polymer Nanocarriers trong vận chuyển hoạt chất từ TCMs
Các hệ thống phân phối thuốc tiên tiến thường sử dụng vật liệu polymer làm chất mang, đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy các tiến bộ trong bào chế dược phẩm, sản xuất thông minh và phát triển thuốc mới. Polymer nanocarriers cung cấp nhiều phương thức nạp thuốc đa dạng, như liên kết cộng hóa trị để tạo phức hợp polymer–thuốc, bao bọc thuốc trong các micelle hoặc túi polymer, và phân tán thuốc trong các gel polymer (Hình 2).
Các hệ mang này nổi bật nhờ tính tương thích sinh học cao, độc tính và tính sinh kháng nguyên thấp, khả năng điều chỉnh linh hoạt tải lượng thuốc và tốc độ giải phóng, cũng như khả năng hướng đích đến các vị trí tế bào hoặc dưới tế bào. Đồng thời, chúng giúp tăng hiệu quả điều trị, giảm tác dụng phụ, và có thể áp dụng cho nhiều loại thuốc khác nhau, bao gồm phân tử nhỏ, protein, peptide và acid nucleic.
Một số hệ mang polymer đã được thương mại hóa bao gồm Risperdal Consta®, Trelstar®, Sandostatin LAR®, Eligard®, Genexol®, Nanoxel®, và Somatuline Autogel®.
3.1. Polymer Micelles
Polymer micelles (PMs) đã nổi lên như những hệ nanocarrier đầy triển vọng nhờ khả năng tự lắp ráp từ các polymer lưỡng tính, tạo thành cấu trúc lõi–vỏ có thể bao bọc các thuốc kỵ nước. PMs có lõi kỵ nước có khả năng chứa các tác nhân hóa trị liệu ưa lipid như paclitaxel (PTX), từ đó cải thiện đáng kể độ tan của chúng.
Đồng thời, lớp vỏ ưa nước của micelle tạo ra một lớp hydrat hóa đóng vai trò như hàng rào bảo vệ, giúp giảm sự hấp phụ protein và tránh bị hệ liên võng nội mô (reticuloendothelial system) đào thải nhanh, qua đó kéo dài thời gian bán thải của thuốc.
PMs thường có kích thước hạt nhỏ và đồng đều, dao động trong khoảng 10–100 nm, và có thể điều chỉnh được thông qua việc thay đổi chiều dài của các đoạn polymer ưa nước.
Một ví dụ điển hình là Genexol® PMs, một dạng bào chế đã được phê duyệt lâm sàng, sử dụng copolymer khối lưỡng tính methoxy polyethylene glycol–poly(D,L-lactic acid) (mPEG-b-PDLLA) để tạo các micelle hình cầu bao bọc paclitaxel, mang lại một lựa chọn điều trị đầy triển vọng cho ung thư buồng trứng và ung thư phổi không tế bào nhỏ.
4. Kết luận và triển vọng
YHCT gặp nhiều thách thức trong ứng dụng lâm sàng, như sinh khả dụng thấp, độ tan kém, thời gian giải phóng trong cơ thể ngắn và nguy cơ tác dụng phụ. Bài tổng quan này đã trình bày khái quát các nhóm hoạt chất YHCT phổ biến trong lĩnh vực này, bao gồm terpenoids, polyphenols, flavonoids và alkaloids. Để giải quyết các vấn đề trên, các nhà nghiên cứu đã tập trung đáng kể vào nanocarrier — những hệ mang nhận được nhiều sự quan tâm nhờ khả năng tăng độ tan, cải thiện độ ổn định, tăng hấp thu, cho phép giải phóng kéo dài có kiểm soát và hướng đích. Đồng thời, bài viết cũng tổng hợp các loại polymer nanocarrier chính được sử dụng, bao gồm polymer micelle, túi polymer, hydrogel và các phức hợp thuốc–polymer. Những hệ này cho thấy tiềm năng lớn trong việc nâng cao hiệu quả điều trị của YHCT và khắc phục các hạn chế trong ứng dụng lâm sàng.
Mặc dù số lượng nghiên cứu ngày càng nhiều, việc tích hợp nanomedicine vào vận chuyển YHCT vẫn đang ở giai đoạn đầu. Việc ứng dụng YHCT trong nanomedicine còn bị hạn chế bởi phạm vi nghiên cứu chưa rộng, nền tảng lý thuyết còn yếu và thiếu các nghiên cứu cơ bản đầy đủ. Sự chưa rõ ràng về tác dụng điều trị cụ thể của từng thành phần YHCT đối với các bệnh khác nhau cũng làm tăng độ phức tạp trong việc phát triển các nanocarrier hiệu quả. Ngoài ra, việc sử dụng nanocarrier trong nanomedicine có thể kéo theo các vấn đề như tăng độc tính, tăng tính sinh miễn dịch, chi phí sản xuất cao và những rủi ro chưa lường trước. Vì vậy, việc phát triển các nanocarrier mới đòi hỏi phải có bằng chứng rõ ràng về hiệu quả lâm sàng, độ ổn định và tính kinh tế. Hiểu biết sâu hơn về các con đường chuyển hóa là cần thiết để đảm bảo an toàn khi sử dụng trên lâm sàng và định hướng thiết kế hợp lý. Để thúc đẩy lĩnh vực này, cần có các nghiên cứu sâu về dược động học và dược lực học của các nanocarrier mang hoạt chất YHCT. Những nghiên cứu này sẽ làm sáng tỏ cơ chế vận chuyển thuốc, đặc điểm dược động học, tính an toàn và hiệu quả, từ đó hỗ trợ thiết kế các hệ nanocarrier tối ưu. Với sự phát triển liên tục và hiểu biết ngày càng sâu sắc, tiềm năng to lớn của nanomedicine trong vận chuyển YHCT có thể được khai thác, góp phần cải thiện kết quả điều trị và chất lượng sống của bệnh nhân.
Mặc dù nhiều hệ thống dẫn thuốc nano đã được phát triển nhằm khắc phục các hạn chế của YHCT, mỗi loại vật liệu nano riêng lẻ vẫn tồn tại những giới hạn nhất định. Để giải quyết vấn đề này, việc phát triển các hệ lai (hybrid) từ nhiều loại vật liệu nano khác nhau, thông qua thiết kế hợp lý và chiến lược hiệu quả, được kỳ vọng sẽ vượt qua các hạn chế của các hệ mang hiện tại và mở rộng ứng dụng y sinh. Các nanohybrid polymer/vô cơ là các vật liệu composite kích thước nano với chức năng đặc biệt, được tạo thành từ sự kết hợp giữa polymer và các hạt nano vô cơ bằng các kỹ thuật chuyên biệt. Trong quá trình hình thành, các tương tác như lực tĩnh điện và liên kết hydro giữa hai pha polymer và vô cơ sẽ tự nhiên xuất hiện. Nhờ đó, các nanohybrid này kết hợp được ưu điểm của cả hai thành phần, bao gồm độ ổn định cao, an toàn tốt và khả năng đáp ứng thông minh với môi trường trong quá trình giải phóng thuốc. Ngoài ra, hình thái, kích thước và chức năng của nanohybrid có thể được điều chỉnh linh hoạt thông qua việc thay đổi tỷ lệ giữa polymer và thành phần vô cơ, giúp khắc phục nhiều hạn chế của từng vật liệu riêng lẻ. Tuy nhiên, hiện vẫn còn ít nghiên cứu về việc ứng dụng nanohybrid polymer/vô cơ trong YHCT, và đây là một hướng cần được khai thác mạnh mẽ trong tương lai do tiềm năng lợi ích rất lớn.