Marine Drugs

Chitin, polymer tự nhiên quan trọng thứ hai trên thế giới, và dẫn xuất N-deacetylated của nó là chitosan, đã được xác định là những biopolymer đa năng cho nhiều ứng dụng trong y tế, nông nghiệp và ngành công nghiệp thực phẩm. Hai trong số những lý do chính cho điều này là trước hết, tính chất hóa học, vật lý hóa học và sinh học độc đáo của chitin và chitosan, và thứ hai, nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc sản xuất chúng. Các polymer này thể hiện các tính chất vật lý hóa học rất khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc chitin và điều kiện sản xuất chitosan. Sự hiện diện của các nhóm chức phản ứng cũng như bản chất polysaccharide của những biopolymer này cho phép chúng trải qua nhiều sự biến đổi hóa học khác nhau. Một phân tích hoàn chỉnh về hóa học và vật lý hóa học của chitin, chitosan và các dẫn xuất của chúng là không thể mà không sử dụng các kỹ thuật quang phổ. Bài tổng quan này tập trung vào ứng dụng của các phương pháp quang phổ trong phân tích cấu trúc của các hợp chất này.

Chitosan được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y sinh do các thuộc tính hóa học và dược lý của nó. Tuy nhiên, việc tiếp nhận chitosan dẫn đến việc tích tụ chitosan trong mô thận và thúc đẩy sự gia tăng bài tiết canxi. Mặt khác, tác động của chitosan đối với sự hình thành tinh thể canxi oxalat (CaOx) chưa được mô tả. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá khả năng chống oxy hóa của chitosan và sự can thiệp của nó trong việc hình thành tinh thể CaOx trong ống nghiệm. Ở đây, chitosan thu được từ thương mại đã được xác nhận danh tính thông qua phổ cộng hưởng từ hạt nhân và phổ hồng ngoại. Trong nhiều thử nghiệm, chitosan này cho thấy hoạt tính chống oxy hóa thấp hoặc không có. Tuy nhiên, nó cũng cho thấy hoạt tính chelat đồng tuyệt vời. Trong ống nghiệm, chitosan hoạt động như một tác nhân kích thích chủ yếu sự hình thành tinh thể CaOx dạng monohydrate, loại tinh thể phổ biến hơn ở bệnh nhân bị sỏi tiết niệu. Chúng tôi cũng quan sát thấy rằng chitosan làm biến đổi hình thái và kích thước của các tinh thể này, cũng như thay đổi điện tích bề mặt của các tinh thể, làm cho chúng dương hơn, điều này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác của các tinh thể này với tế bào thận. Chitosan có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành tinh thể trong ống nghiệm, và các phân tích trong cơ thể cần được thực hiện để đánh giá rủi ro khi sử dụng chitosan.

Các loài hải siêu, thuộc lớp Holothuroidea, là động vật không xương sống biển, thường sống ở các khu vực đáy biển và đại dương sâu trên toàn thế giới. Chúng có giá trị thương mại cao và sản lượng toàn cầu ngày càng tăng. Hải siêu, được gọi không chính thức là bêche-de-mer hoặc gamat, đã được sử dụng lâu đời làm thực phẩm và thuốc y học cổ truyền trong các cộng đồng ở châu Á và Trung Đông. Về mặt dinh dưỡng, hải siêu có hồ sơ ấn tượng về các chất dinh dưỡng giá trị như Vitamin A, Vitamin B1 (thiamine), Vitamin B2 (riboflavin), Vitamin B3 (niacin) và các khoáng chất, đặc biệt là canxi, magiê, sắt và kẽm. Nhiều hoạt động sinh học và dược lý độc đáo bao gồm chống hình thành mạch, chống ung thư, chống đông máu, chống huyết áp, chống viêm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, chống cục máu đông, chống khối u và làm lành vết thương đã được ghi nhận ở nhiều loài hải siêu khác nhau. Các thuộc tính trị liệu và lợi ích y học của hải siêu có thể được liên kết với sự hiện diện của một loạt các hợp chất sinh học đặc biệt, đặc biệt là triterpene glycosides (saponin), chondroitin sulfates, glycosaminoglycan (GAGs), polysaccharides sulfat, sterol (glycosides và sulfates), phenolic, cerberosides, lectin, peptide, glycoprotein, glycosphingolipid và axit béo thiết yếu. Bài tổng hợp này chủ yếu được thiết kế để đề cập đến các thành phần giá trị cao và các chất sinh học cũng như nhiều thuộc tính sinh học và trị liệu của hải siêu liên quan đến việc khám phá tiềm năng sử dụng của chúng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm dinh dưỡng.

Xương chứa một lượng đáng kể khoáng chất và protein. Hydroxyapatite [Ca10(PO4)6(OH)2] là một trong những dạng ổn định nhất của phosphate canxi và nó là thành phần chính (60 đến 65%) trong xương, cùng với các vật liệu khác như collagen, chondroitin sulfate, keratin sulfate và lipid. Trong những năm gần đây, những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong lĩnh vực cấy ghép nội tạng, tái tạo phẫu thuật và việc sử dụng các vật liệu giả để điều trị sự mất mát hoặc thất bại của một cơ quan hoặc mô xương. Chitosan đã đóng vai trò chính trong kỹ thuật mô xương trong hai thập kỷ qua, là một polymer tự nhiên thu được từ chitin, vốn là thành phần chính của lớp vỏ giáp xác. Gần đây, một sự chú ý đáng kể đã được dành cho các vật liệu composite chitosan và các ứng dụng của chúng trong lĩnh vực kỹ thuật mô xương do phản ứng cơ thể lạ tối thiểu, tính chất kháng khuẩn nội tại, khả năng tương thích sinh học, khả năng phân hủy sinh học và khả năng được đúc thành nhiều hình dạng và kiểu dáng khác nhau như cấu trúc xốp, phù hợp cho sự phát triển của tế bào và sự dẫn truyền xương. Hợp chất của chitosan bao gồm hydroxyapatite rất phổ biến do tính chất phân hủy sinh học và khả năng tương thích sinh học. Gần đây, polymer tự nhiên chitosan được ghép với ống nano carbon đã được kết hợp để tăng cường độ bền cơ học của các hợp chất này. Các hợp chất chitosan do đó đang nổi lên như những vật liệu tiềm năng cho xương giả và tái tạo xương trong kỹ thuật mô. Bài báo này sẽ thảo luận về sự chuẩn bị, các tính chất cơ học, tương tác hóa học và hoạt tính in vitro của các hợp chất chitosan cho kỹ thuật mô xương.

Cyanobacteria hay còn gọi là "tảo lam", là một nhóm đa dạng của vi khuẩn quang hợp sinh oxy, cư trú tại nhiều môi trường nước và đất khác nhau, thể hiện sự đa dạng hình thái vô cùng phong phú. Nhiều loài cyanobacteria phát triển thành bloom trong môi trường nước có khả năng sản sinh ra các chất chuyển hóa thứ cấp sinh học có hoạt tính, có tính độc cao đối với con người và các động vật khác. Từ góc độ độc tố học, các cyanotoxin được chia thành bốn loại chính: neurotoxins (độc thần kinh), hepatotoxins (độc gan), cytotoxins (độc tế bào) và dermatoxins (độc gây kích thích da). Tuy nhiên, về cấu trúc, chúng có sự khác biệt lớn. Trong thập kỷ qua, các con đường sinh tổng hợp của bốn loại cyanotoxin chính: microcystin, nodularin, saxitoxin và cylindrospermopsin đã được làm sáng tỏ về mặt di truyền và hóa sinh. Bài đánh giá này cung cấp cái nhìn tổng quát về các con đường sinh tổng hợp này và tóm tắt thêm hóa học và độc tố học của những loại chất chuyển hóa thứ cấp đáng chú ý này.

Vi tảo biển đã được sử dụng từ lâu như thực phẩm cho con người, chẳng hạn như Arthrospira (trước đây là Spirulina), và cho động vật trong nuôi trồng thủy sản. Sinh khối từ những loại vi tảo này và các hợp chất chúng sản sinh đã được chứng minh là có nhiều ứng dụng sinh học với nhiều lợi ích cho sức khỏe. Bài điểm lại nghiên cứu hiện tại về hoạt động sinh học và ứng dụng của polysaccharide, các hợp chất sinh học hoạt động tổng hợp bởi những loại vi tảo đơn bào biển, thường được giải phóng vào môi trường xung quanh (polysaccharide ngoại bào hoặc nội bào, EPS). Bài báo đi qua các hoạt động được nghiên cứu nhiều nhất của polysaccharide sulfat (sPS) hoặc các dẫn xuất của chúng, nhưng cũng nổi bật các ứng dụng ít được biết đến hơn như là tác nhân hạ lipid máu hoặc hạ đường huyết, hoặc như là tác nhân bôi trơn sinh học và giảm ma sát. Do đó, tiềm năng to lớn của sPS từ vi tảo biển để được sử dụng như là thực phẩm chức năng, tác nhân điều trị, mỹ phẩm, hoặc trong các lĩnh vực khác như kỹ thuật được đề cập trong bài viết này.

Môi trường biển chứa đựng một số lượng lớn các sinh vật vĩ mô và vi mô đã phát triển những khả năng trao đổi chất độc đáo nhằm bảo đảm sự sống còn của chúng trong các môi trường sống đa dạng và khắc nghiệt, dẫn đến sự sinh tổng hợp của nhiều loại hợp chất chuyển hóa thứ cấp với các hoạt động cụ thể. Một số trong những hợp chất này là sản phẩm thương mại có giá trị cao cho ngành công nghiệp dược phẩm và mỹ phẩm. Mục tiêu của bài review này là phác thảo các con đường khám phá và phát triển sản phẩm tự nhiên từ biển, với trọng tâm đặc biệt vào các hợp chất đã thành công trong việc đưa ra thị trường, và đặc biệt xem xét các phương pháp mà các công ty dược phẩm và mỹ phẩm đã áp dụng để tiếp thị những sản phẩm đó. Những thách thức chính gặp phải trong quá trình khám phá và phát triển các hợp chất sinh học từ biển đã được phân tích và nhóm lại thành ba loại: đa dạng sinh học (khả năng tiếp cận tài nguyên biển và sàng lọc hiệu quả), cung cấp và kỹ thuật (sản xuất bền vững các hợp chất sinh học và hiểu biết về cơ chế hoạt động) và thị trường (quy trình, chi phí, quan hệ đối tác và tiếp thị). Các mẹo để vượt qua những thách thức này được đưa ra nhằm cải thiện tỷ lệ thành công trong việc gia nhập thị trường cho các hợp chất sinh học từ biển đầy hứa hẹn trong các quy trình hiện tại, nhấn mạnh những gì có thể được học từ những câu chuyện thành công và không thành công có thể áp dụng cho các chương trình khám phá và phát triển sản phẩm tự nhiên từ biển mới và/hoặc đang diễn ra.

Tài liệu dược lý biển đã được đánh giá đồng nghiệp từ năm 2009 đến 2011 được trình bày trong bài tổng quan này, theo định dạng đã sử dụng trong các bài tổng quan giai đoạn 1998–2008. Dược lý của các hợp chất có cấu trúc đã được đặc trưng, được tách ra từ động vật biển, tảo, nấm và vi khuẩn, được thảo luận một cách tổng quát. Các hoạt động dược lý kháng khuẩn, chống nấm, chống động vật nguyên sinh, chống lao và chống virus đã được báo cáo cho 102 sản phẩm tự nhiên từ biển. Thêm vào đó, 60 hợp chất từ biển đã được ghi nhận có ảnh hưởng đến hệ miễn dịch và hệ thần kinh cũng như có tác dụng chống tiểu đường và chống viêm. Cuối cùng, 68 chuyển hóa từ biển cho thấy có khả năng tương tác với nhiều thụ thể và mục tiêu phân tử khác nhau, và do đó sẽ có khả năng đóng góp vào nhiều loại dược lý sau khi có thêm các nghiên cứu về cơ chế tác động. Dược lý biển trong giai đoạn 2009–2011 vẫn là một lĩnh vực toàn cầu, với các nhà nghiên cứu từ 35 quốc gia, và Hoa Kỳ, đã đóng góp cho dược lý tiền lâm sàng của 262 hợp chất biển, là một phần của quy trình dược phẩm tiền lâm sàng. Nghiên cứu dược lý tiếp tục với các sản phẩm tự nhiên từ biển sẽ góp phần nâng cao quy trình lâm sàng dược phẩm biển, mà vào năm 2013 bao gồm 17 sản phẩm tự nhiên từ biển, các dẫn xuất hoặc tương tự nhắm vào một số ít loại bệnh.

Biến đổi khí hậu với sự gia tăng nhiệt độ và axit hóa đại dương (OA) đang đặt ra những rủi ro cho các hệ sinh thái biển. Theo Pörtner và Farrell [1], các hiệu ứng tương tác giữa nhiệt độ cao và OA do CO2 gây ra lên chuyển hóa năng lượng sẽ thu hẹp cửa sổ dung sai nhiệt của các loài động vật ectotherm biển. Để kiểm tra giả thuyết này, chúng tôi đã nghiên cứu tác động của sự gia tăng nhiệt độ cấp tính lên quá trình chuyển hóa năng lượng của ngao, Crassostrea gigas, được phơi nhiễm mạn tính với nồng độ CO2 cao (áp suất riêng phần CO2 trong nước biển ~0.15 kPa, pH nước biển ~ 7.7). Trong vòng một tháng ủ ở mức PCO2 cao và 15 °C, pH huyết thanh giảm xuống (pHe = 7.1 ± 0.2 (nhóm CO2) so với 7.6 ± 0.1 (đối chứng)) và giá trị PeCO2 trong huyết thanh tăng (0.5 ± 0.2 kPa (nhóm CO2) so với 0.2 ± 0.04 kPa (đối chứng)). Nồng độ bicarbonate slightly nhưng có ý nghĩa gia tăng trong huyết thanh của ngao được ủ với CO2 ([HCO-3]e = 1.8 ± 0.3 mM (nhóm CO2) so với 1.3 ± 0.1 mM (đối chứng)) cho thấy chỉ có sự điều chỉnh tối thiểu về trạng thái acid-base ngoại bào. Ở nhiệt độ thích nghi 15 °C, sự giảm pHe do OA không dẫn đến sự suy giảm chuyển hóa ở ngao, vì tỷ lệ chuyển hóa tiêu chuẩn (SMR) của ngao tiếp xúc với CO2 tương tự như ở nhóm đối chứng. Khi nhiệt độ tăng lên cấp tính, SMR tăng ở cả hai nhóm, nhưng hiển thị sự gia tăng mạnh mẽ hơn ở nhóm ủ CO2. Nghiên cứu trên các tế bào mang tách rời cho thấy sự phụ thuộc nhiệt độ tương tự về hô hấp giữa các nhóm. Hơn nữa, phần năng lượng tế bào cho nhu cầu điều chỉnh ion thông qua Na+/K+-ATPase không bị ảnh hưởng bởi tình trạng hypercapnia mạn tính hoặc nhiệt độ. Phân tích chuyển hóa bằng phương pháp phổ 1H-NMR cho thấy những thay đổi đáng kể trong một số mô sau khi tiếp xúc với OA ở 15 °C. Trong mô áo, mức độ alanine và ATP giảm đáng kể trong khi sự gia tăng mức độ succinate được quan sát thấy trong mô mang. Những phát hiện này gợi ý về sự thay đổi trong các con đường chuyển hóa sau khi tiếp xúc với OA. Nghiên cứu của chúng tôi xác nhận rằng OA ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa năng lượng ở ngao và gợi ý rằng biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến quần thể của các động vật không xương sống ven biển cố định như thân mềm.