Trừu tượng:Thực vật là nguồn chính của các hợp chất hoạt tính sinh học có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm mỹ phẩm. Chiết xuất thực vật có nhiều lợi ích sức khỏe đã được chứng minh, trong đó có đặc tính chống lão hóa và chăm sóc da. Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng tăng đối với các sản phẩm mỹ phẩm có nguồn gốc thực vật, có một điều kiện tiên quyết quan trọng để thiết lập các phương pháp thay thế cho các phương pháp thông thường nhằm đảm bảo đủ sinh khối cho sản xuất bền vững. Các kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật, chẳng hạn như nuôi cấy rễ trong ống nghiệm, vi nhân giống hoặc tạo mô tế bào, mang lại khả năng tạo ra một lượng đáng kể các hợp chất hoạt tính sinh học độc lập với các yếu tố bên ngoài có thể ảnh hưởng đến quá trình sản xuất chúng. Sản xuất này cũng có thể được tăng lên đáng kể với việc thực hiện các phương pháp công nghệ sinh học khác như khơi gợi, kỹ thuật trao đổi chất, tiền chất và/hoặc cung cấp chất dinh dưỡng, cố định và thẩm thấu. Công việc này nhằm đánh giá tiềm năng của các công cụ công nghệ sinh học để sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học, tập trung vào các hợp chất hoạt tính sinh học có đặc tính chống lão hóa, có thể được sử dụng để phát triển các sản phẩm mỹ phẩm nhãn xanh. Ngoài ra, một số ví dụ chứng minh việc sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật để sản xuất các thành phần hoạt tính sinh học có giá trị cao cho các ứng dụng mỹ phẩm cũng được đề cập, cho thấy tầm quan trọng của các công cụ và phương pháp này đối với việc sản xuất bền vững các sản phẩm mỹ phẩm có nguồn gốc thực vật.

Glycoside của cistanche cũng có thể làm tăng hoạt động của SOD trong các mô tim và gan, đồng thời làm giảm đáng kể hàm lượng lipofuscin và MDA trong mỗi mô, loại bỏ hiệu quả các gốc oxy phản ứng khác nhau (OH-, H₂O₂, v.v.) và bảo vệ chống lại tổn thương DNA gây ra bởi gốc OH. Cistanche phenylethanoid glycoside có khả năng loại bỏ gốc tự do mạnh mẽ, khả năng khử cao hơn vitamin C, cải thiện hoạt động của SOD trong huyền phù tinh trùng, giảm hàm lượng MDA và có tác dụng bảo vệ nhất định đối với chức năng màng tinh trùng. Cistanche polysacarit có thể tăng cường hoạt động của SOD và GSH-Px trong hồng cầu và mô phổi của chuột lão hóa thực nghiệm do D-galactose gây ra, cũng như làm giảm hàm lượng MDA và collagen trong phổi và huyết tương, đồng thời tăng hàm lượng elastin, có tác dụng nhặt rác tốt đối với DPPH, kéo dài thời gian thiếu oxy ở chuột già, cải thiện hoạt động của SOD trong huyết thanh và làm chậm quá trình thoái hóa sinh lý của phổi ở chuột già thực nghiệm. Với sự thoái hóa hình thái tế bào, các thí nghiệm đã chỉ ra rằng Cistanche có khả năng chống oxy hóa tốt và có tiềm năng trở thành dược phẩm ngăn ngừa và điều trị các bệnh lão hóa da. Đồng thời, echinacoside trong Cistanche có khả năng đáng kể trong việc loại bỏ các gốc tự do DPPH và có thể loại bỏ các loại oxy phản ứng, ngăn chặn sự thoái hóa collagen do gốc tự do gây ra và cũng có tác dụng sửa chữa tốt đối với tổn thương anion gốc tự do của thymine.

Nhấp vào Cách uống Cistanche

【Để biết thêm thông tin:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

1. Giới thiệu

Ngành công nghiệp mỹ phẩm toàn cầu đang có tốc độ phát triển nhanh chóng do nhận thức về cái đẹp ngày càng tăng và mối quan tâm ngày càng tăng đối với việc chăm sóc sắc đẹp, bảo vệ da và các sản phẩm mỹ phẩm. Với sự mở rộng của lĩnh vực béo bở này, một xu hướng mới đã xuất hiện trong người tiêu dùng đối với các sản phẩm mỹ phẩm có nguồn gốc tự nhiên, bền vững và có nguồn gốc xanh thay vì mỹ phẩm tổng hợp, làm gia tăng thị trường chiết xuất thực vật toàn cầu [1]. Chẳng hạn, quy mô của thị trường này được định giá 10,19 tỷ USD vào năm 2021 và dự kiến ​​sẽ tăng theo cấp số nhân lên 22,49 tỷ USD vào năm 2030 [2,3]. Mối quan tâm lớn này được chứng minh bằng các đặc tính trị liệu nổi bật của chiết xuất thực vật không có hoặc có ít tác dụng phụ [4].

Thực vật luôn là nguồn cung cấp các thành phần hoạt tính sinh học chính với nhiều công dụng. Chúng có những lợi ích đã được chứng minh về sức khỏe và thể chất bao gồm cung cấp chất chống oxy hóa và bảo vệ chống lại bức xạ tia cực tím, cũng như chứa các đặc tính chống nhăn, chống ung thư, chống lão hóa và thay đổi làn da (làm trắng, giữ ẩm hoặc làm dịu) [5]. Tuy nhiên, do nhu cầu lớn đối với các sản phẩm mỹ phẩm có nguồn gốc thực vật, hiện nay, một số loài thực vật đang bị khai thác quá mức (bị thu hoạch với số lượng lớn từ môi trường sống tự nhiên của chúng) hoặc có nguy cơ tuyệt chủng. Ngoài ra, những thách thức, chẳng hạn như tăng trưởng chậm, thu hoạch theo mùa, sự hiện diện của các hợp chất độc hại trong thành phần hóa học của chúng và sự thay đổi trong các hợp chất hoạt tính sinh học giữa các loại thực vật và từ vụ thu hoạch này sang vụ thu hoạch khác, có thể là những yếu tố hạn chế tiềm năng sử dụng chúng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm. [4]. Những hạn chế này có thể được khắc phục bằng việc áp dụng các kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật kết hợp với các công cụ và phương pháp tiếp cận công nghệ sinh học.

Kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật mang đến một giải pháp thay thế hấp dẫn để sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học. Chúng có thể dễ dàng được định nghĩa là các kỹ thuật công nghệ sinh học dựa trên việc sử dụng môi trường nuôi cấy dinh dưỡng và các điều kiện vô trùng được kiểm soát để đảm bảo nuôi cấy và phát triển tế bào, mô và cơ quan thực vật [6]. Công nghệ này cho thấy nhiều ưu điểm so với các phương pháp canh tác nông nghiệp thông thường như (i) sản xuất chất chuyển hóa thứ cấp diễn ra độc lập với các yếu tố bên trong hoặc bên ngoài có thể ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và năng suất cây trồng, (ii) sản lượng của các thành phần hóa chất thực vật mong muốn bằng cách đảm bảo sản xuất liên tục, và (iii) sản xuất trong điều kiện được kiểm soát, do đó hạn chế nguy cơ ô nhiễm bởi hóa chất nông nghiệp (thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, thuốc diệt cỏ, phân bón hóa học) [7].

Đến nay, nhiều sản phẩm nhãn xanh (sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật) đã ra đời bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật. Một số trong số chúng có ứng dụng trong mỹ phẩm, chính xác hơn là điều trị lão hóa da và rối loạn da xảy ra do da tiếp xúc với các tác nhân bên ngoài [5,8]. Do đó, mục tiêu hàng đầu của bài đánh giá toàn diện này là cung cấp một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về các ứng dụng rộng rãi của kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật và phương pháp tiếp cận công nghệ sinh học để sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học có giá trị cao có thể được sử dụng trong công thức của các sản phẩm mỹ phẩm, với trọng tâm là về ngăn ngừa rối loạn da và các phân tử chống lão hóa da. Đánh giá cũng bao gồm một số ví dụ về công thức mỹ phẩm đã được cấp bằng sáng chế trong thập kỷ qua, trong đó kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật được áp dụng để tạo ra các phân tử hoạt động trong các công thức đó.

2. Lão hóa da: Ý nghĩa và nguyên nhân

2.1. Cấu trúc giải phẫu da và các chức năng chính

Da là cơ quan chính trong cơ thể con người và chiếm 1/6 tổng trọng lượng của cơ thể con người. Da được cấu tạo về mặt giải phẫu gồm 3 lớp chính: biểu bì, trung bì và hạ bì hay còn gọi là mô dưới da (Hình 1) [9]. Lớp ngoài (biểu bì) bao gồm năm lớp riêng biệt: lớp đáy (stratum basal), lớp gai (stratum spinosum), lớp hạt (stratum granulosum), lớp trong (stratum lucidum) và lớp sừng (stratum corneum) [10] . Lớp hạ bì, là lớp trung gian, được kết nối phức tạp với lớp biểu bì thông qua màng đáy. Không giống như lớp biểu bì, được tạo thành từ các mô có lớp tế bào khác nhau, lớp hạ bì chủ yếu bao gồm chất nền ngoại bào (ECM), một thành phần không có tế bào. Ma trận tế bào này chủ yếu được hình thành bởi các sợi collagen, chiếm 75% trọng lượng khô của da và mang lại độ dẻo và độ đàn hồi [11]. Bên cạnh collagen, các protein ECM bao gồm elastin và glycoprotein, bao gồm lỗ chân lông và nang lông, đồng thời chứa hệ thống bạch huyết, mạch máu và tế bào thần kinh [9]. Lớp thứ ba, lớp dưới da, chứa các tế bào mỡ (tế bào mỡ) được sắp xếp lại trong các tiểu thùy mỡ, tạo thành mô liên kết lỏng lẻo [12].

Da đóng một loạt các chức năng. Nó cung cấp sự bảo vệ về mặt hóa học và vật lý cho cơ thể chống lại các tổn thương bên ngoài như mầm bệnh, bức xạ tia cực tím, các mối đe dọa hóa học, mất nước và biến động nhiệt độ [8]. Nó cũng đảm bảo cân bằng nước và điện giải (tuyến mồ hôi và hàng rào biểu bì) và điều hòa nhiệt độ (thụ thể nhiệt) và tham gia vào phản ứng miễn dịch (mô bạch huyết liên quan đến da (SALT)). Sự hiện diện của các đầu dây thần kinh, chẳng hạn như tiểu thể Meissner, Pacinian và Ruffini, cùng với hành Krause và tế bào Merkel, mang lại chức năng cảm giác cho da. Một chức năng quan trọng khác có liên quan đến cân bằng nội môi, chuyển hóa, lưu trữ, hấp thụ chọn lọc và loại bỏ các chất [12]. Bên cạnh những chức năng sinh học này, làn da còn đóng một vai trò trong sự hấp dẫn về thể chất (Hình 1) [9].

2.2. Lão hóa da

Lão hóa da là một trong những vấn đề da liễu phổ biến nhất ảnh hưởng đến làn da của con người. Nó thường được đặc trưng bởi sự mất tính đàn hồi và tông màu da, sự xuất hiện của các nếp nhăn nhỏ và các đốm đồi mồi và không thể sửa chữa vết thương. Lão hóa da là một quá trình đa yếu tố do cả yếu tố bên trong (di truyền, nội tiết tố, thời gian, v.v.) và bên ngoài (ô nhiễm, tiếp xúc với tia cực tím, v.v.) [15]. Nó được đặc trưng về mặt sinh học bởi sự thay đổi mối nối biểu bì và hạ bì-biểu bì, cùng với sự xuống cấp tổng thể của ma trận ngoại bào. Loại thứ hai chủ yếu là do sự thay đổi đối với các sợi collagen và elastin [16]. Lão hóa da có thể xuất hiện do thời gian (lão hóa theo thời gian do các yếu tố bên trong) hoặc lão hóa do ánh nắng (da bị lão hóa do các yếu tố bên ngoài). Lão hóa theo thời gian làm giảm lớp trung bì và biểu bì, giảm số lượng đầu dây thần kinh, giảm sản xuất hormone sinh dục nên mất đi độ nhạy cảm. Quá trình lão hóa da này xảy ra chủ yếu là do sự tích tụ quá mức của các loại oxy phản ứng (ROS). Nói chung, người ta xác định rằng 1,5–5% lượng oxy mà các tế bào tiêu thụ được chuyển đổi bởi các quá trình bên trong thành ROS [8]. ROS có thể được tạo ra trong ty thể (tế bào sừng và nguyên bào sợi), mạng lưới nội chất (cytochrom P450) và tế bào chất (ROS được tạo ra bởi quá trình chuyển hóa axit arachidonic) [17]. Sản xuất ROS có thể được kích hoạt bởi sự biểu hiện quá mức của interleukin. Bên cạnh sự gia tăng sản xuất ROS, lão hóa da cũng liên quan đến sự biểu hiện cao và thấp của ma trận metallicoproteinase (MMP) và chất ức chế MMP (TIMP), tương ứng. Các biến thể trong biểu hiện của các proteinase cụ thể này được chứng minh là có liên quan đến sự thay đổi về lượng ROS. Lượng ROS tăng lên dẫn đến việc điều hòa lại protein kích hoạt-1 (AP-1), do đó, thúc đẩy quá trình thoái hóa collagen bởi MMP và kích hoạt hoạt hóa nhân tố kappa B (NF-κB ) và một tập hợp các phản ứng viêm [8].

Lão hóa da rõ rệt hơn ở làn da bị lão hóa do ánh sáng với các nếp nhăn sâu hơn, mất tính đàn hồi rõ rệt hơn và kết cấu da thô ráp [8]. Các yếu tố gây căng thẳng tế bào khác nhau có liên quan đến quá trình sinh lý này, chẳng hạn như (i) thay đổi tổ chức chất nhiễm sắc, (ii) rút ngắn telomere, (iii) rối loạn chức năng ty lạp thể, (iv) kích hoạt gen gây ung thư (v) chuỗi biểu sinh, (vi) viêm và (vii ) ức chế miễn dịch [15,18]. Căng thẳng oxy hóa do UVR gây ra là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng quang hóa. Da tiếp xúc với bức xạ tia cực tím gây ra sự kích hoạt của hệ thống thần kinh nội tiết. Sự kích hoạt này xảy ra bởi các chất trung gian hóa học hoặc thông qua truyền dẫn thần kinh [8]. Ngoài ra, trục dưới đồi–tuyến yên–thượng thận (HPA) cũng được kích hoạt bằng cách quang hóa, dẫn đến việc tạo ra các phản ứng cân bằng nội môi để giảm bớt thiệt hại. Tổn thương DNA do UV-R gây ra xảy ra do mất cân bằng ROS, dẫn đến việc tạo ra một dấu hiệu cụ thể cho sự suy giảm oxy hóa DNA, 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine (8-OH-dG ) [19]. Ngoài ra, các dấu hiệu khác, chẳng hạn như interleukin-6 (IL-6), yếu tố hoại tử khối u (TNF- ), và các enzym cyclooxygenase, cũng được kích hoạt bởi ROS. Ở cấp độ biểu hiện gen, sự tích lũy ROS kích hoạt biểu hiện NF-κB và biểu hiện của tổng hợp oxit nitric cảm ứng (iNOS), tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tăng tính thấm và hình thành mạch bằng cách điều chỉnh tăng yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF) [20]. Bên cạnh NF-κB, các kinase protein được kích hoạt bằng mitogen (MAPK) cũng được kích hoạt, do đó làm tăng quá trình phiên mã gen MMP. Sự điều chỉnh lại của các gen MMP ảnh hưởng tiêu cực đến cân bằng nội môi ECM và gây ra sự thoái hóa elastin và collagen [8].

3. Hợp chất hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ thực vật với đặc tính chống lão hóa

Các hợp chất hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ thực vật (PDBC) bắt nguồn từ quá trình trao đổi chất của thực vật thường thể hiện các đặc tính chống oxy hóa, chống viêm và kháng khuẩn, đồng thời cũng có các đặc tính chống lão hóa đầy hứa hẹn [21,22]. Thường được gọi là chất chuyển hóa thứ cấp, PDBC là các nguyên tố hóa học không tham gia trực tiếp vào quá trình tăng trưởng bình thường của thực vật [21]. Chúng thường được sản xuất để đối phó với những hạn chế của môi trường như một biện pháp bảo vệ chống lại động vật ăn thịt, mầm bệnh hoặc bức xạ tia cực tím; để cạnh tranh giữa các loài; hoặc hỗ trợ sinh sản (pheromone, chất tạo màu, mùi hấp dẫn) [23]. Các hợp chất tự nhiên này có thể được chia thành vitamin (vitamin C và E), polyphenol (flavonoid, axit phenolic, stilben và lignan) và nhóm terpenoid [24].

3.1. Các lộ trình sản xuất chính cho các hợp chất hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ thực vật

Các hợp chất hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ thực vật thể hiện các hoạt động sinh học quan trọng. Trong nhiều thế kỷ, những phân tử có giá trị cao này đã được chiết xuất từ ​​thực vật được thu hoạch từ tự nhiên. Tuy nhiên, do hiệu suất sản xuất thấp của các phân tử này, một số giải pháp thay thế đã xuất hiện cùng với sự phát triển của hóa học tổng hợp, việc phát hiện ra kỹ thuật vi sinh vật và nấm (sản xuất dị loại) và sự phát triển của kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật. Việc cung cấp PDBC thương mại thường là một vấn đề lớn liên quan đến tính sẵn có của các hợp chất. Ví dụ, người ta thừa nhận rộng rãi rằng sự xuất hiện của các chất chuyển hóa thứ cấp thường bị giới hạn ở mức dưới 1% trọng lượng khô của cây [25,26]. Do đó, thu hoạch tự nhiên thường không thực tế vì nó không thể cung cấp đủ lượng hợp chất mong muốn [27]. Ví dụ, cần trung bình 1 kg quả việt quất để sản xuất 38 mg quercetin-3-glucoside [28]. Thu hoạch tự nhiên cũng có thể bị hạn chế bởi sự sẵn có theo mùa của nguyên liệu thực vật, tốc độ tăng trưởng và phát triển của nó cũng như sự phong phú của loài trong tự nhiên [29]. Bên cạnh năng suất sản xuất thấp của các hợp chất hoạt tính sinh học thu được từ thu hoạch tự nhiên, việc sản xuất các hợp chất có giá trị này của thực vật thường không đạt yêu cầu vì trong một số trường hợp, việc sản xuất chúng chỉ có thể được tạo ra trong các điều kiện cụ thể hoặc trong giai đoạn phát triển cụ thể của thực vật [30 ,31].

Tổng hợp hóa học cũng có thể được đề xuất như một phương pháp thay thế để sản xuất một số hợp chất có hoạt tính sinh học như carotenoit. Chi phí tổng hợp hóa học của astaxanthin trung bình là 1000 USD/kg, cao hơn chi phí thu hoạch tự nhiên của Haematococcus pluvialis [32,33]. Tuy nhiên, lộ trình sản xuất thay thế này cho thấy các vấn đề liên quan đến các điều kiện nghiêm ngặt của các phản ứng hóa học liên quan và việc sản xuất các sản phẩm phụ và sản phẩm phụ không mong muốn [34,35].

Một con đường sản xuất khác đã xuất hiện với việc khám phá và phát triển công nghệ sinh học vi sinh vật và nấm. Công nghệ này, còn được gọi là sản xuất dị loại, chủ yếu dựa vào việc sử dụng các vi sinh vật như men, nấm hoặc vi khuẩn. Thông qua quá trình này, một số phân tử, trong đó có resveratrol, một chất chuyển hóa thứ cấp được biết đến với tiềm năng dược phẩm và mỹ phẩm tuyệt vời (chống lão hóa), đã được sản xuất thành công với số lượng lớn bằng cách sử dụng các vật chủ vi khuẩn biến đổi gen, chẳng hạn như Corynebacterium glutamicum, Escherichia coli, và Lactococcus lactis, hoặc các loại nấm men tái tổ hợp như Saccharomyces cerevisiae [36–39]. Resveratrol được thực vật sản xuất với số lượng khác nhau, chẳng hạn như 0.36 mg/kg từ quả Viti's vinifera, 1 mg/kg từ rễ Ampelopsis japonica và 7,95 mg/kg từ các bộ phận trên mặt đất của Morus alba [40], nhưng vẫn thấp hơn so với báo cáo sử dụng vi sinh vật tái tổ hợp. Ví dụ, sản xuất resveratrol có thể đạt tới 812 mg/L hoặc 2,34 g/L khi sử dụng men hoặc vi khuẩn tái tổ hợp, tương ứng [37,41]. Lưu ý rằng sự thành công của sản xuất dị loại phụ thuộc vào kiến ​​thức và hiểu biết về con đường sinh tổng hợp của các hợp chất có hoạt tính sinh học mong muốn, mặc dù chuỗi phân tử liên quan đến quá trình sinh tổng hợp của một số hợp chất có hoạt tính sinh học đã được mô tả. Tuy nhiên, những hạn chế chính của công nghệ này có liên quan đến hoạt động thấp của các enzyme có nguồn gốc từ thực vật trong vật chủ vi sinh vật (nấm men, vi khuẩn hoặc nấm), cùng với nguồn cung cấp tiền chất thấp. Do đó, các nghiên cứu sâu hơn nên được tiến hành để xác định các enzyme ứng cử viên tốt nhất và các điều kiện tối ưu cho phép chuyển đổi các chất trung gian trao đổi chất thành các sản phẩm mong muốn, điều này sẽ tránh được sự tích tụ của các phân tử trung gian trong vật chủ vi sinh vật [35].

Bên cạnh sản xuất dị loại, các kỹ thuật nuôi cấy in vitro thực vật đã được đề xuất như một giải pháp thay thế bền vững để sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ thực vật. Những kỹ thuật này mang lại một loạt lợi thế so với việc sử dụng toàn bộ cây trồng, chủ yếu là (i) loại bỏ mầm bệnh, (ii) mở rộng quy mô sản xuất thông qua việc sử dụng lò phản ứng sinh học một khi quy trình canh tác được làm chủ tốt, có thể giảm hiệu quả chi phí vận hành và (iii) dễ dàng tinh chế và chế biến các sản phẩm tự nhiên [42,43]. Vì vậy, trên cơ sở này, kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật gần đây đã được sử dụng để sản xuất các hoạt chất sinh học. Một số ví dụ đã nhấn mạnh hiệu quả của các kỹ thuật này chẳng hạn như sản xuất taxol, podophyllotoxin, phytoene hoặc berberine từ nuôi cấy tế bào Taxus sp., Podophyllum hexandrum, Citrus sinensis và Coptis japonica [44–47].

3.2. Hoạt động bảo vệ da của chất chống oxy hóa có nguồn gốc thực vật

Các sản phẩm chống nắng có nguồn gốc từ PDBC ngày càng được chú ý trong những thập kỷ gần đây vì chúng có thể ngăn ngừa stress oxy hóa, tổn thương bức xạ UVA và ung thư da. Các chất chống oxy hóa tự nhiên, bao gồm polyphenol, flavonoid, vitamin C và vitamin E, gần đây đã được sử dụng trong kem chống nắng và công thức mỹ phẩm do đặc tính chống oxy hóa cao, có thể tạo thành hàng rào bảo vệ chống lại bức xạ UV. Bảng 1 và 2 tóm tắt các nghiên cứu thích hợp nhất đã được thực hiện trên các dòng tế bào của người và chuột, tương ứng, để nghiên cứu tác dụng bảo vệ da của tinh dầu, chiết xuất thực vật và chiết xuất từ ​​nuôi cấy mô thực vật.

4. Kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật để sản xuất chất chống oxy hóa có giá trị

Nuôi cấy in vitro thực vật có thể được sử dụng làm nguồn chống oxy hóa tự nhiên [25]. Sử dụng các hệ thống nuôi cấy này, các phân tử chống oxy hóa có thể được sản xuất với số lượng lớn không phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Một số phương pháp in vitro có thể được sử dụng như vi nhân giống, nuôi cấy rễ in vitro (rễ tơ), hoặc mô sẹo và huyền phù tế bào.

4.1. Rễ phiêu lưu và Rễ lông

Trong hầu hết các trường hợp, rễ in vivo tạo ra nhiều chất phytochemical hơn các cơ quan thực vật khác. Trên cơ sở này, một công nghệ nuôi cấy rễ in vitro đã được phát triển để sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp dược phẩm [76]. Trong ống nghiệm, rễ bất định cung cấp khả năng sản xuất chất chuyển hóa trong một thời gian dài trong các hệ thống nuôi cấy trong ống nghiệm của thực vật mà không làm mất tính ổn định di truyền. Đặc tính nổi bật này được tạo ra bởi bản chất khác biệt cao của nuôi cấy rễ in vitro [77]. Có thể phân biệt hai cách nuôi cấy rễ khác nhau: nuôi cấy rễ tơ chưa biến đổi và đã biến đổi. Rễ chưa biến đổi có thể thu được thông qua nuôi cấy mẫu với sự có mặt của các kích thích tố thực vật cụ thể, có nhiều khả năng là các chất phụ trợ như axit indole-butyric (IBA), axit-3-axetic indole (IAA) hoặc axit axetic naphtalen (NAA) ) đơn độc, hoặc trong một số trường hợp được kết hợp với cytokinin [78]. Không giống như nuôi cấy rễ chưa biến nạp, nuôi cấy chuyển nạp được phát triển thông qua việc cấy Agrobacterium rhizogenes vào các mẫu thực vật. Rễ lông chuyển dạng đã được thu nhận từ nhiều loài thực vật một lá mầm và hai lá mầm. Sự thành công của phương pháp này chủ yếu là do vùng T-DNA trong Ri plasmid của Agrobacterium, đóng vai trò quan trọng trong việc đưa DNA ngoại lai hoặc DNA bên ngoài vào bộ gen nhân của tế bào cây chủ một cách hiệu quả [77]. Quá trình lây nhiễm được phát hiện có liên quan đến sự tồn tại của gen cuộn trong vùng T-DNA. Các gen vai trò bao gồm các gen rolA, rolB và rolC và chiếm cảm ứng trong quá trình sinh tổng hợp chất chuyển hóa thứ cấp, với rolB là gen mạnh nhất trong ba gen [79]. Công nghệ chuyển đổi cung cấp khả năng đưa mã hóa gen ngoại lai cho các enzyme con đường chuyển hóa thứ cấp của thực vật trị liệu vào tế bào thực vật để tăng cường sản xuất một chất chuyển hóa cụ thể [77,79]. Một số nghiên cứu đã báo cáo sự thành công của công nghệ này trong việc tạo ra các phân tử quan tâm. Sản xuất axit rosmarinic đã đạt được thành công bằng cách sử dụng rễ có lông biến đổi thu được từ quá trình nuôi cấy chồi của Salvia officinalis được truyền nhiễm các chủng Agrobacterium rhizogenes A4 và ARCC 15834 [80]. Axit rosmarinic cũng được sản xuất từ ​​rễ có lông ưu tú thu được từ quá trình chuyển đổi qua trung gian Agrobacterium rhizogene của cây Ocimum basilicum và cây Dracocephalum Moldavia [81,82]. Lượng axit rosmarinic được tạo ra hơi khác nhau giữa các loài, dao động trong khoảng 76,41 mg/g DW thu được bằng cách sử dụng phương pháp nuôi cấy rễ tơ Ocimum basilicum và 78,05 mg/g DW được ghi nhận bằng cách sử dụng rễ biến đổi Dracocephalum Moldavia A. rhizogene [81,82] . Sản xuất axit rosmarinic trước đây đã được nghiên cứu bởi Shekarchi et al. (2012) trên 21 loài thực vật thuộc họ Labiatae được trồng trong tự nhiên [83]. Các tác giả đã chỉ ra rằng hàm lượng axit rosmarinic nằm trong khoảng từ 0 đến 58,8 mg/g DW đối với các loài khác nhau, thấp hơn so với giá trị thu được khi sử dụng rễ tơ biến đổi. Năng suất sản xuất sử dụng hệ thống nuôi cấy in vitro này cao hơn năng suất sản xuất sử dụng rễ nuôi cấy in vivo, điều này cung cấp một giải pháp thay thế khả thi để sản xuất quy mô lớn các hợp chất có giá trị cao.

Người ta đã xác định rộng rãi rằng các hợp chất hóa học do rễ tiết ra đại diện cho một kho chứa các phân tử phòng vệ được thực vật sử dụng để tăng cường cơ chế phòng vệ tự nhiên của chúng và bảo vệ chúng khỏi các cuộc tấn công của mầm bệnh [84]. Nhiều nền văn hóa rễ tơ đã thu hút sự chú ý đáng kể do các hợp chất hóa học thực vật có giá trị cao của chúng như resveratrol từ Arachis hypogaea, indole alkaloid từ Catharanthus roseus, artemisinin từ Artemisia annua, và camptothecin từ Camptotheca acuminata hoặc Ophiorrhiza pumila [85]. Sen và cộng sự. (2018) đã báo cáo sự hiện diện của glucosinolate, axit hydroxycinnamic và các dẫn xuất glucoside của chúng trong môi trường nuôi cấy rễ tơ Brassica rapa. Chiết xuất có nguồn gốc từ hydro-alcohol cho thấy hoạt động chống tạo hắc tố mạnh, ức chế mạnh hoạt động tyrosinase nội bào và giảm đáng kể hàm lượng hắc tố trong các tế bào hắc tố nguyên phát. Hoạt động chống tạo hắc tố này có thể so sánh với khả năng ức chế của thuốc ức chế tyrosinase tổng hợp nổi tiếng, axit kojic [71]. Ngoài ra, chế phẩm glycoprotein thu được từ cùng một môi trường nuôi cấy rễ tơ Brassica rapa cho thấy hoạt động giảm sắc tố tương tự và giảm sự tích tụ melanin thông qua điều hòa tiêu cực hoạt động tyrosinase. Nó cũng can thiệp vào dòng thác truyền tín hiệu của quá trình hình thành hắc tố và điều chỉnh sự biểu hiện của yếu tố phiên mã liên quan đến microphthalmia, được biết đến như một yếu tố điều chỉnh chính của quá trình tổng hợp melanin [71]. Việc nuôi cấy rễ tơ nhân sâm Panax biểu hiện quá mức gen PAP1 (sản xuất sắc tố anthocyanin 1) cho thấy sự gia tăng sản xuất các hợp chất polyphenolic bao gồm anthocyanin [85]. Hơn nữa, các chiết xuất hydro-alcohol thu được từ nuôi cấy rễ tơ đã biến đổi cho thấy các đặc tính bảo vệ da vượt trội, với tác dụng ức chế mạnh mẽ các enzym elastase và tyrosinase [70,86].

【Để biết thêm thông tin:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】