การพัฒนายาต้นแบบจากสมุนไพรในการป้องกันโรคกระดูกพรุนในผู้สูงอายุ

การพัฒนายาต้นแบบจากสมุนไพรในการป้องกันโรคกระดูกพรุนในผู้สูงอายุ

Development of prototype drug from herbs for the prevention of osteoporesis in aging persons

บทคัดย่อ

ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาปริมาณของสารกลุ่มฟลาโวนอยด์ และฤทธิ์ทางชีวภาพจากหัว กวาวเครือขาว (Pueraria mirfica) ในธรรมชาติ เปรียบเทียบกับเซลล์กวาวเครือขาวที่เพาะเลี้ยงใน อาหาร ผลปรากฎว่าปริมาณสารฟลาโวนอยด์จากเซลล์กวาวเครือขาวที่เพาะเลี้ยง (PMC) มีมากกว่า ปริมาณจากหัวกวาวเครือขาวในธรรมชาติ (PMT) ผลการทดสอบฤทธิ์ในหนูทดลอง PMT แสดงฤทธิ์ เอสโตรเจนอย่างแรง ส่วน PMC มีฤทธิ์อย่างอ่อน จากการทดสอบในเซลล์สลายกระดูก ทั้ง PMT และ PMC มีผลในการยับยั้งการเกิดเซลล์สลายกระดูก เมื่อทำการคัดกรองเพื่อหาสารที่มีฤทธิ์จากสารที่ทำ ให้บริสุทธิ์จากพืชสมุนไพร โดยใช้การตรวจวัดกิจกรรมของ tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) โดยการย้อมเป็นตัวบ่งชี้ ในจำนวนสาร 21 ชนิดที่คัดกรอง ซึ่งเป็นสารที่สกัดได้จากพืช สมุนไพร พบว่ามีสาร 3 ชนิดที่ยับยั้งการเปลี่ยนสภาพของเซลล์สลายกระดูกที่เหนี่ยวนำโดย RANKL ที่ความเข้มข้นที่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ต่ำหรือไม่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ สารทั้งสามชนิดนี้มีรหัสของ สาร คือ ASTP010, ASTP019 และ WJ10 ซึ่ง ASTP019 เป็นหนึ่งในสารในกลุ่มนี้ที่แยกได้จากว่าน ชักมดลูก (Curcuma comosa Roxb) และมีโครงสร้างเป็นสาร diarylheptanoid สารนี้มีค่า inhibitory concentration 50 (IC50) ต่อการเปลี่ยนสภาพของเซลล์สลายกระดูกเท่ากับ 1.49 ไมโครโมลาร์ เมื่อทำการศึกษาในรายละเอียดเพื่อหากลไกการออกฤทธิ์ของสารนี้ พบว่าการบำบัด เซลล์ด้วย ASTP019 ยับยั้งการแสดงออกของยีน nuclear factor of activated T cells (NFATc1) ทั้งในระดับการถอดรหัสและแปลรหัส ซึ่งโปรตีนนี้มีหน้าที่เป็นทรานสคริปชันเฟคเตอร์หลักของ กระบวนการเปลี่ยนสภาพของเซลล์สลายกระดูก อีกทั้ง การแสดงออกของ Cathepsin K ซึ่งเป็นยีน ภายใต้การควบคุมของ NFATc1 ลดลงในเซลล์ที่ถูกบำบัดด้วย ASTP019 เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่ม ควบคุมที่ได้รับตัวทำละลาย จากนั้นศึกษาผลของ ASTP019 ต่อวิถีสัญญาณ mitogen-activated protein kinase (MAPK) และ NF-B ซึ่งเป็นสองวิถีสัญญาณหลักปลายน้ำของ RANK ซึ่งพบว่าการ กระตุ้นวิถีสัญญาณของ Extracellular Signal-regulated Kinase (Erk) มีการกดอย่างจำเพาะ โดยสารนี้เมื่อกระตุ้นด้วยสัญญาณ RANK/RANKL แต่โมเลกุลของวิถีสัญญาณอื่นในวิถีสัญญาณ MAPK และ NF-B ยังเป็นปกติ ดังนั้น จากผลทั้งหมดนั้นบ่งชี้ว่า ASTP019 ยับยั้งการเปลี่ยนสภาพ ของเซลล์สลายกระดูกผ่านการกดวิถีสัญญาณ Erk ซึ่งสารนี้อาจพัฒนาเป็นยาป้องกันและบำบัดโรค กระดูกพรุนได้

การทดสอบฤทธิ์ในการรักษาโรคกระดูกพรุนของกวาวเครือขาว ซึ่งเป็นพืชสมุนไพรไทยที่มี สารไฟโตเอสโตรเจนอย่างน้อย 17 ชนิด ในส่วนหัวของราก โดยทดลองในครั้งนี้จึงทำการทดสอบผล ในสัตว์ทดลอง 2 ชนิด คือ หนูแรท และลิงหางยาวเพศเมีย ก่อนที่จะนำไปทดสอบในคนต่อไป ดังนี้ 1) การศึกษาในหนูแรท นำหนูแรท สายพันธุ์ SD เพศเมีย อายุ 6 เดือน มาตัดรังไข่และทิ้งไว้เป็นเวลา 4 สัปดาห์เพื่อชักนำให้เกิดโรคกระดูกพรุน จากนั้นแบ่งหนูออกเป็น 4 กลุ่ม ป้อนสารแขวนลอย กวาวเครือขาวขนาด 5, 25 และ 50 มก./ก. น้ำหนักตัว/วัน และฉีดสารพูราริน 7 มก./ก. น้ำหนักตัว/ วัน นาน 12 สัปดาห์วัดความหนาแน่นกระดูกที่กระดูก tiba และกระดูก L4 ทุก ๆ 2 สัปดาห์ ผลการ ทดลองพบว่าความหนาแน่นของกระดูกเนื้อโปร่งที่กระดูก tiba และ L4 มีการลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ทางสถิต(p<0.5) ภายหลังจากตัดรังไข่นาน 2 สัปดาห์ เป็นต้นไป และกวาวเครือขาวขนาด 50 มก./ก. น้ำหนักตัว/วัน สามารถยับยั้งการสูญเสียกระดูกเนื้อโปร่งได้ที่กระดูกทั้งสองแห่ง 2) การศึกษาในลิง หางยาว เริ่มจาการคัดเลือกลิงหางยาวเพศเมียวัยหลังหมดประจำเดือนที่เป็นโรคกระดูกพรุนตาม ธรรมชาติโดยนำลิงหางยาวเพศเมียวัยก่อนหมดประจำเดือน วัยที่เข้าสู่ภาวะหมดประจำเดือน และวัย หลังหมดประจำเดือน (pre-, peri- and post-menopause) มาทำการเปรียบเทียบความหนาแน่น กระดูกและมวลกระดูกที่กระดูก radius และ tiba พบว่าความหนาแน่นกระดูกและมวลกระดูกเริ่ม ลดลงอย่างมีนัยสำคัญทางสถิต (p<0.5) เมื่อลิงเข้าสู่ภาวะหมดประจำเดือนและลดลงต่ำสุดเมื่อเข้าสู่ วัยหลังหมดประจำเดือนอย่างสัมพันธ์กับระดับฮอร์โมนเอสโตรเจนที่ลดลง และระยะเวลาที่นานขึ้น หลังหมดประจำเดือน และสัมพันธ์กับการลดลงของ osteocalcin ในพลาสมา และการเพิ่มขึ้นของ NTX ในปัสสาวะ จากนั้นคัดเลือกลิงวัยหลังหมดประจำเดือนและมีค่ามวลกระดูกต่ำกว่า 2SD ของลิง วัยก่อนหมดประจำเดือน จำนวน 10 ตัว มาแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ป้อนสารแขวนลอยกวาวเครือขาว ขนาด 0 และ 100 มก./ก. น้ำหนักตัว/วัน นาน 12 เดือน และติดตามการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น กระดูกและมวลกระดูก และการหายของแผลที่กระดูก (bone healing) พบว่าเนื้อกระดูกและการ หายของแผลที่กระดูกเริ่มเห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิต (p<0.5) ในเดือนที่ 6 ของการ ทดลอง เนื่องด้วยการทดลองในลิงยังไม่ครบ 12 เดือนจึงต้องติดตามผลการทดลองต่อไป แต่อย่างไรก็ ตามจากผลการทดลองที่ได้ในหนูแรทเพศเมียที่ตัดรังไข่และลิงหางยาวเพศเมียวัยหมดประจำเดือนใน เบื้องต้นสามารถสรุปได้ว่ากวาวเครือขาวเป็นพืชสมุนไพรที่มีศักยภาพสูงที่จะนำมาพัฒนาเป็นยารักษา โรคกระดูกพรุนเพื่อใชใ้ นผู้หญิงวัยหมดประจำเดือนได้

ในการศึกษาการพัฒนาไคโทซานให้มีความเหมาะสมกับสารออกฤทธิ์ต้านกระดูกพรุนซึ่งมี สมบัติเป็นไฮโดรโฟบิก โดยเลือกตัวดัดแปรไคโทซาน คือ 5-amino-2-mercaptobenzimidazole (MBI) โดยใช้ methylacrylate (MA) เป็นตัวเชื่อมโยง ที่ระดับความเข้มข้น 14.4% ของ MA โดยการ วิเคราะห์ด้วย 1H NMR และ 11.86 ± 0.01 mol ของหมู่ thiol/กรัมของพอลิเมอร์ โดยวิเคราะห์ ตามวิธีของ Ellman ของที่ได้รับ MBI-MA-ไคโทซาน มีสมบัติเป็นเยื่อเมือกดีกว่าไคโทซานที่ยังไม่ได้ดัด แปรโครงสร้างถึง 11 เท่า ที่ค่าความเป็นกรด-ด่างที่ 12 เมื่อวิเคราะห์ด้วยวิธี Schiff colorimetric ไคโทซาน, MA-ไคโทซาน, และ MBI-MA-ไคโทซาน ถูกขึ้นรูปให้เป็น microspheres ด้วยเทคนิค electrospray ionization ซึ่งสามารถกักเก็บอนุภาคของ simvastatin (SV) ในโครงสร้างของ MBIMA- ไคโทซาน ขณะเดียวกัน MBI-MA-ไคโทซาน สามารถกักเก็บอนุภาคของ SV ได้ที่ค่าความเป็น กรด-ด่างที่ 1.2 และ 6.4 และมีสมบัติเป็นเยื่อเมือกดีกว่าไคโทซานที่ยังไม่ได้ดัดแปรโครงสร้าง

Abstract

The flavonoid contents of intact tubers and cell culture media were determined and physiological activities of Pueraria mirifica extracts were investigated. The total flavonoid contents from cell culture media (PMC) were higher than from tubers (PMT). Results from in vivo estrogenic activity assays indicated that PMT had a strong estrogenic activity in ovariectomized rats. The same amount of PMC exhibited a weak activity. In vitro osteoclast suppression investigations indicated that both PMT and PMC extracts exhibited anti-osteoclastogenic activities with low toxicities in a standard test cell line. Screening was conducted to identify compound(s) with antiosteoclastogenesis activity from plant derived compounds, using tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining and TRAP activity assay as indicators. Among twenty one purified compounds from medicinal plants, three compounds significantly suppressed RANKL-induced osteoclast differentiation at the concentration with low to no cytotoxicity. The three compounds were designated as ASTP10, ASTP19 and WJ10. One of these compounds, ASTP019, was isolated from Curcuma comosa Roxb. and has the structure in the group of diarylheptanoid. This compound has an inhibitory concentration 50 (IC50) of osteoclastogenesis at 1.49 M. Detailed study was conducted to investigate the mode of action of this compound. ASTP019 treatment significantly suppressed the expression of nuclear factor of activated T cells (NFATc1), a transcriptional master regulator of osteoclast differentiation, at both transcription and translation level. Furthermore, the expression of Cathepsin K, a downstream gene of NFATc1, was also down-regulated in ASTP019-treated cells, as compared to the vehicle control treatment. The effect of ASTP019 treatment was further investigated on mitogen-activated protein kinase (MAPK) and NF-B pathways which are two major downstream signaling pathways of RANK. The activation of Extracellular Signal-regulated Kinase (Erk) was specifically inhibited by this compound upon stimulation with RANK/RANKL signaling but other signaling molecules in the MAPK and NF-B were remained intact. Taken together, these results suggested that ASTP019 suppresses osteoclastogenesis via inhibition of Erk signaling pathways and this compound may be developed further as drug for prevention and treatment of osteoporosis.

The therapeutic efects of Pueraria mirfica (PM) Thai herb, which contains at least 1 7 phytoestrogens in its tuberous rots, in laboratory animals. Two series ofexperiments, in female rats and monkeys, were set. 1) Study in rat: 6 months old female SD rats were ovariectomized, kept for 4 weks to induce bone los and divded into 4 groups which were fed with 5, 25 and 50 mg/kgBW/day of PM (PM5, PM25 and PM50, respectively) and injected with 7 mg/kgBW/day of puerain (PU) for 12 weks. Bone mineral density (BMD) of tiba and fourth lumbar vertebra (L4) were measured every 2 weks. It was found that trabecular (Tb) BMDs of both tiba and L4 were signifcantly decreased starting form 2 weks after OVX (p<0.5) and only PM50 could inhibt the los at both bone sites. 2) Study in monkeys: naturaly ocuring osteoporotic, post-menopausalong-tailed monkeys were first selcted. BMDs and bone mineral contents (BMCs) of radius and tiba were compared betwen pre-menopausal, perimenopausal and post-menopausalong-tailed macaques. The BMDs and BMCs of radius and tiba signifcantly decreased in peri-menopause (p<0 . 5 ) and highly decreased in post-menopause monkeys, in corelation with a reduction of serum estradiol levels and the length of post-menopausal period. This also corelated with a decrease in plasma osteoclacin and increase in urinary NTX levels. Thus, 1 0 osteoporotic post- menopausal monkeys (bone mas lower than 2SD of those of premenopausal monkeys) were selcted, divded into 2 groups, fed with 0 and 1 0 0 mg/kgBW/day of PM (PM0 and PM100, respectively), and changes of BMDs, BMCs and bone healing were folowed up. It was found that BMDs, BMCs and bone healing on the PM1 00 group were signifcantly higher those of the PM0 group (p<0.5) starting from 6 months of the treatment. Although the treatment in monkeys has not done yet, it can preliminary conclude regarding the results in laboratory animals that PM has high potential to be developed as anti-osteoporotic drug for post- menopausal women.

Mucoadhesive thiolated chitosan suitable as a carrier for low water soluble drugs was designed and synthesized by conjugating 5-amino-2- mercaptobenzimidazole (MBI) using methylacrylate (MA) as the linking agent. A 14.4% degree of substitution of MA, as determined by 1H NMR analysis, and 11.86 ฑ 0.01 lmol thiol groups/g of polymer, as determined by Ellman’s method, was obtained. The MBI-MA-chitosan had an 11-fold stronger mucoadhesive property compared to unmodified chitosan at pH 1.2, as determined by the periodic acid: Schiff colorimetric method. Chitosan, MA-chitosan and MBI-MA-chitosan were fabricated as well-formed microspheres using electrospray ionization, including an entrapment efficiency of simvastatin (SV) of over 80% for the MBI-MA-chitosan. The mucoadhesiveness of the SV-loaded MBI-MA-CS microspheres was still higher than that for SV-loaded chitosan at pH 1.2 and 6.4.

แชร์

Facebook
Twitter
Email
พิมพ์
ให้คะแนน