از زمان های قدیم، مردم از گیاهان مختلف و مشتقات آنها برای درمان بیماری ها، از جمله بیماری های عفونی، استفاده می کردند. بسیاری از این روش های درمانی هنوز هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. حتی برخی از داروهای تجاری ثبت شده که در پزشکی مدرن به کار می روند هم در طب سنتی و گیاهی منشا دارند. همان طور که در قسمت های قبلی مطرح شد، اثرات درمانی ترکیبات گیاهی به دلیل متابولیت های ثانویه آنهاست. بسیاری از این متابولیت های ثانویه و ترکیبات فیتوشیمیایی در صنایع غذایی، عطر، کشاورزی و محصولات آرایشی به کار می روند. با این حال فرمولاسیون و تولید داروهای گیاهی موثر و کارآمد، روش خاص و محدودیت هایی دارد که در ادامه بررسی خواهند شد.
کشف و تولید ترکیبات فیتوشمیایی
برای چند صد یا حتی هزاران سال، مردم از روش های مختلفی برای دستیابی به متابولیت های ثانویه و فعال گیاهان استفاده می کردند. برخی از این روش ها عبارتند از: عصاره گیری، استخراج، تقطیر، دم کردن، تخمیر، انفلوراژ و تغلیظ. به مرور زمان این روش ها، بدون تغییر در ماهیت، پیشرفته تر و کارآمدتر شدند و دستیابی به مواد موثره خالص را آسان تر کردند.
عصاره های گیاهی بسیار پیچیده هستند و معمولاً از صدها تا هزاران متابولیت تشکیل شده اند که بسیاری از آنها به مقدار کمی در عصاره وجود دارند اما هنوز هم تمام یا حتی اکثر متابولیت های مشتق شده از گیاهان، شناسایی و مشخص نشده اند. به علاوه بسیاری از ترکیبات فیتوشیمیایی ممکن است با یکدیگر اثر سینرژیستی داشته باشند. بنابراین مهم ترین و چالش برانگیزترین قسمت تحقیقات در مورد ترکیبات گیاهی، یافتن ارتباط بین یک ترکیب شیمیایی خاص با اثر اختصاصی آن است. هم چنین اندازه گیری میزان فعالیت زیستی این ترکیبات موثره نیز مهم می باشد.
پیشرفت علم در قرن بیست و یکم رویکردهای جدیدی را ارائه می‌کند که ما را قادر می‌سازند نه تنها مقادیر بسیار کم ترکیبات موثره تولید شده توسط گیاهان را کشف و شناسایی کنیم، بلکه آنها را در مقادیر کافی تولید کنیم تا ویژگی‌های آنها، به عنوان مثال فعالیت زیستیشان، را با اطمینان مشخص کنیم.
مطالعه متابولیت ها در سال های اخیر و تجزیه و تحلیل هزاران متابولیت مختلف موجود در عصاره های طبیعی خام، منجر به تغییر الگو در محصولات دارویی طبیعی شده است. تبدیل گیاه دارویی به داروی گیاهی مسیری طولانی است. در حال حاضر تحقیق در مورد روش های موثر برای تولید داروهای گیاهی، در دو زمینه گسترده صورت می گیرد. مورد اول، توسعه روش های عصاره گیری پیشرفته برای دستیابی به مواد موثره موجود در گیاه است. روش های عصاره گیری مدرن و پیشرفته به تدریج جایگزین روش های قدیمی که زمان، انرژی، حلال و ماده خام زیادی لازم داشتند، گشته اند. روش های قدیمی به ندرت قادر بودند به مقدار زیادی ماده موثره تولید کنند. تکنولوژی های نوآورانه که بر اساس استخراج سیال فوق بحرانی (supercritical fluid extraction)، نیروی مایکروویو یا فراصوت یا تکنولوژی جداسازی غشا عمل می کنند، به طور قابل توجهی می توانند بر معایب و ضعف های روش های قدیمی غلبه کنند. سایر روش های غیر سنتی مانند الکتروتکنولوژی (تخلیه الکتریکی ولتاژ بالا یا میدان الکتریکی پالسی (pulsed electric field)) نیز ابزارهایی امیدبخش برای جداسازی مواد موثره از ترکیبات گیاهی می باشند.
مورد دوم شامل روش های بیوتکنولوژی است که منجر به تولید گیاهان حاوی مقادیر بیشتر مواد موثره و ترکیبات جدید با پتانسیل فعالیت زیستی می شوند. به طور طبیعی بسیاری از مواد موثره، در غلظت های خیلی کم در گیاهان وجود دارند؛ بنابراین گیاهانی که به طور طبیعی رشد یافته اند برای تهیه مقادیر کافی این مواد موثره مناسب نیستند. گاهی اوقات نیز پیچیدگی ساختاری و استریوشیمیایی متابولیت های تخصصی مانع از تولید این ترکیبات از طریق سنتز شیمیایی می شود. در حال حاضر اندام ها، بافت ها و سلول های گیاهی به طور مصنوعی در فلاسک های لرزان و بیوراکتورها، که به نام کارخانه سبز شناخته می شوند، تکثیر می شوند. این روش های آزمایشگاهی تکثیر گیاهان، جایگزینی ارزان و دوستدار محیط زیست برای تولید انبوه مولکول‌های مشتق شده از گیاه در نظر گرفته می‌شوند. به علاوه این روش های جدید کاملا مستقل از شرایط آب و هوایی و جغرافیایی می باشند. هم چنین، تغییرات ژنتیکی به آسانی می توانند منجر به افزایش بازدهی، کاهش میزان سموم و افزایش یکنواختی و قابل پیش بینی بودن ترکیبات مورد نظر شوند. به نظر می رسد که این تکنولوژی تنها روش عملی و اقتصادی برای تولید متابولیت های با ارزش از گیاهان کمیاب است.
قدم مهم بعدی جداسازی، خالص سازی و شناسایی جزئی متابولیت های فعال در عصاره گیاهی خام می باشد. پیشرفت‌های اخیر در شیمی تجزیه، مانند طیف‌سنجی جرمی با کروماتوگرافی گاز/مایع یا الکتروفورز مویرگی و طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR)، به ابزارهای بسیار کارآمدی برای تجزیه و تحلیل متابولیت ها تبدیل شده اند که امکان توصیف دقیق و در نهایت تشریح ساختار این مواد را فراهم می‌کنند. در مرحله نهایی، فعالیت بیولوژیکی این ترکیبات، یعنی اثر آنها در لاین های سلولی، مدل های حیوانی یا داوطلبان انسانی، برای ارزیابی پتانسیل دارویی آنها کاندید غربالگری می شود. یکی دیگر از موضوعات مهم، اصلاح ساختاری ترکیبات گیاهی و طبیعی، که دارای فعالیت زیستی هستند، به منظور توسعه ترکیبات جدید با خواص اختصاصی تر می باشد. گرچه مواد موثره ای که به طور طبیعی در گیاهان وجود دارند نیز ترکیبات خوبی برای توسعه داروهای جدید می باشند اما نواقص و محدودیت های متعددی مثل ساختار پیچیده، عدم پایداری و انحلال پذیری ضعیف دارند. اصلاح شیمیایی ترکیبات گیاهی منجر به افزایش فعالیت و اختصاصی بودن آنها، بهبود پایداری و ویژگی های فیزیکوشیمیایی آنها می شود.
انتخاب ترکیبات گیاهی به عنوان دارو
انتخاب ترکیبات گیاهی برای کشف دارو شامل انتخاب تصادفی، اتنوفارماکولوژی و روش محاسباتی است. انتخاب تصادفی گیاه بر اساس در دسترس بودن و میزان غنی بودن گیاه صورت می گیرد. این روش، فعالیت های زیستی جدیدی را آشکار می‌کند که ممکن است بر اساس دانش موجود ناشناخته مانده باشند. با این حال روش های سنجش و ارزیابی عملکرد آنها محدود است. روش های اتنوفارماکولوژی عمدتا بر اساس کاربردهای گیاهان در طب سنتی است. این روش از مشاهده، توصیف و بررسی تجربی داروهای مورد استفاده در طب سنتی و فعالیت‌های زیستی آنها استفاده می‌کند و ترکیبی از چند رشته از جمله گیاه شناسی، بیوشیمی، شیمی، فارماکولوژی و سایر زمینه های فراتر از علوم طبیعی مانند انسان شناسی، باستان شناسی، تاریخ و زبان شناسی است. در روش محاسباتی، مواد گیاهی یا طبیعی بر اساس ترکیبات فعال و موثره آنها انتخاب می‌شوند.
محدودیت های ترکیبات فیتوشیمیایی و گیاهی و راه های غلبه بر آن
صرف نظر از اثرات ضد میکروبی ترکیبات فیتوشیمیایی و گیاهی، استفاده از آنها به عنوان جایگزین آنتی بیوتیک ها چالش هایی هم دارد. یکی از این چالش ها، توسعه عصاره گیری و خالص سازی موثر برای جداسازی ترکیبات موثره جدید و ایمن با خاصیت ضدمیکروبی می باشد. هم چنین غربالگری ترکیبات موثره به منظور شناسایی ساختار، عملکرد و مکانیسم اثر آنها جهت تنظیم دقیق تولید و به حداکثر رساندن عملکرد این ترکیبات همراه با اختصاصی بودن، سادگی و سرعت ضروری است. فرآیندهای جداسازی و خالص سازی با توسعه کروماتوگرافی مایع با فشار بالا (HPLC) و انواع تکنیک های طیف سنجی تسریع شده است. به علاوه، با اصلاح ساختار ترکیبات گیاهی و فیتوشیمیایی می توان منجر به افزایش سنتز ترکیبات فعال و موثره و کارآیی آنها شد.
برای اینکه بتوان از ترکیبات گیاهی به طور مناسب و موثر استفاده نمود، باید به این نکات توجه کرد:
- دوز بر حسب اثر باکتریواستاتیک/ باکتریوسیدال
- تنوع در اجزای فیتوشیمیایی
- ایمن و بی خطر بودن آنها
- اثربخشی کافی بدون امکان ایجاد مقاومت علیه آنها
در رابطه با سمیت ترکیبات گیاهی و فیتوشیمیایی، مکانیسم اثر و واکنش آنها با آنتی بیوتیک ها نیاز به مطالعات بیشتر است تا نقش دقیق آنها در درمان بیماری ها به خوبی شناخته شود. اخیرا یک رویکرد جدید، با استفاده از آنتی بیوتیک های نشان دار شده با فلوئورسنت، نوید نتایج خوبی را در مطالعات مقاومتی و سم شناسی می دهد و قدرت ترکیبات گیاهی و فیتوشیمیایی در درمان بیماری های مختلف را تایید می کند.
در مجموع می توان گفت ترکیبات گیاهی و فیتوشیمیایی جایگزین هایی مناسب و ایمن برای آنتی بیوتیک ها می باشند ولی اثرگذاری آنها بستگی به دوز، فرمولاسیون، مقدار و کیفیت مواد موثره آنها دارد. بنابراین فرایندهایی از قبیل اصلاح ژنتیکی یا شیمیایی گیاهان یا خالص سازی، تغلیظ و … باید برای آنها به خوبی صورت بگیرد تا منجر به افزایش کیفیت و کمیت مواد موثره و تقویت اثرگذاری آنها گردد.
