khảo sát sự tương tác của cisplatin và guanine bằng các phương pháp tính toán hóa lượng tử

Cisplatin là thuốc hóa trị được dùng phổ biến hiện nay, do có nhiều tác dụng phụ do hoạt tính gây độc tế bào nên việc hiểu rõ cơ chế tác động của cisplatin ở mức độ phân tử rất cần thiết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA -

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, em vinh dự nhận được sự dạy dỗ và rèn luyện kiến thức tại trường Đại học Cần Thơ, hơn thế nữa là sự quan tâm dạy dỗ tận tình của thầy cô Bộ môn Hóa, khoa Khoa Học Tự Nhiên Đây là nền tảng vô cùng quan trọng, là hành trang tri thức giúp em vững tin trong quá trình công tác tương lai

Em xin chân thành gửi lời cám ơn đến:

Quý thầy cô Bộ môn Hóa, khoa Khoa Học Tự Nhiên, trường Đại Học Cần Thơ đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn em trong suốt thời gian vừa qua Đặc

biệt em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến cô Phạm Bé Nhị là cố vấn học tập đã

quan tâm giúp đỡ em trong thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Vũ Nhật đã trực tiếp hướng dẫn em

thực hiện đề tài, thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, đã đóng góp ý kiến quý báu và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp này

Cảm ơn ba mẹ đã dạy dỗ chăm sóc con đối với con ba mẹ là niềm động viên vững chắc nhất để con vững tin bước vào đời

Một lần nữa xin cám ơn các bạn trong lớp Hóa Dược K37 đã động viên giúp

đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

d) Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

d) Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014

Cán bộ phản biện

TÓM TẮT

Ung thư là một vấn đế lớn trong xã hội hiên đại ngày nay, là một trong bốn nguyên nhân có số lượng tử vong cao nhất Vì vậy các nhà khoa học, nhà nghiên cứu luôn quan tâm đến việc tìm ra phương pháp để đề phòng và điều trị hoàn toàn căn bệnh này Trong đó hóa trị được xem là phương pháp điều trị hiệu quả đối với nhiều loại ung thư (ung thư tinh hoàn, vòm họng, dạ dày,…) Cisplatin là thuốc hóa trị được dùng phổ biến hiện nay, do có nhiều tác dụng phụ (do hoạt tính gây độc tế bào) nên việc hiểu rõ cơ chế tác động của cisplatin ở mức độ phân tử rất cần thiết Khi vào cơ thể thông qua tiêm, cisplatin liên kết với DNA base (ưu tiên hình thành liên kết với guanine hơn adenine) làm thay đổi cấu trúc và phá hủy tế bào Ngày nay, các phương pháp lượng tử tính toán càng khẳng định vai trò quan trọng nhất là trong giải thích việc hình thành liên kết ở mức độ phân tử

Sử dụng phần mền Gaussan 09 kết hợp với phiếm hàm lai hóa B3LYP và bộ

cơ sở cc-pVDZ và cc-pVTZ để tối ưu hóa hình học, tính toán năng lượng, phổ hồng ngoại và giá trị hiệu chỉnh năng lượng điểm 0 (ZPE) Bộ hàm cơ sở với thế năng hiệu dụng (effective core potential - ECP) cc-pVDZ được áp dụng cho Pt, trong khi đó, bộ cơ sở electron đầy đủ cc-pVTZ được sử dụng cho các nguyên tố phi kim Đồng thời so sánh phổ thực nghiệm của cisplatin với phổ tính toán làm cho kết quả có giá trị thực tế Đánh giá liên kết hydro bằng chương trình NBO5.9G để thấy được sự chuyển dịch điện tích giữa 2 nguyên tử hình thành liên kết (NBO - natural bond orbital charges)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết luận văn này đƣợc hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chƣa đƣợc dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác

Ký tên

Danh Bửu Ngày: …………

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN iii

TÓM TẮT iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH BẢNG viii

DANH SÁCH HÌNH ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi

CHƯƠNG 1 LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Cisplatin 3

2.2 Guanine 4

2.3 Ung thư 5

2.3.1 Khái niệm 5

2.3.2 Các giai đoạn phát triển tự nhiên 5

2.3.3 Các phương pháp điều trị ung thư hiện nay 7

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 10

3.1 Phiếm hàm mật độ (density funcional theory-DFT) 10

3.2 Bộ hàm cơ sở 10

3.2.1 Một số khái niệm về bộ hàm cơ sở 10

3.2.2 Phân lọai bộ hàm cơ sở 11

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13

4.1 Xác định vị trí hình thành liên kết giữa cisplain với guanine 13

4.1.1 Những dạng hình học của phức cisplatin-guanine 13

4.1.2 Phổ IR 15

4.2 Phân tích NBO 24

4.3 Ảnh hưởng của tác chất đến quá trình Platinat hóa 25

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 27

5.1 Kết luận 27

5.2 Kiến nghị 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

PHỤ LỤC 1 (Input file cho tối ưu hóa hình học) 29

PHỤ LỤC 2 (Tọa độ Cartesian của các cấu trúc tối ưu) 47

DANH SÁCH BẢNG

3.1 Năng lượng tương đối giữa các cấu trúc (RE) và độ dài liên kết

hydro cũng như độ dài liên kết giữa Pt với guanine (rPt-G) 15 3.2

Sự thay đổi độ dài ( , ), tần số dao động ( , cm–1

) của liên kết C=O khi hình thành liên kết hydro so với cấu trúc PtGN3-1 (không

hình thành liên kết hydro)

22

3.4

Năng lượng nhiễu loạn bậc hai E(2) và điện tích NBO của các

nguyên tử tham gia vào liên kết H ở cấu trúc PtGN7, tính tại mức lý

thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP

24

3.5 Giá trị năng lượng (ΔE) của quá trình platinat hóa (kcal/mol) cho

DANH SÁCH HÌNH

Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ và phổ tính toán

của cấu trúc PtGN7 trong vùng 900-1900 cm-1 Trong phổ thực

nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ đường màu xanh là phổ đầy

đủ, đường màu đỏ là phổ được làm giảm cường độ [7]

16

3.9

Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGO-1và PtGO-2, tất cả đều

được tính toán ở cùng mức lý thuyết

17

3.10

Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN1-1và PtGN1-2 tất cả đều

được tính toán ở cùng mức lý thuyết

18

3.11

Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN3-1và PtGN3-2 tất cả đều

được tính toán ở cùng mức lý thuyết

19

3.12

Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ và phổ tính toán

của cấu trúc PtGN7 trong vùng 2900-3700 cm-1 Trong phổ

3.13

Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN1-1 và PtGN1-2, tất cả đều

đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết

21

3.14

Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGO-1và PtGO-2, tất cả đều

đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết

22

3.15

Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN3-1và PtGN3-2, tất cả đều

đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 LỜI MỞ ĐẦU

Ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên thế giới Hằng năm, có trên 9-10 triệu người mắc bệnh và trong số đó có hơn phân nửa chết vì căn bệnh này (theo thống kê của WHO) Theo thống kê của IARC (International Agency for Rearch on Cancer) năm 2002 có 10,9 triệu người mới mắc và con số này tăng dần theo thời gian Ở Việt Nam, theo thống kê của Bộ Y Tế có 77.280 ca ung thư ác tính được phát hiện Theo theo thống kê của WHO tỷ lệ người mắc ung thư ở Việt Nam cao nhất thế giới với 150.000

ca mắc hằng năm và gần 75.000 ca tử vong

Do hậu quả to lớn mà căn bệnh này gây ra cho nhân loại, nên có rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu về nguồn gốc cũng như phương pháp điều trị căn bệnh ung thư Đã có rất nhiều phát hiện lớn giúp con người phòng ngừa và

có thể điều trị hoàn toàn Thực trạng ở Việt Nam hầu hết các ca ung thư khi phát hiện đã vào giai đoạn cuối (đã di căn) nên các phương pháp chữa trị hầu hết là giảm đau và kéo dài tuổi thọ

Với thực trạng đó, hóa trị và hóa trị kết hợp là phương pháp được đánh giá là có hiệu quả cao nhất Hiện nay, thuốc hóa trị được sử dụng trong điều trị lâm sàng phổ biến là cisplatin, là thuốc gây độc tế bào

Hiện có hai hướng nghiên cứu cisplatin là nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học bằng các phương pháp khác nhau Trong hướng nghiên cứu hoạt tính sinh học, việc đánh giá tác động của cisplatin và DNA ở mức độ phân tử cũng như khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này được xem

là quan trọng nhất Nhằm mục tiêu hạn chế tác dụng phụ, tăng dược tính của cisplatin nên cách thay đổi phối tử và hình dạng cũng như cấu trúc của phức được ưu tiên hàng đầu Tuy nhiên, sự đa dạng về chủng loại làm cho việc này trở nên vô cùng khó khăn, một minh chứng là việc tổng hợp hàng ngàn phức chất của platin nhưng chỉ có một vài trong số chúng được sử dụng lâm sàng như: oxaliplatin, carboplatin và nedaplatin Để đánh giá khả năng cũng như mức độ hình thành liên kết giữa cisplatin và DNA thì hóa lượng tử được xem

là phương pháp có hiệu quả rất cao Nhưng với một phân tử phức tạp như cisplatin và DNA thì việc mô tả chúng đã gặp nhiều khó khăn Trong những năm gần đây, có sự phát triển nhảy vọt của các phương pháp tính gần đúng góp phần giải quyết được khó khăn khi mô tả những phân tử lớn, đó là lượng

tử tính toán Nhóm của Mr.Baik và cộng sự đã thành công trong việc xác định

sự ưu tiên hình thành liên kết giữa cisplatin với guanine hơn là adenine, khi sử dụng hàm mật độ (ADF) [1]

Từ những lý do trên, đề tài “khảo sát sự tương tác của cisplatin và guanine bằng các phương pháp tính toán hóa lượng tử” được thực hiện nhằm xác định bản chất của sự tương tác như điểm liên kết, năng lượng liên kết và

cơ chế liên kết

Do đó cần phải:

- Xác định vị trí hình thành liên kết giữa cisplain với guanine

- Đánh giá độ bền của liên kết hydro bằng NBO

- Ảnh hưởng của dung môi (nước), luận văn chỉ xem xét trường hợp:

cis-[Pt(NH3)2Cl2]+ và cis-[Pt(NH3)2(H2O)Cl]+

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Cisplatin

Cisplatin (cis-diamminedichloroplatinum (II)), là một phức vuông phẳng

với nguyên tử trung tâm là plantinum, được bao quanh bởi 2 nguyên tử

chlorine và 2 phối tử amoniac ở vị trí cis

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của Cisplatin

Chỉ có đồng phân ở cấu trạng cis mới có hoạt tính chống ung thư, còn đồng phân trans thì không có hoạt tính chống ung thư Cisplatin có hoạt tính

trên ung thư phổi, buồng trứng, bàng quang, ung thư đầu mặt cổ, thực quản, vòm họng, u tinh hoàn Do tác động gây độc tế bào nên kéo theo hàng loạt tác dụng phụ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến người sử dụng trên tất cả bộ phận của cơ thể như: gây suy tủy xương, tăng acid uric, độc cho thận (gây hoại tử kèm theo thoái hóa ống thận), làm giảm thính lực và thị lực, thiếu máu, buồn nôn và nôn,… Nguy hiểm nhất là sốc phản vệ, có thể gây tử vong ngay lập tức nếu không xử lý kịp thời

Trên thế giới: vào năm 1965, Rosenberg và cộng sự đã phát hiện ra hoạt tính chống ung thư của cisplatin nhờ sự ức chế chọn lọc quá trình tổng hợp DNA và kiềm hãm tổng hợp RNA ở tế bào ung thư [3] Năm 1978, cisplatin được sử dụng trong lâm sàng Cisplatin đã được nhiều nước sử dụng và đưa vào Dược điển như: Dược điển Châu Âu năm 1997 trang 647, Dược điển Mỹ USP 22, USP 23 trang 312, 397 Dược điển Anh BP 2000, Pháp, Nga, Trung Quốc,…

Trong nước: vào 2007, DS Trần Bình Nguyên, đã tiến hành nhiều nghiên cứu về tinh chế và sử dụng cisplatin trong điều trị ung thư [2]

2.2 Guanine

Khi cisplatin đi vào cơ thể (thông qua tiêm), một phần bị thải ra ngoài nguyên vẹn, phần còn lại được giữ lại trong mô hoặc liên kết với protein huyết tương Cisplatin sẽ liên kết với DNA, làm thay đổi cấu trúc dẫn đến ức chế quá trình phiên mã (nhân đôi DNA), đồng thời ức chế sự nhân đôi tế bào - hoạt tính chống ung thư

Hình 1.2 Cisplatin làm thay đổi cấu trúc DNA

Về mặt phân tử cisplatin sẽ hình thành liên kết với DNA thông qua guanine Phân tử guanine có 4 vị trí có thể hình thành liên kết với cisplatin là:

vị trí N1, N3, N7 và oxi của C6

Hình 1.3 Cấu tạo và vị trí của nguyên tử trong phân tử guanine

Guanine là một trong 5 loại nuclebase hiện diện trong cả DNA và RNA, thuộc loại base purin (có vòng pyrimidine và imidazol 5 cạnh) Trong DNA guanine liên kết ngang với cytocin tạo 3 liên kết hydro, 2 vị trí cho liên kết hydro ở N1 và N2, một vị trí nhận ở O6 [4].

2.3 Ung thư

2.3.1 Khái niệm

Ung thư là quá trình bệnh lý trong đó một số tế bào thoát ra khỏi sự kiểm soát, sự biệt hóa sinh lý của tế bào và tiếp tục nhân lên Những tế bào này có khả năng xâm lấn và phá hủy các tổ chức xung quanh Đồng thời chúng di trú

và đến phát triển ở nhiều cơ quan khác nhau hình thành nên di căn, cuối cùng ung thư gây tử vong do:

- Các biến chứng cấp tính như: xuất huyết ồ ạt, chèn ép não, ngạt thở

- Tiến triển nặng dần tiến đến rối loạn chức năng của các cơ quan do khối di căn như thiểu năng hô hấp, suy chức năng gan, thận

- Sự thoái triển dần dần, kéo dài dẫn đến suy kiệt và cuối cùng bệnh nhân

tử vong [5]

2.3.2 Các giai đoạn phát triển tự nhiên

2.3.2.1 Giai đoạn khởi phát

Bắt đầu từ tế bào gốc do tiếp xúc với các tác nhân gây đột biến, làm thay đổi không phục hồi của tế bào Quá trình diễn ra nhanh và hoàn tất trong một vài giây mà không thể đảo ngược được Tuy nhiên, người ta chưa xác định được ngưỡng gây khởi phát Trong cuộc đời một con người thì có nhiều tế bào trong cơ thể có thể trải qua quá trình khởi phát, nhưng không phải tất cả các tế bào đều phát sinh bệnh Đa số các tế bào khởi phát hoặc là không tiến triển, hoặc là chết đi, hoặc là bị cơ chế miễn dịch vô hiệu hóa

2.3.2.2 Giai đoạn tăng trưởng, thúc đẩy, chuyển biển

Đây là các giai đoạn sau giai đoạn khởi phát: bao gồm sự chọn lọc dòng

tế bào, sự thay đổi thể hiện ở gen, sự tăng sinh của tế bào khởi phát Sự tăng sinh của tế bào ung thư còn ở mức độ nhỏ, cư trú ở một mô nhỏ nào đó

2.3.2.3 Giai đoạn lan tràn

Tiếp theo các giai đoạn trên, ung thư có thể chuyển sang giai đoạn lan tràn Giai đoạn này có thể ngắn vài tháng và cũng có thể kéo dài vài năm Ở

giai đoạn này khối u bành trướng, gia tăng có thể từ 100 tế bào đến 1 triệu tế bào Tuy nhiên vẫn còn quá nhỏ để phát hiện được bằng phương pháp phân tích

2.3.2.4 Giai đoạn tiến triển - xâm lấn - di căn

- Giai đoạn tiến triển: đặc trưng của giai đoạn này là sự tăng lên của kích thước khối u Ở người bình thường, số lượng tế bào được tạo ra bằng số tế bào chết và luôn giữ ở mức hằng định (khoảng 1012 triệu tế bào chết mỗi ngày và cần được thay thế) Khi bị ung thư, tế bào sinh sản vô hạn độ dẫn đến sự phá

vỡ mức hằng định

- Trong giai đoạn tiến triển, chia ra hai giai đoạn nhỏ:

+ Giai đoạn tiền lâm sàng: đây là giai đoạn đầu, có thể rất ngắn vài tháng như u lympho Burkit, cũng có thể kéo dài nhiều năm: ung thư trực tràng, ung thư phổi, ung thư bàng quang, giai đoạn này có thể kéo dài 15-20 năm, có khi 40-50 năm, chiếm 75% thời gian phát triển của bệnh Tuy chưa có biểu hiện lâm sàng, nhưng cũng có thể phát hiện dựa vào các xét nghiệm cận lâm sàng + Giai đoạn lâm sàng: trên lâm sàng chỉ phát hiện khi khối u có kích thước trên 1 cm3

(khoảng 1 tỷ tế bào), cần phải có 30 lần nhân đôi

- Giai đoạn xâm lấn: tổ chức ung thư xâm lấn nhờ các đặc tính

+Tính di động của tế bào ung thư

+ Khả năng tiêu đạm ở các mô kế cận

+ Mất sự ức chế tiếp xúc của tế bào

- Giai đoạn di căn: có thể di căn theo nhiều con đường

+ Bạch mạch: gặp nhiều trong ung thư biểu mô Đầu tiên có thể lan tràn theo đường bạch mạch tại chỗ và đôi khi làm tắc, rồi lan đến bạch mạch vùng

Di căn thường từ gần đến xa, qua các trạm hạch, có khi nhảy cóc

+ Di căn theo đường kề cận: các tế bào ung thư đi theo các mạch máu và thần kinh, theo lối ít khi bị cản trở như: ung thư dạ dày lan qua lớp thành mạc vào ổ bụng, đến buồng trứng

+ Theo đường máu: gặp nhiều trong ung thư liên kết Khi đi theo đường máu, tế bào kết thúc ở mao mạch và tăng trưởng ở đó [5]

2.3.3 Các phương pháp điều trị ung thư hiện nay

2.3.3.1 Điều trị phẫu thuật

Trong một thời gian dài phẫu thuật được xem là phương pháp duy nhất

để điều trị ung thư và đến nay nó vẫn còn được xem là hòn đá trong điều trị ung thư hiện đại Những tiến bộ vượt bậc trong kỹ thuật mổ, trong gây mê hồi sức đã hoàn thiện kết quả của phẫu thuật

Các ưu điểm của phẫu thuật ung thư:

+ Các loại u ác tính không có sự đề kháng sinh học đối với kỹ thuật ngoại khoa

+ Phẫu thuật không có hiệu quả có tiềm năng sinh ung thư

+ Phẫu thuật có khả năng điều trị một số lớn ung thư ở giai đoạn tại chỗ

và tại vùng

+ Phẫu thuật cho phép đánh giá mức độ xâm lấn của khối u cũng như xác định đặc tính mô học của khối u làm cơ sở cho xếp loại và chỉ định điều trị Các nhược điểm của phẫu thuật ung thư:

+ Phẫu thuật có thể có các biến chứng đe dọa đến tính mạng bệnh nhân hoặc làm mất chức năng sinh lý một số cơ quan Bác sĩ phẫu thuật cần cân nhắc mức độ rộng của phẫu thuật để tránh tổn thương những cơ quan quan trọng và đó là một trong những nguyên nhân thất bại của phẫu thuật

+ Những tổn thương ác tính đã vượt qua giai đoạn tại chỗ và tại vùng thì vai trò của phẫu thuật không còn phù hợp

2.3.3.2 Điều trị tia xạ

Điều trị tia xạ là sử dụng tia bức xạ ion hóa để điều trị ung thư, là phương pháp điều trị thứ 2 sau phẫu thuật đã được áp dụng hơn 100 năm nay Chúng ta phân biệt 2 loại điều trị tia xạ:

+ Tia xạ ngoài: nguồn phóng xạ nằm ngoài cơ thể gồm các máy điều trị tia xạ như cobalt, gia tốc…

+ Tia xạ áp sát: nguồn phóng xạ được đặt trong cơ thể bệnh nhân Các đồng vị phóng xạ được sử dụng là các nguồn mềm có thể uốn nắn được như Cesium 137, Iridium 192 hoặc Radium 226 [5]

2.3.3.3 Điều trị hoá chất

Từ khi bắt đầu tiến triển, ung thư có thể đã di căn, do đó các phương pháp điều trị tại chỗ và tại vùng như phẫu thuật và xạ trị thường không mang lại hiệu quả Sử dụng các thuốc điều trị ung thư đặc biệt là các hóa chất chống ung thư có thể ngăn chặn được tiến triển của ung thư Hóa chất chống ung thư đều là những chất gây độc tế bào Điều trị hóa chất dựa trên sự đáp ứng khác biệt nhau giữa tế bào ung thư và tế bào lành Đặc trưng tăng trưởng của ung thư có ảnh hưởng rất lớn đến sự đáp ứng với hóa trị Các hiểu biết về động học

tế bào, sự tăng trưởng của khối u, sinh học ung thư là căn bản cho các nguyên tắc hóa trị lâm sàng

Các chỉ định của hóa trị ung thư:

+ Hóa trị gây đáp ứng (induction chemotherapy) áp dụng đối với các loại ung thư đã ở giai đoạn muộn

+ Hóa trị hỗ trợ (adjuvant chemotherapy) sau khi điều trị phẫu thuật, tia

xạ các ung thư đang còn tại chỗ và tại vùng

+ Hóa trị tân hỗ trợ (neoadjuvant chemotherapy) hóa trị được thực hiện trước khi điều trị tại chỗ và tại vùng

Hóa trị tại chỗ: nhằm mục đích làm tăng nồng độ thuốc tại khối u bằng cách bơm thuốc vào các xoang và hốc của cơ thể hoặc bơm thuốc trực tiếp vào động mạch nuôi khối u Bên cạnh khả năng có thể điều trị khỏi một số ung thư, hóa trị có thể giúp làm giảm thiểu một số triệu chứng liên quan đến ung thư và từ đó làm tăng chất lượng cuộc sống và kéo dài thời gian sống cho bệnh nhân ung thư [5]

2.3.3.4 Các phương pháp điều trị khác

- Điều trị miễn dịch: có 2 loại chính

+ Miễn dịch thụ động không đặc hiệu: interferon và interleukin

+ Miễn dịch chủ động không đặc hiệu: bơm BCG vào trong bàng quang

- Điều trị ung thư hướng đích (targeted cancer therapy) là sử dụng các loại thuốc ngăn chặn sự phát triển và lan rộng của tế bào ung thư bằng cách cản trở các phân tử đặc hiệu liên quan đến quá trình sinh ung thư và sự phát triển của khối u Bởi vì các nhà khoa học gọi các phân tử này là phân tử đích (moleculer targets), nên các phương pháp điều trị ngăn cản chúng gọi là điều trị hướng đích phân tử (moleculerly target therapies) Điều trị nhắm vào đích phân tử là phương pháp điều trị có hiệu quả hơn các phương pháp điều trị hiện nay và ít gây độc tế bào hơn [5]

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 3.1 Phiếm hàm mật độ (density funcional theory-DFT)

Phiếm hàm mật độ được đề cập đến lần đầu trong mô hình Thomas Fermi vào năm 1927 và tiếp tục phát triển trong lý thuyết Kohn - Hohenberg trong năm 1964, nhưng phải đến khi Kohn và Sham đưa ra phương trình mang tên mình thì DFT mới trở thành một công cụ tính toán thực thụ Hiện nay, lý thuyết DFT là một trong những phương pháp tính toán đáng tin cậy và được

-sử dụng rộng rãi nhất trong mô phỏng hóa học

Năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản là một phiếm hàm theo hàm mật độ điện tử như sau:

| | ∫ ⃗ ⃗ ⃗ ⌈ ⌉ Trong đó ngoài thành phần động năng, thế năng tương tác với hạt nhân, thế năng tương tác đẩy điện tử-điện tử, thành phần năng lượng tương quan và trao đổi giữa các điện tử ⌈ ⌉ đóng vai trò quan trọng và tính toán được nó

là một trong những thế mạnh của DFT [6]

3.2 Bộ hàm cơ sở

Một bộ hàm cơ sở bao gồm nhiều hàm cơ sở, bộ cơ sở càng lớn việc mô

tả electron trong hệ càng gần với thực tế, mức độ gần đúng càng tốt và ngược lại

3.2.1 Một số khái niệm về bộ hàm cơ sở

- Bộ cơ sở tối thiểu (minimum basis set): gồm các AO thuộc vỏ trong và

vỏ hóa trị Ví dụ: H: 1s; C: 1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, …

- Bộ cơ sở hóa trị (valence basis set): chỉ gồm các AO vỏ hóa trị

- Bộ cơ sở hóa trị tách (split valence basis set): gấp đôi, gấp ba,… số hàm cơ sở cho mỗi AO hóa trị, làm thay đổi kích thước của obital

Ví dụ: H: 1s, 1s‟; C: 1s, 2s, 2s‟, 2px, 2py, 2pz, 2px‟, 2py‟, 2pz‟

- Hàm phân cực: thêm vào các AO có moment góc lớn hơn cho nguyên

tử nặng và/hoặc nguyên tử H vào bộ cơ sở hóa trị tách, có thể làm biến đổi các obital

- Hàm khuếch tán: là những hàm s, p có kích thước lớn, mô tả các obital

có không gian lớn hơn Bộ cơ sở có hàm khuếch tán quan trọng với các hệ có

electron ở xa hạt nhân như các phân tử có cặp electron riêng, các anion, các hệ

ở trạng thái kích thích, hệ có thế ion hóa thấp, hệ tương tác yếu,…

3.2.2 Phân lọai bộ hàm cơ sở

- Bộ cơ sở kiểu Pople:

+ Bộ cơ sở STO-nG: tổ hợp STO với n GTO, với n=6/2, trên Thực tế

n>3, kết quả rất ít thay đổi so với n=3, do đó bộ hàm STO-3G là bộ hàm được

sử dụng rộng rãi nhất và cũng là bộ cơ sở cực tiểu

+ Bộ cơ sở k-nlmG: với k là số hàm GTO dùng làm obital lõi, bộ số nlm vừa là chỉ số hàm obital vỏ hóa trị được phân chia thành vừa là chỉ số hàm GTO sử dụng tổ hợp Mỗi hàm có thể thêm hàm khuếch tán, phân cực hoặc cả hai Hàm khuếch tán thường là hàm s- và p- đặt trước chữ G, kí hiệu bằng dấu

„+‟ hoặc dấu „++‟ (dấu „+‟ thứ nhất thể hiện việc thêm bộ hàm khuếch tán s và

p trên các nguyên tử nặng, dấu „+‟ thứ 2 chỉ ra việc thêm hàm khuếch tán s cho nguyên tử hydro Hàm phân cực được chỉ ra sau chữ G, kí hiệu bằng chữ thường hoặc dấu * và dấu ** Ví dụ:

6-31G là bộ cơ sở hóa trị tách đôi Trong đó 6 hàm CGF dùng cho phần lõi được tổ hợp từ 6 nguyên hàm Gauss và 4 nguyên hàm Gauss tổ hợp lại để

có 3 hàm CGF dùng cho phần vỏ hóa trị thứ nhất (với C là 2s, 2px, 2py, 2pz), 1 hàm CGF dùng cho vỏ hóa trị thứ 2 (với C là 2s, 2px‟, 2py‟, 2pz‟)

6-311G là bộ cơ sở hóa trị tách ba, 6-31G (d) hoặc 6-31G* là thêm hàm

d vào các nguyên tử nặng

6-311G (3df, 2dp): thêm 3 hàm d, 1 hàm f vào nguyên tử nặng và 2 hàm

p, 1 hàm d vào nguyên tử hydro

6-31+G (d): thêm hàm khuếch tán đối với nguyên tử nặng

6-311++G (d): thêm hàm khuếch tán đối với nguyên tử nặng và hydro

- Bộ cơ sở phù hợp tương quan (correlation consistent basis set): Dunning và cộng sự đã đề nghị một bộ cơ sở GTO nhỏ hơn mà kết quả đạt được đáng tin cậy Đặt tên là bộ cơ sở phù hợp tương quan (cc: correlation consistent), gồm các bộ cơ sở sau:

+ Correlation consistent polarize valence double (cc-pVDZ)

+ Correlation consistent polarize valence triple (cc-pVTZ)

+ Correlation consistent polarize valence quadruple (cc-pVQZ)

+ Correlation consistent polarize valence quintuple (cc-pV5Z)

+ Correlation consistent polarize valence sixtuple (cc-pV6Z)

Nhìn chung các bộ cơ sở trên được hình thành nhờ việc thêm vào các hàm phân cực nhằm tăng không gian để mô tả tốt hơn vị trí của electron

hiệu: aug-cc-pVTZ, aug-cc-pVDZ, aug-cc-pVQZ, aug-cc-pV5Z Những bộ cơ

sở này cho kết quả tính toán rất tốt và mô tả tốt những hệ tương tác yếu, không cộng hóa trị

- Bộ cơ sở phù hợp phân cực (polarize consistent basis set): bộ cơ sở phù hợp phân cực (pc: polarize consistent) được phát triển tương tự như bộ cơ sở phù hợp tương quan (cc), ngoại trừ chúng chỉ được dùng cho phương pháp DFT Từ tên gọi cho thấy bộ cơ sở này chỉ hướng vào việc mô tả sự phân cực của mật độ electron trên phân tử hơn là mô tả năng lượng liên quan Bao gồm: pc-0, pc-1, pc-2, pc-3, pc-4, trong đó n là chỉ số ứng với số hàm phân cực có moment góc cao [6]

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Xác định vị trí hình thành liên kết giữa cisplain với guanine 4.1.1 Những dạng hình học của phức cisplatin-guanine

Phân tử guanine có 4 vị trí có thể hình thành liên kết với cisplatin là: vị trí N1, N3, N7 và oxi của C6 Những kí hiệu: PtGN7, PtGN3, PtGN1, PtGO lần lượt là cisplatin hình thành liên kết với guanine ở vị trí tương ứng (trừ Pt-N7

có 1 cấu trạng, những vị trí còn lại đều có 2 cấu trạng, do sự thay đổi của cisplatin) Tất cả có 7 cấu trúc của phức [Pt(NH3)2(G)Cl]+, tương ứng từ Hình 3.1 đến Hình 3.7, thu được từ việc tối ưu hóa cấu trúc bằng phiếm hàm B3LYP, kết hợp với bộ cơ sở cc-pVTZ cho các nguyên tử phi kim và bộ cơ sở cc-pVDZ-PP cho nguyên tử Pt Tất cả cấu trúc đều chứa liên kết hydro ngoại trừ cấu trúc PtGN3-1 (Hình 3.2) Giá trị trong dấu ngoặc đơn là năng lượng tương đối giữa các đồng phân có đơn vị là: kcal/mol

Cấu trúc có năng lượng thấp nhất của phức [Pt(NH3)2(G)Cl]+ là PtGN7

(Hình 3.1) Dạng này được ổn định nhờ liên kết hydro hình thành giữa hydro

thì có năng lượng cao nhất do không hình thành liên kết hydro Ta thấy cấu trúc PtGN3-1 và PtGN3-2 hầu như giống nhau, do có sự thay đổi của cisplatin nên ở dạng PtGN3-1 không hình thành liên kết hydro vì thế liên kết giữa cisplatin và guanine không được ổn định, đây chính là nguyên nhân dẫn đến dạng này có năng lượng cao nhất Những dạng khác tuy có hình thành liên kết hydro nhưng chúng không bền bằng liên kết hydro ở dạng PtGN7 vì liên kết này hình thành giữa hydro của phối tử amoniac khá linh động với oxi (nguyên

tố có độ âm điện cao) Ở cấu trúc PtGN3-2 liên kết hydro giữa hydro của phối

tử amoniac khá linh động với nitơ (có độ âm điện thấp hơn oxi) Trường hợp của PtGN1-1 và PtGN1-2 liên kết hydro tương tự như PtGN1 nhưng do cấu hình không ưu dãi (có sự tương tác giữa phối tử chloro với nhóm NH2 của guanine) so với PtGN7 làm cho liên kết hydro dài hơn Trường hợp của cấu trúc PtGO-1 là do hình thành liên kết với cisplatin (liên kết với platin) nên giảm độ bền khi hình thành liên kết hydro, trường hợp PtGO-2 thì tương tự như PtGN3-2

Hình 3.1 Cấu trúc PtGN7 (0,0)

Hình 3.2 Cấu trúc PtGN3-1 (23,3) Hình 3.3 Cấu trúc PtGN3-2 (8,2)

Hình 3.4 Cấu trúc PtGN1-1 (21,1) Hình 3.5 Cấu trúc PtGN1-2 (10,6)

Hình 3.61 Cấu trúc PtGO-1 (11,6) Hình 3.7 Cấu trúc PtGO-2 (13,7)

Bảng 3 1 Năng lượng tương đối giữa các cấu trúc (RE) và độ dài liên kết hydro cũng như độ dài liên kết giữa Pt với guanine (rPt-G)

rPt–G có độ dài càng ngắn thì cấu trúc đó càng bền, trường hợp PtGN7 là 2,049 còn PtGN1-1 là 2,087

4.1.2 Phổ IR

Nhằm đánh giá chính xác quá trình platinat hóa guanine cũng như kiểm chứng cho kết quả của tối ưu hóa hình học, việc so sánh phổ tính toán lý thuyết (B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ) với phổ thực nghiệm được xem là có độ

chính xác cao Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ được đánh giá trong vùng 950-1900 cm-1 và vùng 2900-3500 cm-1, không bắt đầu đánh giá từ

dao động hóa trị cũng như dao động biến dạng của các nhóm chức còn có những tín hiệu do sự tương tác mạnh của các dao động, đặc trưng cho đoạn phân tử nên thường dùng để xác định toàn phân tử hơn là nhóm chức

Khi quan sát sơ bộ phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ trong vùng 950-1900 cm-1 so với phổ tính toán của cấu trúc PtGN7 ta thấy chúng khá giống nhau về vị trí xuất hiện của các tín hiệu đặc trƣng của vùng phổ này

guanine và dao động của liên kết C=O Ngoài ra, trong vùng này còn có dao động của vòng purin (không quan trọng) nhƣng chỉ xem xét dao động của phối

Đặc trƣng chủ yếu của phổ thực nghiệm phù hợp với phổ tính toán của cấu trúc PtGN7, đồng thời cũng có một số tính hiệu phù hợp với phổ tính toán của cấu trúc khác đƣợc trình bày trong Hình 3.9, Hình 3.10 và Hình 3.11 Đầu tiên là tín hiệu mạnh ở 1289 cm-1 và 2 tín hiệu yếu hơn ở 1330 và 1350 cm-1 Tín hiệu này đƣợc quy cho dao động hóa trị của 2 phối tử NH3 (dao động kiểu bung dù) Ta thấy là 2 tín hiệu này khá xa nhau, nên có thể hydro của một phối

tử amoniac đã tạo liên kết hydro với nhóm carbonyl, đƣợc thể hiện trong

PtGN7 trong phổ tính toán là 1342 cm-1 so với 1330 cm-1 trong phổ thực

nghiệm Tín hiệu mạnh ở 1289 cm-1 là do liên kết N1-H của guanine

Hình 3.9 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGO-1 và PtGO-2 tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP trong

vùng phổ 900-1900 cm-1

Hình 3.10 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN1-1và PtGN1-2 tất cả đều được tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ

bị dịch chuyển đỏ Trường hợp của PtGO-1 và PtGO-2 đều có tín hiệu ở 1692

cm-1 được cho là của nhóm carbonyl, bị chuyển dịch đỏ rất mạnh Hiệu ứng này được giải thích là do việc hình thành liên kết hydro giữa hydro của phối tử

tính liên kết đôi và việc platinat hóa (PtGO-1 và PtGO-2) vào nhóm carbonyl càng làm suy yếu liên kết C=O Sự thay đổi trình bày chi tiết qua Bảng 3.2, bao gồm cả sự thay đổi độ dài liên kết và sự chuyển dịch đỏ của những cấu trúc hình thành liên kết hydro với nhóm C=O của guanine Những tín hiệu còn lại được cho là dao động của vòng purin bao gồm cả dao động biến dạng bóp

Hình 3.11 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN3-1và PtGN3-2 tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ

trong vùng 900-1900 cm-1 Bảng 3.2 Sự thay đổi độ dài ( , ), tần số dao động ( , cm–1

) của liên kết C=O khi hình thành liên kết hydro so với cấu trúc PtGN3-1 (không hình thành liên kết hydro)

so với cấu trúc PTGN7

4.1.2.2 Vùng phổ từ 2900-3700cm -1

Hình 3.12 Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ và phổ tính toán của cấu trúc PtGN7 trong vùng 2900-3700 cm-1 Trong phổ tính toán phần màu xanh nhạt là do chiếu xạ trong 1 giây, phần màu xanh dương do chiếu xạ trong

2 giây và phần màu đỏ là được làm tăng cường độ [7]

Phổ thực nghiệm cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ trong vùng 2900-3700 cm-1, được trình bày trong Hình 3.12 xuất hiện tín hiệu mạnh ở 3414, 3437, 3453 và 3474

cm-1 và những tín hiệu yếu hơn ở 3054, 3153, 3340, 3387, 3537 và 3559 cm-1

Một lần nữa việc so sánh phổ thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ với phổ tính toán thì có sự tương thích với cấu trúc PtGN7

Hình 3.2 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN1-1và PtGN1-2, tất cả đều được tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ trong

vùng 2900-3700 cm-1 Những tín hiệu trong vùng phổ này do dao động hóa trị của nitơ nói

sự làm giãn liên kết N1–H, tương tự tín hiệu ở 3474 cm-1

do dao động co giãn

ở liên kết N9–H Những tín hiệu còn lại là do dao động co giãn đối xứng và bất đối xứng ở NH2 và phối tử amoniac của cisplatin Vùng tín hiệu ở 3054 và

3153 cm-1 có thể do liên kết N–H O, việc hình thành liên kết hydro đã làm

amoniac có tín hiệu ở 1528-1540 cm-1, có sự chuyển dịch đỏ mạnh cho liên kết

3.3

Hình 3.14 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGO-1và PtGO-2, tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ trong

vùng 2900-3700 cm-1 Bảng 3.3 Sự thay đổi độ dài ( , ), tần số dao động ( , cm–1

) của liên kết N–H khi hình thành liên kết hydro so với cấu trúc PtGN3-1 (không hình thành liên kết hydro)