Đây là lý do nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu kết hợp combretastatin, một hợp chất kháng ung thư, và celecoxib, một chất kháng viêm theo cơ chế COX2, là các chất bắt nguồn ch[r]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀ
CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-
NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH KHÁNG VIÊM, KHÁNG UNG THƯ CÁC HỢP CHẤT LAI COXIB – COMBRETASTATIN
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: 1.PGS TS Ngô Quốc Anh
2 PGS.TS Vũ Đình Hoàng
HÀ NỘI - 2020
Trang 2Phòng Nghiên cứu phát triển dƣợc phẩm
Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS TS Ngô Quốc Anh PGS TS Vũ Đình Hoàng
Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước tại Học Viện Khoa học và Công nghệ
Vào hồi
Có thể tìm thấy luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia
Trang 3MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của luận án
Ung thư là một nhóm các bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một cách vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nhiều vị trí khác nhau (di căn) Theo thống kê của tổ chức Ung thư toàn cầu GLOBOCAN năm
2018 hiện cả nước có hơn 300.000 người sống chung với ung thư, có 164.671
ca mới, 114.871 người tử vong do bệnh này Toàn cầu hiện có khoảng 23 triệu người mắc, trong đó mỗi năm có hơn 14 triệu người mắc mới và 8 triệu 2 trăm nghìn người tử vong Tổ chức Y tế thế giới (WHO) xếp Việt Nam nằm trong 50 nước thuộc top 2 của bản đồ ung thư
Việc nghiên cứu tìm ra thuốc điều trị ung thư lại ít tác dụng phụ là một trong những hướng luôn được giới khoa học quan tâm Trong số các phương pháp điều trị hiện nay, hóa trị liệu là một phương pháp điều trị ung thư sử dụng một hoặc nhiều thuốc kháng ung thư - gây độc tế bào Một trong các loại thuốc chống ung thư, được sử dụng ngày nay trong hóa trị liệu, tác động đến chu kỳ tế bào để ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và sau đó gây ra sự chết tế bào theo chương trình (apoptosis)
Các hướng dẫn điều trị triển vọng thường khuyến nghị kết hợp nhiều loại thuốc chống ung thư hoạt động trên nhiều cơ chế khác nhau Ngày nay, nghiên cứu khám phá ra các loại thuốc nhắm vào nhiều mục tiêu đang được chú ý, với mong muốn kết hợp các mục tiêu phân tử khác nhau trên duy nhất một tác nhân hóa học Những ưu điểm của phân tử lai so với sự kết hợp của nhiều loại thuốc
có thể cải thiện các hạn chế về kỹ thuật, phản ứng phụ và sự kháng thuốc của một mục tiêu riêng lẻ [1] Một trong những nhóm chất chống ung thư quan trọng nhất là các phân tử liên kết tubulin Mặc dù một số loại thuốc nhắm mục
Trang 4tiêu vi ống đã được sử dụng trong lâm sàng, nhưng vẫn cần tìm kiếm các tác nhân mới có thể khắc phục những hạn chế về sự kháng thuốc và các tác dụng phụ không mong muốn của các liệu pháp hiện tại [3]
2 Mục tiêu của luận án
1 Thiết kế được cấu trúc các hợp chất lai coxib - combretastatin
2 Tổng hợp được các hợp chất lai coxib - combretastatin
3 Sàng lọc được các hoạt tính kháng ung và kháng viêm của các hợp chất lai
4 Xác định được cơ chế kháng viêm và kháng ung thư của các hợp chất lai
5 Tiến hành docking phân tử hợp chất lai coxib - combretastatin với hai đích tác dụng COX2 và tubulin
3 Những nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận án
- Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất dị vòng lai hóa combretastatin và celecoxib
- Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất dị vòng 4 aza- podophyllotoxin
- Xác định cấu trúc các hợp chất tổng hợp được
- Sàng lọc hoạt tính các chất tổng hợp được
- Nghiên cứu sâu hơn về mặt cơ chế tác dụng và tác động lên chu kỳ tế bào của một số chất mới tiêu biểu
- Nghiên cứu và khẳng định tương quan mô hình cấu trúc lai hóa về mặt hóa học cũng như sinh học lớp chất mục tiêu
Hình 31: Mô phỏng hợp chất lai coxib – combretastatin theo mục tiêu đặt ra
Trang 5CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Tổng quan trình bày chung về các hợp chất kháng ung thư theo cơ chế ức chế tubulin, sơ lược về cơ chế tubulin Nhóm các hợp chất theo cơ chế tubulin vẫn luôn là đề tài đáng được quan tâm trong lĩnh vực nghiên cứu thuốc chống ung thư Các hợp chất combretastatin có những hoạt tính sinh học phong phú đã được ứng dụng trong điều trị một số căn bệnh ung thư, chúng được biết đến với hoạt tính gây độc tế bào theo cơ chế ức chế trùng hợp tubulin tại vị trí colchicin [2] Cho đến nay những hợp chất điều trị ung thư theo cơ chế này vẫn đang được ứng dụng rộng rãi và luôn là một hướng nghiên cứu nhận được nhiều sự quan tâm
- Tổng quan về các hợp chất combretastatin, thuộc lớp chất cis-stilben,
một nguồn phong phú của các hợp chất dẫn đường trong việc tìm kiếm các loại thuốc mới, các hợp chất điển hình như resveratrol và combretastatin A-4 phosphat hiện đang được thử nghiệm để điều trị bệnh Alzheimer và ung thư trên lâm sàng Các stilben mới được phân lập gần đây đã cho thấy có nhiều hoạt tính sinh học đa dạng, bao gồm tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống sốt rét, gây độc tế bào, bảo vệ gan và chống viêm Combretastatin A-4 (CA4) cũng được xem là tác nhân gây độc tế bào tiềm năng do ức chế mạnh sự trùng hợp vi ống bằng cách gắn vào điểm gắn kết của colchicin trên tubulin CA-4 có độc tính cao trên nhiều mô hình tế bào ung thư, do vậy nó là một cấu trúc mục tiêu hiện đang rất được quan tâm
- Tổng quan về Pyrazol là các dị vòng có năm cạnh tạo thành một nhóm các hợp chất đặc biệt hữu ích trong tổng hợp hữu cơ Chúng là một trong những nhóm hợp chất được nghiên cứu nhiều nhất trong họ azol Pyrazol được báo cáo qua các tài liệu hiện có và SAR cho thấy, nó là cần thiết cho việc thiết kế các chất ức chế chọn lọc COX2 Một trong các hợp chất quan trọng và thông dụng
Trang 6nhất trong các hợp chát pyrazole được ứng dụng trong thương mại đó là celecoxib, một chất được biết đến với hoạt tính kháng viêm mạnh, là thuốc ức chế chọn lọc COX2 thông qua hoạt động của prostaglandin gây ra trong quá trình viêm và đau mà không tác dụng lên các prostaglandin COX1 có tác dụng bảo vệ đường tiêu hóa Hơn nữa Celecoxib ức chế cả sự tăng sinh trên mô hình
in vitro tế bào ung thư vú ở người như MCF7 và MDAMB-231 Một số nghiên
cứu chỉ ra rằng celecoxib và các hợp chất liên quan có thể gây ra sự bắt giữ chu
kỳ tế bào ở giai đoạn G0 /G1 dẫn đến tế bào chết theo chu trình apotosis, ức chế
sự phát triển của khối u và ngăn chặn sự hình thành mạch của khối u khi không
có sự hiện diện của COX2
Qua đó có thể thấy các hợp chất lai hóa combretastatin celecoxib là những lớp chất đầy hứa hẹn vẫn còn mới về mặt phát triển cấu trúc cũng như hoạt tính sinh học góp phần xây dựng chung cho những công trình nghiên cứu mới tìm kiếm các loại thuốc kháng ung thư trong ngành hóa dược
Trang 7CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và thiết bị
2.1.1 Hóa chất và dung môi
2.1.2 Thiết bị nghiên cứu
2.2 Các phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp tổng hợp hữu cơ
2.2.3 Phương pháp thử hoạt tính sinh học
2.3 Tổng hợp các hợp chất lai coxib- combrestatin
2.3.1 Tổng hợp các dẫn chất este của chất lai este coxib - combretastatin
Hình 2.2 Tổng hợp dẫn chất este của hợp chất lai hóa coxib - combrestatin
(i) Kiềm: t-BuOLi (3 mmol, 3 eq), đun hồi lưu, (ii) Ethyl chlorooxoacetate (1 mmol, 1 eq) (77), 5 ml THF; (iii) HCl (4 mmol); đun hồi lưu, 5 ml C2H5OH khan; phenylhydrazin (1 mmol, 1 eq) (78)
Tổng hợp được 20 chất lai dang lai hóa dạng este của coxib - combretastatin là các chất từ 79 đến 98
2.3.2 Tổng hợp hợp chất lai coxib - combrestastatin chứa nhóm CF 3
Hình 2.5 Tổng hợp hợp lai hóa coxib - combretastatin chứa nhóm CF3
(a) 100 (1.0 mmol), 99 etyl trifluoroacetat (1,2 eq) và NaH (2,5 eq) trong THF (5 mL), 6 h (b), EtOH (5 mL), axit (1.0 eq); arylhydrazin hydrochlorid 78 (1.0 mmol) được thêm liên
tiếp vào cặn và hồi lưu trong 6 giờ Chất 102 được phân lập qua sắc ký cột
Trang 82.3.3 Tổng hợp các dẫn chất axit của hợp chất lai hóa coxib - combrestatin
Hình 2.8 Tổng hợp khung lai ghép combretastatin và coxib dạng axit
(i) Kiềm: t-BuOLi (3 mmol, 3 eq), đun hồi lưu, (ii) Ethyl chlorooxoacetate (1 mmol, 1 eq), 5 ml THF; (iii) HCl (4 mmol); đun hồi lưu, 5 ml C2H5OH khan;
phenylhydrazin (1 mmol, 1 eq) (78) Sản phẩm thu được sau phân lập qua sắc
ký cột được hòa tan trong hệ dung môi THF/MeOH/H2O = 3:1:1, sau đó NaH (1,2 eq) được thêm vào hỗn hợp Thực hiện phản ứng trong 3h thu được chất lai
hóa dạng axit 103-122
Tổng thành công 20 chất lai dang lai hóa dạng axit của combretastatin-coxib là
các chất từ 103-122
2.5 Thử nghiệm hoạt tính sinh học các hợp chất nghiên cứu
Các hợp chất đã tổng hợp được tiến hành sàng lọc hoạt tính kháng ung thư vú MCF7, ung thư đại tràng HT-29, ung thư biểu mô gan Hep-G2 và ức chế sản sinh NO
Trang 9CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Những ưu điểm của việc sử dụng một phân tử lai so với việc đồng thời kết hợp nhiều loại thuốc riêng lẻ có thể cải thiện các hạn chế về phản ứng phụ
và sự kháng thuốc [107] Tuy có hoạt tính nổi trội, nhưng combretastatin vẫn còn nhiều những tác dụng không mong muốn Đây là lý do nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu kết hợp combretastatin, một hợp chất kháng ung thư, và celecoxib, một chất kháng viêm theo cơ chế COX2, là các chất bắt nguồn cho các hợp chất lai mới với hy vọng tìm ra những chất mang các đặc điểm hoạt tính sinh học lý thú như kháng ung thư và kháng viêm của chất gốc đồng thời
ít gây tác dụng phụ
3.1 Thiết kế cấu trúc và hoạt tính sinh học của phân tử lai
3.1.1 Thiết kế cấu trúc phân tử lai
Nghiên cứu đã áp dụng chiến lược lai ghép để lai hóa các nhóm dược lý quan trọng của hai hợp chất gốc celecoxib và CA4 trong một phân tử duy nhất Vòng pyrazole được thay thế bởi 1,2-diphenyl của khung celecoxib như một
cấu trúc tương tự như cis-1,2-diphenylethylene trong CA4 Sự thay thế liên kết
đôi bằng vòng 5 đã được khẳng định về mặt hoạt tính gây độc tế bào và ức chế
tubulin [108] Các hợp chất bị khóa dạng cấu hình cis này thể hiện một số lợi ích như ngăn chặn quá trình đồng phân hóa từ dạng cis thành trans, giúp tăng
độ đặc hiệu của hoạt chất này với các mục tiêu tế bào và cải thiện tiềm năng điều trị của nó Sự hiện diện của các nhóm trimethoxybenzene của CA4 cũng là cần thiết cho hoạt tính độc tế bào [76] Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến việc duy trì nhóm sulfonamid hoặc các đặc điểm liên quan đến celecoxib vì điều này dường như dẫn đến việc bảo tồn được tính chọn lọc COX2 của chất lai thu được [109] Tác dụng ức chế COX2 nếu có sẽ góp phần vào tổng thể hoạt động chống khối u của các phân tử lai mới
Trang 10Hình 3.1 Cấu trúc của celecoxib, Combretastatin A4 và hợp
chất lai combretastatin – coxib
3.1.2 Thiết kế hoạt tính sinh học phân tử lai
Tác dụng gây độc tế bào của những hợp chất này chống lại ba dòng thế bào ung thư ở người HT-29, Hep-G2, MCF-7 cũng như ức chế sản sinh NO bằng cách kích hoạt lipopolysaccharide (LPS) tế bào đại thực bào RAW 264.7 Vai trò của NO trong khối u rất phức tạp, nó có vai trò kích thích hoặc ức chế quá trình tế bào tùy thuộc vào điều kiện, vì vậy sự ức chế sản sinh NO không liên quan trực tiếp đến độc tính tế bào Nhưng NO thể hiện một loạt các đặc tính dược lý có ích tương tự như prostaglandin trên hệ tim mạch bao gồm sự giãn mạch, sự ức chế kết tập tiểu cầu và sự điều hòa các mảng bám của bạch cầu vào thành mạch [110] Hơn nữa, việc sử dụng celecoxib trong phòng chống ung thư vú và các khối u ác tính đã bị hạn chế bởi các tác dụng phụ của nó, đặc biệt là nguy cơ biến chứng của tim mạch liên quan chủ yếu đến khả năng giảm sản sinh prostacyclin PGI2 [111] Nhờ đó có thể thấy sự duy trì sản sinh NO cùng với những đặc tính ức chế COX2 của celecoxib có thể giúp tránh nguy cơ biến chứng tim mạch, do vậy một chiến lược nhằm thiết kế một loạt phân tử đa