Tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng ung thư của Dẫn chất Anthranilamid mới

Khóa luận Hóa dược tổng hợp, đánh giá tác dụng kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất anthranilamid mới và mô phỏng docking phân tử liên quan.

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Ngân
• Người hướng dẫn: PGS. Đinh Thị Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa dược
• Đề tài: Tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất anthranilamid mới mang khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp cử nhân
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Dẫn chất Anthranilamid và Tiềm năng Kháng Ung Thư

Dẫn chất anthranilamid là một lớp hóa chất hữu cơ có cấu trúc benzene với nhóm amino và nhóm amid. Các nghiên cứu gần đây cho thấy những hợp chất này sở hữu hoạt tính kháng tế bào ung thư vô cùng đáng chú ý. Khóa luận tốt nghiệp tại Trường Đại học Dược Hà Nội đã tập trung vào tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất anthranilamid mới mang khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen. Các dẫn chất này được kỳ vọng sẽ mở ra những triển vọng mới trong điều trị ung thư. Việc nghiên cứu hoạt tính sinh học của các hợp chất này có ý nghĩa quan trọng trong phát triển các thuốc chống ung thư hiệu quả hơn.

1.1. Đặc điểm Cấu Trúc của Dẫn Chất Anthranilamid

Cấu trúc anthranilamid bao gồm vòng benzene với nhóm amino (-NH₂) và nhóm amid (-CONH₂) ở các vị trí khác nhau. Khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen được gắn vào cấu trúc này tạo ra các hợp chất lai. Sự kết hợp này cho phép tối ưu hóa các tính chất sinh học của phân tử, đặc biệt là khả năng tương tác với các protein trong tế bào ung thư.

1.2. Tầm Quan Trọng của Nghiên Cứu này trong Quản Lý Ung Thư

Ung thư là một trong những vấn đề sức khỏe công cộng nghiêm trọng toàn cầu. Những dẫn chất anthranilamid mới có thể cung cấp các phương án điều trị mới với hiệu quả cao hơn và tác dụng phụ ít hơn. Nghiên cứu hoạt tính kháng tế bào trên các dòng tế bào ung thư khác nhau (JIMT1, Hep3B, HT29) giúp đánh giá tiềm năng lâm sàng của các hợp chất này.

II. Phương Pháp Tổng Hợp và Kỹ Thuật Khẳng Định Cấu Trúc

Quá trình tổng hợp dẫn chất anthranilamid bao gồm nhiều bước phản ứng hóa học phức tạp. Bắt đầu từ việc tổng hợp 5-chloro-2-nitrobenzamid, sau đó tiến hành các phản ứng khử và tách nhóm amino để tạo thành các dẫn chất trung gian. Khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen được tổng hợp riêng thông qua phản ứng đóng vòng ái điện tử và phản ứng oxy hóa dị vòng. Cuối cùng, các dẫn chất mục tiêu được tạo ra thông qua phản ứng amid hóa giữa acid carboxylic và amine. Các kỹ thuật phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân proton (¹H-NMR) và cộng hưởng từ hạt nhân carbon (¹³C-NMR) được sử dụng để khẳng định cấu trúc.

2.1. Các Bước Tổng Hợp Chính

Quá trình tổng hợp được chia thành ba giai đoạn chính: (1) Tổng hợp dẫn chất anthranilamid từ 5-chloro-2-nitrobenzamid, (2) Tổng hợp khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen qua phản ứng đóng vòng, (3) Ghép hai phần tử lại thông qua phản ứng amid hóa sử dụng xúc tác kim loại. Mỗi bước được kiểm soát chặt chẽ về điều kiện phản ứng, nhiệt độ và thời gian để đạt hiệu suất cao nhất.

2.2. Kỹ Thuật Xác Nhận Cấu Trúc Phân Tử

Phổ infrared (IR) xác định các nhóm chức năng quan trọng như C=O, N-H, C-H. Phổ ¹H-NMR cung cấp thông tin chi tiết về các hydrogen trên phân tử và vị trí của chúng. Phổ ¹³C-NMR xác định các nguyên tử carbon khác nhau. Kết hợp ba kỹ thuật này cho phép xác nhận chính xác cấu trúc hóa học của các dẫn chất anthranilamid tổng hợp.

III. Đánh Giá Hoạt Tính Kháng Tế Bào Ung Thư In Vitro

Hoạt tính kháng tế bào ung thư của các dẫn chất anthranilamid được đánh giá trên ba dòng tế bào ung thư khác nhau: JIMT1 (ung thư vú), Hep3B (ung thư gan) và HT29 (ung thư trực tràng). Các hợp chất được kiểm tra ở các nồng độ khác nhau để xác định IC₅₀ - nồng độ ức chế 50% sự phát triển của tế bào ung thư. Phương pháp sàng lọc hoạt tính sinh học này cho phép đánh giá hiệu quả của mỗi dẫn chất đối với các loại ung thư cụ thể. Các kết quả cho thấy một số dẫn chất anthranilamid có hoạt tính ức chế tế bào mạnh mẽ, đặc biệt là những hợp chất có cấu trúc được tối ưu hóa với khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen.

3.1. Phương Pháp Đánh Giá Hoạt Tính In Vitro

Hoạt tính kháng tế bào ung thư được đánh giá bằng cách nuôi cấy các tế bào ung thư trong môi trường DMEM chứa huyết thanh thai bò. Các dẫn chất được thêm vào ở các nồng độ khác nhau (0-100 µM). Sau 48-72 giờ, sự sống sót của tế bào được đo lường bằng các phương pháp sinh học phân tử. Kết quả được biểu diễn dưới dạng IC₅₀ (nồng độ cần thiết để ức chế 50% sự phát triển).

3.2. Kết Quả Hoạt Tính Kháng Tế Bào

Các dẫn chất anthranilamid mang khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen thể hiện hoạt tính ức chế đáng kể trên tất cả ba dòng tế bào ung thư. Một số hợp chất đặc biệt cho thấy IC₅₀ rất thấp (dưới 10 µM), cho thấy tiềm năng lâm sàng cao. Sự khác biệt trong hoạt tính sinh học giữa các dẫn chất khác nhau liên quan đến cấu trúc hóa học cụ thể của chúng.

IV. Mô Phỏng Docking Phân Tử và Cơ Chế Tác Dụng

Mô phỏng docking phân tử là một kỹ thuật tính toán được sử dụng để dự đoán cách các dẫn chất anthranilamid tương tác với các protein mục tiêu trong tế bào ung thư. Các protein quan trọng như HSP90 (Heat Shock Protein 90) và EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) là những mục tiêu tiềm năng. Kỹ thuật docking cho phép xác định vị trí liên kết, cường độ tương tác và năng lượng liên kết của các dẫn chất với các protein này. Những thông tin này giúp giải thích cơ chế kháng tế bào ung thư của các hợp chất. Định hướng thiết kế cấu trúc dựa trên kết quả docking giúp tối ưu hóa các dẫn chất mới với hoạt tính mạnh hơn. Sự kết hợp giữa dữ liệu in vitro và mô phỏng docking cung cấp cái nhìn toàn diện về tiềm năng kháng ung thư của các dẫn chất anthranilamid.

4.1. Nguyên Lý và Ứng Dụng của Protein Docking

Docking phân tử dự đoán hướng định hướng và vị trí liên kết của dược phẩm với protein mục tiêu. Phương pháp này dựa trên tối ưu hóa năng lượng - tìm kiếm cấu hình liên kết có năng lượng thấp nhất. Với các dẫn chất anthranilamid, docking được sử dụng để xác định tương tác với các protein như HSP90 và EGFR. Kết quả docking giúp hiểu rõ hơn về cơ chế ức chế ở mức độ phân tử.

4.2. Kết Quả Docking và Ý Nghĩa Lâm Sàng

Các kết quả mô phỏng docking cho thấy dẫn chất anthranilamid có 親hợp lực cao với các protein mục tiêu. Năng lượng liên kết của một số hợp chất rất cao (dưới -8.0 kcal/mol), gợi ý tương tác mạnh và ức chế hiệu quả. Những phát hiện này tương thích với kết quả hoạt tính in vitro, hỗ trợ tiềm năng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất này trong phát triển thuốc tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về ung thư Ung thư là một nhóm bệnh lý liên quan đến sự tăng sinh bất thường, không kiểm soát của các tế bào trong cơ thể, có khả năng xâm lấn mô lân cận và di căn đến các cơ quan khác. Quá trình phát triển ung thư thường liên quan đến sự thay đổi trong hệ gen, ảnh hưởng đến các cơ chế điều hòa chu kỳ tế bào, sửa chữa DNA và chết tế bào theo chương trình (apoptosis). Những thay đổi này có thể bắt nguồn từ yếu tố nội sinh (đột biến gen, rối loạn nội tiết, miễn dịch…) hoặc ngoại sinh (hóa chất, phóng xạ, vi sinh vật, lối sống…).

Theo báo cáo GLOBOCAN 2020 của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), toàn cầu ghi nhận khoảng 19,3 triệu ca mắc ung thư mới và gần 10 triệu ca tử vong do ung thư, cho thấy đây là nguyên nhân gây tử vong đứng hàng thứ hai sau bệnh tim mạch [1]. Những loại ung thư phổ biến nhất gồm: ung thư vú (11,7%), ung thư phổi (11,4%), ung thư đại trực tràng (10,0%), ung thư tuyến tiền liệt (7,3%) và ung thư dạ dày (5,6%). Tỷ lệ mắc và tử vong do ung thư có xu hướng gia tăng ở các quốc gia đang phát triển, nơi hệ thống y tế còn hạn chế và tầm soát chưa được thực hiện rộng rãi. Tại Việt Nam, tình trạng ung thư đang ngày càng báo động.

Theo thống kê từ Bộ Y tế và các tổ chức quốc tế, mỗi năm có khoảng 182.000 ca ung thư mới và hơn 120.000 ca tử vong, đưa Việt Nam vào nhóm có tỷ lệ tử vong do ung thư cao nhất thế giới [2]. Các loại ung thư phổ biến ở Việt Nam bao gồm: ung thư gan, phổi, dạ dày, vú và đại trực tràng. Đáng chú ý, nhiều ca bệnh được phát hiện muộn do thiếu các chương trình tầm soát và tâm lý e ngại khám bệnh, làm giảm khả năng điều trị hiệu quả [3]. Các yếu tố nguy cơ gây ung thư có thể chia thành hai nhóm chính: (1) yếu tố không thể thay đổi như tuổi tác, giới tính, di truyền và (2) yếu tố có thể thay đổi được như hút thuốc, lạm dụng rượu bia, ô nhiễm môi trường, ăn uống không lành mạnh, ít vận động và nhiễm tác nhân sinh học (như HBV, HCV, HPV, H.

Ngoài ra, trong những năm gần đây, vai trò của yếu tố gen và cơ chế phân tử ngày càng được làm rõ, góp phần định hướng phát triển các liệu pháp điều trị nhắm trúng đích và cá thể hóa điều trị ung thư. Hiện nay, các phương pháp điều trị ung thư bao gồm: phẫu thuật, hóa trị, xạ trị, liệu pháp nội tiết, liệu pháp miễn dịch và điều trị nhắm trúng đích. Vai trò của thuốc hóa trị và thuốc điều trị nhắm trúng đích ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt là trong các trường hợp ung thư di căn hoặc không còn khả năng can thiệp bằng phẫu thuật. Trong nghiên cứu và điều trị ung thư, nhiều hướng tiếp cận đã và đang được phát triển, trong đó, HSP90 là một mục tiêu điều trị đầy tiềm năng, vì nó đóng vai trò then chốt trong sự 2 ổn định và hoạt động của nhiều oncoprotein – những protein thúc đẩy ung thư phát triển[4][5].

Những tiến bộ trong công nghệ sinh học và dược học đã góp phần phát triển nhiều hoạt chất mới với cơ chế tác dụng đặc hiệu, ít độc tính hơn so với các thuốc hóa trị truyền thống. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các hợp chất có hoạt tính kháng ung thư hiệu quả, an toàn, dễ tổng hợp và giá thành hợp lý đang là mục tiêu quan trọng trong lĩnh vực dược học và công nghiệp dược phẩm hiện nay. Tác dụng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất có chứa khung anthranilamid Trong số các loại thuốc chống ung thư được phát hiện trong những năm gần đây, nhiều dẫn xuất anthranilamid khác nhau đã thu hút được sự chú ý trong việc phát triển tác nhân chống ung thư do hoạt tính sinh học và ứng dụng lâm sàng đa dạng của chúng. Theo nghiên cứu của Pascal Furet, họ lý luận rằng khung anthranilamid (1) thể hiện liên kết hydro nội phân tử mạnh giữa nhóm chức amin và nhóm chức carbonyl của amid có thể bắt chước vòng phthtalazine bằng cách hình thành vòng giả sáu cạnh [9].

Được biết, anthranilamid là một hoạt chất được tổng hợp nhiều trong nhiều năm qua và có nhiều báo cáo cho thấy các dẫn chất có chứa khung anthranilamid là chất chống ung thư [2], [3]. Cấu trúc khung anthranilamid theo nghiên cứu của Pascal Furet. Đặc biệt, một nghiên cứu năm 2003 về AAL933 (2-((4-pyridyl)methyl)amino-N- (3-(trifluoromethyl)phenyl)benzamid) là một hợp chất có khả năng ức chế chọn lọc mạnh mẽ các thụ thể VEGFR, thể hiện hoạt tính chống ung thư nổi bật cùng với đặc tính dược động học thuận lợi và khả năng hấp thu tốt qua đường uống[10]. Sự hiện diện của khung anthranilamid trong hợp chất được cho là yếu tố chính góp phần tạo nên hoạt tính kháng ung thư mạnh mẽ.

Cấu trúc của AAL933 Vào năm 2009, Kenneth Huang cùng các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu các dẫn xuất anthranilamid như những chất ức chế tiềm năng của HSP90. Kết quả cho thấy bộ khung anthranilamid có khả năng tương tác mạnh mẽ với HSP90, thể hiện ái lực liên kết cao. Trong số các hợp chất được khảo sát, các dẫn xuất (2), (3) và (4) đã chứng minh hiệu quả ức chế sự tăng sinh tế bào ung thư với giá trị IC₅₀ ở mức nanomol, cho thấy hoạt tính mạnh mẽ. Đặc biệt, hợp chất (3) không chỉ thể hiện khả năng hấp thu tốt qua đường uống mà còn đạt hiệu quả sinh học cao.

Cơ chế tác dụng được đề xuất là thông qua việc ức chế HSP90, dẫn đến cảm ứng HSP70 và làm phân hủy các protein phụ thuộc vào HSP90 quan trọng trong tế bào[11]. Các dẫn xuất mang khung anthranilamid được tổng hợp bởi Kenneth Huang cùng các cộng sự. Sau công bố của Huang và cộng sự, nhiều chất ức chế HSP90 có cấu trúc tương tự anthranilamid đã được tổng hợp và tiếp tục nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu quả điều trị ung thư. Trong số đó, hợp chất BJ-B11 cho thấy hoạt tính chống tăng sinh rõ rệt trên các dòng tế bào ung thư như bạch cầu mạn dòng tủy (K562) và u nguyên bào thần kinh (SK-N-SH), với giá trị IC₅₀ tương ứng là 1,1 ± 0,2 μM và 1,0 ± 0,2 μM.

Cơ chế tác động của (5) được ghi nhận là làm suy giảm chức năng ty thể, từ đó kích hoạt quá trình chết tế bào theo chương trình (apoptosis) ở tế bào K562. Quá trình này nhiều khả năng có liên quan đến sự bất hoạt của con đường tín hiệu Akt — một trong những con đường quan trọng trong việc điều hòa sự sống còn và tăng sinh của tế bào ung thư [12]. 4 Bên cạnh đó, một dẫn chất mới là AT-533 cũng được xác định có khả năng ức chế HSP90 hiệu quả. Hợp chất này đã cho thấy tiềm năng ức chế sự phát triển của ung thư vú thông qua việc ngăn chặn quá trình hình thành mạch máu (angiogenesis) - một yếu tố thiết yếu trong sự phát triển và di căn của khối u.

Cơ chế được đề xuất của (6) là thông qua ức chế trục tín hiệu HIF-1α/VEGF/VEGFR-2, vốn đóng vai trò trung tâm trong điều hòa sự biểu hiện của các yếu tố tăng trưởng mạch máu [13]. Đáng chú ý, cả (5) và (6) đều thể hiện khả năng ức chế tăng sinh tế bào ung thư vượt trội hơn so với 17- AAG - một chất ức chế HSP90 thế hệ trước đã tiến đến giai đoạn III thử nghiệm lâm sàng nhưng còn nhiều hạn chế [12], [13]. Các dẫn xuất mới mang khung anthranilamid được tổng hợp có khả năng ức chế HSP90. Năm 2013, Liu và cộng sự đã tổng hợp một loạt các dẫn xuất anthranilamid mới và đánh giá chúng hoạt động chống tăng sinh đối với hai dòng tế bào, HTC-116 (dòng tế bào ung thư ruột kết ở người) và MDA-MB-231 (dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú ở người).

Các hợp chất này đều thể hiện hoạt động ức chế đối với cả hai dòng tế bào và hợp chất 89 là hợp chất mạnh nhất ( IC50 = 14,6µM và 13,86µM so với HTC-116 và MDA-MB-231 tương ứng). Phân tích tế bào dòng chảy cho thấy hợp chất (7) ức chế sự tăng sinh của cả hai dòng tế bào thông qua việc gây chết tế bào theo cách phụ thuộc vào liều lượng và ngăn chặn pha G1 và S trong chu kỳ tế bào. Chủ yếu là các hợp chất thử nghiệm có liên kết linh hoạt giữa nhóm amino của anthranilamid và vòng thơm cho thấy một hứa hẹn tác dụng chống tăng sinh trong các dòng tế bào thử nghiệm [13]. Cấu trúc của các dẫn chất anthranilamid được tổng hợp bởi Liu và cộng sự.

Từ kết quả tổng hợp các nghiên cứu trước đây, cho thấy các dẫn xuất chứa khung anthranilamid có tiềm năng cao trong việc ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Nhận thấy triển vọng này, khóa luận lựa chọn anthranilamid làm khung cấu trúc chủ đạo trong thiết kế các dẫn xuất mới, với mục tiêu tìm ra các hợp chất có hoạt tính kháng ung thư mạnh hơn, hướng tới việc phát triển các tác nhân điều trị ung thư hiệu quả hơn so với các hợp chất đã được báo cáo trước đó. Tác dụng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất có chứa khung 5-methoxy- 2,2-dimethyl-2H-chromen Deguelin - một retinoid tự nhiên, nằm trong nhóm các thành phần thực vật có hoạt tính sinh học từ nhiều loại thực vật khác nhau có tác dụng chống ung thư. Deguelin có tác dụng chống tăng sinh và chống khối u ở nhiều loại ung thư khác nhau trong in vivo và in vitro và đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn trong việc nhắm mục tiêu vào các dấu hiệu tiến triển của khối u thông qua việc gây ra apoptosis khối u, ngăn chặn chu kỳ tế bào và ức chế sự hình thành mạch máu và di căn [14].

Cấu trúc của Deguelin. Khung cấu trúc 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen-6-carboxamid là một khung cấu trúc mang hoạt tính quan trọng để phát triển nhiều loại thuốc. Việc giữ lại hệ vòng DE và biến đổi hệ vòng BC để tạo ra các hợp chất mới trong cấu trúc của Deguelin rất có ý nghĩa đối với việc tổng hợp và thử tác dụng sinh học của các chất này. Tổng hợp khung 5-methoxy-2,2-dimethyl-2H-chromen-6-carboxamid từ cấu trúc Deguelin.

Trong các nghiên cứu gần đây, một loạt các hợp chất NCT được phát triển từ cấu trúc của Deguelin, được định hướng nghiên cứu đơn giản hóa khung cấu trúc và sàng lọc hoạt tính chống ung thư thông qua cơ chế ức chế protein HSP90. Chuỗi các dẫn chất NCT tổng hợp từ khung Deguelin.