Khóa luận: Đánh giá tác dụng ức chế ung thư của dẫn chất N-hydroxybutanamid

Khóa luận nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính ức chế tế bào ung thư của các dẫn chất N-hydroxybutanamid mới mang dị vòng triazol.

• Tác giả: Nguyễn Phương Ngân
• Người hướng dẫn: Phan Thị Phương Dung
• Trường học: Trường Đại Học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược
• Đề tài: Tổng Hợp Và Đánh Giá Tác Dụng Ức Chế Tế Bào Ung Thư Của Một Số Dẫn Chất N-Hydroxybutanamid Mới Mang Dị Vòng Triazol
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp Dược Sĩ
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về dẫn chất N hydroxybutanamid mới

Các dẫn chất N-hydroxybutanamid đại diện cho một lớp hợp chất mới trong nghiên cứu ung thư với tiềm năng ức chế tế bào ung thư đáng kể. Những dẫn chất này được thiết kế dựa trên nền tảng khom quinazolin kết hợp với dị vòng 1,2,3-triazol, tạo ra các cấu trúc phân tử có hoạt tính sinh học mạnh mẽ. Nghiên cứu từ Trường Đại học Dược Hà Nội đã chứng minh rằng việc tổng hợp các N-hydroxybutanamid mới có khả năng ức chế sự phát triển của các dòng tế bào ung thư khác nhau. Những phát hiện này mở ra hướng đi mới trong phát triển các loại thuốc kháng ung thư hiệu quả hơn với tác dụng phụ ít hơn.

1.1. Cấu trúc và đặc điểm của N hydroxybutanamid

N-hydroxybutanamid là một acid hydroxamic với cấu trúc chứa nhóm hydroxamic (-CONHOH), đây là nhóm chức năng quan trọng có khả năng tương tác với các enzyme và protein trong tế bào. Cấu trúc này cho phép dẫn chất N-hydroxybutanamid trở thành những chất ức chế mạnh mẽ, đặc biệt trong việc ức chế các enzyme có liên quan đến sự phát triển của ung thư.

1.2. Sự phát triển từ các nghiên cứu trước đó

Trước đây, các acid hydroxamic đã được biết đến với hoạt tính chống ung thư. Tuy nhiên, việc kết hợp N-hydroxybutanamid với dị vòng triazol thông qua phản ứng Click đã tạo ra những dẫn chất hoàn toàn mới với các tính chất sinh học được cải thiện đáng kể, mở ra nhiều khả năng ứng dụng y tế.

II. Cơ chế ức chế tế bào ung thư của dẫn chất mới

Các dẫn chất N-hydroxybutanamid mới ức chế tế bào ung thư thông qua nhiều cơ chế phức tạp. Nhóm hydroxamic có khả năng liên kết mạnh với các metalloenzyme quan trọng như histone deacetylase (HDAC), từ đó ảnh hưởng đến quá trình biểu hiện gene trong tế bào ung thư. Sự hiện diện của dị vòng 1,2,3-triazol tăng cường tính lưỡng cực và cải thiện khả năng thấm qua màng tế bào. Các nghiên cứu cho thấy rằng những dẫn chất này kích hoạt quá trình apoptosis (chết tế bào lập trình) trong các dòng tế bào ung thư như A549, A431 và BT-474, đây là các dòng tế bào ung thư phổi, biểu mô và vú ở người.

2.1. Tương tác với các enzyme chính

Nhóm CONHOH trong N-hydroxybutanamid tạo ra các liên kết hydro yếu và tương tác với các metalloenzyme. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc ức chế HDAC, một enzyme có vai trò then chốt trong việc điều chỉnh hoạt tính của các gene liên quan đến sự phát triển ung thư.

2.2. Kích hoạt apoptosis trong tế bào ung thư

Thông qua cơ chế tác động trên HDAC, các dẫn chất N-hydroxybutanamid làm tăng mức độ acetylation của histone, dẫn đến thay đổi biểu hiện gene và kích hoạt apoptosis. Quá trình này làm cho tế bào ung thư tự hủy diệt, từ đó ngăn chặn sự phát triển của khối종.

III. Phương pháp tổng hợp dẫn chất N hydroxybutanamid

Việc tổng hợp dẫn chất N-hydroxybutanamid mới được thực hiện thông qua một loạt các bước phản ứng hóa học có kiểm soát. Phương pháp chính sử dụng phản ứng Click CuAAC (Copper(I) catalyzed azide-alkyne cycloaddition) để nối các khối cấu trúc khác nhau. Quá trình này bắt đầu với việc tổng hợp khung quinazolin-4(3H)-on từ các nguyên liệu thô phù hợp. Sau đó, nhóm azido được đưa vào để tạo ra các tiền chất triazol. Cuối cùng, phản ứng Click được thực hiện để gắn nhóm N-hydroxybutanamid lên dị vòng triazol, tạo ra sản phẩm cuối cùng. Các sản phẩm được tinh sạch thông qua sắc ký và kiểm tra độ tinh khiết bằng các phương pháp phổ học như 1H-NMR và 13C-NMR.

3.1. Phản ứng Click CuAAC trong tổng hợp

Phản ứng Click là một công cụ mạnh mẽ trong hóa học tổng hợp hiện đại. CuAAC (Copper(I) catalyzed azide-alkyne cycloaddition) cho phép nối các nhóm azido và alkyn với hiệu suất cao. Phương pháp này đặc biệt thích hợp cho việc tổng hợp các dẫn chất N-hydroxybutanamid vì nó cho phép kiểm soát chính xác vị trí gắn của từng nhóm chức năng.

3.2. Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc

Sau khi tổng hợp, các dẫn chất được kiểm tra bằng sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) để xác định độ tinh khiết. Cấu trúc được khẳng định thông qua phổ NMR 1H và 13C, phổ khối lượng (MS) và các kỹ thuật phân tích khác để đảm bảo tính chính xác.

IV. Kết quả thử nghiệm sinh học và ứng dụng trong tương lai

Các thử nghiệm sinh học in vitro đã chứng minh rằng dẫn chất N-hydroxybutanamid mới có hoạt tính ức chế tế bào ung thư đáng kể trên các dòng tế bào ung thư khác nhau như A549 (ung thư phổi), A431 (ung thư biểu mô) và BT-474 (ung thư vú). Những dẫn chất này cho thấy IC50 (nồng độ ức chế 50%) thấp hơn so với các chất tham chiếu hiện có, chỉ ra rằng chúng hiệu quả hơn. Ngoài ra, các nghiên cứu sơ bộ cho thấy các dẫn chất này có độ độc tính thấp đối với các tế bào bình thường. Trong tương lai, những dẫn chất này có tiềm năng được phát triển thành các loại thuốc kháng ung thư mới với hiệu quả cao và tác dụng phụ ít hơn.

4.1. Kết quả thử nghiệm trên các dòng tế bào ung thư

Các dẫn chất N-hydroxybutanamid đã được thử nghiệm trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau. Kết quả cho thấy rằng chúng có khả năng ức chế sự phát triển tế bào một cách hiệu quả, với một số dẫn chất thậm chí vượt trội hơn các thuốc tham chiếu như adriamycin (ADR) trong một số trường hợp.

4.2. Triển vọng phát triển thuốc trong tương lai

Với những kết quả hứa hẹn từ các thử nghiệm in vitro, dẫn chất N-hydroxybutanamid mới được xem như là ứng cử viên sáng giá cho các thử nghiệm lâm sàng tiếp theo. Nếu thành công, những dẫn chất này có thể được phát triển thành các loại thuốc kháng ung thư mới, mở ra cơ hội chữa trị tốt hơn cho bệnh nhân ung thư.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư là một bệnh lý ác tính đặc trưng bởi sự tăng sinh không kiểm soát của các tế bào. Theo dữ liệu thống kê từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu với gần 10 triệu ca tử vong được ghi nhận vào năm 2022 [1]. Từ đó có thể thấy gánh nặng ung thư toàn cầu đang ngày càng gia tăng nhanh chóng và việc tìm kiếm các phương pháp điều trị ung thư mới trở thành vấn đề cấp bách. Quinazolin được xem là một khung cấu trúc quan trọng với nhiều tác dụng sinh học bao gồm tác dụng hạ huyết áp, kháng khuẩn, hạ lipid máu, chống viêm, chống co giật và đặc biệt là chống ung thư [2].

Một số chất ức chế kinase mang khung quinazolin như afatinib, lapatinib, gefitinib, dacomitinib, tucatinib và erlotinib đã được Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận để điều trị ung thư, cho thấy tiềm năng của khung cấu trúc này trong việc thiết kế các tác nhân chống ung thư [3]. Bên cạnh đó, các dẫn xuất mang vòng triazol cũng đã được chứng minh có khả năng kiểm soát sự phát triển của tế bào ung thư thông qua việc hình thành các tương tác kỵ nước, liên kết hydro, liên kết van der Waals và liên kết lưỡng cực - lưỡng cực với các mục tiêu sinh học [4], [5]. Do vậy, sự kết hợp giữa khung cấu trúc quinazolin và dị vòng triazol có tiềm năng mở ra những hướng đi mới trong quá trình nghiên cứu phát triển các tác nhân chống ung thư. Ngoài ra, các hợp chất acid hydroxamic cũng được ghi nhận có hoạt tính kháng tế bào ung thư thông qua cơ chế ức chế nhiều loại enzym khác nhau, bao gồm histon deacetylase (HDAC), matrix metalloproteinase (MMP), ribonucleotid reductase (RNR), peptid deformylase (PDF) và lipoxygenase (LOX) [6].

Trong đó, enzym HDAC được xem là một đích tác dụng quan trọng và đã được nhóm nghiên cứu tập trung khai thác trong các đề tài trước đây. Hầu hết các chất ức chế HDAC đã được cấp phép và đang được thử nghiệm đều có cấu trúc chứa nhóm acid hydroxamic [7], [8]. Điều này cho thấy đây là một cấu trúc có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai. Trên cơ sở các nghiên cứu đã công bố về hoạt tính chống ung thư của các dẫn chất mang khung quinazolin, dị vòng triazol và nhóm acid hydroxamic, đề tài “Tổng hợp và đánh giá tác dụng ức chế tế bào ung thư của một số dẫn chất N-hydroxybutanamid mới mang dị vòng triazol” được tiến hành với hai mục tiêu: 1.

Tổng hợp được 7 dẫn chất N-hydroxybutanamid mới mang dị vòng 1,2,3-triazol. Đánh giá tác dụng ức chế một số dòng tế bào ung thư của các dẫn chất tổng hợp được. KHUNG QUINAZOLIN VÀ HOẠT TÍNH KHÁNG UNG THƯ 1. Giới thiệu chung về khung quinazolin và quinazolin-4(3H)-on Quinazolin là một dị vòng chứa nitơ với cấu trúc bao gồm một vòng benzen và một vòng pyrimidin, tùy thuộc vào vị trí của nguyên tử nitơ trong hệ thống dị vòng mà có bốn dạng đồng phân khác nhau bao gồm quinazolin, quinoxalin, cinnolin và phthalazin.

Khi gắn nhóm carbonyl trên vòng pyrimidin của quinazolin sẽ tạo ra quinazolinon. Dựa vào số lượng và vị trí của nhóm carbonyl mà khung cấu trúc này được chia làm 3 loại quinazolin-2(1H)-on, quinazolin-4(3H)-on và quinazolin- 2,4(1H,3H)-dion (Hình 1. Cấu trúc của các dẫn chất quinazolin và quinazolinon Trong tổng hợp hóa dược, các dẫn chất quinazolin-4(3H)-on đặc biệt được quan tâm do chúng mang nhiều hoạt tính sinh học quan trọng. Các hoạt tính sinh học đã được chứng minh của các dẫn chất mang khung quinazolin-4(3H)-on bao gồm tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, chống co giật, hạ huyết áp, giảm đau, chống viêm và đặc biệt đáng chú ý là khả năng kháng ung thư [10].

Một số phương pháp tổng hợp khung quinazolin-4(3H)-on (1) Từ anthranilic acid [11]: Các dẫn chất quinazolin-4(3H)-on được tổng hợp thông qua phản ứng Niementowski ở nhiệt độ cao 130-150°C, với nguyên liệu đầu là acid anthranilic và formamid (Sơ đồ 1. Đây được xem là phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để tổng hợp các dẫn chất quinazolin. Phản ứng tổng hợp quinazolin-4(3H)-on từ anthranilic acid (2) Từ o-nitrobenzamid [12]: Các dẫn chất thế tại vị trí 2 và 6 của quinazolin- 4(3H)-on được tổng hợp thông qua phản ứng của các o-nitrobenzamid với các aldehyd khác nhau. Phản ứng được xúc tác bởi natri dithionit với dung môi là hỗn hợp dimethylformamid và nước với tỷ lệ 9:1 và được thực hiện ở 90°C (Sơ đồ 1.

Phản ứng tổng hợp các dẫn chất quinazolin-4(3H)-on từ o-nitrobenzamid (3) Từ 2-halobenzamid [13]: Trong phản ứng Ullmann, 2-halobenzamid phản ứng với benzylamin để tạo ra sản phẩm là các dẫn chất thế 2-aryl-quinazolin-4(3H)-on. Phản ứng được xúc tác bởi CuBr với dung môi dimethylsulfoxid (Sơ đồ 1. Phản ứng tổng hợp dẫn chất 2-aryl-quinazolin-4(3H)-on từ 2-halobenzamid (4) Từ isotoic anhydrid [14]: Anhydrid phản ứng với aldehyd và amoni acetat tạo ra các dẫn chất quinazolin-4(3H)-on. Phản ứng được xúc tác bởi gallium triflat và được tiến hành trong dung môi dimethylsulfoxid (Sơ đồ 1.

Phản ứng tổng hợp quinazolin-4(3H)-on từ isotoic anhydrid 1. Hoạt tính kháng ung thư của các dẫn chất quinazolin Gefitinib, một chất ức chế tyrosin kinase của thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì EGFR mang khung cấu trúc quinazolin đã được FDA phê duyệt vào năm 2003 để điều trị ung thư phổi [15]. Kể từ đó, nhiều dẫn chất của quinazolin đã được tổng hợp và nghiên cứu hướng tới hoạt tính kháng ung thư. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một số hướng tác dụng của dẫn chất quinazolin trong điều trị ung thư như chất ức chế tyrosin kinase (TK), chất ức chế chế thymidylat synthase (TS) và dihydrofolat reductase (DHFR), chất ức chế histon deacetylase (HDAC) [16].

Tác dụng ức chế tyrosin kinase Tyrosin kinase là một enzym có chức năng chuyển một nhóm phosphat từ ATP sang nhóm hydroxy của tyrosin. Quá trình phosphoryl hóa này là một cơ chế quan trọng trong việc truyền tín hiệu trong tế bào và điều chỉnh hoạt động của tế bào, chẳng hạn như sự phát triển tế bào, sự tăng sinh tế bào, sự biệt hóa và apoptosis [17]. Trong điều kiện sinh lý bình thường, mức độ hoạt động của các thụ thể tyrosin kinase (RTK) được cân bằng bởi tyrosin kinase và tyrosin phosphatase. Khi có sự bất thường làm phá vỡ 3 cân bằng này, quá trình phosphoryl hóa có thể bị thúc đẩy quá mức, từ đó dẫn đến sự tăng sinh tế bào không kiểm soát và có nguy cơ hình thành ung thư [18].

Năm 2022, Mortazavi và cộng sự đã thiết kế, tổng hợp và đánh giá tác dụng ức chế tyrosin kinase cũng như khả năng kháng một số dòng tế bào ung thư của các dẫn chất quinazolinon hydrazin. Kết quả cho thấy hợp chất I (Hình 1.2) làm giảm 53,0% và 66,3% hoạt tính của tyrosin kinase tương ứng ở nồng độ 25 μM và 50 μM. Khi thử hoạt tính kháng tế bào ung thư, hai hợp chất I và II (Hình 1.2) thể hiện tác dụng ức chế mạnh đối với sự tăng sinh của dòng tế bào ung thư phổi EBC-1 với giá trị IC50 lần lượt là 8,6±1,9 µM và 18,0±5,6 µM. Bên cạnh đó, hai hợp chất này cũng cho thấy hiệu quả ức chế sự tăng trưởng đáng kể đối với các dòng tế bào ung thư khác, bao gồm A549, U- 87MG và HT-29, với giá trị IC50 ở ngưỡng micromol [19].

Cấu trúc hóa học của hợp chất I và II 1. Tác dụng ức chế thymidylat synthase (TS) và dihydrofolat reductase (DHFR) Dihydrofolat reductase xúc tác quá trình khử folat thành tetrahydrofolat (THF). Thông qua việc sử dụng THF làm cofactor, thymidylat synthase xúc tác quá trình methyl hóa khử deoxyuridin monophosphat (dUMP) thành deoxythymidin monophosphat (dTMP) [20]. dTMP là một chất cần thiết cho quá trình sao chép ADN, do đó việc ức chế hoạt động của DHFR hoặc TS sẽ dẫn đến quá trình chết tế bào khi thiếu dTMP (thymineless cell death) [21].3), một chất ức chế thymidylat synthase mang khung quinazolin, đã được phê duyệt để sử dụng trong điều trị bệnh ung thư đại trực tràng tiến triển [22].

Cấu trúc hóa học của Raltitrexed 4 Năm 2010, Al-Omary và cộng sự đã tổng hợp và đánh giá khả năng ức chế DHFR in vitro của một dãy các dẫn chất mang khung quinazolin-4(3H)-on. Kết quả cho thấy hợp chất III (Hình 1.4) có khả năng ức chế DHFR với giá trị IC50 là 0,6-0,9 µM và có hoạt tính kháng dòng tế bào ung thư vú MDA-MB-468 với giá trị GI50 là 2,2 µM [23]. Cấu trúc hóa học của hợp chất III 1. Tác dụng ức chế histon deacetylase Histon deacetylase là họ các enzym liên quan đến việc tái cấu trúc chất nhiễm sắc và có vai trò quan trọng trong việc điều hòa biểu hiện gen.

Hoạt động quá mức của HDAC dẫn đến sự phiên mã bất thường của các gen liên quan đến chức năng quan trọng của tế bào như tăng sinh tế bào, điều hòa chu kỳ tế bào và apoptosis, dẫn tới sự phát triển của khối u [24]. Năm 2018, Chen và cộng sự đã thiết kế và tổng hợp được 58 dẫn xuất mang khung quinazolin. Trong đó, hai hợp chất IV và V (Hình 1.5) có khả năng ức chế kép HDAC1 và HDAC6. Hợp chất IV ức chế HDAC1 và HDAC6 với giá trị IC50 lần lượt là 31,10±0,37 nM và 16,15±0,62 nM, còn hợp chất V có giá trị IC50 tương ứng lần lượt là 37,00±0,24 nM và 35,00±0,71 nM.

Ngoài ra, cả hai chất đều thể hiện hoạt tính chống tăng sinh mạnh mẽ trên các dòng tế bào khối u in vitro khác nhau với giá trị IC50 < 40 nM và đặc biệt là hoạt tính kháng tế bào khối u huyết học U266 và RPMI-8226 (IC50 < 1 nM) tốt hơn Vorinostat (SAHA) [25]. Cấu trúc hóa học của hợp chất IV và V 1. DỊ VÒNG 1,2,3-TRIAZOL VÀ PHẢN ỨNG CLICK 1. Dị vòng 1,2,3-triazol và hoạt tính sinh học 1.

Tính chất lý hóa chung của dị vòng 1,2,3-triazol Khung 1,2,3-triazol là một trong những dị vòng mang hoạt tính quan trọng nhất trong số các dị vòng chứa nitơ. Nhiều hợp chất mang khung cấu trúc 1,2,3-triazol đã được chứng minh là tác nhân chống ung thư, chống lao, kháng nấm, kháng khuẩn và kháng virus hiệu quả [26]. 5 Nhìn chung, vòng triazol ổn định với quá trình thủy phân trong môi trường acid hoặc base, quá trình chuyển hóa và phản ứng oxy hóa khử. Cấu trúc vòng thơm của triazol có thể tham gia tương tác xếp chồng - với các vòng thơm khác.

Bên cạnh đó, vòng triazol có momen lưỡng cực lớn ở liên kết C–H của carbon số 5, giúp hình thành liên kết hydro với các phân tử khác.