Khóa luận Nguyễn Đức Thiện: Tác dụng kháng ung thư của dẫn chất N-hydroxycinnamamid

Khóa luận Dược sĩ nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất mới N-hydroxycinnamamid mang dị vòng 2-oxoindolin.

• Tác giả: Nguyễn Đức Thiện
• Người hướng dẫn: Trần Thị Lan Hương
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược
• Đề tài: Tổng hợp và thử tác dụng kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất N-hydroxycinnamamid mới mang dị vòng 2-oxoindolin
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Dẫn chất N hydroxycinnamamid 2 oxoindolin

Dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin là một lớp hợp chất hóa học mới được phát triển từ các nghiên cứu của Trường Đại học Dược Hà Nội. Những hợp chất kháng ung thư này kết hợp cấu trúc của N-hydroxycinnamamid với vòng 2-oxoindolin, tạo ra một phân tử có khả năng ức chế hoạt động của các enzym quan trọng trong quá trình phát triển của tế bào ung thư. Cấu trúc đặc biệt này cho phép những chất ức chế HDAC hoạt động hiệu quả hơn, giúp dừng sự tăng sinh của các tế bào ung thư thông qua việc điều chỉnh acetylation của histone. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy những dẫn chất này có tiềm năng lớn trong phát triển các liệu pháp ung thư mới, đặc biệt là đối với các loại ung thư khó điều trị.

1.1. Cấu trúc và đặc điểm phân tử

Cấu trúc phân tử của dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin bao gồm ba thành phần chính: nhóm cinnamamid hydroxyl hóa, vòng 2-oxoindolin trung tâm, và nhóm liên kết (Connecting unit). Sự kết hợp này tạo ra một phân tử có hoạt tính sinh học cao, với khả năng xuyên qua màng tế bào và tương tác mạnh mẽ với các protein đích trong tế bào ung thư. Những đặc điểm cấu trúc này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu lực và độ an toàn của hợp chất.

1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng

Sự phát triển của dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin bắt nguồn từ các nghiên cứu về chất ức chế enzym HDAC trong điều trị ung thư. Khóa luận tốt nghiệp của Nguyễn Đức Thiện năm 2025 đã tập trung vào việc tổng hợp và đánh giá tác dụng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất mới. Những hợp chất này hiện đang được kiểm tra khả năng ứng dụng trong các loại ung thư khác nhau, đặc biệt là ung thư phổi và ung thư da lympho tế bào T.

II. Cơ chế Tác dụng Kháng Ung thư

Cơ chế tác dụng kháng ung thư của dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin chủ yếu thông qua việc ức chế hoạt động của enzym HDAC (Histone Deacetylase). Những enzym này chịu trách nhiệm loại bỏ các nhóm acetyl từ histone, từ đó kiểm soát khả năng tiếp cục của các gen. Khi các chất ức chế HDAC hoạt động, chúng làm tăng mức độ acetylation của histone, dẫn đến việc mở rộng cấu trúc chromatin và tăng cường biểu hiện của các gen ức chế종양. Điều này kích hoạt các con đường gây chết tế bào chính như apoptosis và autophagy, buộc các tế bào ung thư phải chết. Bên cạnh đó, những hợp chất này cũng có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của các protein quan trọng khác như CDK (Cyclin-dependent kinase), từ đó ngăn chặn chu kỳ tế bào và dừng sự phân chia của tế bào ung thư.

2.1. Ức chế Enzym HDAC và Acetylation Histone

Ức chế HDAC là cơ chế chính giúp dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin phát huy tác dụng kháng ung thư. Khi các enzym HDAC bị ức chế, mức độ acetylation histone tăng lên, làm cho DNA trở nên dễ tiếp cục hơn. Điều này cho phép các gen ức chế종양 như CDKN1A được biểu hiện mạnh mẽ, từ đó kích hoạt các cơ chế gây chết tế bào. Quá trình này là chìa khóa để chống lại sự tăng sinh không kiểm soát của tế bào ung thư.

2.2. Kích hoạt Apoptosis và Autophagy

Những hợp chất kháng ung thư này kích hoạt apoptosis thông qua việc điều chỉnh biểu hiện của các protein Bcl-2 (Bcl-2, Bax, Bad, Bcl-XL). Sự cân bằng giữa các protein pro-apoptotic và anti-apoptotic bị phá vỡ, dẫn đến kích hoạt caspase và cuối cùng là chết tế bào chính thức. Ngoài ra, autophagy cũng được kích hoạt, cho phép tế bào tự phá hủy các bộ phận bị hư hỏng, góp phần vào việc tiêu diệt tế bào ung thư.

III. Phương Pháp Tổng Hợp và Đánh Giá

Phương pháp tổng hợp dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin được thực hiện tại Bộ môn Hóa Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội, sử dụng các kỹ thuật hóa học hữu cơ hiện đại. Quá trình tổng hợp bắt đầu từ việc chuẩn bị các vật liệu ban đầu, sau đó thực hiện các phản ứng hóa học từng bước để xây dựng cấu trúc phân tử. Kiểm tra độ tinh khiết được thực hiện bằng các phương pháp sắc ký và phổ NMR để đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Các hợp chất được tổng hợp sau đó được đánh giá hoạt tính sinh học thông qua các thử nghiệm in vitro trên các dòng tế bào ung thư khác nhau như A549 (ung thư phổi) và các dòng tế bào ung thư khác, sử dụng các phương pháp đo đạc hoạt tính tế bào như MTT assay.

3.1. Quy trình Tổng Hợp Hóa Học

Quy trình tổng hợp dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin tuân theo các nguyên tắc hóa học hữu cơ, bắt đầu với việc chuẩn bị các tiền chất từ cinnamic acid. Sử dụng các chất tác xúc và dung môi như DMF, DMSO, các phản ứng ngưng tụ và cộng gắn được thực hiện để hình thành vòng 2-oxoindolin. Các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian, và tỷ lệ các chất được kiểm soát chặt chẽ để tối ưu hóa hiệu suất và chọn lọc.

3.2. Đánh Giá Hoạt Tính Sinh Học

Đánh giá hoạt tính kháng ung thư được thực hiện trên các dòng tế bào ung thư khác nhau bao gồm A549, Du145, và các dòng tế bào khác. Phương pháp MTT assay được sử dụng để đo lường khả năng ức chế sự tăng sinh tế bào. Ngoài ra, các phương pháp phân tích dòng tế bào (Flow Cytometry) và kính hiển vi huỳnh quang được sử dụng để đánh giá apoptosis, chu kỳ tế bào, và các biến đổi hình thái của tế bào.

IV. Triển Vọng và Ứng Dụng Lâu Dài

Dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin mở ra những triển vọng lớn lao trong lĩnh vực phát triển các loại thuốc kháng ung thư mới. Với những kết quả tích cực từ các thử nghiệm in vitro, những hợp chất này có tiềm năng được phát triển thành các thuốc lâm sàng để điều trị các loại ung thư khó chữa. Sự kết hợp độc đáo giữa cinnamamid và 2-oxoindolin tạo ra các phân tử có hoạt tính sinh học cao và độ an toàn tốt, giảm thiểu các tác dụng phụ so với những liệu pháp hiện tại. Trong tương lai, những dẫn chất này có thể được sử dụng đơn trị hoặc kết hợp với các liệu pháp khác như hóa trị và xạ trị. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện hoạt tính, giảm độc tính, và thực hiện các thử nghiệm lâm sàng để đánh giá hiệu quả thực tế trên bệnh nhân.

4.1. Tiềm Năng Phát Triển Thuốc Lâm Sàng

Tiềm năng lâm sàng của dẫn chất N-hydroxycinnamamid 2-oxoindolin rất lớn, đặc biệt là cho những bệnh nhân không đáp ứng với các liệu pháp hiện tại. Những dẫn chất mới này có thể được phát triển thành các loại thuốc kháng ung thư chuyên biệt, nhắm vào các loại ung thư cụ thể như ung thư phổi, ung thư lympho, và các loại ung thư khác. Việc tối ưu hóa cấu trúc phân tử và công thức dược học sẽ giúp tăng cường hiệu lực và giảm thiểu tác dụng phụ.

4.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc tổng hợp thêm các dẫn chất phái sinh mới để tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính tốt hơn. Các thử nghiệm in vivo trên các mô hình động vật sẽ được thực hiện để đánh giá hiệu quả và độ an toàn. Ngoài ra, các cơ chế tác dụng chi tiết sẽ được nghiên cứu sâu hơn, bao gồm việc xác định các mục tiêu protein cụ thể và các đường dẫn tín hiệu liên quan.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, liệu pháp điều trị tại đích (targeted therapy) đã nổi lên như một hướng nghiên cứu triển vọng trong phát triển các thuốc chống ung thư mới. Điều trị tại đích có nhiều ưu điểm vượt trội như làm tăng hiệu quả điều trị và giảm thiểu độc tính so với các phương pháp hoá trị và xạ trị truyền thống [1]. Một số đích tác dụng (mục tiêu phân tử) được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong điều trị ung thư có thể kể đến như họ protein kinase, telomerase, farnesyl transferase và histon deacetylase [2]. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự biểu hiện quá mức của histon deacetylase (HDAC) có liên quan chặt chẽ đến quá trình hình thành và tăng sinh của tế bào ung thư.

Chính vì vậy, các chất ức chế HDAC (HDACi) đã và đang là một lĩnh vực tiềm năng trong thiết kế các thuốc điều trị ung thư mới [3]. Hiện nay, một số HDACi đã được FDA phê duyệt sử dụng trên lâm sàng cho điều trị ung thư. Trong số đó, belinostat (Beleodaq®), panobinostat (Farydax®) là 2 chất ức chế có cấu trúc mang hợp phần N- hydroxycinnamamid [4]. Một số HDACi khác mang hợp phần này như dacinostat (LAQ824), pracinostat (SB939) cũng đang được thử nghiệm lâm sàng ở các giai đoạn khác nhau [5].

Điều này cho thấy kiểu dẫn chất N-hydroxycinnamamid đang nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà hoá dược. Các chất ức chế HDAC thường có bộ khung pharmacophore gồm ba phần chính: nhóm gắn kẽm (ZBG), vùng cầu nối (linker) và vùng nhận diện bề mặt (cap group). Trong ba phần này, vùng nhận diện bề mặt là một vùng khá linh động, cho phép lai hoá nhiều hệ vòng thơm và dị vòng vào cấu trúc của nó [6], [7]. Những nghiên cứu hoá dược gần đây cũng thường tập trung vào thay đổi vùng nhận diện bề mặt nhằm cải thiện độc tính tế bào và khả năng ức chế chọn lọc của các HDACi [8].

2-Oxoindolin là một dị vòng quan trọng trong nghiên cứu phát triển thuốc mới với nhiều dẫn chất mang hoạt tính sinh học đa dạng, đặc biệt là hoạt tính kháng ung thư [9]. Nintedanib và sunitinib, hai chất ức chế tyrosin kinase mang khung 2-oxoindolin, đã được FDA phê duyệt trong điều trị các loại ung thư khác nhau như ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC), ung thư biểu mô tế bào thận (RCC) và u mô đệm đường tiêu hoá kháng imatinib (GIST) [10], [11]. Từ cơ sở của các nghiên cứu trên, đề tài “Tổng hợp và thử tác dụng kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất N-hydroxycinnamamid mới mang dị vòng 2- oxoindolin” được tiến hành với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp được 5 dẫn chất N-hydroxycinnamamid mới mang dị vòng 2- oxoindolin.

Thử tác dụng gây độc tế bào của các dẫn chất tổng hợp được trên một số dòng tế bào ung thư. Giới thiệu chung về enzym histon deacetylase Trong những năm gần đây, di truyền học biểu sinh (hay ngoại di truyền - epigenetics) đã phát triển mạnh mẽ và trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, có tầm ảnh hưởng sâu rộng trong y - dược học [12]. Về mặt định nghĩa, di truyền học biểu sinh là tập hợp các biến đổi di truyền trong hệ gen mà không làm thay đổi trình tự ADN [13]. Phần lớn các biến đổi này thuộc vào ba cơ chế chính: methyl hoá ADN, cải biến histon (histon modifications) và sự sắp xếp các nucleosom dọc theo chuỗi ADN (nucleosome positioning) [14], [15].

Đáng chú ý, các biến đổi sau dịch mã của histon, đặc biệt là quá trình acetyl hoá, đóng một vai trò quan trọng trong điều hoà cấu trúc chất nhiễm sắc và biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực [16]. Protein histon được acetyl hoá bằng cách gắn cộng hoá trị một nhóm acetyl vào nhóm ε-amino của lysin tận cùng chuỗi bên. Quá trình này được điều hoà bởi hai enzym có hoạt động trái ngược nhau, histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC). Ở điều kiện bình thường, cấu trúc cuộn xoắn của nucleosom có được nhờ tương tác ion giữa các nhóm amino tích điện dương của histon với các nhóm phosphat tích điện âm của ADN.

Sự acetyl hoá histon xúc tác bởi HAT làm mất đi các tương tác này bằng cách trung hoà điện tích dương trên nhóm ε-amino của đuôi lysin, dẫn đến tháo xoắn nucleosom và kích hoạt quá trình phiên mã. Ngược lại, histon deacetylase (HDAC) xúc tác cho quá trình loại bỏ các nhóm acetyl khỏi histon, làm bền vững tương tác histon - ADN và duy trì trạng thái cuộn xoắn của chất nhiễm sắc. Trạng thái liên kết này làm giảm khả năng tiếp cận của các yếu tố phiên mã với ADN, từ đó ức chế sự biểu hiện gen [17]. Sự cân bằng trong hoạt động của HAT và HDAC đóng vai trò quan trọng trong điều hoà biểu hiện các gen liên quan tới các chức năng cơ bản của tế bào như phân chia, biệt hoá và chết theo chương trình [18], [19].

Bất thường trong hoạt động của HDAC được chứng minh có liên quan đến sự thay đổi biểu hiện của gen ức chế khối u (TSG), một yếu tố quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của nhiều loại ung thư [20]. Ngoài ra, một số protein không phải histon có vai trò quan trọng trong sinh lý bệnh ung thư như p53, α-tubulin hay Hsp90 cũng là cơ chất của HDAC [21], [22]. Do đó, trong vòng 30 năm trở lại đây, HDAC đã nổi lên như một mục tiêu phân tử tiềm năng trong điều trị ung thư, với 5 chất ức chế HDAC đã được FDA chấp thuận (vorinostat, belinostat, panobinostat, romidepsin và givinostat) cùng hàng loạt các chất khác đang được thử nghiệm lâm sàng ở các pha khác nhau và trên các loại ung thư khác nhau [5]. Phân loại các HDAC Tính đến thời điểm hiện tại, các nhà khoa học đã phát hiện được ít nhất 18 loại HDAC có mặt ở người.

Dựa trên sự tương đồng cấu trúc với HDAC của nấm men, các HDAC này được chia thành 4 nhóm [23], [24]. - Nhóm I: có cấu trúc tương đồng với enzym Rpd3 (Reduced potassium dependency-3) của nấm men, bao gồm HDAC1, 2, 3 và 8. - Nhóm II: có cấu trúc tương đồng với enzym Hda1 (Histon deacetylase 1) của nấm men. Các HDAC nhóm II được chia làm hai phân nhóm nhỏ hơn là IIa (bao gồm HDAC4, HDAC5, HDAC7, HDAC9) và IIb (bao gồm HDAC6, HDAC10).

- Nhóm III: bao gồm các sirtuin 1-7, có sự tương đồng với protein Sir2 (Silent information regulator 2) của nấm men. Các enzym nhóm này hoạt động phụ thuộc vào coenzym NAD+, do đó có cấu trúc hoặc cơ chế xúc tác khác với các nhóm còn lại và sẽ không được thảo luận trong khoá luận này. - Nhóm IV: nhóm này chỉ có duy nhất một đại diện là HDAC11, cấu trúc có sự tương đồng với HDAC nhóm I và nhóm II. HDAC nhóm I Các HDAC nhóm I bao gồm bốn loại là HDAC1, HDAC2, HDAC3 và HDAC8.

Ngoại trừ HDAC8 cũng được tìm thấy trong tế bào chất, các HDAC nhóm này chủ yếu phân bố trong nhân tế bào [16], [25]. Chúng thể hiện hoạt tính deacetyl hoá mạnh với histon và đóng vai trò là tiểu đơn vị xúc tác trong các phức hợp ức chế gen được điều hoà bởi inositol phosphat [26]. Trong các nghiên cứu gần đây, các HDAC nhóm I cũng được chứng minh có khả năng deacetyl hoá các protein không phải histon như protein kinase hoạt hoá bởi AMP (AMPK), tiểu đơn vị SMC3 của phức hợp Cohesin, và các yếu tố phiên mã nhằm mục đích tự điều hoà hoạt động của chúng [27], [28]. HDAC1 và 2 có thể tạo phức hợp với NuRD (phức hợp tái cấu trúc nucleosom và deacetyl hoá), Sin3A (protein điều hoà phiên mã), CoREST (yếu tố đồng ức chế REST), và MiDAC (phức hợp deacetylase trong nguyên phân).

HDAC3 được phát hiện nằm trong các phức hợp SMRT (phức hợp trung gian tắt gen của thụ thể retinoid hoặc thyroid) và NCoR (yếu tố đồng ức chế thụ thể nhân) [29], [30]. Khác với các HDAC nhóm 1 còn lại, HDAC8 có thể hoạt động độc lập mà không cần nằm trong các phức hợp protein [31]. HDAC8 cũng được đặc trưng bởi hoạt tính xúc tác mạnh hơn đối với cơ chất acyl lysin khi so với acetyl lysin [32], [33]. HDAC nhóm II Các HDAC nhóm II bao gồm HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9 và HDAC10.

Chúng có trình tự tương đồng với enzym Hda1 ở nấm men và có kích thước lớn hơn các nhóm HDAC còn lại. Chúng được chia thành hai phân nhóm nhỏ hơn là IIa và IIb dựa trên sự khác nhau về cấu trúc và hoạt tính [13]. 3 HDAC phân nhóm IIa bao gồm HDAC4, HDAC5, HDAC7 và HDAC9, có mặt ở cả bào tương và nhân tế bào [13]. Chúng chứa một vùng xúc tác được bảo tồn ở đầu C (khoảng 420 amino acid) tương đồng với Hda1 của nấm men, đồng thời có một vùng đáp ứng đặc biệt ở đầu N (adapter domain) giúp hình thành phức hợp với yếu tố phiên mã gắn ADN MEF2.

Phức hợp này là cơ sở cho sự tập hợp các 14-3-3 protein, một họ các phân tử điều hoà (regulatory molecules) đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng sinh lý của tế bào như dẫn truyền tín hiệu và chết theo chương trình [34]. Các HDAC nhóm IIa có hoạt tính deacetylase rất yếu, có thể do sự thay thế tyrosin trong vùng xúc tác bằng histidin. Thực nghiệm cho thấy đột biến His976Tyr (histidin thành tyrosin) ở HDAC4 làm tăng khả năng xúc tác lên 1000 lần so với kiểu dại (wild type) [28]. HDAC phân nhóm IIb bao gồm HDAC6 và HDAC10, chủ yếu được tìm thấy trong bào tương.

Mặc dù nằm trong cùng một phân nhóm, đặc điểm cấu trúc và cơ chất của hai enzym này vẫn có sự khác biệt. HDAC6 có hai vùng xúc tác và một vùng “ngón tay” kẽm liên kết ubiquitin ở đầu C (zinc finger ubiquitin-binding domain) [35]. Trong khi đó, HDAC10 chỉ có một vùng xúc tác và một vùng lặp lại giàu leucin ở đầu C (leucin- rich repeat domain) [28]. HDAC6 có khả năng deacetyl hoá các protein không phải histon như α-tubulin, cortactin và Hsp90.

Những cơ chất này có ảnh hưởng lớn đến hình dạng, sự phân chia và di chuyển của tế bào [35]. Với HDAC10, các nghiên cứu gần đây đã xác định vai trò của chúng như là một enzym deacetylase cho các polyamin. Chức năng sinh học của nhóm hợp chất này vẫn chưa được làm rõ hoàn toàn [36]. HDAC nhóm IV HDAC nhóm IV chỉ bao gồm HDAC11, cấu trúc có sự tương đồng với enzym Hos3 của nấm men.

HDAC11 được tìm thấy trong nhân tế bào và chỉ phân bố ở một số cơ quan nhất định như tim, thận, tinh hoàn và cơ xương [37]. Mặc dù thiếu dữ liệu về cấu trúc tinh thể, nhưng người ta cho rằng miền xúc tác của HDAC11 có liên quan mật thiết nhất với HDAC8.