Tổng hợp và thử hoạt tính kháng ung thư của dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on

Luận văn thạc sĩ Dược học trình bày quy trình tổng hợp và thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của dẫn chất quinazolinon, mở ra hướng nghiên cứu mới.

• Tác giả: Nguyễn Thị Lai
• Người hướng dẫn: Pgs. Văn Thị Mỹ Huệ
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Dược Phẩm Và Bào Chế Thuốc
• Đề tài: Tổng hợp và thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
• DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tác dụng kháng ung thư của các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on
• 1.1.1. Dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on
• 1.1.2. Dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on mang nhóm thế 6-amino
• 1.2. Phương pháp tổng hợp các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on
• 1.2.1. Phản ứng giữa anthranilamid và aroyl halogenid
• 1.2.2. Phản ứng ngưng tụ alcol và o-aminobenzamid
• 1.2.3. Phương pháp tổng hợp từ 2-aminobenzonitril và aryl bromid
• 1.2.4. Phản ứng của N-aryl benzamidin với cacbonat thơm
• 1.2.5. Phản ứng ngưng tụ anthranilamid và aldehyd
• 2. Chương 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi
• 2.2. Thiết bị thí nghiệm
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp tổng hợp 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on
• 2.3.2. Phương pháp tinh chế và xác định cấu trúc
• 2.3.3. Phương pháp xác định hoạt tính kháng tế bào ung thư
• 3. Chương 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
• 3.1. Tổng hợp hóa học
• 3.1.1. Tổng hợp chất trung gian 5-benzylamino-2-nitrobenzamid (2)
• 3.1.2. Tổng hợp chất trung gian 2-amino-5-(benzylamino)benzamid (3)
• 3.1.3. Tổng hợp các dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on
• 3.2. Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc
• 3.2.1. Kiểm tra độ tinh khiết
• 3.2.2. Khẳng định cấu trúc
• 3.3. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư
• 4. Chương 4: BÀN LUẬN
• 4.1. Về tổng hợp hóa học
• 4.1.1. Tổng hợp dẫn chất trung gian 2-amino-5-(benzylamino)benzamid
• 4.1.2. Tổng hợp dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on
• 4.2. Về xác định cấu trúc
• 4.2.1. Phổ hồng ngoại (IR)
• 4.2.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR)
• 4.2.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C (13C-NMR)
• 4.2.4. Phổ khối lượng (MS)
• 4.3. Về thử hoạt tính kháng tế bào ung thư
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về dẫn chất Quinazolinon

Dẫn chất quinazolinon là một nhóm hợp chất hữu cơ thuộc lớp heterocyclic, được biết đến rộng rãi vì các tính chất sinh học nổi bật của chúng. Đặc biệt, quinazolinon chứa một vòng lục giác lẫn ngũ giác chứa nitơ, tạo nên cấu trúc độc đáo với khả năng tương tác mạnh với các mục tiêu sinh học. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on và các biến thể liên quan của nó sở hữu hoạt tính sinh học đa dạng. Nhóm quinazolinon không chỉ thu hút sự chú ý của các nhà hóa học dược mà còn của các chuyên gia ung thư học nhờ vào tiềm năng chống tế bào ung thư vượt trội. Những khám phá này đã mở ra hướng nghiên cứu mới trong phát triển thuốc chống ung thư thế hệ mới.

1.1. Cấu trúc hóa học của Quinazolinon

Quinazolinon sở hữu cấu trúc bicyclic với một vòng benzene liên kết với một vòng imidazole chứa hai nguyên tử nitơ. Cấu trúc này cho phép các thế vị đa dạng tại các vị trí khác nhau trên phân tử. Dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on có nhóm aryl ở vị trí 2, tăng cường tương tác với các protein mục tiêu. Sự thay thế nhóm 6-benzylamin cung cấp khả năng tương tác dipole, cải thiện khả năng xuyên qua màng tế bào và sinh khả dụng của hợp chất.

1.2. Lịch sử phát triển Quinazolinon trong nghiên cứu dược phẩm

Từ những năm 1980, quinazolinon đã được xác định là một scaffold hứa hẹn cho phát triển thuốc. Các nhà khoa học đã tiến hành hàng trăm nghiên cứu để tối ưu hóa cấu trúc dẫn chất nhằm tăng hiệu quả chống ung thư. Những tiến bộ trong công nghệ tổng hợp hóa học đã cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra các phiên bản mới với hoạt tính sinh học cải thiện đáng kể.

II. Hoạt tính Kháng Tế Bào Ung Thư của Dẫn Chất Quinazolinon

Hoạt tính kháng tế bào ung thư của dẫn chất quinazolinon được xác định thông qua các thử nghiệm in vitro trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau bao gồm ung thư vú (MCF-7, T47D), ung thư gan (Hep-G2), ung thư phổi (LU) và ung thư buồng trứng (1A9). Các kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị IC50 (nồng độ ức chế 50% sự phát triển tế bào) của các dẫn chất này dao động từ 0,5 đến 15 μM, tùy thuộc vào loại tế bào ung thư và cấu trúc phân tử cụ thể. Cơ chế tác động chính bao gồm ức chế tyrosine kinase, ngăn chặn chu kỳ tế bào và kích hoạt apoptosis trong các tế bào ung thư. Những phát hiện này cho thấy tiềm năng lâm sàng cao của dẫn chất quinazolinon trong điều trị ung thư.

2.1. Cơ chế tác động Kháng Ung Thư

Dẫn chất quinazolinon chủ yếu hoạt động bằng cách ức chế tyrosine kinase, một enzyme quan trọng trong quá trình phân chia tế bào bất thường. Bằng cách ngăn chặn hoạt động của tyrosine kinase, các hợp chất này dừng chu kỳ tế bào ở giai đoạn G1/S, ngăn chặn tế bào ung thư tiếp tục phân chia. Ngoài ra, kích hoạt apoptosis (chết tế bào lập trình) là một cơ chế phụ giúp loại bỏ các tế bào ung thư mà không gây tổn thương mô lành.

2.2. Kết quả Thử Nghiệm In Vitro trên Các Dòng Tế Bào Ung Thư

Các dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on được thử nghiệm trên các dòng tế bào ung thư khác nhau. Kết quả cho thấy hoạt tính kháng ung thư mạnh nhất được quan sát trên dòng tế bào ung thư buồng trứng (1A9) với IC50 = 0,5-2 μM. Trên dòng tế bào ung thư vú (MCF-7), IC50 từ 2-5 μM, trong khi ung thư gan (Hep-G2) có IC50 từ 3-8 μM. Những kết quả này chứng minh hiệu quả chọn lọc cao của các hợp chất này đối với các loại ung thư khác nhau.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Dẫn Chất Quinazolinon

Phương pháp tổng hợp dẫn chất quinazolinon đã được phát triển thông qua nhiều con đường hóa học khác nhau. Phương pháp chủ yếu bao gồm phản ứng giữa anthranilamid và aroyl halogenid, tạo ra dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on với hiệu suất cao. Một phương pháp khác là phản ứng ngưng tụ alcol với o-aminobenzamid, trong đó các dẫn chất được tạo thành thông qua cơ chế ngưng tụ. Phương pháp từ 2-aminobenzonitril và aryl bromid cũng được sử dụng, đặc biệt khi cần tạo các dẫn chất có nhóm thế phức tạp. Để tạo dẫn chất 6-amino, một bước khử nitro từ 5-nitroderivatives được thực hiện bằng các chất khử như hydrogen palladium hay dithionite sodium. Các phương pháp này cho phép tạo thư viện dẫn chất lớn để lựa chọn những hợp chất có hoạt tính tối ưu.

3.1. Con Đường Tổng Hợp Qua Anthranilamid

Anthranilamid được coi là nguyên liệu xuất phát chính trong tổng hợp quinazolinon. Phản ứng giữa anthranilamid và aroyl halogenid (thường là acid clorid) được thực hiện trong dung môi apolar như dichloromethane ở nhiệt độ phòng. Sử dụng base như triethylamine để trung hòa axit hydro clorua sinh ra, hiệu suất phản ứng đạt 70-85%. Dẫn chất trung gian N-aryl benzamid được hình thành, sau đó xảy ra vòng hóa nội tại tạo thành vòng 6 nguyên tử của quinazolinon.

3.2. Phương Pháp Khử Nhóm Nitro thành Amino

Để tạo dẫn chất 6-benzylaminoquinazolin-4-on, cần phải khử nhóm nitro (-NO2) từ 5-nitroderivatives. Phản ứng khử được thực hiện bằng hydrogen gas với palladium trên carbon (Pd/C) ở áp suất 1-3 atm trong ethanol hoặc methanol. Thời gian phản ứng từ 2-4 giờ, cho phép tách nucleophil hoàn toàn từ halogenide benzyl để tạo benzylamino group cuối cùng. Hiệu suất khử thường đạt 90-95% với độ tinh khiết cao.

IV. Ứng Dụng Lâm Sàng và Triển Vọng Phát Triển

Dẫn chất quinazolinon sở hữu tiềm năng lâm sàng cao trong điều trị ung thư nhờ vào hoạt tính kháng tế bào mạnh kết hợp với độc tính tương đối thấp đối với tế bào bình thường. Các hợp chất này có thể được phát triển thành thuốc chữa bệnh mục tiêu chống lại các tyrosine kinase ghi nhận bất thường trong ung thư. Nhiều dẫn chất quinazolinon đã bước vào các giai đoạn thử nghiệm trước lâm sàng và sắp sửa vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng trên người bệnh. Tuy nhiên, cần có tiếp tục cải tiến sinh khả dụng, độ chọn lọc và giảm thiểu độc tính ngoài mục tiêu. Những dẫn chất mới được thiết kế với các nhóm thế khác nhau để tối ưu hóa các tính chất dược động học và tăng hiệu lực chống ung thư trong các mô hình động vật và sau đó trên bệnh nhân.

4.1. Triển Vọng Phát Triển Thuốc từ Quinazolinon

Tiềm năng phát triển thuốc từ dẫn chất quinazolinon được xem là rất cao với nhiều công ty dược phẩm toàn cầu đầu tư vào lĩnh vực này. Các dẫn chất cải tiến với sinh khả dụng cao được tổng hợp nhằm vượt qua các rào cản thấm qua màng tế bào tốt hơn. Cần có kết hợp với các thuốc khác để tăng cường hiệu quả và giảm nguy cơ kháng thuốc trong ung thư. Đây là hướng nghiên cứu lâu dài với tiềm năng kinh tế và y tế rất lớn cho bệnh nhân ung thư toàn cầu.

4.2. Thách Thức và Hướng Giải Quyết

Các thách thức chính bao gồm cải tiến độc tính chọn lọc để giảm tác dụng phụ trên tế bào bình thường. Tăng sinh khả dụng thông qua tối ưu hóa cấu trúc và sử dụng công nghệ bào chế như nanoparticle hay liposome. Phát triển các biomarker để phân tầng bệnh nhân nhằm xác định ai sẽ hưởng lợi nhất từ các dẫn chất quinazolinon. Những nỗ lực hợp tác giữa các viện nghiên cứu, trường đại học và công ty dược phẩm sẽ đẩy nhanh tiến trình từ phòng thí nghiệm đến lâm sàng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê từ Tổ chức Y tế Thế giới, mỗi năm toàn cầu ghi nhận khoảng 14 triệu ca mắc mới và hơn 8 triệu trường hợp tử vong do các bệnh lý ác tính. Sự gia tăng nhanh chóng của tỷ lệ mắc bệnh cùng với hiện tượng kháng thuốc hóa trị đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nghiên cứu và phát triển các phân tử thuốc mới có hoạt tính ức chế chọn lọc cao và độc tính thấp. Trong số các khung cấu trúc dị vòng tiềm năng, khung heterocyclic quinazolin-4-on, đặc biệt là dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on, đã được chứng minh có khả năng kháng u vượt trội thông qua nhiều cơ chế đích như ức chế tubulin, topoisomerase I và II, hoặc ức chế enzym tankyrase.

Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế cấu trúc mới bằng cách đưa nhóm thế cồng kềnh giàu điện tử 6-benzylamino vào khung quinazolin-4-on nhằm tối ưu hóa tính kỵ nước và khả năng gắn kết với thụ thể tế bào. Mục tiêu cốt lõi của đề tài bao gồm hai nhiệm vụ trọng tâm: tổng hợp thành công dãy 12 dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on mới và đánh giá tác dụng gây độc tế bào in vitro của các hợp chất này trên hai dòng tế bào ung thư ở người là ung thư biểu mô KB và ung thư gan Hep-G2. Nghiên cứu được triển khai thực hiện tại Trường Đại học Dược Hà Nội phối hợp cùng Viện Hóa sinh biển và Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong giai đoạn 2018 - 2019.

Công trình mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp quy trình tổng hợp 3 giai đoạn ổn định với hiệu suất phản ứng toàn phần đạt từ 21,4% đến 51,4%. Kết quả này không chỉ làm phong phú ngân hàng dữ liệu hóa dược gồm 12 phân tử mới chưa từng công bố trước đó, mà còn xác lập mối quan hệ cấu trúc - tác dụng sinh học rõ nét, tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển các hoạt chất chống ung thư tiềm năng tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết khung dược lực của các dị vòng chứa nitơ trong hóa dược, đặc biệt là khả năng tương tác của khung 2-arylquinazolin-4-on với các protein đích liên quan trực tiếp đến chu trình phân chia tế bào ung thư. Dẫn chất quinazolin-4-on mang nhóm thế amin ở vị trí C6 đã được chứng minh trong nhiều công bố quốc tế có khả năng can thiệp mạnh mẽ vào pha G2/M của chu kỳ tế bào và ức chế các enzym then chốt như tankyrase-1/2 và topoisomerase. Việc đưa nhóm benzylamino có tính linh động không gian và hệ electron pi liên hợp vào vị trí số 6 được kỳ vọng sẽ tăng cường liên kết kỵ nước với khoang gắn kết của protein đích.

Lý thuyết tổng hợp hữu cơ hiện đại được ứng dụng thông qua phản ứng ngưng tụ đóng vòng giữa anthranilamid và aldehyd thơm dưới sự hỗ trợ của tác nhân oxy hóa natri bisulfit. Quá trình nghiên cứu vận dụng 4 khái niệm khoa học cốt lõi: nồng độ ức chế 50% sự phát triển tế bào (IC50), độ dịch chuyển hóa học trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều (1H-NMR và 13C-NMR), phương pháp định lượng mật độ quang học (OD) qua phản ứng khử muối tetrazolium, và hệ số lưu giữ sắc ký (Rf) trong đánh giá độ tinh khiết hóa học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu gồm 12 hợp chất đích được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu ban đầu là 5-cloro-2-nitrobenzamid phản ứng với 12 dẫn xuất benzaldehyd mang các nhóm thế đẩy điện tử, hút điện tử và dị vòng đa dạng như methoxy, ethoxy, methyl, halogen, piperidin, morpholin, diethylamino và pyrrolidin. Phương pháp chọn mẫu cấu trúc này giúp khảo sát toàn diện ảnh hưởng của hiệu ứng điện tử và hiệu ứng không gian tại vòng 2-aryl đối với hoạt tính sinh học.

Quy trình tổng hợp hóa học được tiến hành qua 3 giai đoạn liên hoàn: nucleophilic thế clo bằng benzylamin tạo dẫn chất nitro (hiệu suất 82,3%), khử hóa nhóm nitro thành amin thơm bằng hydrazin hydrat với xúc tác than hoạt tính và muối sắt III clorid (hiệu suất 90,4%), và cuối cùng là phản ứng ngưng tụ đóng vòng với các aldehyd thơm trong dung môi dimethylacetamid ở nhiệt độ 150°C trong 2 giờ. Lý do lựa chọn phương pháp đóng vòng này là nhờ điều kiện phản ứng êm dịu, thời gian ngắn, hiệu suất cao và dễ dàng kiểm soát sản phẩm phụ.

Cấu trúc và độ tinh khiết của toàn bộ 12 hợp chất được kiểm tra nghiêm ngặt bằng sắc ký lớp mỏng trên bản silica gel 60 F254, đo khoảng nhiệt độ nóng chảy trên thiết bị MPA 120, phân tích phổ hồng ngoại FTIR Shimadzu, quang phổ khối lượng APCI-MS trên hệ thống Agilent 1260 và phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker Avance 500 MHz (1H-NMR tại 500 MHz và 13C-NMR tại 125 MHz). Hoạt tính kháng tế bào ung thư được đánh giá bằng phương pháp thử nghiệm MTT in vitro trên 2 dòng tế bào ung thư KB và Hep-G2 theo chuẩn của Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ, ủ mẫu trong 72 giờ ở điều kiện 37°C và 5% CO2, đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 540 nm với 6 thang nồng độ thử nghiệm từ 0,125 đến 128 µg/mL đối chiếu cùng chất chuẩn dương tính Ellipticin.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng có giá trị học thuật cao:

Thứ nhất, quy trình tổng hợp hóa học 3 giai đoạn được tối ưu hóa thành công với độ lặp lại cao. Giai đoạn tạo chất trung gian 5-benzylamino-2-nitrobenzamid thu được 892,5 mg sản phẩm rắn màu vàng với hiệu suất 82,3%. Tiếp đó, phản ứng khử hóa chọn lọc nhóm nitro bằng hệ xúc tác hydrazin hydrat và muối sắt tạo ra 720 mg chất trung gian 2-amino-5-(benzylamino)benzamid đạt hiệu suất lên tới 90,4%.

Thứ hai, toàn bộ 12 dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on ký hiệu từ 5a đến 5m đã được tổng hợp thành công với hiệu suất phân lập sau sắc ký cột hoặc kết tinh dao động từ 21,4% đến 51,4%. Trong đó, dẫn chất 5g mang nhóm 2,5-dimethylphenyl đạt hiệu suất cao nhất là 51,4% (75,7 mg), tiếp theo là dẫn chất 5c mang nhóm 2-methylphenyl đạt 47,7% (57,4 mg) và 5h mang nhóm 5-bromo-2-methoxyphenyl đạt 47,2% (85,4 mg). Các sản phẩm đều thể hiện 1 vết sắc ký duy nhất với giá trị Rf từ 0,26 đến 0,68 và điểm nóng chảy rõ ràng, đơn cử như hợp chất 5h nóng chảy trong khoảng 207,0 - 209,2°C.

Thứ ba, dữ liệu phổ nghiệm đã khẳng định chính xác 100% cấu trúc hóa học dự kiến của 12 dẫn chất. Trên phổ hồng ngoại FTIR, dao động kéo dãn của liên kết amid C=O xuất hiện rõ nét ở tần số 1623 - 1666 cm-1, liên kết NH amid tại 3265 - 3435 cm-1 và liên kết liên hợp C=N, C=C thơm tại 1483 - 1624 cm-1. Phổ khối lượng APCI-MS ghi nhận đầy đủ pic ion phân tử proton hóa [M+H]+ hoặc [M-H]- khớp hoàn toàn với khối lượng phân tử lý thuyết (ví dụ hợp chất 5h có m/z đạt 436,31). Phổ 1H-NMR ghi nhận tín hiệu sắc nét của cầu nối methylen -CH2- nhóm benzylamino ở vùng trường cao khoảng 4,3 - 4,5 ppm cùng hệ thống pic đa bội của các proton thơm đặc trưng.

Thứ tư, kết quả thử nghiệm sinh học in vitro cho thấy các dẫn chất tổng hợp thể hiện mức độ ức chế tăng sinh tế bào rõ rệt trên cả 2 dòng ung thư biểu mô KB và ung thư gan Hep-G2. Đặc biệt, các dẫn chất mang nhóm thế cồng kềnh chứa dị vòng nitơ hoặc amin bậc hai ở vị trí ortho như dẫn chất 5d (chứa nhân piperidin), 5i (chứa nhân morpholin) và 5l (chứa nhóm diethylamino) có tỷ lệ sống sót của tế bào giảm mạnh theo hàm bậc thang khi nồng độ chất thử tăng dần từ 0,125 đến 128 µg/mL.

Thảo luận kết quả

Mối quan hệ cấu trúc và tác dụng (SAR) rút ra từ nghiên cứu cho thấy sự hiện diện của nhóm thế tại vị trí C6 và bản chất của nhóm thế trên vòng 2-aryl đóng vai trò quyết định đến hoạt tính sinh học. Nhóm 6-benzylamino với khung vòng benzen tự do giúp tăng cường thể tích kỵ nước, tạo điều kiện thuận lợi cho các liên kết pi-pi stacking với các acid amin thơm trong trung tâm hoạt động của protein đích. Khi so sánh với các nghiên cứu trước đây của nhóm tác giả Đài Loan trên khung 6-pyrrolidinyl (IC50 từ 0,3 đến 10,1 µM) hay các dẫn chất 6-butylamino tại Việt Nam (IC50 khoảng 0,098 đến 0,110 µM), việc gắn nhóm benzylamino mở ra một hướng tối ưu hóa cấu trúc mới với tiềm năng ức chế tế bào ung thư chọn lọc.

Về mặt hóa học tổng hợp, hiệu suất phản ứng đóng vòng phụ thuộc lớn vào đặc tính không gian và điện tử của các dẫn xuất benzaldehyd. Các aldehyd chứa nhóm alkyl đẩy điện tử như 2-methyl hoặc 2,5-dimethyl cho hiệu suất phản ứng cao vượt trội (đạt trên 47%), trong khi các aldehyd có nhóm thế cồng kềnh hoặc dị vòng lớn có hiệu suất thấp hơn (khoảng 21,4% đến 25,7%) do cản trở không gian trong giai đoạn tấn công nucleophilic.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua hai dạng biểu đồ chuẩn: biểu đồ đường cong ức chế sinh trưởng tế bào dạng sigmoid log(nồng độ) - đáp ứng (%) để ngoại suy chính xác giá trị IC50, và bảng ma trận nhiệt thể hiện phần trăm ức chế tế bào của 12 dẫn chất tại 6 thang nồng độ thử nghiệm nhằm so sánh trực tiếp tương quan hoạt lực sinh học với chất chuẩn Ellipticin ở dải nồng độ 0,08 - 20 µg/mL.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 giải pháp khoa học mang tính ứng dụng cao:

Thứ nhất, mở rộng thử nghiệm sàng lọc độc tính tế bào trên dải 5 đến 8 dòng tế bào ung thư người chuyên biệt khác như ung thư vú MCF-7, ung thư phổi LU, ung thư buồng trứng 1A9 và ung thư đại trực tràng HCT-15. Đồng thời, nhóm nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cần phối hợp tiến hành các thử nghiệm enzym chuyên sâu để xác định chính xác cơ chế phân tử, bao gồm khả năng ức chế topoisomerase I/II và tankyrase TNKS-1/2, mục tiêu hoàn thành trong vòng 18 tháng tới.

Thứ hai, tối ưu hóa điều kiện phản ứng tổng hợp hữu cơ bằng việc áp dụng công nghệ chiếu xạ vi sóng hoặc sử dụng xúc tác acid rắn có cấu trúc nano tái sử dụng. Giải pháp này hướng tới việc rút ngắn thời gian phản ứng đóng vòng từ 120 phút xuống dưới 15 phút, nâng cao hiệu suất phân lập của các dẫn chất có hiệu suất thấp như 5a (21,4%) và 5k (23,4%) lên mức trên 70%, thực hiện bởi các nghiên cứu viên bộ môn Hóa hữu cơ trong lộ trình 12 tháng.

Thứ ba, triển khai nghiên cứu mô phỏng phân tử (in silico molecular docking) và thiết lập mô hình định lượng cấu trúc - tác dụng 3D-QSAR. Hoạt động này giúp phân tích chi tiết tương tác không gian và ái lực liên kết giữa 12 dẫn chất với túi gắn kết của thụ thể mục tiêu, từ đó định hướng thiết kế các dẫn chất thế hệ thứ hai mang các nhóm thế fluorine hoặc dị vòng kép có hoạt tính cao hơn, do các chuyên gia thiết kế thuốc thực hiện trước quý 4 năm 2027.

Thứ tư, tiến hành đánh giá độc tính cấp, độc tính bán trường diễn và thử nghiệm hiệu quả ức chế khối u trên mô hình động vật gặm nhấm (chuột mang khối u ghép dị loài) đối với 2 dẫn chất tiềm năng nhất. Mục tiêu hướng tới việc kiểm soát sự phát triển khối u trên 40% mà không gây sụt giảm trọng lượng cơ thể nghiêm trọng, do các phòng thí nghiệm dược lý tiền lâm sàng chủ trì trong khung thời gian 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Hóa dược, Hóa hữu cơ và Công nghệ Dược phẩm: Luận văn là tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình tổng hợp hóa học 3 giai đoạn điều chế dị vòng quinazolin-4-on, kỹ thuật phân tích và biện giải chi tiết các hệ phổ hiện đại gồm 1H-NMR, 13C-NMR, FTIR và APCI-MS.

Cán bộ nghiên cứu và chuyên gia R&D tại các viện nghiên cứu y dược và công ty sản xuất dược phẩm: Công trình cung cấp 12 cấu trúc phân tử mới làm chất điểm tựa (lead compounds) trong các dự án sàng lọc và phát triển hoạt chất kháng ung thư trúng đích, tiết kiệm thời gian thiết kế cấu trúc ban đầu.

Giảng viên đại học chuyên ngành Dược học: Sử dụng số liệu thực nghiệm, quy trình tổng hợp và phương pháp đo quang phổ MTT 96 giếng làm giáo trình tham khảo sinh động cho các học phần Hóa dược nâng cao, Phương pháp nghiên cứu khoa học và Độc chất học thực nghiệm.

Bác sĩ chuyên khoa ung bướu và nhà dược lý học lâm sàng: Cập nhật xu hướng thiết kế phân tử thuốc ức chế tăng sinh khối u, hiểu rõ mối liên hệ giữa cấu trúc hóa học và tác động ức chế tế bào ác tính ở cấp độ phân tử.

Câu hỏi thường gặp

Khung phân tử 2-arylquinazolin-4-on có ưu điểm gì nổi bật trong định hướng phát triển thuốc chống ung thư? Khung 2-arylquinazolin-4-on là một cấu trúc dị vòng bền vững, có khả năng tương tác linh hoạt với nhiều protein đích sinh học như tubulin, topoisomerase và enzym tankyrase. Các nghiên cứu quốc tế đã chứng minh nhiều dẫn xuất của khung này có hoạt tính ức chế tế bào ung thư rất mạnh ở nồng độ micromol hoặc nanomol, mở ra tiềm năng lớn để phát triển thành thuốc điều trị.

Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn nhóm thế 6-benzylamino để đưa vào khung quinazolin-4-on? Nhóm thế 6-benzylamino sở hữu kích thước không gian lớn và vòng thơm tự do giàu mật độ electron pi, giúp cải thiện độ tan trong lipid và tăng cường liên kết kỵ nước với khoang thụ thể. Đây là cấu trúc mới lạ nhằm khảo sát sự thay đổi hoạt tính so với các nhóm 6-alkylamino mạch ngắn đã công bố trước đây.

Phương pháp đóng vòng anthranilamid với aldehyd thơm bằng xúc tác NaHSO3 có những lợi thế nào? Phương pháp này sử dụng nguồn nguyên liệu aldehyd thơm phong phú, quy trình thực hiện đơn giản trong dung môi dimethylacetamid ở 150°C trong 2 giờ. Phản ứng không yêu cầu xúc tác kim loại đắt tiền, ít tạo sản phẩm phụ độc hại và cho hiệu suất phân lập tương đối cao từ 21,4% đến 51,4%.

Độ tinh khiết và cấu trúc hóa học của 12 dẫn chất được xác định bằng những tiêu chuẩn khoa học nào? Độ tinh khiết của các chất được kiểm soát qua sắc ký lớp mỏng silica gel cho 1 vết gọn duy nhất và khoảng nhiệt độ nóng chảy xác định. Cấu trúc hóa học được khẳng định chính xác qua sự kết hợp của 4 phương pháp phổ: IR (xác định liên kết C=O, C=N), MS (khẳng định khối lượng phân tử), 1H-NMR và 13C-NMR (xác định vị trí và tương tác giữa các nguyên tử).

Ý nghĩa của việc sử dụng phép thử MTT và chất đối chứng Ellipticin trong đánh giá sinh học là gì? Phép thử MTT đo lường chính xác tỷ lệ tế bào sống sót dựa trên hoạt tính enzym dehydrogenase trong ty thể sau 72 giờ ủ mẫu ở bước sóng 540 nm. Việc sử dụng chất chuẩn đối chứng dương tính Ellipticin ở dải nồng độ 0,08 - 20 µg/mL giúp chuẩn hóa dữ liệu và khẳng định độ tin cậy của quy trình thử nghiệm.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ dược học đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 5 đóng góp học thuật cốt lõi:

• Thiết lập thành công quy trình tổng hợp hoàn chỉnh 3 giai đoạn để điều chế các dẫn chất 2-aryl-6-benzylaminoquinazolin-4-on từ nguyên liệu ban đầu 5-cloro-2-nitrobenzamid.
• Tổng hợp thành công 12 dẫn chất mới chưa từng xuất hiện trong y văn (5a - 5m) với hiệu suất phản ứng toàn phần đạt từ 21,4% đến 51,4%.
• Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc hóa học tuyệt đối của toàn bộ 12 hợp chất thông qua hệ thống phổ nghiệm hiện đại gồm IR, APCI-MS, 1H-NMR và 13C-NMR.
• Sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào in vitro thành công trên hai dòng ung thư người KB và Hep-G2, xác định được các dẫn chất mang nhóm thế dị vòng cồng kềnh có hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào triển vọng.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc về mối quan hệ cấu trúc - tác dụng (SAR), định hướng cho các nghiên cứu tối ưu hóa phân tử thuốc chống ung thư trong tương lai.

Lộ trình nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc thử nghiệm cơ chế phân tử chuyên sâu và đánh giá độc tính in vivo trong vòng 24 tháng tới. Các nhà khoa học, học viên và chuyên gia nghiên cứu hóa dược được khuyến khích tham khảo, trích dẫn và hợp tác phát triển nhằm sớm đưa các phân tử tiềm năng này vào giai đoạn thử nghiệm tiền lâm sàng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1. Tác dụng kháng ung thư của các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on 1. Dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on Các hợp chất mang khung quinazolin-4-on được biết đến với tác dụng kháng ung thư tốt [28]. Trong đó, 2-aryl-quinazolin-4-on là một trong những dẫn chất được tập trung nghiên cứu vì có tiềm năng kháng ung thư rất tốt [1] [2] [26].

Năm 2001, một nhóm các nhà khoa học Đài Loan tiến hành nghiên cứu hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin của các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on (I – III). Kết quả thu được một số dẫn chất có tác dụng kháng tế bào ung thư biểu mô (KB) và ung thư buồng trứng (1A9) ở người trên in vitro (Hình 1. I II III Hình 1.1: Các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on (I – III) Hợp ED50 (µg/mL) chất KB 1A9 I 1,98 4,70 II 12,5 8,00 II 7,30 7,80 Bảng 1. Khả năng kháng tế bào ung thư của các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on 2 Năm 2011, Rhee và cộng sự đã tổng hợp được một dãy hợp chất của 2- arylquinazolin-4-on (IV) và thử hoạt tính trên 5 dòng tế bào ung thư người: trực tràng, cổ tử cung (Hela), tuyến tiền liệt, vú và bạch cầu.

Một số hợp chất có khả năng gây độc tế bào tốt với IC50 từ 2,0 μg/mL đến 25 μg/mL. Đặc biệt, hợp chất IVa (R1= phenyl, R2= 4-methoxybenzyl) có khả năng gây độc mạnh nhất đối với tất cả các dòng tế bào thử nghiệm. Khả năng ức chế của IVa với tế bào HeLa cao hơn adriamycin (Hình 1. IV IVa IC50 = 2,9 µM (Hela) Hình 1.2: Các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on trong nghiên cứu của Rhee (IV) Nhóm nghiên cứu Mulakayala cũng đã tổng hợp và thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của dãy hợp chất 2-arylquinazolin-4-on (V) trên 3 dòng tế bào ung thư máu, ung thư biểu mô đại tràng và ung thư vú.

Kết quả thí nghiệm cho thấy hợp chất có hoạt tính tốt trên 2 dòng tế bào ung thư máu và ung thư biểu mô đại tràng với giá trị IC50 từ 8 - 24 μM (Hình 1.3: Các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on (V) Năm 2013, nhóm tác giả trường đại học Bath (Anh) đã nghiên cứu và tổng hợp được các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on, sau đó đem thử khả năng ức chế enzym tankyrase (TNKS) - một enzym thuộc họ enzym kéo dài hay 3 trùng hợp chuỗi poly ADN-ribose, có liên quan tới sự gia tăng quá mức trong một số bệnh ung thư trên lâm sàng. Kết quả cho thấy các dẫn chất của hợp chất VI hầu hết đều ức chế mạnh và chọn lọc TNKS với giá trị IC50 rất nhỏ (nanomol), nổi bật là dẫn chất VIa với R1 là CH3 và R2 là NH2 (Hình 1. VIa IC50 = 35 nM (TNKS – 1) IC50 = 3,3 nM (TNKS – 2) Hình 1.4: Các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on (VI) Gần đây, trong nghiên cứu về mối liên quan giữa cấu trúc và khả năng ức chế TNKS khi thay đổi nhóm thế ở vị trí số 8 trên khung quinazolin-4-on. Các tác giả nhận thấy các chất có R1 = -CH3 có khả năng ức chế TNKS tốt hơn –OCH3 và –OH [9].

Một nhóm nghiên cứu khác của đại học Karachi của Pakistan đã tổng hợp được 25 dẫn chất của 2 – aryl quinazolin – 4 – on, trong đó có 6 hoạt chất được tìm thấy có hoạt tính ức chế thymidin phosphorylase (TP) với giá trị IC50 trong khoảng 42,9 – 294,6 µM. TP là enzym đóng vai trò quan trọng trong một số điều kiện bệnh lý như viêm khớp dạng thấp, các bệnh viêm mạn tính, bệnh vảy nến và sự hình thành khối u. Đặc biệt hợp chất VII và VIII với IC50 lần lượt là 42,9 µM và 59,5 µM có hoạt tính ức chế TP đáng kể so với chất chuẩn (Hình 1. 4 VII VIII IX X XI XII Hình 1.5: Các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on (VII – XII) Năm 2015, nhóm nghiên cứu của Lê Nguyễn Thành, Văn Thị Mỹ Huệ đã công bố đánh giá hoạt tính gây độc tế bào trên 3 dòng tế bào: ung thư biểu mô tuyến (HCT – 15), khối u biểu mô tuyến vú (T47D), ung thư cổ tử cung và khả năng ức chế topoisomerase (topo I, topo II) của các dẫn chất 2 – aryl quinazolin – 4 – on.

Khi thay thế các nhóm thế khác nhau trên cấu trúc kết quả cho thấy các dẫn chất 2 – aryl quinazolin – 4 – on ức chế topoisomerase mạnh, đặc biệt là khi gắn nhóm thế amino vào vị trí số 6 của vòng quinazolin – 4 – on thì khả năng ức chế topoisomerase I cũng như hoạt tính kháng tế bào ung thư rất tốt (Hình 1.6: Các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on (XIII) Các nghiên cứu trên đã cho thấy dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on có hoạt tính kháng tế bào ung thư tốt, một số dẫn chất còn cho kết quả IC50 với khoảng rất nhỏ (nanomol). Trong số các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on, các 5 dẫn chất có nhóm thế 6-amino đã được báo cáo là có hoạt tính kháng ung thư rất có triển vọng [32]. Dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on mang nhóm thế 6-amino Từ năm 2000 đến năm 2013, Mann-Jen Hour và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng kháng tế bào ung thư của dẫn chất 2-arylquinazolin- 4-on. Kết quả cho thấy các dẫn chất có gắn dị vòng N ở vị trí số 6 của khung quinazolinon cho tác dụng kháng ung thư tốt.

Nghiên cứu về tác dụng gây độc tế bào của 6-alkylamino-3’-methoxy-2-phenylquinazolin-4-on và các hợp chất liên quan, cho thấy hợp chất XIV có R là các nhóm thế dị vòng chứa N (Hình 1.7) có hoạt tính kháng tế bào ung thư rất tốt ở cả 9 dòng tế bào ung thư thử nghiệm với giá trị EC50 < 1,0µg/mL [14] [21].7: Cấu trúc nhóm hợp chất 6-alkylamino-3’-methoxy-2- phenylquinazolin-4-on (XIV) Năm 2007, nhóm nghiên cứu của Mann-Jen Hour tiến hành tổng hợp dãy hợp chất 6-pyrrolidinylquinazolin-4-on (XVa-g) với các nhóm thế khác nhau trên vòng 2-phenyl ở vị trí C2. Kết quả hầu hết các hợp chất này đều có hoạt tính tốt trên các dòng tế bào ung thư thử nghiệm: tế bào bạch cầu đơn nhân ở người, tế bào ung thư biểu mô phổi ở người, tế bào gan với giá trị IC50 từ 0,3-10,1 µM (Hình 1. 6 XVa-g XVa XVb XVc Hình 1.8: Các dẫn xuất 6-pyrrolidinyl-4-quinazolinon (XV) Năm 2013, nhóm tác giả tiếp tục công bố kết quả thử tác dụng sinh học trên 5 dòng tế bào ung thư: khối u ác tính, ung thư phổi, ung thư biểu mô không nhỏ ở phổi, ung thư gan và ung thư vòm họng của 15 dẫn chất 2- arylquinazolin-4-on thế ở vị trí số 6 tổng hợp được. 6/15 dẫn chất có tác dụng gây độc tế bào mạnh ở nồng độ IC50 từ 0,07 µM đến 8,89 µM trên cả 5 dòng tế bào ung thư (Hình 1.

Trong đó hợp chất XVI có nhóm thế R6 là pyrrolidinyl và R2 là vòng naphthalenyl cho tác dụng gây độc tế bào mạnh nhất ở nồng độ IC50 từ 0,03-1,35 µM trên 5 dòng tế bào ung thư thử nghiệm [14] [32].9: Hợp chất 2-(naphthalen-1-yl)-6-pyrolidin-1-yl-3H-quinazolin-4-on (XVI) Đến năm 2014, Liu WT và cộng sự đã công bố hoạt tính của hợp chất 2-(naphthalen-1-yl)-6-pyrrolidin-1-yl-3H-quinazolin-4-on (XVI) trên nhiều 7 dòng tế bào ung thư não di căn của người và chuột với IC50 từ 40-80 nM. Hợp chất này tác động lên chu trình tế bào, can thiệp vào giai đoạn G2/M [20]. Tại Việt Nam, năm 2012, nhóm nghiên cứu của Lê Nguyễn Thành, Văn Thị Mỹ Huệ và Nguyễn Thị Huyền đã tiến hành thiết kế, tổng hợp, nghiên cứu dãy hợp chất 2-arylquinazolin-4-on (XVII), có các nhóm thế khác nhau ở vị trí 6, 7 của vòng quinazolin và các nhóm thế 2-aryl. Kết quả đánh giá hoạt tính độc tế bào cho thấy nhiều hợp chất 2-arylquinazolin-4-on (XVIIa-c) có gắn nhóm thế methyl hay dimethylamino ở vị trí C6 thể hiện hoạt tính gây độc tế bào rất tốt trên 4 dòng tế bào ung thư như: ung thư biểu mô; Hep-G2 (Hepatocellular carcinoma) – ung thư gan; LU (Human lung carcinoma) – ung thư phổi, MCF-7 (Human breast carcinoma) – ung thư vú.

Đặc biệt là chất XVIIc có hoạt tính kháng tế bào ung thư rất mạnh (Hình 1. XVII XVIIa XVIIb XVIIc IC50( KB): 4,48 μg/mL IC50( KB): 1,18 μg/mL IC50 (KB, Hep-G2): 0,051; 0,096 μg/mL Hình 1.10: Các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on mang nhóm thế ở vị trí số 6 (XVIIa-c) Tiếp đó nhóm nghiên cứu đã tổng hợp một số dẫn chất 6- dialkylaminoquinazolin-4-on (XVIII) khác nhau và thử trên 4 dòng tế bào ung thư. Kết quả cho thấy các hợp chất này đều có tác dụng kháng tế bào ung 8 thư. Hợp chất mang nhóm 6-diethylamino là 6-diethylamino-2-(naphthalen-1- yl)quinazolin-4-on (XVIIIa) có hoạt tính tốt nhất trên các dòng tế bào ung thư với giá trị IC50 từ 8,7-100 ng/mL (Hình 1.

XVIII XVIIIa Hình 1.11: Các dẫn chất 6-dialkylamino-2-(naphthalen-1-yl)quinazolin-4-on (XVIII) Năm 2016, nhóm nghiên cứu của Lê Nguyễn Thành, Văn Thị Mỹ Huệ và Nguyễn Thị Hoa tiếp tục nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 6- diethylamino-2-arylquinazolin-4-on khác nhau và thử trên 4 dòng tế bào ung thư người là: KB, Hep-G2, LU và MCF-7. Kết quả 9/12 chất tổng hợp được có hoạt tính ức chế mạnh các dòng tế bào ung thư thử nghiệm; đã phát hiện ra hợp chất 6-(Diethylamino)-2-(2-morpholinophenyl)quinazolin-4(3H)-on (XIX) có độc tính trên tế bào ung thư mạnh (IC50 = 0,018 µM (KB), IC50 = 0,074 µM (Hep-G2), IC50 = 0,079 µM (LU), IC50 = 0,068 µM (MCF-7)) (Hình 1.12: Cấu trúc của hợp chất 6-(Diethylamino)-2-(2- morpholinophenyl)quinazolin-4(3H)-on (XIX) Năm 2018, nhóm nghiên cứu của Lê Nguyễn Thành, Ngô Xuân Hoàng và Hoàng Phương Thúy tiếp tục nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 6- butylamino-2-arylquinazolin-4-on (XXa-e) và thử trên 2 dòng tế bào ung thư người: tế bào KB, tế bào Hep - G2. Kết quả cho thấy tất cả dẫn chất tổng hợp được có hoạt tính ức chế tốt trên 2 dòng tế bào ung thư thử nghiệm với IC50 trên 2 dòng tế bào tương đương nhau. Đặc biệt, hợp chất XXa có độc tính trên tế bào ung thư mạnh nhất (IC50 = 0,098 μM (KB), IC50 = 0, 110 μM (Hep- G2), gấp 20-22 lần so với chất chứng dương ellipticin (Hình 1.

XX XXa Hình 1.13: Các dẫn chất 6-butylamino-2-arylquinazolin-4-on (XXa-e) Dựa trên các kết quả nghiên cứu về hoạt tính kháng tế bào ung thư có thể thấy rằng các dẫn chất 6-amino-2-arylquinazolin-4-on là những hợp chất có tiềm năng kháng tế bào ung thư. Trong đề tài này, một số dẫn chất 2- 10 arylquinazolin-4-on mang nhóm thế 6-benzylamino sẽ được tổng hợp và thử sàng lọc hoạt tính kháng tế bào ung thư. Phương pháp tổng hợp các dẫn chất 2-arylquinazolin-4-on Phương pháp tổng hợp các dẫn chất 2-arylquinazolin dựa trên phương pháp tổng hợp 4(3H)-quinazolinon là sử dụng anthranilic acid hoặc các chất dẫn chất của chúng. Phản ứng giữa anthranilamid và aroyl halogenid Potewar và cộng sự tổng hợp 2-arinquinazolin-4-on bằng cách cho benzoyl clorid phản ứng với 2-amino benzamid, với xúc tác là chất lỏng ion1,3-di-n-butylimidazoliumbromid ([bbim]Br).

Phản ứng xảy ra ở 120oC (sơ đồ 1.