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

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.

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.