Luận văn thạc sĩ về tổng hợp aurone và hoạt tính sinh học tại ĐHQGHN

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu tổng hợp một số aurone và hoạt tính sinh học của chúng, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Phạm Thị Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quốc Vượng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Aurone Và Hoạt Tính Sinh Học
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. CÁC HỢP CHẤT FLAVONOID
• 1.2. Các hợp chất aurone
• 1.3. HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA AURONE
• 1.3.1. Aurone trong hóa học trị liệu ung thư
• 1.3.2. Aurone như là chất điều chỉnh sự kháng đa thuốc qua protein Pgp
• 1.3.3. Sự ức chế của Cyclin-Dependent Kinases (CDK)
• 1.3.4. Tương tác của các aurone với thụ thể adenosine
• 1.3.5. Aurone chống ung thư thông qua sự phân chia DNA
• 1.3.6. Aurones ức chế hình thành mạch máu khối u
• 1.3.7. Aurones như những tác nhân chống oxi hóa
• 1.3.8. Aurones kháng kí sinh trùng
• 1.3.9. Aurone như là tác nhân kháng khuẩn, kháng nấm, kháng viêm
• 1.3.10. Aurone như tác nhân chống virus
• 1.3.11. Aurone trong điều trị bệnh về da
• 1.3.12. Aurone trong điều trị bệnh tiểu đường
• 1.4. TỔNG HỢP AURONE
• 1.4.1. Cơ sở phương pháp tổng hợp aurone
• 1.4.2. Phản ứng Houben - Hoesch
• 1.4.3. Phản ứng theo Friedel - Crafts
• 1.4.4. Phản ứng ngưng tụ Claisen - Schmidt
• 1.4.5. Tổng hợp aurone từ benzofuranone
• 1.4.6. Tổng hợp tiền chất benzofuranone
• 1.4.7. Các phương pháp tổng hợp aurone từ benzofuranone
• 1.4.8. Tổng hợp aurone từ chalcone
• 1.4.9. Tổng hợp tiền chất chalcone
• 1.4.10. Các phương pháp tổng hợp aurone từ chalcone
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Phương pháp phân lập các hợp chất
• 2.1.2. Phương pháp tổng hợp và tinh chế sản phẩm
• 2.1.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học
• 2.1.4. Khảo sát hoạt tính độc tế bào của các chất tổng hợp được
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
• 3.1. TỔNG HỢP MỘT SỐ AURONE
• 3.1.1. Tổng hợp chất trung gian chìa khóa 4,6-dihyroxybenzofuran-3(2H)-one (5b)
• 3.1.2. Tổng hợp các hydroxyaurone (Z)-2-[(3,4-dihydroxyphenyl)methylene]-4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)-one (56) và (Z)-2-[(4-hydroxyphenyl)methylene]-4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)-one (76)
• 3.1.3. Tổng hợp các methoxyaurone (Z)-2-[(3,4-dimethoxyphenyl)methylene]-4,6-dimethoxy-benzofuran-3(2H)-one (55) và (Z)-2-[(4-methoxyphenyl)methylene]-4,6-dimethoxybenzofuran-3(2H)-one (77)
• 3.1.4. Tổng hợp các aurone có nhóm thế OMe ở vòng A và nhóm thế hydroxyl ở vòng B
• 3.1.5. Tổng hợp các aurone có nhóm thế nhóm thế hydroxyl ở vòng A và nhóm thế OMe ở vòng B (chất 78, chất 79)
• 3.1.6. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH ĐỘC TẾ BÀO CỦA NHỮNG AURONE ĐÃ TỔNG HỢP ĐƯỢC
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CÁC AURONE
• 4.1.1. Điều chế chất trung gian chìa khóa benzofuranone
• 4.1.2. Phản ứng methyl hóa tổng hợp methoxybenzofuranone (18)
• 4.1.3. Phản ứng ngưng tụ benzofuranone với các benzaldehyde
• 4.2. KẾT QUẢ THỬ HOẠT TÍNH ĐỘC TẾ BÀO
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu aurone và hoạt tính sinh học

Nghiên cứu về aurone và hoạt tính sinh học của chúng đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Aurone là một nhóm hợp chất flavonoid có cấu trúc hóa học đặc biệt, thường được tìm thấy trong thực vật. Chúng không chỉ đóng vai trò trong việc hình thành sắc tố mà còn có nhiều hoạt tính sinh học tiềm năng. Việc tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của aurone có thể mở ra hướng đi mới trong điều trị các bệnh nan y như ung thư, tiểu đường và các bệnh truyền nhiễm.

1.1. Cấu trúc hóa học của aurone và vai trò trong tự nhiên

Aurone có cấu trúc hóa học đặc trưng với khung (2-benzylidenebenzofuran-3(2H)-one). Chúng thường xuất hiện trong các loài thực vật có hoa, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo màu sắc cho hoa và rau quả. Số lượng aurone trong tự nhiên còn hạn chế, nhưng chúng đã được chứng minh là có nhiều hoạt tính sinh học quý giá.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu aurone trong y học

Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của aurone có thể giúp phát hiện ra các hợp chất mới có khả năng điều trị hiệu quả các bệnh hiểm nghèo. Các aurone đã được chứng minh có hoạt tính chống ung thư, kháng khuẩn, và chống oxy hóa, mở ra nhiều cơ hội trong phát triển thuốc mới.

II. Thách thức trong nghiên cứu aurone và hoạt tính sinh học

Mặc dù aurone có nhiều tiềm năng, nhưng việc nghiên cứu và phát triển chúng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự hạn chế trong số lượng aurone có sẵn trong tự nhiên, cũng như khó khăn trong việc tổng hợp chúng một cách hiệu quả. Ngoài ra, việc xác định hoạt tính sinh học của các hợp chất này cũng cần nhiều nghiên cứu sâu hơn.

2.1. Hạn chế trong nguồn nguyên liệu aurone

Số lượng aurone tự nhiên còn hạn chế, điều này gây khó khăn cho việc nghiên cứu và phát triển. Việc tìm kiếm các nguồn nguyên liệu mới và phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả là rất cần thiết.

2.2. Khó khăn trong việc xác định hoạt tính sinh học

Việc xác định hoạt tính sinh học của aurone cần nhiều phương pháp thử nghiệm khác nhau. Các nghiên cứu hiện tại vẫn chưa đủ để khẳng định rõ ràng về hiệu quả và cơ chế hoạt động của chúng trong điều trị bệnh.

III. Phương pháp tổng hợp aurone hiệu quả trong nghiên cứu

Để nghiên cứu aurone, các phương pháp tổng hợp hiệu quả là rất quan trọng. Các phương pháp như phản ứng Houben-Hoesch, Friedel-Crafts và Claisen-Schmidt đã được áp dụng để tổng hợp aurone. Những phương pháp này không chỉ giúp tạo ra aurone mà còn cho phép điều chỉnh cấu trúc của chúng để tối ưu hóa hoạt tính sinh học.

3.1. Phản ứng Houben Hoesch trong tổng hợp aurone

Phản ứng Houben-Hoesch là một trong những phương pháp hiệu quả để tổng hợp aurone. Phương pháp này cho phép tạo ra các dẫn xuất aurone với cấu trúc mong muốn, từ đó nghiên cứu hoạt tính sinh học của chúng.

3.2. Phản ứng Friedel Crafts và ứng dụng trong tổng hợp

Phản ứng Friedel-Crafts cũng được sử dụng để tổng hợp aurone. Phương pháp này giúp tạo ra các hợp chất aurone với nhóm thế khác nhau, từ đó mở rộng khả năng nghiên cứu hoạt tính sinh học.

IV. Kết quả nghiên cứu aurone và hoạt tính sinh học

Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của aurone đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các aurone đã được thử nghiệm trên nhiều dòng tế bào ung thư và cho thấy khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Ngoài ra, chúng cũng có hoạt tính kháng khuẩn và chống oxy hóa, mở ra nhiều cơ hội trong điều trị bệnh.

4.1. Hoạt tính chống ung thư của aurone

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng aurone có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Các thử nghiệm trên dòng tế bào như HePG2, SK-LU-1 cho thấy aurone có tác dụng tích cực trong việc ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư.

4.2. Khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa

Aurone cũng đã được chứng minh có hoạt tính kháng khuẩn và chống oxy hóa. Các nghiên cứu cho thấy chúng có thể ức chế sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn và có khả năng bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do oxy hóa.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu aurone

Nghiên cứu về aurone và hoạt tính sinh học của chúng đang mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực y học. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng tiềm năng của aurone trong điều trị bệnh là rất lớn. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả và xác định rõ hơn về cơ chế hoạt động của chúng.

5.1. Tương lai của nghiên cứu aurone trong y học

Với những kết quả khả quan từ các nghiên cứu hiện tại, aurone có thể trở thành một trong những hợp chất quan trọng trong điều trị bệnh. Các nhà khoa học cần tiếp tục nghiên cứu để khai thác tối đa tiềm năng của chúng.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo về aurone

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới và nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính sinh học của aurone. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của chúng trong y học và cải thiện hiệu quả điều trị.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh xã hội hiện đại, các bệnh nan y như ung thư, HIV, tiểu đường ngày càng gia tăng, đòi hỏi sự phát triển mạnh mẽ của các hợp chất có hoạt tính sinh học cao để phục vụ điều trị. Flavonoid là nhóm hợp chất phenolic đa vòng phong phú trong tự nhiên, với hơn 15.000 hợp chất đã được xác định cấu trúc, đóng vai trò quan trọng trong nhiều hoạt động sinh học. Trong đó, aurone, một lớp flavonoid đặc biệt với khung 2-benzylidenebenzofuran-3(2H)-one, nổi bật với sắc tố vàng và tiềm năng sinh học đa dạng như chống ung thư, kháng khuẩn, chống oxy hóa và điều trị tiểu đường.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổng hợp một số aurone với các nhóm thế khác nhau và đánh giá hoạt tính sinh học của chúng trên các dòng tế bào ung thư gan (HePG2), phổi (SK-LU-1), biểu mô (KB), vú (MCF7) và tế bào thường NIH-T3. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2013-2015 tại Viện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với sự tài trợ của quỹ Nafosted. Mục tiêu chính là phát triển quy trình tổng hợp hiệu quả các aurone và khảo sát hoạt tính độc tế bào, góp phần mở rộng nguồn hợp chất ứng dụng trong điều trị các bệnh hiểm nghèo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cấu trúc và phân loại flavonoid: Flavonoid có khung cơ bản C6-C3-C6 với vòng A, B và dị vòng C, trong đó aurone là flavonoid với dị vòng C là vòng 5 cạnh benzofuranone. Aurone tồn tại dưới hai đồng phân cấu hình (Z) và (E), chủ yếu ở dạng (Z) ổn định hơn.

• Hoạt tính sinh học của aurone: Aurone thể hiện nhiều hoạt tính sinh học quan trọng như ức chế protein P-glycoprotein (Pgp) liên quan đến kháng đa thuốc, ức chế Cyclin-dependent kinases (CDK) trong điều hòa chu kỳ tế bào, tương tác với thụ thể adenosine, ức chế phân chia DNA, ức chế hình thành mạch máu khối u, hoạt tính chống oxy hóa, kháng kí sinh trùng, kháng khuẩn, kháng viêm và chống virus.

• Mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính: Sự thay thế các nhóm thế như hydroxy, methoxy, halogen trên vòng A và B ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính sinh học của aurone, ví dụ nhóm halogen tăng ái lực liên kết với Pgp, nhóm hydroxy ảnh hưởng đến khả năng ức chế tyrosinase.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Các aurone được tổng hợp từ các tiền chất benzofuranone và chalcone, sử dụng các phương pháp tổng hợp hữu cơ như phản ứng Houben-Hoesch, Friedel-Crafts, Claisen-Schmidt, ngưng tụ benzofuranone với benzaldehyde.

• Phương pháp phân tích: Xác định cấu trúc bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H NMR, 13C NMR), phổ khối lượng (ESI-MS), phổ hồng ngoại (FT-IR), kết hợp các kỹ thuật phổ hai chiều (COSY, HSQC, HMBC).

• Phương pháp khảo sát hoạt tính sinh học: Thử nghiệm độc tính tế bào in vitro trên 4 dòng tế bào ung thư (HePG2, SK-LU-1, KB, MCF7) và tế bào thường NIH-T3, nuôi cấy trong môi trường DMEM bổ sung 10% FBS, 5% CO2, 37°C. Đánh giá hoạt tính dựa trên nồng độ ức chế IC50.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và tinh chế các aurone trong vòng 12 tháng, xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học trong 6 tháng tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công các aurone đa dạng nhóm thế: Các aurone hydroxyl, methoxy và hỗn hợp nhóm thế trên vòng A và B được tổng hợp với hiệu suất từ 46% đến 93%. Ví dụ, aurone 4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)-one (5b) thu được với hiệu suất 77-82%.

2. Hoạt tính ức chế P-glycoprotein (Pgp): Dẫn xuất 4-hydroxy-6-methoxyaurone có hằng số phân ly KD = 1,32 ± 0,33 µM, trong khi 4,6-dimethoxyaurone có KD = 7,0 ± 1,1 µM. Các dẫn xuất halogen ở vị trí 4’ tăng ái lực liên kết, ví dụ 4’-bromo tăng ái lực lên 8,8 lần so với 4’-hydroxy.

3. Ức chế Cyclin-dependent kinases (CDK): Aurone mimic với nhóm thế -SO2NH2 có IC50 ức chế CDK1 là 0,009 µM, mạnh hơn flavopiridol (IC50 = 0,10 µM). Nhóm -NO2 cũng tăng hoạt tính ức chế CDK1 và CDK2 đáng kể.

4. Hoạt tính chống oxy hóa vượt trội: Aurone 3’,4’,6,7-tetrahydroxyaurone có IC50 sàng lọc gốc tự do DPPH là 8,3 µM, mạnh hơn acid ascorbic (vitamin C) và vitamin E. Hoạt tính sàng lọc gốc superoxide mạnh hơn vitamin C gấp 100-150 lần.

5. Khả năng ức chế tế bào ung thư: Các aurone tổng hợp thể hiện độc tính trên các dòng tế bào ung thư gan, phổi, biểu mô và vú với IC50 trong khoảng µM, trong khi ít ảnh hưởng đến tế bào thường NIH-T3.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy aurone là nhóm hợp chất có tiềm năng lớn trong điều trị ung thư và các bệnh nan y khác nhờ đa dạng cơ chế tác động. Việc thay thế nhóm thế trên vòng A và B ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt tính sinh học, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính của flavonoid. Hoạt tính ức chế Pgp và CDK của aurone mimic cho thấy khả năng vượt trội trong điều chỉnh kháng đa thuốc và kiểm soát chu kỳ tế bào ung thư, mở ra hướng phát triển thuốc chống ung thư mới.

Hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ của aurone góp phần bảo vệ tế bào khỏi tổn thương gốc tự do, giảm nguy cơ ung thư và các bệnh mãn tính. Các phương pháp tổng hợp được tối ưu hóa giúp tăng hiệu suất và giảm thời gian, chi phí, đồng thời thân thiện với môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững trong hóa học dược phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh IC50 của các aurone với các thuốc chuẩn, bảng tổng hợp hằng số phân ly KD và biểu đồ thể hiện hiệu suất tổng hợp các dẫn xuất aurone.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển quy trình tổng hợp aurone thân thiện môi trường: Áp dụng phương pháp tổng hợp pha rắn one-pot sử dụng Ba(OH)2 làm xúc tác để giảm dung môi và thời gian phản ứng, hướng tới sản xuất quy mô lớn trong vòng 12 tháng, do các phòng thí nghiệm hóa hữu cơ thực hiện.

2. Nghiên cứu sâu hơn về mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính: Tập trung vào việc thay thế nhóm thế halogen và nhóm thế electron-donating để tối ưu hóa hoạt tính ức chế Pgp và CDK, nâng cao hiệu quả điều trị kháng đa thuốc, tiến hành trong 18 tháng bởi nhóm nghiên cứu hóa dược.

3. Khảo sát hoạt tính sinh học trên mô hình in vivo: Thử nghiệm độc tính và hiệu quả điều trị aurone trên mô hình động vật để đánh giá tính an toàn và dược động học, dự kiến thực hiện trong 24 tháng, phối hợp với các trung tâm nghiên cứu sinh học phân tử.

4. Phát triển các dạng bào chế thuốc từ aurone: Nghiên cứu công thức bào chế phù hợp để tăng sinh khả dụng và ổn định của aurone, hướng tới ứng dụng lâm sàng, thực hiện trong 12 tháng bởi các đơn vị công nghệ dược phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa hữu cơ và dược phẩm: Tài liệu cung cấp quy trình tổng hợp aurone chi tiết, phương pháp xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học, hỗ trợ phát triển hợp chất mới.

2. Chuyên gia sinh học phân tử và ung thư học: Thông tin về cơ chế tác động của aurone trên các mục tiêu sinh học như Pgp, CDK, thụ thể adenosine giúp hiểu rõ hơn về tiềm năng điều trị ung thư.

3. Cơ sở đào tạo và sinh viên ngành hóa học, dược học: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về tổng hợp hợp chất tự nhiên và ứng dụng trong y học hiện đại.

4. Doanh nghiệp dược phẩm và công nghệ sinh học: Cung cấp cơ sở khoa học để phát triển sản phẩm mới dựa trên aurone, từ nghiên cứu đến ứng dụng thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Aurone là gì và tại sao được quan tâm trong nghiên cứu dược phẩm?
   Aurone là một lớp flavonoid có khung benzofuranone, nổi bật với hoạt tính sinh học đa dạng như chống ung thư, kháng khuẩn, chống oxy hóa. Chúng được quan tâm vì tiềm năng phát triển thành thuốc điều trị các bệnh nan y.

2. Phương pháp tổng hợp aurone phổ biến nhất là gì?
   Phương pháp ngưng tụ benzofuranone với benzaldehyde trong môi trường acid hoặc base là phổ biến nhất, cho hiệu suất cao (62-95%) và có thể được tối ưu hóa bằng xúc tác như nhựa amberlite IR-120 hoặc Ba(OH)2.

3. Aurone có tác dụng như thế nào trong điều trị ung thư?
   Aurone ức chế protein P-glycoprotein giúp khắc phục kháng đa thuốc, đồng thời ức chế Cyclin-dependent kinases (CDK) kiểm soát chu kỳ tế bào, ngăn chặn sự tăng sinh tế bào ung thư.

4. Các aurone có an toàn cho tế bào thường không?
   Nghiên cứu cho thấy aurone tổng hợp có độc tính cao trên tế bào ung thư nhưng ít ảnh hưởng đến tế bào thường NIH-T3, cho thấy tính chọn lọc và an toàn tương đối.

5. Aurone có thể ứng dụng trong các bệnh khác ngoài ung thư không?
   Có, aurone còn thể hiện hoạt tính kháng virus (cúm, viêm gan C), kháng kí sinh trùng, chống viêm, chống oxy hóa và hỗ trợ điều trị tiểu đường, mở rộng phạm vi ứng dụng trong y học.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công một số aurone với các nhóm thế đa dạng, đạt hiệu suất từ 46% đến 93%.
• Aurone thể hiện hoạt tính sinh học mạnh mẽ, đặc biệt trong ức chế P-glycoprotein, Cyclin-dependent kinases và hoạt tính chống oxy hóa vượt trội.
• Mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính được làm rõ, giúp định hướng thiết kế các dẫn xuất aurone hiệu quả hơn.
• Phương pháp tổng hợp được tối ưu hóa thân thiện môi trường, phù hợp cho nghiên cứu và sản xuất quy mô lớn.
• Đề xuất nghiên cứu tiếp theo tập trung vào khảo sát in vivo, phát triển bào chế và ứng dụng lâm sàng.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm áp dụng quy trình tổng hợp và đánh giá hoạt tính aurone để phát triển thuốc mới, đồng thời mở rộng nghiên cứu cơ chế tác động và thử nghiệm tiền lâm sàng.

---

Luận văn này là nguồn tài liệu quý giá cho cộng đồng khoa học và ngành dược phẩm trong việc phát triển các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học cao, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị các bệnh nan y hiện nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN 1. CÁC HỢP CHẤT FLAVONOID. Hợp chất flavonoid Flavonoid (hoặc bioflavonoid) (bắt nguồn từ Latin flavus nghĩa là màu vàng, màu của flavonoid trong tự nhiên) là nhóm hợp chất phenolic đa vòng, được tìm thấy rộng rãi trong thực vật, chúng là loại chất chuyển hóa trung gian của thực vật. Các flavonoid là một trong những nhóm hợp chất phong phú và đa dạng và bậc nhất trong tự nhiên.

Cho đến nay, có hơn 15 000 [1] hợp chất flavonoid đã được biết về cấu trúc, chúng có mặt không những chỉ trong thực vật bậc cao mà còn trong một số thực vật bậc thấp, thậm chí còn có cả trong loài tảo [2, 3]. Về cấu trúc hoá học [4, 5, 6, 7] flavonoid có khung cơ bản 15 nguyên tử carbon gồm 2 vòng phenyl A và B nối với nhau qua một mạch 3 carbon theo kiểu C6-C3-C6 (hình 1) Hình 1 Khung cơ bản của flavonoid Trong đa số trường hợp ở một đầu mạch 3 carbon có một nhóm chức carbonyl, chúng được xem là dẫn xuất 1,3-diphenylpropan-1-one, hợp chất này được gọi là dihydrochalcone (Hình 2). Hay 3 carbon đóng vòng với vòng A và tạo nên dị vòng có oxi (vòng C). Như vậy, flavonoid có cấu trúc chung cơ bản C6-C3-C6 phenyl-benzopyran với vòng aryl (vòng B) có thể ở các vị trí 2,3 hoặc 4 của vòng benzopyran (Hình 3).

3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học Hình 2 Cấu trúc chung của chalcone Hình 3 Cấu trúc chung của flavonoid Trong một số trường hợp, dị vòng C (6 cạnh) còn được thay thế bằng dị vòng 5 cạnh (furran) (Hình 4): Hình 4 Khung của Aurone Dựa vào vị trí của gốc aryl (vòng B) và các mức độ oxi hóa của mạch 3C, flavonoid được chia thành 4 loại chính [8]. Hình 5, Hình 6, Hình 7 và Hình 8 chỉ ra công thức chung của từng phân nhóm trong mỗi lớp flavonoid: major flavonoid, isoflavonois, neoflavonoid, minor flavonoid [8, 9, 10, 11, 12, 13] Hình 5 Công thức chung của các phân nhóm trong lớp major flavonoid 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học Hình 6 Công thức chung của các phân nhóm trong lớp isoflavonoid Hình 7 Công thức chung của các phân nhóm trong lớp neoflavonoid Hình 8 Công thức chung của các phân nhóm trong lớp minor flavonoid 1. Các hợp chất aurone Aurone (=2-Benzylidenebenzofuran-3(2H)-one) thuộc nhóm flavonoid có màu vàng (auro theo tiếng Latinh có nghĩa là vàng kim loại). Khung của chúng có 15 nguyên tử carbon như các flavonoid khác nhưng ở dị vòng (C) chỉ có 5 cạnh.

Các phân tử aurone có chứa một cấu tử benzofuranone kết hợp với cấu tử benzylidene ở vị trí số 2. Trong tự nhiên, các aurone được tìm thấy ở thực vật, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành sắc tố của hoa và rau quả. Aurone có 2 đồng phân cấu hình (Z) và (E), hầu hết các aurone ở dạng cấu hình (Z), là cấu hình ổn định hơn 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học cấu hình (E) [2] (Hình 9). Số lượng cũng như sự phân bố trong cây của các aurone cũng bị hạn chế.

So với các flavone thì aurone là hợp chất ít gặp trong tự nhiên, có khoảng trên 100 aurones (năm 2009) [48] đã được tìm thấy từ các nguồn tự nhiên, chủ yếu là thực vật có hoa, một vài loài dương xỉ, rêu và tảo nâu biển. Hình 9 Hai đồng phân cấu hình (Z), (E) của aurone Cả 2 đồng phân E và Z đều được tìm thấy trong tự nhiên nên nhóm chất này rất đa dạng.Đặc biệt là các dẫn xuất có chứa nhiều nhóm hydroxy bao gồm aureusidin, sulfuretin, maritimetin và bracteatin ( Hình 10) OH O OH O OH HO O HO O OH OH HO OH Aureusidin Bracteatin O O HO O HO O OH OH OH OH OH Maritimetin Sulfuretin Hình 10 Cấu trúc của các hydroxy aurones 1. HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA AURONE Mặc dù là lớp chất hiếm gặp trong tự nhiên nhưng những hợp chất auron đã thể hiện nhiều hoạt tính sinh học quí báu như chống ung thư, chống virus, chống viêm, chống oxy hóa, trị bệnh tiểu đường, các bệnh về da, kháng nấm, kháng khuẩn. 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học 1.

Aurone trong hóa học trị liệu ung thư 1. Aurone như là chất điều chỉnh sự kháng đa thuốc qua protein Pgp Trong chương trình với mục đích phát hiện ra những flavonoid có khả năng điều chỉnh sự kháng đa thuốc của các tế bào ung thư, Boumendjel A. và cộng sự đã lựa chọn một số đại diện như aurone, chalcone, flavone, flavonols, isoflavones để nghiên cứu về khả năng liên kết với nucleotide-binding domain (NBD2) của P- glycoprotein (Pgp) và cho thấy aurone ức chế Pgp hiệu quả hơn cả, được thể hiện qua các giá trị hằng số phân ly KD ở Hình 11 [21, 22, 23, 24, 25, 26, 27]. Hình 11 Ái lực liên kết của các flavonoid với P-glycoprotein (Pgp) (KD là hằng số phân ly) Nghiên cứu về ái lực liên kết của một số dẫn xuất của aurone: 4,6- dimethoxyaurones và 4-hydroxy-6-methoxyaurones với NBD của Pgp, Boumendjel A.

và cộng sự cho kết quả ở Bảng 1. Ở Bảng 1 cho thấy 4,6-dimethoxyaurone (KD = 7,0 ± 1,1 µM) ít hoạt động hơn 4-hydroxy-6-methoxyaurone (KD = 1,32 ± 0,33 µM). Đặc biệt, các dẫn xuất halogene aurone (4’-halogene) là hoạt động mạnh nhất. Các ái lực liên kết tăng cùng với việc tăng kích thước của các halogen (I > Br > Cl > F).

Sự thay thế hydrogen của 4-hydroxy-6-methoxyaurones ở vị trí 4’ bởi nguyên tử brome làm tăng ái lực liên kết lên 8,8 lần (KD = 1,32: 4’-H và 0,15: 4’-Br). Sự hiện diện của các nguyên tử khác với halogen (-CN, -N(CH3)2, 3’,4’,6’-OMe) là không thuận lợi 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học cho khả năng liên kết với NBD2 của Pgp như thể hiện qua các hằng số KD [22, 26, 28, 29]. Ngoài ra, trong nghiên cứu in vitro về khả năng điều chỉnh Pgp qua trung gian kháng đa thuốc (MDR), Boumendjel và cộng sự phát hiện ra rằng 4,6- dimethoxyaurone có khả năng gây độc tế bào trên các tế bào K562 và có khả năng gây độc tốt như cyclosporine A- một loại thuốc đang được sử dụng để điều trị những trường hợp kháng đa thuốc (MDR) [25]. Bảng 1 Ái lực liên kết với NBD2 của Pgp của dẫn xuất aurone 4-hydroxy-6-methoxyaurone 4,6-dimethoxyaurone R KD (µM) R KD (µM) H 1,32 ± 0,33 H 7,0 ± 1,1 F 2,7 ± 0,8 F 2,9 ± 0,7 Cl 0,46 ± 0,08 Cl 0,99 ± 0,2 Br 0,15 ± 0,07 Br 0,82 ± 0,08 I 0,26 ± 0,03 I 0,54 ± 0,04 CN 2,9 ± 1 CN 20 ± 4,6 -N(CH3)2 2,6 ± 0,4 3’,4’,6’-OMe 92 ± 43 1.

Sự ức chế của Cyclin-Dependent Kinases (CDK) Cyclin-dependent kinases (CDK) là enzyme cần thiết trong việc điều tiết sự phân chia chu kỳ tế bào. Hoạt động của chúng bị thay đổi trong các tế bào ung thư, gây ra sự tăng sinh không kiểm soát tế bào, cũng như sự bất ổn định của bộ gen và nhiễm sắc thể. Sự ức chế CDK đã nổi lên như là một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu chất chống ung thư. Trong số các chất ức chế CDK phải kể đến flavopiridol một chất ức chế CDK tiên tiến nhất có tác dụng chống khối u đang trong giai đoạn II phát triển lâm sàng [30, 31,32].

Mặc dù flavopiridol có tiềm năng 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học lớn nhưng cũng cần cải thiện tính chọn lọc giữa các CDK1, CDK2 và CDK4. Vì vậy, các chất tương tự đã được tổng hợp và nghiên cứu, trong đó có cả aurone. Các aurone mimic này được nghiên cứu thử nghiệm khả năng ức chế CDK1, CDK2 và CDK4 thể hiện ở bảng 2 [33]. Bảng 2 Sự ức chế Cyclin-dependent kinases CDK1, CDK2 và CDK4 bởi aurone mimic và flavopiridol Hợp chất IC50 (µM) STT R1 R2 CDK1 CDK2 CDK4 1 H H 0,11 1,28 4,41 2 H Cl 0,60 3,97 25,25 3 NO2 H 0,06 0,31 2,21 4 SO2NH2 H 0,009 0,03 1,87 5 Flavopiridol 0,10 0,22 0,40 Ở aurone mimic không chứa nhóm thế (chất 1) có khả năng ức chế CDK1 tương tự flavopiridol (IC50= 0,11 và 0,10 µM) nhưng khả năng ức chế CDK2 và CDK4 là yếu hơn.

Mặc khác, khi gắn các nhóm thế -NO2 (chất 3) hoặc –SO2NH2 (chất 4) đã làm tăng mạnh hoạt động ức chế CDK1, CDK2 trong khi đó không ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động ức chế đối với CDK4. Đặc biệt, nếu thay thế nhóm – NO2 (chất 3) bởi nhóm –SO2NH2 (chất 4) càng gia tăng tiềm năng hoạt động ức chế. Ngược lại, nếu nhóm thay thế chloro (chất 2) đã không dẫn đến một tác dụng có lợi 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học mà còn làm mất khả năng ức chế 3 enzym CDKs. Như vậy, các hợp chất aurone mimic có cấu trúc chung 2-benzylidene-4,6-dihydroxy-7-(1-methylpiperidin-4-yl)- benzofuran-3-one được thiết kế như cấu trúc của flavopiridol, cho thấy sự ức chế đáng kể CDK 1, 2 và 4, trong đó hoạt động ức chế CDK4 là kém hơn cả.

Tương tác của các aurone với thụ thể adenosine K A. Jacobson và cộng sự đã khám phá ra thụ thể adenosine khi nghiên cứu cơ chế chống ung thư, chống viêm và ức chế sự tập hợp các tiểu cầu [34]. Trong các hợp chất nghiên cứu flavone, isoflavone và aurone, chúng đều cho các tương tác với cả ba loại thụ thể adenosine A1, A2A và A3. Trong đó, aurone cho thấy mối quan hệ đáng kể trong liên kết với thụ thể adenosine, chủ yếu nhất là với thụ thể A1.

Hispidol đã được tìm thấy là một chất đối kháng thụ thể A1 chọn lọc, với giá trị Ki = 0,352 ± 0,080 μM [35] (Bảng 3) Bảng 3 Ái lực của các aurone trong liên kết với thụ thể adenosine (Ki, µM) Dẫn xuất aurone R1 R R A1 A2A 2 3 Sulfuretin H H OH 4,44 ± 1,22 28.1 Aureusidin OH H OH 13,2 ± 4,8 >100 Hispidol H H H 0,352 ± 0,080 52,7 ± 9,1 Maritimetin H OH OH 3. Aurone chống ung thư thông qua sự phân chia DNA Trong quá trình nghiên cứu các sản phẩm tự nhiên có tiềm năng trong điều trị ung thư, Huang[36] đã phân lập được từ lá và thân của Uvaria hamiltonii gồm: 2 flavanone: hamiltone A (6-hydroxy-5,7,4'-trimethoxyflavanone) và hamiltone B (3',4'-dihydroxy-5,6,7-trimethoxyflavanone); 1 aurone: hamiltrone (3', 4'-dihydroxy- 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phạm Thị Hằng Luận văn Thạc sĩ khoa học 4,5,6-trimethoxyaurone); 1 chalcone: hamilcone (3,4-dihydroxy-2',3',4'- trimethoxychalcone) và 1 nonflavonoid: hamilxanthene (tetrahydroxanthene). Kết quả thử nghiệm trên sự phân cắt sợi DNA và độc tế bào cho thấy aurone hamiltrone có hoạt tính mạnh nhất gấp 10 lần so với hamiltone A và hamiltone B, còn hamilcone hoạt động yếu và hamixanthene không hoạt động (bảng 4) [37].