Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ dược học của nghiên cứu sinh Phạm Văn Hiển với đề tài "Tổng hợp và đánh giá tác dụng sinh học của một số hợp chất chứa khung adamantan" được thực hiện tại Trường Đại học Dược Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. TSKH Phan Đình Châu và PGS. TS Phan Thị Phương Dung, hoàn thành vào năm 2021 thuộc chuyên ngành Hóa dược (mã số 62720403).

Khung adamantan là hợp phần có vai trò quan trọng trong hóa dược kể từ khi phát hiện hoạt tính kháng virus cúm A vào những năm 1967. Nhiều hợp chất chứa khung adamantan đã được cấp phép làm thuốc điều trị trên lâm sàng như amantadin, rimantadin, memantin, tromantadin, vildagliptin, saxagliptin và adapalen. Trong thiết kế phân tử thuốc, cấu trúc adamantan đóng vai trò như một nhóm dược dụng (pharmacophore) mang tính thân dầu cao, giúp tăng tính ổn định, cải thiện thông số dược động học và hoạt động như một "mỏ neo" lipid hỗ trợ định hướng gắn phân tử vào màng sinh chất. Tuy nhiên, các nghiên cứu công bố trước đây chủ yếu tập trung vào các dẫn chất dị vòng triazol, 1,3,4-oxadiazol, 1,3,4-oxadiazolin-2-thion hoặc 1,3,5-thiadiazol. Hướng nghiên cứu kết hợp khung adamantan với các nhóm mang dược tính azomethin (bao gồm base Schiff, thiosemicarbazon, carbohydrazon) và dị vòng 1,3-thiazolidin-4-on còn rất hạn chế. Do đó, việc thiết kế lai hóa phân tử giữa khung adamantan và các hợp phần azomethin hoặc 1,3-thiazolidin-4-on nhằm tìm kiếm các dẫn chất mới có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm và gây độc tế bào ung thư là khoảng trống khoa học mà luận án lựa chọn giải quyết.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể gồm:

  1. Tổng hợp được khoảng 40-50 chất mới chứa khung adamantan.
  2. Đánh giá được tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm và gây độc một số dòng tế bào ung thư in vitro của các hợp chất đã tổng hợp.
  3. Dự đoán được một số đặc tính lý hóa, dược động học, tính giống thuốc và đích tác dụng của các hợp chất tiềm năng đã tổng hợp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các dẫn chất chứa khung adamantan được phân chia thành 6 dãy cấu trúc (Va-j, VIIIa-q, IXa-k, XIIIa-m, XIVa-f và XVa-i); các chủng vi sinh vật kiểm nghiệm gây bệnh và các dòng tế bào ung thư người nuôi cấy in vitro.
  • Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp hữu cơ trong phòng thí nghiệm; phân tích cấu trúc hóa học bằng các phương pháp phổ nghiệm hiện đại; thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro (xác định nồng độ ức chế tối thiểu MIC trên vi sinh vật và khả năng ức chế sinh trưởng tế bào ung thư); dự đoán in silico về các chỉ số lý hóa, thông số dược động học, tính giống thuốc và đích phân tử tương tác.
  • Địa điểm và thời gian: Nghiên cứu được triển khai tại Bộ môn Hóa Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội, Viện Kỹ thuật hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cùng Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và sản xuất thuốc - Học viện Quân y; luận án được nghiệm thu và bảo vệ vào năm 2021.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong phần tổng quan tài liệu, tác giả đã điểm lại hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về tổng hợp hóa học và hoạt tính sinh học của các hợp chất mang khung adamantan, nhóm azomethin và dị vòng 1,3-thiazolidin-4-on:

Về các dẫn chất chứa khung adamantan:

  • El-Emam A. và cộng sự (2004) tổng hợp các dẫn chất 1,3,4-oxadiazol và 1,3,4-oxadiazolin-2-thion mang khung adamantan có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm với đường kính vòng vô khuẩn > 15 mm, giá trị MIC từ 12,5 đến 100 μg/ml.
  • Al-Deeb O. và cộng sự (2006) công bố các hợp chất 1,2,4-triazolin-2-thion mang khung adamantan có hoạt tính ức chế B. subtilis (MIC từ 1-4 μg/ml) và 2-[2-(1-adamantyl)-1,3,4-oxadiazol-5-ylthio]acetic acid.
  • Kadi A. và cộng sự (2006, 2007) tổng hợp các dãy 2-benzoylhydrazin-1-carbothioamid, 5-(1-aminoadamantan)-1,3,4-thiadiazol và các dẫn chất 1,3,4-thiadiazol có tác dụng ức chế vi khuẩn Gram (+) và Gram (-).
  • El-Emam A. và cộng sự (2012, 2013) nghiên cứu các hợp chất N′-heteroaryliden-1-adamantylcarbohydrazid, 5-(1-adamantyl)-2-aminomethyl-1,2,4-triazolin-3-thion và các dẫn chất base Mannich gắn vòng piperazin có hoạt tính ức chế vi khuẩn và nấm.
  • Al-Abdullah A. và cộng sự (2014, 2015) tổng hợp các dẫn chất 1,2,4-triazolin-3-thion thế S và N, các base Mannich kháng tăng đường huyết và các dẫn chất N-(1-adamantyl)carbothioamid.
  • Al-Wahaibi L. và cộng sự (2017) công bố các hợp chất adamantan-thioure có MIC từ 0,25 đến 2,0 μg/ml trên các chủng vi khuẩn kiểm nghiệm.
  • Al-Mutairi và cộng sự (2019) nghiên cứu các dẫn chất 4-arylmethyl-N'-(adamantan-1-yl)piperidin-1-carbothioimidat, 1,3-di(1-adamantyl)ure và thiazolidin-4-on.
  • Về tác dụng gây độc tế bào ung thư, các công bố tập trung vào nhóm retinoid mang khung adamantan như dẫn chất thế hệ đầu CD437 có IC50 từ 0,09 đến 3 μM trên nhiều dòng tế bào (phổi, hắc tố, tủy sống, buồng trứng, bạch cầu) và các dẫn chất thế hệ mới ST1898, ST3056 (IC50 từ 0,21-0,62 μM trên dòng ung thư buồng trứng IGROV-1).

Về các hợp chất azomethin và 1,3-thiazolidin-4-on:

  • Tác giả tổng thuật các nghiên cứu của Harohally và cộng sự (2017), El-Sharief và cộng sự (2013), Vekariya và cộng sự (2016), Tittal và cộng sự (2020), Narang và cộng sự (2012), Wang và cộng sự (2012), Kumar và cộng sự (2012), Tajudeen và cộng sự (2013) về hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các base Schiff, thiosemicarbazon và carbohydrazon.
  • Các công trình đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư của azomethin gồm: Zhang và cộng sự (dẫn chất 4-piperidon/cyclohexanon trên A549, HepG2, HeLa), Hu W. và cộng sự (2006), Soares M. và cộng sự (2012 trên MCF-7), Vandresen và cộng sự (2014 trên dòng tế bào U251, PC-3, HT-29), Xie W. và cộng sự (2014), Shakya B. và cộng sự (2014), Sever và cộng sự (2019), He Z. và cộng sự (2019 trên PC3, MGC803, EC109), Jeyapal và cộng sự (2019).
  • Đối với dị vòng 1,3-thiazolidin-4-on, các nghiên cứu của Kavitha (2006), Desai (2012), Aouali (2016), Beniwal (2019) chứng minh hoạt tính kháng vi sinh vật; Popiołek (2018), Abbas (2019), Živković (2017) xác định hoạt tính gây độc tế bào ung thư và cơ chế kích hoạt con đường chết theo chương trình qua caspase-3/7.

Vị trí của luận án: Phần lớn các nghiên cứu trước đây về khung adamantan tập trung vào dị vòng 5 cạnh (triazol, thiadiazol, oxadiazol), trong khi các nghiên cứu về azomethin và 1,3-thiazolidin-4-on thường gắn với các nhân thơm đơn giản. Luận án định vị nghiên cứu vào điểm giao thoa cấu trúc chưa được khai thác sâu: sử dụng 1-aminoadamantan, 1-adamantylisothiocyanat và 1-adamantylcarbohydrazid làm nguyên liệu nền tảng để tổng hợp hệ thống các dãy base Schiff, thiosemicarbazon, carbohydrazon và 1,3-thiazolidin-4-on chứa khung adamantan, kết hợp đánh giá hoạt tính sinh học in vitro và dự đoán tính chất in silico.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng dựa trên nguyên lý lai hóa phân tử trong hóa dược, kết hợp khung adamantan thân dầu với các tâm mang hoạt tính sinh học là liên kết azomethin (>C=N-) và dị vòng 1,3-thiazolidin-4-on.

Cơ sở lý thuyết về phản ứng hóa học:

  • Phản ứng tạo liên kết azomethin (phản ứng Schiff): Là phản ứng ngưng tụ thuận nghịch giữa hợp chất carbonyl (aldehyd hoặc keton) và amin bậc 1 (hoặc dẫn xuất hydrazid, thiosemicarbazid) dưới sự xúc tác của acid yếu, bao gồm hai giai đoạn kế tiếp là phản ứng cộng ái nhân ($A_N$) tạo hợp chất trung gian carbinolamin và phản ứng tách loại nước ($E_2$) tạo liên kết đôi C=N.
  • Phản ứng tạo vòng 1,3-thiazolidin-4-on (phản ứng MALI - Mercaptoacetic Acid Locking Imine): Thực hiện qua phản ứng giữa hợp chất azomethin với acid thioglycolic trong điều kiện dung môi khan, có sự tham gia của chất tách nước hoặc xúc tác acid để đóng vòng dị vòng năm cạnh chứa S và N.

Phương pháp tổng hợp hóa học: Luận án tiến hành tổng hợp các hợp chất đích theo sơ đồ đi từ ba tiền chất trung gian chính chứa khung adamantan:

  1. 1-Aminoadamantan (IV): Được sử dụng để ngưng tụ trực tiếp với các aldehyd hoặc keton thơm tạo dãy base Schiff Va-j.
  2. 4-(1-Adamantyl)-3-thiosemicarbazid (VII): Được điều chế từ 1-aminoadamantan (IV) qua chất trung gian 1-adamantylisothiocyanat (VI) phản ứng với hydrazin hydrat; sau đó cho ngưng tụ với các hợp chất carbonyl khác nhau để tạo hai dãy thiosemicarbazon VIIIa-q và IXa-k.
  3. 1-Adamantylcarbohydrazid (XII): Được điều chế từ acid 1-adamantylcarboxylic (X) qua phản ứng ester hóa tạo dẫn chất ester XI, tiếp theo là phản ứng hydrazid hóa với hydrazin hydrat; sau đó ngưng tụ với các aldehyd hoặc keton để tổng hợp hai dãy carbohydrazon XIIIa-m và XIVa-f.
  4. Tổng hợp các dẫn chất 1,3-thiazolidin-4-on XVa-i: Thực hiện phản ứng đóng vòng MALI giữa các azomethin trung gian với acid thioglycolic trong dung môi hữu cơ khan.

Phương pháp phân tích xác định cấu trúc: Cấu trúc hóa học của tất cả các chất tổng hợp được kiểm tra và khẳng định bằng hệ thống các phương pháp phổ nghiệm:

  • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Xác định các nhóm chức đặc trưng ($\nu_{C=O}$, $\nu_{C=N}$, $\nu_{N-H}$, $\nu_{C-H}$ adamantan).
  • Phổ khối lượng (MS): Xác định khối lượng phân tử và các mảnh ion phân đoạn.
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều ($^1H-NMR$, $^{13}C-NMR$, DEPT) và phổ hai chiều (HSQC, HMBC): Xác định độ dịch chuyển hóa học, cấu hình liên kết, độ phân tách tín hiệu và tương quan dị hạt nhân giữa proton và carbon.
  • Phổ lưỡng sắc tròn (CD): Kiểm tra đặc tính quang học của dẫn chất 1,3-thiazolidin-4-on.

Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học in vitro:

  • Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm: Sử dụng phương pháp pha loãng xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, tính bằng $\mu g/ml$). Chủng thử nghiệm gồm:
    • Vi khuẩn Gram (+): Enterococcus faecalis (EF), Staphylococcus aureus (SA), Bacillus cereus (BC).
    • Vi khuẩn Gram (-): Escherichia coli (EC), Pseudomonas aeruginosa (PA), Salmonella enterica (SE).
    • Nấm men: Candida albicans (CA).
    • Chất đối chứng: Streptomycin (STM), Cycloheximid (CHM), Tetramethyl thiuram disulfid (TMTD).
  • Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư: Sử dụng phương pháp đo độ hấp thụ quang học MTT để xác định phần trăm sống sót của tế bào (CS%) và nồng độ ức chế 50% sự phát triển của tế bào ($IC_{50}$, $\mu g/ml$). Thử nghiệm trên 4 dòng tế bào ung thư người: Hep3B (ung thư gan), HeLa (ung thư cổ tử cung), A549 (ung thư phổi) và MCF-7 (ung thư vú). Chất đối chứng dương: Camptothecin (CPT).

Phương pháp dự đoán in silico: Sử dụng các công cụ tin sinh học và hóa tin để tính toán:

  • Các thông số cấu trúc và lý hóa: Trọng lượng phân tử (MW), số liên kết quay (Rotatable Bonds), số trung tâm nhận liên kết hydro (H-bond acceptors), số trung tâm cho liên kết hydro (H-bond donors), độ khúc xạ mol (MR), diện tích bề mặt phân cực (TPSA).
  • Hệ số phân bố octanol-nước qua các thuật toán: iLogP, XLogP3, WLogP, MLogP, Silicos-IT LogP.
  • Đánh giá tính giống thuốc dựa trên 5 bộ quy tắc chuẩn: Lipinski, Ghose, Veber, Egan, Muegge.
  • Xây dựng mô hình phân bố BOILED-egg và dự đoán đích phân tử tương tác trong danh mục các protein (EPHX1, PIM1, PIM2, AKT, AURKB, CDC/DBF4, PKC, GSTP1, GSTM2, MGLL, ALOX15, TERT, PARP1, IDH1).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày tổng quan tài liệu có hệ thống gồm 4 nội dung chính:

  • Trình bày lịch sử phát hiện, cấu trúc không gian, tính chất lý hóa của khung adamantan (tinh thể không màu, nhiệt độ nóng chảy 270ºC, dễ thăng hoa, tính thân dầu cao), các con đường tổng hợp từ Schleyer (1957) đến các phương pháp cải tiến hiện đại, cùng vai trò dược học của các thuốc thương mại chứa adamantan.
  • Tổng kết chi tiết các hướng nghiên cứu biến đổi cấu trúc khung adamantan thành các dẫn chất dị vòng và chuỗi hở nhằm phát triển hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và gây độc tế bào ung thư.
  • Tổng quan cấu trúc, cơ chế phản ứng hình thành và hoạt tính sinh học đa dạng của nhóm azomethin (base Schiff, thiosemicarbazon, carbohydrazon) và nhóm dị vòng 1,3-thiazolidin-4-on.
  • Phân tích cơ sở lý thuyết của các chỉ số lý hóa, thông số dược động học, tiêu chí sàng lọc tính giống thuốc (Lipinski, Ghose, Veber, Egan, Muegge) và các đích phân tử sinh học liên quan đến bệnh học ung thư và nhiễm trùng.

Chương 2: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết các điều kiện phục vụ thực nghiệm:

  • Bảng danh mục hóa chất, dung môi hữu cơ đạt tiêu chuẩn phân tích và tổng hợp hóa dược.
  • Hệ thống máy móc thiết bị: Máy đo điểm nóng chảy, máy quang phổ hồng ngoại FT-IR, phổ ký khối lượng MS, máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều NMR (500 MHz), máy đo phổ lưỡng sắc tròn CD.
  • Nguồn gốc các chủng vi sinh vật kiểm nghiệm và các dòng tế bào ung thư người (Hep3B, HeLa, A549, MCF-7).
  • Quy trình tổng hợp chi tiết cho từng nhóm chất: Điều chế các chất trung gian IV, VI, VII, XII; quy trình ngưng tụ tạo các hợp chất azomethin (Va-j, VIIIa-q, IXa-k, XIIIa-m, XIVa-f); quy trình đóng vòng MALI tạo các hợp chất 1,3-thiazolidin-4-on (XVa-i).
  • Mô tả quy trình thử nghiệm sinh học in vitro (xác định MIC bằng phương pháp pha loãng vi lượng, đo hoạt tính gây độc tế bào bằng thử nghiệm MTT) và quy trình vận hành các thuật toán tính toán in silico.

Chương 3: Thực nghiệm và kết quả nghiên cứu

Chương 3 công bố toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

  • Kết quả tổng hợp thành công 6 dãy hợp chất chứa khung adamantan:
    • Dãy base Schiff Va-j.
    • Dãy thiosemicarbazon VIIIa-q và IXa-k.
    • Dãy carbohydrazon XIIIa-m và XIVa-f.
    • Dãy 1,3-thiazolidin-4-on XVa-i.
  • Dữ liệu nhận danh và khẳng định cấu trúc của các hợp chất bằng các số liệu phổ FT-IR, MS, $^1H-NMR$, $^{13}C-NMR$, DEPT, HSQC, HMBC và phổ CD.
  • Kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro:
    • Dữ liệu MIC trên các chủng vi khuẩn Gram (+), Gram (-) và nấm C. albicans được tổng hợp chi tiết trong các Bảng 3.1, 3.3, 3.5, 3.7, 3.9.
    • Khả năng gây độc tế bào ung thư trên các dòng Hep3B, HeLa, A549, MCF-7 ở các dải nồng độ thử nghiệm được trình bày tại các Bảng 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 3.10.
  • Kết quả tính toán đặc tính lý hóa, kiểm tra vi phạm quy tắc tính giống thuốc và dự đoán các đích tác dụng sinh học tiềm năng của các chất đại diện.

Chương 4: Bàn luận

Chương 4 tập trung phân tích sâu các quy luật hóa học và sinh học rút ra từ kết quả thực nghiệm:

  • Về hóa học tổng hợp: Phân tích cơ chế phản ứng tổng hợp từng dãy chất, các điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng; phân tích cơ chế hình thành các sản phẩm phụ trong phản ứng đóng vòng MALI tổng hợp dãy 1,3-thiazolidin-4-on XVa-e.
  • Về khẳng định cấu trúc: Trình bày các bảng tổng hợp biện giải phổ chi tiết cho các chất đại diện: Bảng 4.1 (hợp chất Va), Bảng 4.2 (hợp chất VIIIa), Bảng 4.3 (hợp chất XIIIa), Bảng 4.4 (hợp chất XVa) và phân tích phổ lưỡng sắc tròn CD của hợp chất XVa.
  • Bàn luận mối quan hệ cấu trúc - tác dụng (SAR):
    • Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm: Phân tích phổ tác dụng trên chủng Enterococcus faecalis của các dẫn chất dãy Va-j (Hình 4.10), các dẫn chất VIIIc, VIIIo, VIIIb, VIIIe, VIIIh, VIIIi (Hình 4.11, 4.12) và hai hợp chất có hoạt tính nổi bật của dãy XVa-i (Hình 4.13). Nhìn chung, các hợp chất thể hiện tính ức chế chọn lọc tốt hơn trên vi khuẩn Gram (+) so với vi khuẩn Gram (-) do sự khác biệt về cấu tạo thành tế bào peptidoglycan.
    • Tác dụng gây độc tế bào ung thư: Phân tích giá trị $IC_{50}$ của các chất có hoạt tính mạnh: Hợp chất Vf và Vh (Bảng 4.5); một số thiosemicarbazon thuộc dãy VIIIa-q (Bảng 4.6); hợp chất XVf và XVh (Bảng 4.8) trên 4 dòng tế bào ung thư Hep3B, HeLa, A549, MCF-7 so sánh với chất chuẩn Camptothecin.
  • Bàn luận dự đoán in silico: Phân tích vị trí phân bố của các chất trên mô hình BOILED-egg (Hình 4.17) liên quan đến khả năng hấp thu qua đường tiêu hóa và khả năng thấm qua hàng rào máu não; phân tích dự đoán các protein đích (EPHX1, PIM1, PIM2, AKT, AURKB, CDC/DBF4, PKC, GSTP1, GSTM2, MGLL, ALOX15, TERT, PARP1, IDH1) tương tác với các dẫn chất Vf, Vh (Hình 4.14), dãy VIIIa-q (Hình 4.15, Bảng 4.7) và XVf, XVh (Hình 4.16).

Bảng tổng hợp số liệu thực nghiệm và bàn luận chính trong luận án:

Dãy chất Nhóm cấu trúc Số lượng chất Phổ khẳng định cấu trúc Hoạt tính sinh học khảo sát Đích tác dụng dự đoán / Chỉ số chính
Va-j Base Schiff chứa adamantan 10 chất FT-IR, MS, $^1H$, $^{13}C$, 2D-NMR (Bảng 4.1 cho Va) MIC (Bảng 3.1); Gây độc ung thư (Bảng 3.2); $IC_{50}$ của Vf, Vh (Bảng 4.5) EPHX1, PIM1, PIM2, AKT (Hình 4.14); SAR trên E. faecalis (Hình 4.10)
VIIIa-q Thiosemicarbazon từ tiền chất VII 17 chất FT-IR, MS, $^1H$, $^{13}C$, 2D-NMR (Bảng 4.2 cho VIIIa) MIC (Bảng 3.3); Gây độc ung thư (Bảng 3.4); $IC_{50}$ các chất tiềm năng (Bảng 4.6) Đích tác dụng (Bảng 4.7, Hình 4.15); SAR trên E. faecalis (Hình 4.11, 4.12)
IXa-k Thiosemicarbazon từ tiền chất VII 11 chất FT-IR, MS, $^1H$, $^{13}C$-NMR MIC (Bảng 3.5); Gây độc ung thư (Bảng 3.6) BOILED-egg, tính giống thuốc
XIIIa-m Carbohydrazon từ tiền chất XII 13 chất FT-IR, MS, $^1H$, $^{13}C$, 2D-NMR (Bảng 4.3 cho XIIIa) MIC (Bảng 3.7); Gây độc ung thư (Bảng 3.8) BOILED-egg, thông số lý hóa
XIVa-f Carbohydrazon từ tiền chất XII 6 chất FT-IR, MS, $^1H$, $^{13}C$-NMR MIC (Bảng 3.9); Gây độc ung thư (Bảng 3.10) BOILED-egg, tính giống thuốc
XVa-i 1,3-Thiazolidin-4-on chứa adamantan 9 chất FT-IR, MS, $^1H$, $^{13}C$, 2D-NMR, CD (Bảng 4.4 cho XVa) MIC trên vi sinh vật; Gây độc ung thư; $IC_{50}$ của XVf, XVh (Bảng 4.8) Đích tác dụng (Hình 4.16); SAR vi sinh vật (Hình 4.13); Phổ CD (Hình 4.9)

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được những kết quả và đóng góp mới cụ thể về mặt khoa học và thực tiễn:

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận:

  • Đã thiết kế và tổng hợp thành công 6 dãy hợp chất chứa khung adamantan gồm base Schiff (Va-j), thiosemicarbazon (VIIIa-q, IXa-k), carbohydrazon (XIIIa-m, XIVa-f) và 1,3-thiazolidin-4-on (XVa-i) với tổng số lượng vượt mục tiêu đề ra (tổng hợp được hơn 60 dẫn chất, đa số là các chất chưa từng được công bố trong các tài liệu khoa học trước đó).
  • Xác lập và tối ưu hóa các quy trình tổng hợp đi từ các tiền chất 1-aminoadamantan, 4-(1-adamantyl)-3-thiosemicarbazid và 1-adamantylcarbohydrazid; làm sáng tỏ quy luật hóa học và cơ chế tạo thành các sản phẩm phụ trong phản ứng đóng vòng MALI điều chế dẫn chất 1,3-thiazolidin-4-on.
  • Xác định đầy đủ dữ liệu phổ nghiệm cấu trúc (FT-IR, MS, $^1H-NMR$, $^{13}C-NMR$, DEPT, HSQC, HMBC và phổ CD) của các hợp chất mới, cung cấp dẫn liệu phổ chuẩn cho chuyên ngành hóa dược.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và dược học:

  • Đã sàng lọc và phát hiện được một số dẫn chất có hoạt tính ức chế vi sinh vật gây bệnh chọn lọc, đặc biệt thể hiện tác dụng rõ rệt trên chủng vi khuẩn Gram (+) Enterococcus faecalis (các hợp chất nhóm Va-j, VIIIc, VIIIo, VIIIb, VIIIe, VIIIh, VIIIi).
  • Xác định được các hợp chất có hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro mạnh trên 4 dòng tế bào người Hep3B, HeLa, A549, MCF-7, nổi bật là các hợp chất Vf, Vh, một số thiosemicarbazon dãy VIIIa-q, cùng hai dẫn chất 1,3-thiazolidin-4-on XVf và XVh với giá trị $IC_{50}$ được xác định cụ thể so sánh với chất đối chứng Camptothecin.
  • Xây dựng bộ dữ liệu in silico toàn diện về các chỉ số lý hóa, thông số dược động học, đánh giá sự tuân thủ các quy tắc giống thuốc (Lipinski, Ghose, Veber, Egan, Muegge) và dự đoán các đích protein tiềm năng (như EPHX1, PIM1, PIM2, AKT...), cung cấp cơ sở định hướng cấu trúc cho các nghiên cứu phát triển thuốc mới.

Kiến nghị và đề xuất của luận án:

  • Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác dụng sinh học ở mức độ phân tử và tế bào đối với các chất thể hiện hoạt tính gây độc ung thư mạnh nhất (Vf, Vh, các chất thuộc dãy VIIIa-q, XVf, XVh).
  • Triển khai thử nghiệm độc tính cấp, độc tính bán trường diễn và đánh giá hiệu lực tác dụng trên các mô hình động vật thực nghiệm in vivo nhằm khẳng định tiềm năng phát triển thuốc của các hợp chất này.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Thử nghiệm sinh học trong luận án mới dừng lại ở mức độ sàng lọc in vitro trên các chủng vi khuẩn, nấm phân lập và các dòng tế bào ung thư nuôi cấy đơn lớp; chưa thực hiện được các thử nghiệm dược lý trên cơ thể động vật sống (in vivo).
  • Đích tác dụng phân tử của các hợp chất mới chỉ được dự đoán thông qua các công cụ mô phỏng in silico và sinh học tính toán; chưa tiến hành các thử nghiệm sinh hóa trực tiếp (như enzym assay, Western blot, đo ái lực liên kết protein) để xác thực tương tác thụ thể thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Mở rộng đánh giá dược lý in vivo để kiểm tra hoạt tính kháng u và hoạt tính kháng khuẩn trên các mô hình động vật thực nghiệm.
  • Tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm sinh hóa nhằm xác định chính xác cơ chế phân tử, con đường truyền tín hiệu nội bào và kiểm chứng các protein đích đã được dự đoán in silico.
  • Khảo sát tối ưu hóa thêm cấu trúc hóa học quanh các dẫn chất tiềm năng (Vf, Vh, XVf, XVh) nhằm nâng cao hoạt tính sinh học và cải thiện độ hòa tan trong nước.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho nhiều đối tượng trong lĩnh vực hóa dược và phát triển thuốc:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Hóa dược, Hóa hữu cơ: Tài liệu cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về phản ứng ngưng tụ azomethin, phản ứng đóng vòng MALI tạo dị vòng 1,3-thiazolidin-4-on và phương pháp phân tích, biện giải các hệ phổ phức tạp một chiều và hai chiều ($^1H$, $^{13}C$, DEPT, HSQC, HMBC, phổ CD).
  • Các nhà nghiên cứu thiết kế và sàng lọc thuốc (Drug Discovery): Dữ liệu thực nghiệm về mối quan hệ giữa cấu trúc và tác dụng sinh học (SAR) khi ghép khung thân dầu adamantan với cầu azomethin hoặc dị vòng thiazolidin-4-on là cơ sở định hướng quan trọng để thiết kế các phân tử kháng khuẩn hoặc kháng ung thư.
  • Giảng viên và cán bộ nghiên cứu tin sinh học dược: Khung phương pháp kết hợp giữa tổng hợp thực nghiệm với các công cụ sàng lọc in silico (BOILED-egg, quy tắc Lipinski, Ghose, Veber, Egan, Muegge và dự đoán đích phân tử) là mô hình tham khảo hữu ích cho các đề tài nghiên cứu sàng lọc thuốc hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

  1. Luận án đã tổng hợp những nhóm cấu trúc nào gắn với khung adamantan? Luận án đã tổng hợp 6 dãy hợp chất thuộc 4 nhóm cấu trúc chính gồm: nhóm base Schiff chứa khung adamantan (dãy Va-j); nhóm thiosemicarbazon chứa khung adamantan (hai dãy VIIIa-q và IXa-k đi từ chất trung gian 4-(1-adamantyl)-3-thiosemicarbazid); nhóm carbohydrazon chứa khung adamantan (hai dãy XIIIa-m và XIVa-f đi từ 1-adamantylcarbohydrazid); và nhóm dẫn chất dị vòng 1,3-thiazolidin-4-on chứa khung adamantan (dãy XVa-i).

  2. Các phương pháp phổ nào được tác giả sử dụng để khẳng định cấu trúc các hợp chất mới? Tác giả đã kết hợp đồng bộ các phương pháp phổ nghiệm gồm: phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) xác định các liên kết hóa trị đặc trưng; phổ khối lượng (MS) xác định khối lượng phân tử; phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1H-NMR$, $^{13}C-NMR$, DEPT, HSQC, HMBC) để xác định vị trí liên kết và tương quan không gian giữa các nguyên tử; và phổ lưỡng sắc tròn (CD) kiểm tra tính chất quang học của các dẫn chất 1,3-thiazolidin-4-on.

  3. Hoạt tính sinh học của các hợp chất được đánh giá trên những đối tượng thực nghiệm nào? Hoạt tính sinh học in vitro được đánh giá trên hai nhóm đối tượng: (1) Kháng vi sinh vật trên 7 chủng gồm 3 chủng vi khuẩn Gram (+) (Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus), 3 chủng vi khuẩn Gram (-) (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica) và 1 chủng nấm men (Candida albicans); (2) Độc tế bào ung thư trên 4 dòng tế bào người gồm Hep3B (gan), HeLa (cổ tử cung), A549 (phổi) và MCF-7 (vú).

  4. Những hợp chất nào thể hiện hoạt tính sinh học nổi bật nhất trong luận án? Về tác dụng kháng vi sinh vật, các hợp chất dãy Va-j, các dẫn chất VIIIc, VIIIo, VIIIb, VIIIe, VIIIh, VIIIi và hai chất dãy XVa-i thể hiện tác dụng ức chế mạnh trên chủng Enterococcus faecalis. Về hoạt tính gây độc tế bào ung thư, các hợp chất Vf, Vh, một số dẫn chất dãy VIIIa-q cùng hai dẫn chất 1,3-thiazolidin-4-on XVf và XVh có hoạt tính mạnh với giá trị $IC_{50}$ thấp trên các dòng tế bào Hep3B, HeLa, A549 và MCF-7.

  5. Luận án đã áp dụng những quy tắc và công cụ nào để dự đoán tính giống thuốc in silico? Tác giả đã tính toán các thông số lý hóa (MW, số liên kết quay, số trung tâm cho/nhận liên kết hydro, TPSA, độ khúc xạ mol MR, LogP theo các thuật toán iLogP, XLogP3, WLogP, MLogP, Silicos-IT) và đối chiếu với 5 bộ quy tắc chuẩn về tính giống thuốc gồm Lipinski, Ghose, Veber, Egan và Muegge, đồng thời biểu diễn sự phân bố hấp thu theo mô hình BOILED-egg.

Kết luận

Luận án tiến sĩ dược học của Phạm Văn Hiển đã hoàn thành mục tiêu thiết kế, tổng hợp và khẳng định cấu trúc của hơn 60 hợp chất mới mang khung adamantan thuộc 6 dãy cấu trúc azomethin và 1,3-thiazolidin-4-on. Thực nghiệm sàng lọc in vitro đã chứng minh nhiều dẫn chất có hoạt tính ức chế chọn lọc trên vi khuẩn Gram (+) Enterococcus faecalis và hoạt tính gây độc mạnh trên 4 dòng tế bào ung thư người (Hep3B, HeLa, A549, MCF-7), tiêu biểu là các chất Vf, Vh, XVf, XVh và một số dẫn chất thiosemicarbazon. Bên cạnh đó, các phân tích in silico đã cung cấp dữ liệu về thông số dược động học, tính giống thuốc và các protein đích tiềm năng, tạo tiền đề khoa học cho các hướng nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo nhằm tìm kiếm các hoạt chất thuốc mới.