Tổng quan nghiên cứu

HIV/AIDS là một đại dịch toàn cầu với khoảng 37,6 triệu người nhiễm HIV và gần 690.000 ca tử vong liên quan đến AIDS tính đến năm 2020. Tại Việt Nam, từ ca nhiễm đầu tiên năm 1990 đến tháng 9/2021, có hơn 212.000 người nhiễm HIV còn sống và trung bình mỗi năm phát hiện thêm khoảng 11.000 ca mới. Mặc dù chưa có vaccin hay thuốc chữa khỏi hoàn toàn HIV, các thuốc kháng retrovirus đã giúp bệnh nhân duy trì tuổi thọ gần như người bình thường. Trong bối cảnh nguồn tài trợ thuốc kháng HIV từ nước ngoài bị cắt giảm từ năm 2020, việc nghiên cứu tổng hợp thuốc kháng HIV trong nước trở nên cấp thiết nhằm tự chủ nguồn thuốc, giảm chi phí và đa dạng hóa lựa chọn điều trị.

Rilpivirin hydroclorid là thuốc ức chế men sao chép ngược không nucleoside (NNRTI) thế hệ thứ hai, được FDA Hoa Kỳ phê duyệt năm 2011, có hiệu quả gấp ba lần etravirin và liều dùng thấp (25 mg/ngày). Tuy nhiên, rilpivirin hiện đang trong thời gian bảo hộ độc quyền và chưa có nhiều nghiên cứu tổng hợp tại Việt Nam. Luận văn này nhằm xây dựng quy trình tổng hợp rilpivirin hydroclorid ở quy mô phòng thí nghiệm, làm nền tảng cho phát triển sản xuất trong nước sau khi thuốc hết hạn bản quyền. Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp các chất trung gian A và B, điều chế rilpivirin hydroclorid, đồng thời định lượng sản phẩm bằng phương pháp HPLC với các điều kiện tối ưu.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm 2022, với mục tiêu cụ thể là phát triển quy trình tổng hợp rilpivirin hydroclorid có hiệu suất cao, nguyên liệu dễ kiếm, quy trình đơn giản, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm Việt Nam. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thúc đẩy tự chủ công nghệ sản xuất thuốc kháng HIV, góp phần giảm chi phí điều trị và nâng cao chất lượng chăm sóc bệnh nhân HIV tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình tổng hợp hóa học hữu cơ, đặc biệt là các phản ứng cơ bản như nitro hóa, oxy hóa, ester hóa, khử hóa, phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons, methyl hóa và cloro hóa. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Rilpivirin hydroclorid: Thuốc ức chế enzym phiên mã ngược HIV-1, dạng muối monohydroclorid có công thức phân tử C22H19ClN6, nhiệt độ nóng chảy 315°C, độ tan thấp trong nước.
  • Phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons: Phản ứng tạo liên kết C=C chủ yếu đồng phân E, được sử dụng để tổng hợp chất trung gian A với tỷ lệ đồng phân E/Z tốt hơn so với phản ứng Heck.
  • Phương pháp HPLC: Phương pháp sắc ký lỏng hiệu suất cao dùng để định lượng rilpivirin hydroclorid với pha động methanol/nước (80/20), bước sóng 282 nm.
  • Các chất trung gian A và B: Các hợp chất trung gian quan trọng trong quy trình tổng hợp rilpivirin, được tổng hợp từ nguyên liệu rẻ tiền như mesitylen và 2-thiouracil.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các phản ứng tổng hợp hóa học thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Dược Hà Nội, sử dụng các hóa chất và thiết bị chuẩn AR, DĐVN. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các mẻ tổng hợp với quy mô từ vài gam đến vài chục gam nguyên liệu đầu vào.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Theo dõi tiến trình phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng (SKLM) với các hệ dung môi phù hợp.
  • Tinh chế sản phẩm bằng các kỹ thuật kết tinh, chiết lỏng-lỏng, lọc chân không.
  • Xác định cấu trúc sản phẩm bằng phổ khối lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton và carbon (1H-NMR, 13C-NMR).
  • Định lượng rilpivirin hydroclorid bằng HPLC với điều kiện pha động methanol/nước (80/20), tốc độ dòng 1 mL/phút, bước sóng 282 nm.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2022, bao gồm các giai đoạn tổng hợp từng chất trung gian, điều chế rilpivirin base, tạo muối hydroclorid và phân tích định lượng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tổng hợp chất trung gian A.HCl:

    • Từ 20 ml mesitylen, tổng hợp được 0,38 g A.HCl với hiệu suất 54,5% ở nhiệt độ phòng.
    • Tỷ lệ mol diethyl (cyanomethyl) phosphonat:5k tối ưu là 1:1,5, nhiệt độ phản ứng phòng giúp phản ứng hoàn thành nhanh và dễ kiểm soát.

  2. Tổng hợp chất trung gian B:

    • Phản ứng methyl hóa 2-thiouracil bằng iodomethan đạt hiệu suất 85,8% với tỷ lệ mol CH3I:2-thiouracil là 1,5:1, dung môi ethanol được ưu tiên do an toàn và chi phí thấp.
    • Tổng hợp B’ từ p-aminobenzonitril và 6n đạt hiệu suất 69% với tỷ lệ mol 2,5:1, nhiệt độ nóng chảy sản phẩm 300-303°C.
    • Halogen hóa B’ bằng POCl3 đạt hiệu suất 88-89% với tỷ lệ mol POCl3:B’ là 2,5:1.

  3. Tổng hợp rilpivirin base và hydroclorid:

    • Phản ứng giữa A.HCl và B trong acetonitril ở 80-90°C trong 170 giờ thu được rilpivirin base với hiệu suất 57,05%, nhiệt độ nóng chảy 240,2-243,1°C.
    • Tạo muối hydroclorid từ rilpivirin base bằng HCl trong isopropanol đạt hiệu suất 55,45%, nhiệt độ nóng chảy 300°C.

  4. Định lượng rilpivirin hydroclorid bằng HPLC:

    • Thời gian lưu peak chính là 5,15 phút, gần với tài liệu tham khảo (5,1 phút).
    • Hàm lượng rilpivirin hydroclorid đạt 98,03% tính theo diện tích peak, chứng tỏ độ tinh khiết cao.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất tổng hợp các bước trung gian và rilpivirin hydroclorid đạt mức chấp nhận được trong điều kiện phòng thí nghiệm, với nguyên liệu đầu vào rẻ tiền, dễ kiếm như mesitylen và 2-thiouracil. Việc lựa chọn phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons giúp giảm tỷ lệ đồng phân Z, đơn giản hóa quá trình tinh chế so với phản ứng Heck. Dung môi acetonitril được ưu tiên do nhiệt độ sôi phù hợp, an toàn và dễ thu hồi, phù hợp cho phát triển quy mô công nghiệp.

So sánh với các nghiên cứu trước, quy trình này có ưu điểm về chi phí nguyên liệu và điều kiện phản ứng nhẹ nhàng hơn, đồng thời vẫn đảm bảo độ tinh khiết sản phẩm cao. Kết quả phổ MS, IR, NMR xác nhận cấu trúc sản phẩm đúng với rilpivirin hydroclorid chuẩn. Biểu đồ sắc ký HPLC minh họa rõ ràng sự phân tách peak sắc nét, hỗ trợ đánh giá độ tinh khiết.

Tuy nhiên, thời gian phản ứng tạo rilpivirin base còn dài (170 giờ), cần nghiên cứu tối ưu để rút ngắn chu trình sản xuất. Ngoài ra, hiệu suất tổng hợp rilpivirin hydroclorid khoảng 55% vẫn có thể cải thiện bằng cách điều chỉnh điều kiện phản ứng và tinh chế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng tổng hợp rilpivirin base

    • Giảm thời gian phản ứng từ 170 giờ xuống dưới 100 giờ bằng cách khảo sát nhiệt độ, dung môi và xúc tác.
    • Chủ thể thực hiện: Nhóm nghiên cứu hóa dược tại trường đại học, thời gian 6-12 tháng.

  2. Phát triển quy trình tinh chế hiệu quả hơn

    • Áp dụng kỹ thuật sắc ký hiện đại hoặc kết tinh chọn lọc để nâng cao độ tinh khiết và thu hồi sản phẩm.
    • Chủ thể thực hiện: Phòng thí nghiệm công nghệ dược, thời gian 3-6 tháng.

  3. Nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất

    • Thử nghiệm quy trình tổng hợp trên quy mô bán công nghiệp để đánh giá tính khả thi và hiệu quả kinh tế.
    • Chủ thể thực hiện: Các công ty dược phẩm trong nước, thời gian 12-18 tháng.

  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ

    • Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật tổng hợp rilpivirin cho cán bộ kỹ thuật và sinh viên ngành dược.
    • Chủ thể thực hiện: Trường Đại học Dược Hà Nội phối hợp với các viện nghiên cứu, thời gian liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành công nghệ dược phẩm

    • Lợi ích: Cập nhật quy trình tổng hợp rilpivirin hydroclorid, áp dụng vào giảng dạy và nghiên cứu phát triển thuốc kháng HIV.

  2. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm trong nước

    • Lợi ích: Tham khảo quy trình tổng hợp thuốc kháng HIV để phát triển sản phẩm nội địa, giảm phụ thuộc nhập khẩu.

  3. Sinh viên ngành dược và hóa dược

    • Lợi ích: Học tập quy trình tổng hợp hóa học hữu cơ thực nghiệm, nâng cao kỹ năng thực hành và nghiên cứu khoa học.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách y tế

    • Lợi ích: Đánh giá tiềm năng tự chủ công nghệ sản xuất thuốc kháng HIV, xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển ngành dược trong nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quy trình tổng hợp rilpivirin hydroclorid có phù hợp để phát triển công nghiệp không?
    Quy trình sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, điều kiện phản ứng nhẹ nhàng và dung môi an toàn, có tiềm năng phát triển công nghiệp sau khi tối ưu thời gian và hiệu suất phản ứng.

  2. Tại sao chọn phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons thay vì phản ứng Heck?
    Phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons cho tỷ lệ đồng phân E/Z cao hơn, giảm phức tạp trong tinh chế, đồng thời sử dụng nguyên liệu dễ kiếm và ít độc hại hơn.

  3. Phương pháp HPLC được sử dụng có ưu điểm gì?
    Phương pháp HPLC với pha động methanol/nước (80/20) đơn giản, dễ thực hiện, cho sắc ký đồ rõ ràng, giúp định lượng chính xác rilpivirin hydroclorid với độ tinh khiết cao.

  4. Hiệu suất tổng hợp rilpivirin hydroclorid đạt bao nhiêu?
    Hiệu suất tổng hợp rilpivirin base đạt khoảng 57%, tạo muối hydroclorid đạt 55%, mức này chấp nhận được trong quy mô phòng thí nghiệm và có thể cải thiện khi mở rộng quy mô.

  5. Có những tác dụng không mong muốn nào khi sử dụng rilpivirin?
    Các tác dụng thường gặp gồm rối loạn trầm cảm, mất ngủ, đau đầu, mẩn ngứa, buồn nôn, tăng enzym gan. Việc phối hợp rilpivirin với thuốc kháng retrovirus khác giúp giảm nguy cơ đề kháng và tác dụng phụ.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp rilpivirin hydroclorid quy mô phòng thí nghiệm với nguyên liệu đầu vào rẻ tiền, điều kiện phản ứng phù hợp.
  • Hiệu suất tổng hợp rilpivirin base đạt 57,05%, muối hydroclorid đạt 55,45%, độ tinh khiết sản phẩm trên 98% theo HPLC.
  • Phản ứng Horner-Wadsworth-Emmons được ưu tiên do tỷ lệ đồng phân E/Z cao và quy trình tinh chế đơn giản.
  • Dung môi acetonitril và methanol/nước (80/20) được lựa chọn cho phản ứng và định lượng HPLC do an toàn và hiệu quả.
  • Nghiên cứu mở ra cơ hội phát triển quy trình sản xuất rilpivirin trong nước, góp phần tự chủ nguồn thuốc kháng HIV và giảm chi phí điều trị.

Next steps: Tối ưu hóa điều kiện phản ứng, mở rộng quy mô sản xuất, đào tạo chuyển giao công nghệ. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm quan tâm phối hợp phát triển ứng dụng thực tiễn.

Hãy liên hệ với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Dược Hà Nội để trao đổi hợp tác nghiên cứu và phát triển sản phẩm rilpivirin hydroclorid trong nước.