Tổng quan luận án

Tình hình bệnh học toàn cầu ghi nhận ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu. Theo số liệu thống kê trong văn bản, mỗi năm trên thế giới có khoảng 14,1 triệu ca mắc mới và khoảng 8,2 triệu trường hợp tử vong. Tại Việt Nam, mỗi năm ghi nhận khoảng 124.000 ca mắc mới với tỷ lệ tử vong chiếm gần 75%. Ở cấp độ phân tử, enzym topoisomerase I (Top1) ở sinh vật nhân chuẩn đóng vai trò giãn xoắn DNA sợi kép phục vụ các quá trình phiên mã, sao mã và phân ly nhiễm sắc thể thông qua việc tạo liên kết cộng hóa trị tạm thời với DNA. Việc ức chế enzym này dẫn đến sự tích tụ các tổn thương không thể sửa chữa và gây chết tế bào phân chia nhanh.

Hai hợp chất ức chế Top1 bán tổng hợp từ camptothecin tan trong nước là topotecan và irinotecan đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt. Tuy nhiên, các thuốc này bộc lộ nhược điểm: dễ bị mất hoạt tính do thủy phân mở vòng lacton (vòng E) ở điều kiện pH sinh lý và gây độc tính trên tủy xương. Nhằm khắc phục các hạn chế trên, khung cấu trúc indenoisoquinolin được phát triển nhờ đặc tính cấu trúc bền vững, không chứa vòng lacton nên không bị thủy phân và không gây độc tính tương tự camptothecin. Hai dẫn chất tiêu biểu của nhóm này là indotecan và indimitecan đã bước vào thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II. Khoảng trống nghiên cứu được xác định là nhu cầu thiết kế, tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin mới nhằm tối ưu hóa tương tác với DNA và enzym Top1/Tdp1 tại vị trí phân cắt, nâng cao khả năng gây độc tế bào ung thư.

Luận án xác định các mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Tổng hợp hợp chất trung gian then chốt indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion từ nguyên liệu ban đầu là phtalit và 2-cacboxybenzanđehit.
  2. Thiết kế và tổng hợp các hợp chất indenoisoquinolin mới mang các nhóm thế giàu điện tử tại vị trí nguyên tử nitơ (N-6) của vòng B.
  3. Thiết kế và tổng hợp các hợp chất indenoisoquinolin mới chứa nhóm thế propyl tại vòng B, trong đó bổ sung nhóm hydroxyl tại vị trí C-2 của mạch nối và gắn các dị vòng (morpholin, piperidin, pyrrolidin, piperazin, benzimidazolthio) tại vị trí C-3.
  4. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro của các hợp chất tổng hợp được trên các dòng tế bào ung thư người.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Khung cấu trúc indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion và các dẫn xuất indenoisoquinolin mới được thế hóa ở vòng B.
  • Phạm vi không gian và thực nghiệm: Quá trình tổng hợp hóa học, đo đạc quang phổ (IR, NMR, MS), phân tích cấu trúc tinh thể tia X được thực hiện tại Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội). Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào in vitro được thực hiện tại Phòng Hóa sinh ứng dụng, Viện Hóa học trên hai dòng tế bào ung thư biểu mô người KB và ung thư gan Hep-G2.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa bốn phương pháp chính trong việc tổng hợp khung phân tử indenoisoquinolin từ các công trình đã công bố:

  1. Phương pháp ngưng tụ anhiđrit homophtalic với bazơ Schiff:

    • Mark Cushman và cộng sự tổng hợp các dẫn chất của indotecan và indimitecan qua phản ứng tạo cis-axit từ anhiđrit homophtalic và bazơ Schiff, tiếp theo là phản ứng axyl hóa nội phân tử Friedel-Crafts với sự có mặt của thionyl clorua và phản ứng thế với amin.
    • Gang Ahn và cộng sự ứng dụng phương pháp này từ nguyên liệu 2-, 3- hoặc 4-hydroxybenzanđehit qua các bước O-ankyl hóa, tạo imin, ngưng tụ với anhiđrit homophtalic tạo 3-aryl-4-cacboxylisoquinolon, rồi đóng vòng Friedel-Crafts tạo các dẫn xuất 31a-31e.
    • Muthukaman Nagarajan, Martin Conda-Sheridan và cộng sự xuất phát từ axit 4-metylbenzen-1,2-đioic chuyển hóa thành 5-metylanhiđrit homophtalic để gắn nhóm formyl (-CHO) lên vòng A.
    • Maris A. Cinelli và cộng sự tổng hợp các indenoisoquinolin biến đổi nhóm thế tại vòng A và vòng D.
    • Evgeny Kiselev, Mark Cushman và cộng sự ngưng tụ 2-pyridyl Schiff với anhiđrit homophtalic để tổng hợp 7-aza-indenoisoquinolin, ghi nhận phản ứng đóng vòng Friedel-Crafts gặp trở ngại do tính chất thế electrophin thấp của nhân pyridin.

  2. Phương pháp chuyển hóa từ indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion với amin bậc một:

    • Andrew Morrell, Mark Cushman và cộng sự điều chế indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion từ 2-cacboxybenzanđehit và phtalit trong môi trường NaOMe/MeOH qua hệ bẫy nước Dean-Stark, sau đó phản ứng trực tiếp với amin bậc một để tạo khung indenoisoquinolin trong ít bước phản ứng.
    • Mark Cushman và cộng sự mở rộng phản ứng trên etyl 3-oxo-1,3-đihyđroisobenzofuran-5-cacboxylat để gắn nhóm amit và cacboxylic lên vòng A.
    • Tổng hợp từ 6-xyano-3-hydroxyphtalit với phtalit tạo dẫn xuất chứa nhóm 3-xyano.
    • Adina Ryckebusch và cộng sự phát triển mạch nhánh este và amit chứa các axit amin (arginin, glyxin), ghi nhận hoạt tính ức chế topoisomerase II.
    • Martin Conda-Sheridan và cộng sự tổng hợp các dẫn chất sunfonat và sunfonamit.
    • Qinglong Guo và cộng sự tổng hợp các dẫn chất chứa nhóm thế nitro ở vòng A và halogen (Cl, F), metoxy ở vòng D cùng các amin vòng ở vòng B và D; trong đó hợp chất 83a (R=F, R1=N-metyl-piperazin) có IC50 gây độc tế bào trên dòng Hep-G2 và HCT-116 lần lượt là 0,019 µM và 0,093 µM.
    • Mark Cushman và cộng sự tổng hợp các dẫn xuất chứa mạch nhánh ancol, điol, poliol, aminoancol và các cấu trúc bisindenoisoquinolin (hợp chất 93h và 93j).

  3. Phương pháp đóng vòng 3-arylisoquinolin:

    • Won-Jea Cho và cộng sự phát triển chuỗi phản ứng từ N-metyl-o-toluamit và benzonitril (xúc tác n-BuLi) tạo 3-arylisoquinolin, sau đó N-ankyl hóa, oxy hóa bằng PDC và đóng vòng bằng dung dịch HCl 10% trong axeton thu được các dẫn xuất 11-hydroxyl-, 11-ankoxy-, và 11-xeto-indenoisoquinolin. Dẫn chất isobutoxy 103l cho thấy hoạt tính ức chế Top1 mạnh và gây độc trên bốn dòng tế bào khối u A549, Skov-3, SK-MEL-2, HCT15 (dải nồng độ 1,63–9,92 µM). Nhóm tác giả cũng sử dụng phản ứng ghép nối tạo styren và đóng vòng gốc tự do với n-Bu3SnH/ACCN.
    • Mark Cushman và cộng sự áp dụng phản ứng đóng vòng axit hóa từ dẫn xuất tetrahydroisoquinolin metanol để tạo cấu trúc norindenoisoquinolin.

  4. Phương pháp đóng vòng dẫn chất styrenic enamit:

    • Axel Couture và cộng sự chuyển hóa axit o-vinylbenzoic thành N-axetyl-o-vinylbenzamit, tạo vinyl photphat, ghép nối Suzuki với axit 2-formylboronic, sau đó thực hiện phản ứng đóng vòng chuyển vị metathesis (RCM) bằng xúc tác Grubbs thế hệ 2 tạo 3-arylisoquinolon, rồi xử lý HCl 10%/axeton và oxy hóa bằng PDC tạo indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11-đion.

Vị trí của luận án: Kế thừa tính hiệu quả của phương pháp số hai (phản ứng giữa indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion với amin bậc một), luận án lựa chọn quy trình này để thiết kế các chuỗi phân tử mới mang nhóm thế phân nhánh chứa nhóm hydroxyl (aminoancol) và các dị vòng nitrogen/sulfur giàu điện tử tại N-6 của vòng B nhằm tạo tương tác bổ sung tại rãnh lớn DNA và vị trí liên kết của enzym Top1/Tdp1.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và mô hình sinh học phân tử

  • Cơ chế ức chế Top1: Top1 tạo phức chuyển tiếp Top1-DNA nhờ sự tấn công nucleophin của gốc Tyr723 vào liên kết photphođieste trên DNA. Các indenoisoquinolin có cấu trúc phẳng xen phủ (intercalation) vào giữa cặp bazơ (+1) và (-1) tại vị trí đứt gãy DNA. Vòng C và D xếp chồng lên sợi DNA nguyên vẹn; vòng A và B hướng về sợi scissile. Nhóm 11-cacbonyl ở vòng C tạo liên kết hydro với chuỗi bên của Arg364 (khoảng cách 2,8 và 3,0 Å trong tinh thể MJ238). Nhóm thế tại vị trí N-6 vươn vào rãnh lớn tương tác với các gốc axit amin Asn352, Ala351 hoặc Glu356.
  • Cơ chế liên quan Tdp1 (Tyrosyl-DNA phosphodiesterase I): Tdp1 là enzym xúc tác thủy phân liên kết phosphodiester giữa Tyr723 của Top1 và đầu DNA-3'-photphat để sửa chữa tổn thương. Phản ứng xảy ra qua hai bước với sự tham gia của His263, Lys265, Lys495 và phân tử nước phối trí bởi His493. Các đột biến (như SCAN1 H493R) gây tích lũy phức cộng hóa trị. Mô hình docking bằng phần mềm GOLD đối với dẫn xuất N-(3-aminopropyl) cho thấy tương tác tĩnh điện và liên kết hydro giữa cation amoni của phân tử thử nghiệm với Val401, Pro461 và Thr466 (khoảng cách lần lượt 2,7 Å, 2,6 Å và 3,0 Å).

Phương pháp tổng hợp và phân tích hóa học

  • Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp hữu cơ đa bước gồm phản ứng ngưng tụ tạo khung dị vòng, phản ứng thế nucleophin, phản ứng mở vòng epoxit, phản ứng alkyl hóa, este hóa và sulfonat hóa.
  • Sắc ký: Sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản mỏng silica gel (Merck) kiểm tra tiến trình phản ứng và giá trị Rf; sắc ký cột silica gel (100–200 mesh, Merck) dùng tinh chế sản phẩm.
  • Phương pháp xác định cấu trúc:
    • Đo nhiệt độ nóng chảy trên máy Gallenkamp (Anh).
    • Phổ hồng ngoại (FT-IR): Đo dạng viên nén KBr trên máy Impact 410-Nicolet và FTIR Affinity-1S-SHIMADZU.
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Phổ 1H-NMR (500 MHz) và 13C-NMR (125 MHz) ghi trên máy Bruker XL-500 trong dung môi CDCl3, chất chuẩn nội TMS.
    • Phổ khối lượng (ESI-MS): Ghi trên máy LC-MSD-Trap-SL.
    • Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể: Thực hiện trên máy Bruker D8-Quest, giải và tối ưu hóa cấu trúc bằng phương pháp Direct Method và chương trình SHELXT 2008.

Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học

  • Đánh giá khả năng gây độc tế bào ung thư in vitro bằng phương pháp đo độ hấp thụ quang phổ MTT (Mosmann [73]) trên hai dòng tế bào: ung thư biểu mô người KB (Human epidermic carcinoma) và ung thư gan người Hep-G2 (Hepatocellular carcinoma).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 tổng kết chi tiết các hướng tổng hợp hóa học và phân tích mối quan hệ giữa cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học (SAR) của lớp chất indenoisoquinolin thông qua dữ liệu sàng lọc từ Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ (NCI) trên 60 dòng tế bào ung thư (sử dụng các chỉ số GI50, MGM, mức độ ức chế phân cắt Top1):

Bảng 1: Hoạt tính gây độc tế bào (GI50, µM) và mức độ ức chế Top1 của một số dãy dẫn xuất indenoisoquinolin trong tài liệu tổng quan

Dãy dẫn xuất / Hợp chất tiêu biểu Cấu trúc nhóm thế đặc trưng MGM (µM) Mức độ ức chế Top1 (so với Camptothecin) Ghi chú hoạt tính trên các dòng tế bào (HOP-62, HCT-116, UACC-62, OVCAR-3, SN12C, MDA-MB-435)
Indotecan (5) Nhóm morpholinopropyl tại N-6 0,079 +++++ Đang thử nghiệm lâm sàng pha II
Indimitecan (6) Nhóm imidazolylpropyl tại N-6 0,027 +++++ Đang thử nghiệm lâm sàng pha II
Dẫn xuất 150 (Dãy đimetylaminopropyl) 3-NO2, 9-OMe, 6-(3-đimetylamino)propyl 0,02 ++++ Tăng độc tính 93 lần so với chất gốc 149 (MGM = 1,86 µM)
Dẫn xuất 153 (Dãy imidazolylpropyl) 3-NO2, 10-OMe, 6-(3-imidazol-1-yl)propyl 0,019 ++++ Tăng độc tính 97 lần so với chất gốc 152 (MGM = 1,86 µM)
Dẫn xuất 157 (Dãy morpholinopropyl) 9-OMe, 3-NO2, 6-(3-morpholinopropyl) 0,014 ++++ Tăng độc tính 1000 lần so với chất gốc 155 (MGM = 15,1 µM)
Dẫn xuất 160 (Dãy ethanolamino) 3-NO2, 9-OMe, 6-(3-etylamino)propyl 0,016 ++++ Tăng độc tính 21 lần so với chất gốc 159 (MGM = 0,339 µM)
Dẫn xuất 140a (Dãy aminopropyl) 3-NO2, 9-OMe - ++++ Hoạt tính mạnh hơn nhóm 3-I (143: +(+)) và 3-NH2 (140b: ++(+))
Dẫn xuất 164a, 164b 9-OH, 8-OMe Thấp +++++ Ức chế Top1 mạnh hơn đồng phân 8-OH, 9-OMe (163a, 163b)

Tổng quan tài liệu khẳng định vai trò quyết định của nhóm thế tại vị trí N-6 vòng B: sự hiện diện của mạch nối 3-cacbon gắn các dị vòng chứa nitơ/oxy kết hợp các nhóm thế hút/đẩy điện tử ở vòng A (như 3-NO2) và vòng D (như 9-OMe) tạo ra hoạt tính ức chế Top1 và gây độc tế bào cao.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 trình bày chi tiết điều kiện hóa chất, thiết bị và các quy trình tổng hợp:

  1. Tổng hợp chất trung gian indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (59):

    • Cho phtalit 57 (10 g; 67 mmol) phản ứng với 2-cacboxybenzanđehit 56 (8,9 g; 67 mmol) trong etyl axetat (300 mL) với sự có mặt của NaOMe (58 g; 266 mmol) hòa tan trong 600 mL MeOH. Đun hồi lưu ở 65 °C trong 6 giờ.
    • Axit hóa bằng dung dịch HCl 37% (25 mL) đến khi đổi màu từ đỏ sang vàng nhạt, thu sản phẩm thô 58.
    • Đun hồi lưu 58 trong toluen (200 mL) với xúc tác axit p-TsOH (0,92 g; 5,3 mmol) bằng bẫy Dean-Stark trong 6 giờ.
    • Xử lý chiết với CHCl3 (1 lít), rửa dung dịch NaCl (3 × 1 lít), làm khan bằng MgSO4, kết tinh trong EtOAc thu được 9,6 g chất rắn màu vàng cam 59, hiệu suất đạt 58%, nhiệt độ nóng chảy 258–259 °C.

  2. Tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin mang nhóm thế giàu điện tử (169a-p, 170a-e):

    • Tổng hợp mẫu hợp chất 6-(4’-metoxybenzyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)-đion (169a): Cho 59 (100 mg; 0,4 mmol) phản ứng với 4-metoxybenzylamin (60,07 mg; 0,44 mmol) trong CH2Cl2 (5 mL), khuấy ở nhiệt độ phòng trong 28 giờ. Chiết bằng CH2Cl2, làm khan bằng Na2SO4, tinh chế qua cột silica gel (hệ hexan/EtOAc tỷ lệ 8:2) thu được 120 mg sản phẩm 169a (chất rắn màu đỏ gạch), hiệu suất 81%, nhiệt độ nóng chảy 203–204 °C.
    • Quy trình tương tự được thực hiện để tổng hợp các dẫn xuất khác trong hệ 169 (R = 3-metoxybenzyl, benzyl, 4-brombenzyl, 6-metoxypyridin-3-yl, pyridin-2-ylmetyl, furan-2-ylmetyl, prop-2-yn-1-yl, allyl, 2-metoxyetyl, v.v.).

  3. Tổng hợp các dãy dẫn xuất indenoisoquinolin chứa mạch aminopropanol (171–177):

    • Chuyển hóa 59 thành hợp chất trung gian epoxit 172 hoặc bromohydrin 171.
    • Thực hiện phản ứng thế mở vòng epoxit hoặc thế nucleophin với các amin vòng khác nhau tạo dãy 173a-j (X = morpholin-1-yl, 4-metylpiperidin-1-yl, piperidin-1-yl, pyrrolidin-1-yl, 2-cyanoguanidyl, azido, piperazin-1-yl, tosylpiperazin-1-yl, v.v.) trong axeton/DMF ở 65–70 °C với xúc tác K2CO3.
    • Phản ứng với các dẫn xuất thiol dị vòng tạo dãy thioete 174a-b (R = 1H-benzo[d]imidazol-2-yl, 5-metoxy-1H-benzo[d]imidazol-2-yl).
    • Phản ứng sulfonat hóa tạo dãy 176a-b (R = metyl, 4-metylphenyl) và este hóa nhóm hydroxyl tạo dãy este 177a-b (R = isopropyl, metyl).

  4. Thực nghiệm đánh giá sinh học:

    • Quy trình thử nghiệm MTT đối với các hợp chất tổng hợp trên tế bào KB và Hep-G2 tại Viện Hóa học.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt khoa học và lý luận

  • Thiết lập quy trình tổng hợp hoàn chỉnh từ các nguyên liệu cơ bản (phtalit và 2-cacboxybenzanđehit) để tạo tiền chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (59) qua hai giai đoạn với hiệu suất đạt 58%.
  • Phát triển thành công phương pháp gắn trực tiếp các amin bậc một mang nhóm thế giàu điện tử lên khung 59 trong dung môi CH2Cl2 ở điều kiện nhiệt độ phòng mà không cần xúc tác phức tạp, đạt hiệu suất phản ứng cao (đơn cử dẫn chất 169a đạt 81%).
  • Xây dựng sơ đồ tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin biến đổi ở vòng B chứa đồng thời cấu trúc 2-hydroxypropyl và các dị vòng gắn ở vị trí C-3 (dãy 173, 174, 176, 177), tạo cơ sở nghiên cứu các phối tử mới có khả năng tạo liên kết hydro và tương tác tĩnh điện bổ sung trong phức hợp Top1-DNA và Tdp1.

Đóng góp về mặt thực nghiệm và thực tiễn

  • Cung cấp dữ liệu vật lý và phổ học đầy đủ (nhiệt độ nóng chảy, phổ IR, phổ 1H-NMR, phổ 13C-NMR, phổ khối lượng ESI-MS) cho các hợp chất mới tổng hợp; tối ưu hóa cấu trúc tinh thể tia X bằng phương pháp Direct Method và SHELXT 2008.
  • Cung cấp dữ liệu sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro bằng phương pháp MTT trên hai dòng tế bào ung thư người KB và Hep-G2, đóng góp cơ sở dữ liệu thực nghiệm cho việc nghiên cứu cấu trúc hóa dược chống ung thư.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:
    • Phương pháp tiếp cận thực nghiệm tập trung vào phản ứng ngưng tụ giữa indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion với amin bậc một, chưa khảo sát song song các phương pháp đóng vòng styrenic enamit hay 3-arylisoquinolin đối với các dẫn chất mới này.
    • Đánh giá hoạt tính sinh học trong phạm vi văn bản được thực hiện ở mức độ in vitro trên hai dòng tế bào ung thư nuôi cấy (KB và Hep-G2), chưa có dữ liệu thử nghiệm in vivo trên mô hình động vật hay thử nghiệm ức chế trực tiếp trên enzym Top1/Tdp1 phân lập đối với toàn bộ các sản phẩm mới.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng phổ sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau của người (như phổi, vú, ruột, buồng trứng, máu).
    • Thực hiện các thử nghiệm sinh hóa chuyên sâu đo lường trực tiếp hoạt tính ức chế enzym Top1 và Tdp1 đối với các dẫn chất có hoạt tính độc tế bào cao nhất.
    • Nghiên cứu tối ưu hóa cấu trúc dẫn xuất dựa trên mô phỏng docking phân tử và đánh giá dược động học tiền lâm sàng.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược:
    • Cung cấp tài liệu tổng quan có hệ thống về 4 con đường tổng hợp khung indenoisoquinolin, kèm điều kiện phản ứng, tác nhân và cơ chế chuyển hóa chi tiết.
    • Cung cấp quy trình thực nghiệm mẫu từ tổng hợp, tinh chế sắc ký cột đến các phương pháp phân tích phổ nghiệm (IR, 1H/13C-NMR, ESI-MS, X-ray) để xác định cấu trúc phân tử hữu cơ.
  • Đối với các nhà nghiên cứu phát triển thuốc chống ung thư:
    • Dữ liệu chi tiết về mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR) giữa khung indenoisoquinolin và các đích phân tử Top1, Tdp1; vị trí tương tác của các gốc amino axit (Arg364, Asn352, Tyr723, His263, Val401, Pro461, Thr466).
    • Các định hướng thiết kế cấu trúc khắc phục nhược điểm thủy phân của hệ camptothecin.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao khung indenoisoquinolin được phát triển để thay thế các thuốc nhóm camptothecin (Topotecan, Irinotecan)? Camptothecin và các dẫn xuất tan trong nước (Topotecan, Irinotecan) dễ bị mất hoạt tính do phản ứng thủy phân mở vòng lacton (vòng E) ở điều kiện pH sinh lý và gây tác dụng phụ độc tủy xương. Khung indenoisoquinolin không chứa vòng lacton nên có độ bền hóa học cao, không bị thủy phân và không gây độc tính tương tự.

  2. Phản ứng tổng hợp chất trung gian indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (59) diễn ra qua các giai đoạn nào? Phản ứng gồm hai giai đoạn: Giai đoạn 1 là phản ứng ngưng tụ giữa phtalit (57) và 2-cacboxybenzanđehit (56) trong dung môi EtOAc/MeOH với sự có mặt của bazơ NaOMe ở 65 °C trong 6 giờ, sau đó axit hóa bằng HCl 37% thu sản phẩm thô 58. Giai đoạn 2 là phản ứng đóng vòng của 58 trong toluen có xúc tác p-TsOH, đun hồi lưu qua bẫy tách nước Dean-Stark trong 6 giờ, cho sản phẩm 59 với hiệu suất 58% (nhiệt độ nóng chảy 258–259 °C).

  3. Cơ chế tương tác không gian giữa dẫn xuất indenoisoquinolin và phức hợp DNA-Top1 diễn ra như thế nào? Phân tử indenoisoquinolin xen vào giữa cặp bazơ (+1) và (-1) tại vị trí đứt gãy của sợi DNA. Vòng C và D xếp chồng lên sợi DNA nguyên vẹn, vòng A và B tiếp xúc với sợi bị cắt. Nhóm 11-cacbonyl ở vòng C tạo liên kết hydro kép với chuỗi bên của Arg364 (khoảng cách 2,8 và 3,0 Å), trong khi nhóm thế tại vị trí N-6 của vòng B hướng vào khoang rãnh lớn DNA về phía các axit amin Asn352 và Ala351.

  4. Vai trò của enzym Tyrosyl-DNA photphođiesterase I (Tdp1) đối với tác dụng của thuốc ức chế Top1 là gì? Tdp1 là enzym xúc tác thủy phân liên kết phosphodiester giữa gốc Tyr723 của Top1 và đầu 3'-photphat của DNA để sửa chữa các sai hỏng do phức hợp Top1-DNA bị kẹt. Việc ức chế đồng thời cả Tdp1 giúp ngăn chặn quá trình sửa chữa DNA của tế bào ung thư, từ đó làm tăng hiệu lực tiêu diệt tế bào của các chất gây độc Top1.

  5. Quy trình tổng hợp và đặc trưng vật lý của dẫn xuất 6-(4’-metoxybenzyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)-đion (169a) được ghi nhận như thế nào? Hợp chất 169a được tổng hợp bằng cách cho 59 phản ứng với 4-metoxybenzylamin (tỷ lệ mol 1:1,1) trong dung môi CH2Cl2 ở nhiệt độ phòng trong 28 giờ. Sản phẩm được tinh chế bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung môi rửa giải hexan/EtOAc (8:2), đạt hiệu suất 81%. Hợp chất là chất rắn màu đỏ gạch, có nhiệt độ nóng chảy là 203–204 °C.

Kết luận

Luận án "Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính chống ung thư của các hợp chất indenoisoquinolin" đã tổng kết hệ thống các phương pháp hóa học và cơ chế sinh học phân tử của lớp chất ức chế Top1/Tdp1 indenoisoquinolin. Tác giả đã thực hiện thành công quy trình điều chế chất trung gian then chốt indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (59) và tổng hợp các dãy dẫn xuất mới mang nhóm thế giàu điện tử hoặc mạch nối 2-hydroxypropyl gắn dị vòng tại vị trí N-6 vòng B. Toàn bộ cấu trúc phân tử được xác định bằng các phương pháp phổ nghiệm hiện đại (IR, NMR, MS, X-ray) và bước đầu đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro trên các dòng tế bào KB và Hep-G2.