Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Tổng Hợp Và Hoạt Tính Sinh Học Các Dẫn Xuất Gossypol Mới

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn xuất mới của gossypol, mở ra hướng ứng dụng tiềm năng trong y học và dược phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Khắc Vũ
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn xuất mới của (-)-Gossypol
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GOSSYPOL
• 1.1. Sự tồn tại của gossypol trong hạt bông
• 1.2. ĐẶC TÍNH CỦA GOSSYPOL
• 1.2.1. Tính chất lý hóa
• 1.3. Hoạt tính sinh học
• 1.3.1. Hoạt tính chống ung thư
• 1.3.2. Hoạt tính tránh thai cho nam giới (ANTIFERTILITY)
• 1.3.3. Hoạt tính khác
• 1.3.3.1. Hoạt tính kháng nấm và virus
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về gossypol

Gossypol là một hợp chất tự nhiên được tìm thấy trong hạt bông, có cấu trúc polyphenol và màu vàng đặc trưng. Nó được biết đến với khả năng kháng vi sinh vật và nấm mốc. Gossypol tồn tại dưới hai dạng đồng phân quang học là (-)-gossypol và (+)-gossypol, trong đó (-)-gossypol có hoạt tính sinh học mạnh hơn. Nghiên cứu về gossypol đã mở ra nhiều hướng ứng dụng trong lĩnh vực hóa dược, đặc biệt là trong việc phát triển các hợp chất kháng ung thư.

1.1. Sự tồn tại của gossypol trong hạt bông

Gossypol chủ yếu tồn tại trong tuyến màu của hạt bông, chiếm khoảng 20-40% tổng khối lượng tuyến. Tỷ lệ gossypol trong hạt bông phụ thuộc vào loài, giống bông, điều kiện khí hậu và đất đai. Các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ đồng phân (-)-gossypol và (+)-gossypol khác nhau giữa các loài bông, với (-)-gossypol thường chiếm ưu thế trong một số loài như G. Barbadense.

1.2. Đặc tính hóa lý của gossypol

Gossypol có cấu trúc hóa học phức tạp với hai khung naphthalen đối xứng, mỗi khung chứa ba nhóm -OH và một nhóm -CHO. Nó tồn tại ở nhiều dạng tautomer khác nhau như aldehyde, ketone và hemiacetal, tùy thuộc vào môi trường dung môi. Gossypol không tan trong nước nhưng tan trong nhiều dung môi hữu cơ như methanol, ethanol và chloroform.

II. Hoạt tính sinh học của gossypol

Gossypol được nghiên cứu rộng rãi nhờ các hoạt tính sinh học đa dạng, bao gồm kháng ung thư, kháng virus, kháng khuẩn và chống oxy hóa. Đặc biệt, (-)-gossypol thể hiện hoạt tính mạnh hơn so với (+)-gossypol và hỗn hợp racemic. Các nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của gossypol trong việc phát triển các liệu pháp điều trị ung thư và các bệnh truyền nhiễm.

2.1. Hoạt tính chống ung thư

Gossypol có khả năng gây độc tế bào trên nhiều dòng tế bào ung thư, bao gồm ung thư buồng trứng, tuyến tiền liệt và phổi. (-)-Gossypol được chứng minh là có hiệu lực mạnh hơn 2-14 lần so với (+)-gossypol. Cơ chế tác dụng của gossypol liên quan đến việc ức chế các protein Bcl-2, kích thích quá trình apoptosis trong tế bào ung thư.

2.2. Hoạt tính kháng virus và kháng khuẩn

Gossypol thể hiện hoạt tính kháng virus đối với các virus có vỏ như HIV-1 và HSV-2. Nó cũng có tác dụng ức chế sự phát triển của các loại nấm và ký sinh trùng như Aspergillus flavus và Trypanosoma cruzi. Các dẫn xuất của gossypol như methyl gossypol cũng được nghiên cứu về khả năng kháng khuẩn.

III. Tổng hợp và ứng dụng của các dẫn xuất gossypol

Việc tổng hợp các dẫn xuất gossypol mới nhằm tăng cường hoạt tính sinh học và khả năng ứng dụng trong y học. Các dẫn xuất như bazơ Schiff và hydrazon của gossypol đã được nghiên cứu và chứng minh có hoạt tính kháng ung thư và kháng khuẩn mạnh hơn so với gossypol nguyên chất.

3.1. Tổng hợp bazơ Schiff và hydrazon

Các dẫn xuất bazơ Schiff của gossypol được tổng hợp thông qua phản ứng với các amin, trong khi các dẫn xuất hydrazon được tạo thành từ phản ứng với hydrazin. Các dẫn xuất này được đánh giá về hoạt tính sinh học, đặc biệt là khả năng gây độc tế bào ung thư.

3.2. Ứng dụng y học của các dẫn xuất gossypol

Các dẫn xuất gossypol có tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư, kháng virus và kháng khuẩn. Ví dụ, dẫn xuất bazơ Schiff của gossypol với L-phenylalanin methyl ester đã được chứng minh có hoạt tính mạnh hơn gossypol nguyên chất trên các dòng tế bào ung thư.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Gossypol là một hợp chất polyphenol tự nhiên có trong hạt bông, chiếm khoảng 1,24-1,44% trọng lượng hạt bông của loài Gossypium hirsutum và có tỷ lệ đồng phân (-)-gossypol chiếm từ 51,4 đến 65,3% trong tổng số gossypol racemic ở một số loài bông khác. Ban đầu được xem là chất độc, gossypol hiện nay thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực hóa dược nhờ các hoạt tính sinh học đa dạng như chống ung thư, tránh thai nam, kháng virus và chống oxy hóa. Đặc biệt, đồng phân (-)-gossypol được đánh giá có hoạt tính sinh học mạnh hơn nhiều so với đồng phân (+)-gossypol và hỗn hợp racemic, tuy nhiên việc tách và bảo quản đồng phân này gặp nhiều khó khăn do tính không bền và dễ bị oxy hóa.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học của các dẫn xuất mới từ (-)-gossypol nhằm khai thác tiềm năng dược lý của hợp chất này. Mục tiêu cụ thể gồm khảo sát điều kiện tách đồng phân (-)-gossypol từ hỗn hợp racemic và tổng hợp các dẫn xuất bazơ Schiff, hydrazone để đánh giá hoạt tính kháng tế bào ung thư trên các dòng tế bào ung thư người. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong năm 2017, với ý nghĩa góp phần phát triển các hợp chất chống ung thư mới dựa trên nền tảng gossypol, đồng thời mở rộng hiểu biết về cấu trúc - hoạt tính của các dẫn xuất gossypol.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

• Cấu trúc hóa học và đồng phân quang học của gossypol: Gossypol có công thức phân tử C({30})H({30})O(_8), tồn tại dưới dạng hai đồng phân quang học (-)-gossypol và (+)-gossypol, với các dạng tautomeric aldehyd, ketone và hemiacetal. Nhóm aldehyd đóng vai trò quan trọng trong hoạt tính sinh học và khả năng tạo dẫn xuất bazơ Schiff.

• Hoạt tính sinh học của gossypol và các dẫn xuất: Gossypol có hoạt tính chống ung thư, tránh thai nam, kháng virus và chống oxy hóa. Đồng phân (-)-gossypol có hiệu lực mạnh hơn 2-14 lần so với (+)-gossypol trên các dòng tế bào ung thư. Các dẫn xuất bazơ Schiff và hydrazone của gossypol được tổng hợp nhằm tăng cường hoạt tính và giảm độc tính.

• Phản ứng tổng hợp bazơ Schiff và hydrazone: Dựa trên phản ứng ngưng tụ giữa nhóm aldehyd của (-)-gossypol với amin hoặc hydrazide, tạo thành các dẫn xuất mới có cấu trúc enamine hoặc imine, được xác định bằng phổ NMR.

• Đánh giá hoạt tính sinh học in vitro: Sử dụng phương pháp thử độc tế bào chuẩn của Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ (NCI) với các dòng tế bào ung thư phổi (LU-1), ung thư vú (MCF-7) và ung thư gan (HepG2), đo giá trị IC(_{50}) để đánh giá hiệu quả ức chế tế bào.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Hóa chất và dung môi được mua từ các hãng uy tín như Merck (Đức), các dòng tế bào ung thư được cung cấp bởi các trường đại học quốc tế. Dữ liệu phổ NMR được thu thập tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

• Phương pháp tổng hợp: Tách đồng phân (-)-gossypol từ hỗn hợp racemic bằng tạo bazơ Schiff trung gian với L-tryptophan methyl ester hydrochloride, thủy phân trong môi trường khí nitơ và dung môi axit acetic/ether. Tổng hợp các dẫn xuất bazơ Schiff và hydrazone bằng phản ứng ngưng tụ trong dung môi ethanol, có sử dụng xúc tác ZnCl(_2) cho phản ứng hydrazone.

• Phương pháp phân tích cấu trúc: Xác định cấu trúc sản phẩm bằng phổ 1H-NMR, 13C-NMR, xác định điểm nóng chảy và góc quay cực.

• Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học: Thử độc tế bào in vitro theo phương pháp nhuộm Sulforhodamine B (SRB), đo mật độ quang học (OD) trên máy ELISA, tính phần trăm ức chế và xác định IC(_{50}) bằng phần mềm TableCurve 2Dv4. Cỡ mẫu gồm 14 dẫn xuất mới được thử trên 3 dòng tế bào ung thư với các nồng độ từ 0,8 đến 100 µg/mL.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình tổng hợp, phân tích và thử hoạt tính được thực hiện trong năm 2017, với các bước tổng hợp bazơ Schiff và hydrazone kéo dài từ 40 phút đến 8 giờ, thử hoạt tính sinh học 72 giờ cho mỗi mẫu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tách đồng phân (-)-gossypol: Quy trình tách đồng phân (-)-gossypol từ hỗn hợp racemic đạt hiệu suất 85,2% bằng cách tạo bazơ Schiff trung gian với L-tryptophan methyl ester hydrochloride, thủy phân trong môi trường khí nitơ và dung môi axit acetic/ether trong 72 giờ. Sản phẩm thu được có điểm nóng chảy 183-185°C và góc quay cực phù hợp với tài liệu tham khảo.

2. Tổng hợp dẫn xuất bazơ Schiff và hydrazone: Đã tổng hợp thành công 14 dẫn xuất mới gồm 4 bazơ Schiff và 10 hydrazone với hiệu suất từ 48,74% đến 81,88%. Phổ NMR xác nhận cấu trúc enamine và imine đặc trưng. Việc sử dụng ZnCl(_2) làm xúc tác cho phản ứng hydrazone giúp tăng hiệu suất và giảm thời gian phản ứng.

3. Hoạt tính độc tế bào: Trong 14 dẫn xuất thử nghiệm, 7 hợp chất thể hiện hoạt tính ức chế tế bào ung thư với giá trị IC({50}) dao động từ 7,44 đến 83,72 µg/mL trên các dòng HepG2, LU-1 và MCF-7. Hợp chất hydrazone số 19 có hoạt tính cao nhất với IC({50}) lần lượt là 16,56; 10,75 và 7,44 µg/mL. Các bazơ Schiff chứa nhóm điện tử đẩy hoặc hút ở vị trí para có hoạt tính yếu hoặc không đáng kể.

4. So sánh hoạt tính: Mặc dù không có hợp chất nào vượt qua chất đối chứng ellipticine (IC(_{50}) ~0,42-0,47 µg/mL), kết quả cho thấy tiềm năng phát triển các dẫn xuất gossypol mới với hoạt tính sinh học đáng kể.

Thảo luận kết quả

Quy trình tách đồng phân (-)-gossypol thành công nhờ kiểm soát môi trường phản ứng tránh oxy hóa, sử dụng khí nitơ và dung môi axit acetic/ether giúp ổn định sản phẩm. Việc tổng hợp bazơ Schiff và hydrazone dựa trên phản ứng ngưng tụ aldehyd với amin/hydrazide đã được tối ưu hóa bằng xúc tác ZnCl(_2), rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu suất.

Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất phụ thuộc vào nhóm thế trên nhân thơm và cấu trúc bazơ Schiff/hydrazone. Các nhóm hút điện tử ở vị trí ortho có xu hướng tăng hoạt tính hơn nhóm ở vị trí meta hoặc para, phù hợp với cơ chế tương tác với mục tiêu sinh học. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về cấu trúc - hoạt tính của gossypol và các dẫn xuất.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh IC(_{50}) của các hợp chất trên từng dòng tế bào, hoặc bảng tổng hợp hiệu suất tổng hợp và hoạt tính sinh học để minh họa mối liên hệ cấu trúc - hoạt tính.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiếp tục tối ưu hóa quy trình tách đồng phân (-)-gossypol nhằm nâng cao hiệu suất và độ tinh khiết, đồng thời nghiên cứu các phương pháp bảo quản hiệu quả để giảm phân hủy sản phẩm. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; chủ thể: nhóm nghiên cứu hóa dược.

2. Phát triển thư viện dẫn xuất bazơ Schiff và hydrazone đa dạng hơn với các nhóm thế khác nhau để khảo sát sâu hơn về cấu trúc - hoạt tính, tập trung vào nhóm hút điện tử ở vị trí ortho. Thời gian: 12-18 tháng; chủ thể: phòng thí nghiệm tổng hợp hóa học.

3. Mở rộng đánh giá hoạt tính sinh học trên các dòng tế bào ung thư khác và thử nghiệm cơ chế tác động phân tử, đặc biệt liên quan đến protein Bcl-2 và con đường apoptosis. Thời gian: 12 tháng; chủ thể: phòng thí nghiệm sinh học phân tử.

4. Nghiên cứu tiền lâm sàng và thử nghiệm độc tính để đánh giá tính an toàn và hiệu quả của các dẫn xuất tiềm năng trước khi tiến tới thử nghiệm lâm sàng. Thời gian: 18-24 tháng; chủ thể: trung tâm nghiên cứu dược lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa dược và tổng hợp hữu cơ: Có thể áp dụng quy trình tổng hợp và tách đồng phân để phát triển các hợp chất mới dựa trên gossypol, mở rộng thư viện dẫn xuất với hoạt tính sinh học cao.

2. Chuyên gia sinh học phân tử và dược lý học: Tham khảo kết quả đánh giá hoạt tính sinh học và cơ chế tác động của các dẫn xuất gossypol để phát triển thuốc chống ung thư và kháng virus.

3. Doanh nghiệp dược phẩm và công ty công nghệ sinh học: Sử dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm thuốc mới, đặc biệt trong lĩnh vực điều trị ung thư và các bệnh liên quan đến apoptosis.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật hóa học, hóa dược: Là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp tổng hợp, phân tích cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học các hợp chất tự nhiên và dẫn xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần tách đồng phân (-)-gossypol từ hỗn hợp racemic?
   Đồng phân (-)-gossypol có hoạt tính sinh học mạnh hơn nhiều so với đồng phân (+) và racemic, đặc biệt trong tác dụng chống ung thư. Việc tách giúp thu được hợp chất tinh khiết với hiệu quả cao hơn và giảm độc tính không mong muốn.

2. Phương pháp tổng hợp bazơ Schiff và hydrazone có ưu điểm gì?
   Phương pháp này đơn giản, nhanh chóng, hiệu suất cao khi sử dụng xúc tác ZnCl(_2), cho phép tạo ra đa dạng dẫn xuất với cấu trúc đặc trưng, thuận lợi cho việc nghiên cứu cấu trúc - hoạt tính.

3. Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất gossypol được đánh giá như thế nào?
   Hoạt tính được đánh giá bằng thử nghiệm độc tế bào in vitro trên các dòng tế bào ung thư phổ biến, đo giá trị IC(_{50}) để xác định khả năng ức chế sự phát triển tế bào, so sánh với chất đối chứng ellipticine.

4. Các dẫn xuất nào có hoạt tính tốt nhất trong nghiên cứu?
   Hợp chất hydrazone số 19 thể hiện hoạt tính cao nhất với IC(_{50}) từ 7,44 đến 16,56 µg/mL trên các dòng tế bào ung thư, cho thấy tiềm năng phát triển làm thuốc chống ung thư.

5. Nghiên cứu này có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
   Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các thuốc chống ung thư mới dựa trên gossypol, đồng thời mở rộng hiểu biết về cấu trúc - hoạt tính của các dẫn xuất tự nhiên, hỗ trợ các nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng trong tương lai.

Kết luận

• Đã thiết lập thành công quy trình tách đồng phân (-)-gossypol từ hỗn hợp racemic với hiệu suất 85,2%.
• Tổng hợp được 14 dẫn xuất bazơ Schiff và hydrazone của (-)-gossypol với hiệu suất từ 48,74% đến 81,88%.
• Xác định cấu trúc các dẫn xuất bằng phổ NMR và các phương pháp vật lý hiện đại.
• Đánh giá hoạt tính sinh học cho thấy một số dẫn xuất có khả năng ức chế tế bào ung thư với IC(_{50}) từ 7,44 đến 83,72 µg/mL, trong đó hợp chất 19 có hoạt tính tốt nhất.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các hợp chất chống ung thư mới dựa trên gossypol, đề xuất tiếp tục tối ưu hóa tổng hợp và mở rộng đánh giá hoạt tính trong các nghiên cứu tiếp theo.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm tiếp tục phát triển và ứng dụng các dẫn xuất gossypol trong nghiên cứu thuốc chống ung thư và các lĩnh vực liên quan.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GOSSYPOL 1. Sự tồn tại của gossypol trong hạt bông Gossypol tồn tại trong tuyến màu của hạt bông, chiếm khoảng 20-40% tổng khối lượng của tuyến mầu [1]. Số lượng của gossypol trong hạt bông của các loài bông khác nhau cũng khác nhau, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loài, giống bông, điều kiện khí hậu, đất đai của từng vùng, lượng nước và phân bón sử dụng và điều kiện thời điểm thu hoạch.

Cụ thể gossypol trong loài G. Hirsutum chứa 1,24- 1,44%; loài G. aridum (Rose & Standl. Theo nghiên cứu của Gallup về gossypol trong các giai đoạn phát triển của cây bông thì gossypol cho giá trị lớn nhất khi hạt bông chín và bắt đầu nở [5].

Ngoài hạt bông, gossypol còn được tìm thấy bên trong một số bộ phận khác của cây bông như vỏ rễ của cây, lá, vỏ hạt và hoa [1]. Có nhiều nghiên cứu trên thế giới về tỷ lệ hai đồng phân quang học (+)- và (-)- gossypol trong hạt của các loài bông khác nhau. Vào năm 1988, hai nhà khoa học Zhou và Lin đã kiểm tra sự có mặt có gossypol trong hạt bông, kết quả cho thấy 16 cây thuộc loài G. Barbadense ở Trung Quốc có chứa từ 51,4 đến 65,3 % đồng phân quang học (-)-gossypol trong tổng số (±)-Gossypol và tỷ lệ % của (-)-Gossypol nhiều hơn so với (+)-gossypol là 2,8 – 30,6 %.

Trong khi đó 10 cây của loài G. Hirsutum cho thấy tỉ lệ đồng phân quang học của (+)-gossypol lại nhiều hơn so với đồng phân (-)-gossypol từ 4,0 – 24,9 % và một cây của loài G. Arboreum cũng cho kết quả tỷ lệ đồng phân (+)-gossypol nhiều hơn đồng phân (-)-gossypol là 34% [44]. Cass và cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu về tỷ lệ đồng phân quang học học (+)- và (-)-gossypol trong hạt của 6 cây thuộc loài G.

Barbadense ở Brazin có chứa 52- 65% (-)-gossypol trong tổng số (±)-Gossypol, và 4 loại cây thuộc loài G. Hisumtum latiforlium cũng cho kết quả tương tự với nhóm nghiên cứu Zhou và Lin [6]. Nghiên cứu trên một số lượng lớn các giống G. Barbadense thương mại cho thấy rằng tỷ lệ (+)- và (-)-gossypol trong một giống bông nhất định gần như không thay đổi dưới tác động của môi trường [38].

SHHV: CB150020 2 Nguyễn Thị Thanh Luận văn thạc sỹ 1. ĐẶC TÍNH CỦA GOSSYPOL 1. Tính chất lý hóa Gossypol được tìm thấy trong các tuyến màu nhỏ của hạt bông. Nó là hợp chất polyphenol, màu vàng, có khả năng chống lại các vi sinh vật và nấm mốc, được phát hiện vào cuối thế kỷ 19 bởi Longmore [23] và Marchelewski [20].

Đến năm 1958, cấu trúc của gossypol mới được suy luận dựa vào các tính chất vật lý và hóa học của nó. Cấu trúc của nó được chứng minh bởi Eward, người đã tổng hợp ra phân tử và chứng minh nó có cấu trúc hóa học là 1,1’,6,6',7,7'-hexahydroxy-5,5'-diisopropyl-3,3'- dimethyl-2 ,2 '-binaphthalen-8 ,8 '-dicarboxaldehyd [14]. − CTCT: − CTPT: C30H30O8 − Khối lượng phân tử: 518,5544 g/mol. − Tinh thể màu vàng.

Marchlewski, người đầu tiên phân lập được tinh thể gossypol-acetic acid, cho biết gossypol tan trong môi trường kiềm, dễ dàng bị oxi hóa bởi không khí trong dung dịch kiềm, cho màu đỏ sáng với thuốc thử là axit sulfuric đặc và màu xanh rêu với thuốc thử ferric chloride [20]. Gossypol không tan trong nước, tan trong nhiều dung môi hữu cơ như methanol, ethanol, isopropanol, dioxane, diethyl ether, acetone, ethyl acetate, chloroform, carbon tetrachloride, phenol, pyridine, naphthalene nóng chảy và dầu thực vật nóng. Nó ít tan trong glycerine, cyclohexane, benzene, gasoline và ete dầu. Điểm chảy của tinh thể gossypol tinh sạch phụ thuộc vào dung môi dùng để kết tinh.

Gossypol kết tinh trong diethyl ether có điểm chảy là 184 oC, trong chloroform có điểm chảy là 199ºC, trong ligroin có điểm chảy là 214 oC [19]. Cấu tạo của gossypol gồm 2 khung naphthalen đối xứng, mỗi khung chứa 3 nhóm -OH và 1 nhóm CHO. Hai nhóm -OH ở vị trí 1 - 1 ’ hoạt động hơn 4 nhóm -OH còn lại, do chúng ở gần 2 nhóm aldehyd ở vị trí 8 - 8 ’. Hai nhóm aldehyd này cũng SHHV: CB150020 3 Nguyễn Thị Thanh Luận văn thạc sỹ góp phần lớn vào hóa tính đặc biệt của phân tử gossypol, nó đóng vai trò trong việc tạo nên các dạng hỗ biến của gossypol, và được cho rằng là nhóm chức đóng vai trò quan trọng tạo nên độc tính của gossypol.

Nhờ đó gossypol dễ dàng chuyển hóa thành 3 dạng đồng phân tautomeric khác nhau là: aldehyd, ketone, và hemiacetal trong các dung môi khác nhau. Trong các hệ dung môi thông dụng, gossypol tồn tại chủ yếu ở dạng ketone, nhưng trong các loại dung môi trơ như chloroform, acetone, dioxane hay trong điều kiện acid, gossypol tồn tại chủ yếu ở dạng aldehyde. Trong dung môi phân cực như dimethyl sulfoxide (DMSO) trong môi trường kiềm thì gossypol tồn tại ở trạng thái cân bằng giữa các dạng hemiacetal, dạng aldehyde và dạng ketone. Nhóm aldehyd tự do này cũng dễ dàng phản ứng với các amin tạo thành dẫn xuất bazơ Schiff, do đó trong tự nhiên gossypol chủ yếu tồn tại dưới dạng bazơ Schiff với các nhóm amino của protein [1, 19].

Sơ đồ 1: Các dạng tautomeric của gossypol Gossypol tồn tại ở hai dạng đồng phân quang học là R hay (-)-gossypol và S hay (+)-gossypol do sự giới hạn khả năng quay của cầu liên kết 2, 2´-binaphthyl [19]. Sơ đồ 2: Đồng phân quang học của gossypol SHHV: CB150020 4 Nguyễn Thị Thanh Luận văn thạc sỹ 1. Hoạt tính sinh học 1. Hoạt tính chống ung thư Tác dụng chống ung thư của gossypol được phát hiện đã tạo ra một sự thay đổi cơ bản trong nhận thức của các nhà khoa học.

Gossypol không còn bị coi là một hợp chất bất lợi có trong hạt bông, mà là một hợp chất tự nhiên có các tính chất dược lý và hóa học có giá trị khai thác. Có rất nhiều báo cáo về tác dụng chống ung thư in vitro của gossypol trên nhiều dòng tế bào ung thư người khác nhau như ung thư buồng trứng, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư tuyến thượng thận, ung thư cổ tử cung, ung thư tế bào phổi nhỏ. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng đồng phân (-) có hiệu lực mạnh hơn trên hầu hết các hệ thống sinh học khi so sánh với đồng phân (+) và hỗn hợp racemic. Nguyên nhân là đồng phân (-) ở nồng độ thấp ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa tế bào, điều này không thấy ở (+)-gossypol và nồng độ cao của (-)-gossypol [16].

Nghiên cứu cho thấy (-)-gossypol gây độc tế bào mạnh hơn 2-14 lần so với (+)-gossypol trên tất cả các dòng tế bào ung thư [7]. Tác dụng gây độc tế bào của gossypol cũng đã được quan sát trên các tế bào kháng lại adriamycin, vinblastin và cisplatin [17]. Các nghiên cứu so sánh cho thấy (-)- gossypol có hoạt tính chống ung thư mạnh hơn cisplatin, melphalan và dacarbazin trên 2 dòng ung thư sắc tố, cispaltin và daunorubicin trên dòng ung thư phổi, và mạnh hơn hydroxyure và busphalan trên một số dòng ung thư máu [25]. Một số dẫn chất của gossypol cũng được tổng hợp và so sánh với gossypol về tác dụng gây độc tế bào.

Dẫn xuất bazơ Schiff của (-)-gossypol với L-phenylalanin methyl ester được chứng minh là có hoạt tính mạnh hơn (-)-gossypol trên các dòng tế bào ung thư sắc tố ác tính (SK- MEL19), ung thư cổ tử cung (Sihas), ung thư tế bào phổi nhỏ (H69) và ung thư bạch cầu nguyên bào tủy (K562) [36]. Nhiều thử nghiệm lâm sàng về tác dụng gây độc tế bào của gossypol đã được thực hiện. Nghiên cứu lâm sàng pha 1 trên 34 bệnh nhân ung thư đã kháng thuốc ở nhiều type khác nhau, dùng theo đường uống gossypol racemic 30-180 mg/tuần; kết quả cho thấy có hiệu quả lâm sàng tối thiểu nhưng không có bằng chứng của ức chế tủy xương [21]. Trong thử nghiệm với 21 bệnh nhân ung SHHV: CB150020 5 Nguyễn Thị Thanh Luận văn thạc sỹ thư tuyến thượng thận di căn, cho uống gossypol với liều 30- 70 mg/ngày, cho thấy đã có dung nạp tốt với chỉ một tác dụng phụ nguy hiểm nhất là tắc ruột [5].

Nghiên cứu trên bệnh nhân u thần kinh đệm ác tính tái phát, cho uống gossypol 20 mg/ngày, kết quả là đã có sự dung nạp, tỉ lệ đáp ứng tuy thấp nhưng có thể đo được [30]. Nghiên cứu trên 20 bệnh nhân nữ ung thư vú di căn đã kháng, các thử nghiệm lâm sàng pha I/ II bao gồm cho uống gossypol 30-50 mg/ngày, kết quả cho thấy sự đáp ứng không đáng kể ở một bệnh nhân, có độ ổn định bệnh với sự giảm trên 50% các chất chỉ điểm ung thư ở 2 bệnh nhân [4]. Với sự phát triển của sinh học phân tử, các nhà khoa học gần đây đã phát hiện ra tác dụng gây độc tế bào của gossypol có liên quan đến các protein Bcl-2. Đây là một họ protein có vai trò kiểm soát sự chết theo chương trình của tế bào (apoptosis) theo con đường ty thể.

Sự biểu hiện quá mức của các protein này, chủ yếu là Bcl-2 và Bc1- Xl, ngăn cản apoptosis thông qua con đường ty thể, thường được thấy trong các dòng tế bào ung thư đã kháng thuốc [43]. Gossypol có hoạt động như một chất bắt chước domain BH3, liên kết với các domain BH3 của các protein anti-apoptosis, kích thích quá trình apoptosis [11]. Tóm lại, gossypol hứa hẹn như là một trong những hơp chất đi đầu trong nhóm các thuốc chống ung thư mới, đặc biệt để chống lại tính kháng với liệu pháp hóa học và xạ trị của các tế bào ung thư. Hoạt tính tránh thai cho nam giới (ANTIFERTILITY) Vào năm 1970, ngay sau khi các dược sỹ công bố tác dụng tránh thai nam giới, chính phủ Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu trên 8000 binh lính với liều 20mg/ngày.

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng tránh thai tốt mà không làm ảnh hưởng đến ham muốn tình dục, huyết áp, cân nặng hay các thông số lý hóa khác của binh lính. Tuy nhiên có hai tác dụng phụ được báo cáo là có khoảng 10% binh lính bị hạ kali máu nhưng không làm giảm hiệu lực tránh thai [10, 34, 36]. SHHV: CB150020 6 Nguyễn Thị Thanh Luận văn thạc sỹ Vào năm 1981, Natwar R. Kalla và công sự đã đưa ra kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của gossypol lên tinh trùng.

Nam giới sau khi uống 10 - 100µg gossypol acid acetic ở 37oC, hoạt lực của tinh trùng giảm sau 210 phút từ 83% xuống 4%. Sự giảm nhu động của tinh trùng được giải thích là do giảm hoạt động của ATPase trong tinh trùng sau khi sử dụng gossypol [28]. Một nghiên cứu khác về tác dụng kìm hãm sự sản sinh ra tinh trùng của Shiva K. Saksena trên chuột đồng đực.