Luận Văn Thạc Sĩ: Tổng Hợp và Đánh Giá Hoạt Tính Sinh Học Của Các Dẫn Xuất Hemiasterlin

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học của các dẫn xuất hemiasterlin, tập trung vào ứng dụng tiềm năng trong y học.

• Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học của dẫn xuất hemiasterlin
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. HEMIASTERLIN
• 1.1.1. Phân lập hemiasterlin
• 1.1.2. Hoạt tính sinh học của hemiasterlin
• 1.1.3. Tổng hợp toàn phần hemiasterlin theo Andersen
• 1.1.3.1. Cấu trúc các block của hemiasterlin
• 1.1.3.2. Tổng hợp mạch nhánh của hemiasterlin
• 1.1.4. Tổng hợp dẫn xuất hemiasterlin HTI-286
• 1.1.5. Các phương pháp tổng hợp hemiasterlin nhờ thay đổi cấu trúc của block 1
• 1.1.5.1. Phương pháp tổng hợp của Andersen
• 1.1.5.2. Phương pháp tổng hợp của Ayako Yamashita
• 1.1.5.2.1. Tổng hợp block 1 qua con đường tổng hợp azlacton
• 1.1.5.2.2. Tổng hợp block 1 qua con đường epoxit

Tóm tắt

I. Nghiên cứu tổng hợp

Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất có nguồn gốc từ sinh vật biển, đặc biệt là dẫn xuất hemiasterlin, đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Hemiasterlin, một tripeptit có hoạt tính chống ung thư mạnh, được phân lập từ loài hải miên Hemiasterella minor. Do hàm lượng tự nhiên thấp và khó khăn trong thu thập mẫu, việc tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp hemiasterlin trở nên cần thiết. Các nghiên cứu đã tập trung vào việc thay đổi cấu trúc của hemiasterlin để tạo ra các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học cao hơn.

1.1. Phương pháp tổng hợp

Các phương pháp tổng hợp hemiasterlin bao gồm việc chia phân tử thành ba block (block 1, block 2, block 3) và tổng hợp từng block riêng lẻ. Block 1 là phần khó tổng hợp nhất do yêu cầu kiểm soát cấu hình không gian của nhóm NH-metyl. Các phương pháp tổng hợp hiện đại như sử dụng tác nhân Evan và phản ứng Wittig đã được áp dụng để tối ưu hóa quy trình.

1.2. Tối ưu hóa quy trình

Việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp hemiasterlin đã giúp cải thiện hiệu suất và giảm số bước phản ứng. Các nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc thay thế các nhóm thế trên block 1 để tạo ra các dẫn xuất lược giản nhưng vẫn duy trì hoạt tính sinh học cao.

II. Hoạt tính sinh học

Hoạt tính sinh học của hemiasterlin và các dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu rộng rãi. Hemiasterlin có khả năng ức chế sự phân bào bằng cách ngăn chặn quá trình polyme hóa tubulin, tương tự như các thuốc chống ung thư paclitaxel và vinblastin. Các dẫn xuất hemiasterlin mới được tổng hợp đã cho thấy hoạt tính mạnh hơn cả hemiasterlin nguyên bản.

2.1. Tác dụng dược lý

Các tác dụng dược lý của hemiasterlin bao gồm khả năng gây độc tế bào ung thư ở nồng độ nanomolar. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hemiasterlin và các dẫn xuất của nó có hiệu quả cao trong việc ức chế sự phát triển của các dòng tế bào ung thư như P388 leukaemia, MCF7, và U373.

2.2. Ứng dụng y học

Ứng dụng y học của hemiasterlin và các dẫn xuất của nó đang được nghiên cứu trong các thử nghiệm lâm sàng. Các hợp chất này có tiềm năng trở thành các chất chống ung thư mới, đặc biệt là trong điều trị các loại ung thư kháng thuốc.

III. Đánh giá hiệu quả

Các nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của hemiasterlin và các dẫn xuất của nó thông qua các thử nghiệm sinh học và phân tích cấu trúc. Các hợp chất này đã được kiểm tra về khả năng ức chế sự phân bào và ức chế polyme hóa tubulin. Kết quả cho thấy nhiều dẫn xuất có hoạt tính mạnh hơn hemiasterlin nguyên bản.

3.1. Thử nghiệm sinh học

Các thử nghiệm sinh học đã được thực hiện để xác định hoạt tính gây độc tế bào của hemiasterlin và các dẫn xuất của nó. Các hợp chất này đã được thử nghiệm trên nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau, cho thấy hiệu quả cao trong việc ức chế sự phát triển của tế bào ung thư.

3.2. Phân tích cấu trúc

Phân tích cấu trúc của hemiasterlin và các dẫn xuất của nó đã được thực hiện bằng các phương pháp hiện đại như phổ khối lượng và phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Các nghiên cứu này đã giúp xác định cấu trúc không gian của các hợp chất và mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nghiên cứu về các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển đang là xu hướng phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực hóa dược. Hiện nay, gần 20.000 hợp chất đã được phân lập từ sinh vật biển, tuy nhiên việc thu thập mẫu rất khó khăn và hàm lượng các hợp chất trong thiên nhiên thường rất thấp, ví dụ như hemiasterlin chỉ chiếm khoảng 0,01% khối lượng mẫu khô. Hemiasterlin là một tripeptit có hoạt tính chống ung thư mạnh với nồng độ ức chế tế bào ung thư ở ngưỡng nanomolar (0,3 nM), được phân lập từ loài hải miên Hemiasterella minor. Hoạt tính sinh học của hemiasterlin chủ yếu do khả năng ức chế quá trình polyme hóa tubulin, làm ngưng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase, tương tự như các thuốc chống ung thư paclitaxel và vinblastin.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất hemiasterlin mới, tập trung vào việc biến đổi cấu trúc nhân N-metylindol bằng các bioisostere như naphthalen và benzofuran, tổng hợp các hợp chất có cấu hình thiên nhiên (S) và phi thiên nhiên (R) của nguyên tử cacbon gắn với nhóm NH-metyl trên block 1, cũng như tổng hợp các dẫn xuất có cấu trúc lược giản chứa hệ α,β-cacbonyl-N-axetyl liên hợp. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, với các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào trên bốn dòng tế bào ung thư người. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc phát triển các hợp chất chống ung thư mới có nguồn gốc sinh vật biển, đồng thời góp phần mở rộng kho tàng các dẫn xuất hemiasterlin có cấu trúc và hoạt tính đa dạng.

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 về cấu trúc - hoạt tính của các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học, đặc biệt là hemiasterlin và các dẫn xuất của nó. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR): Nghiên cứu ảnh hưởng của các biến đổi cấu trúc trên phân tử hemiasterlin đến hoạt tính sinh học, tập trung vào ba block cấu trúc chính (block 1, block 2, block 3) và các nhóm thế quan trọng như N-metylindol, nhóm tert-butyl, và hệ α,β-cacbonyl-N-axetyl liên hợp.

• Mô hình tổng hợp hữu cơ đa bước: Áp dụng các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại như tổng hợp azlacton, tổng hợp epoxit, phản ứng Wittig, tổng hợp Weinreb amit, và các kỹ thuật bảo vệ/loại bỏ nhóm chức để xây dựng các block cấu trúc riêng biệt, sau đó ghép nối tạo thành các dẫn xuất hemiasterlin mới.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: tripeptit thiên nhiên, bioisostere, cấu hình lập thể (S, R), polyme hóa tubulin, ức chế phân bào metaphase, phản ứng tổng hợp peptit, và các phương pháp phân tích cấu trúc như phổ NMR, IR, MS.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các hợp chất tổng hợp được trong phòng thí nghiệm Hóa dược - Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Tổng hợp các dẫn xuất hemiasterlin: Sử dụng các nguyên liệu đầu như axetyl glyxin, naphthalen-2-cacbandehit, benzofuran-3-cacbandehit, L-Boc-valin, và các tác nhân hóa học như MeI, NaOH, BH3-pyridin, LiAlH4, EDC, PyBOP. Quá trình tổng hợp được thực hiện qua nhiều bước phản ứng, bao gồm tổng hợp block 1 qua con đường azlacton và epoxit, tổng hợp block 3 qua phản ứng tạo Weinreb amit và khử hóa, ghép nối các block tạo thành tripeptit hemiasterlin.

• Phân tích cấu trúc: Xác định cấu trúc các hợp chất bằng các kỹ thuật phổ hiện đại như phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR), phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS), và đo nhiệt độ nóng chảy.

• Đánh giá hoạt tính sinh học: Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào trên bốn dòng tế bào ung thư người (KB, Hep-G2, LU, MCF7) theo phương pháp Mossman, đo nồng độ IC50 để xác định hiệu quả ức chế tế bào.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình tổng hợp và đánh giá hoạt tính được thực hiện trong khoảng thời gian nghiên cứu luận văn thạc sĩ, với các giai đoạn tổng hợp, tinh chế, xác định cấu trúc và thử nghiệm sinh học liên tục.

Cỡ mẫu các hợp chất tổng hợp dao động từ vài chục đến vài trăm miligam, đủ cho các phân tích cấu trúc và thử nghiệm sinh học. Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn các dẫn xuất hemiasterlin có biến đổi cấu trúc đặc trưng nhằm khảo sát ảnh hưởng đến hoạt tính.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công các block 1 chứa nhân naphthalen và benzofuran với hiệu suất từ 38% đến 43% cho các hợp chất axit 3-metyl-2-(metylamino)-3-arylbutanoic, mở rộng đa dạng cấu trúc của block 1 so với hemiasterlin nguyên bản.

2. Phương pháp tổng hợp block 1 qua con đường azlacton cho hiệu suất cao (70-75%) và rút ngắn số bước tổng hợp so với phương pháp truyền thống, đồng thời cho phép tổng hợp các hợp chất có cấu hình thiên nhiên (S) và phi thiên nhiên (R).

3. Các dẫn xuất hemiasterlin có cấu trúc lược giản chứa hệ α,β-cacbonyl-N-axetyl liên hợp được tổng hợp với hiệu suất từ 65% đến 88%, tạo ra các trung tâm phản ứng sinh học mới, tiềm năng nâng cao hoạt tính chống ung thư.

4. Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất hemiasterlin mới được đánh giá trên các dòng tế bào ung thư, nhiều hợp chất đạt nồng độ IC50 thấp trong khoảng nanomolar, tương đương hoặc vượt trội so với hemiasterlin nguyên bản (ví dụ: hợp chất 62c có IC50 = 0,4 nM trên dòng KB-3-1).

5. Biến đổi cấu trúc block 2 và block 3 cũng tạo ra các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao, trong đó các nhóm thế như SCH3, SOCH3, và nguyên tử flo trên block 2 làm tăng khả năng ức chế tế bào ung thư, với IC50 thấp nhất đạt 0,642 nM.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ việc biến đổi cấu trúc các block chính của hemiasterlin, đặc biệt là block 1, nơi chứa các nhóm chức quan trọng ảnh hưởng đến khả năng gắn kết tubulin. Việc thay thế nhân N-metylindol bằng naphthalen và benzofuran không làm giảm hoạt tính mà còn mở rộng phạm vi cấu trúc có thể tổng hợp, phù hợp với mục tiêu tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính cao hơn.

So sánh với các nghiên cứu trước, phương pháp tổng hợp block 1 qua azlacton của Ayako Yamashita được đánh giá là ưu việt hơn về số bước phản ứng và hiệu suất, đồng thời cho phép tổng hợp các đồng phân phi thiên nhiên, điều ít được quan tâm trước đây. Các kết quả hoạt tính sinh học phù hợp với mô hình SAR đã được công bố, khẳng định vai trò quan trọng của các nhóm thế trên block 2 và block 3 trong việc tăng cường tương tác với tubulin.

Dữ liệu hoạt tính có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh IC50 của các dẫn xuất với hemiasterlin nguyên bản, hoặc bảng tổng hợp các giá trị IC50 trên các dòng tế bào khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng biến đổi cấu trúc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiếp tục phát triển phương pháp tổng hợp block 1 qua con đường azlacton nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đơn giản hóa quy trình, giảm số bước phản ứng, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm trong nước.

2. Mở rộng nghiên cứu biến đổi cấu trúc block 2 và block 3 bằng cách thử nghiệm thêm các nhóm thế dị tố và các đồng phân cấu hình khác nhau để tìm kiếm các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao hơn, đặc biệt tập trung vào các nhóm thế có khả năng tăng cường tương tác với tubulin.

3. Thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác dụng in vivo và thử nghiệm lâm sàng sơ bộ các dẫn xuất hemiasterlin có hoạt tính mạnh nhằm đánh giá tiềm năng phát triển thành thuốc chống ung thư.

4. Xây dựng quy trình tổng hợp bán tổng hợp các dẫn xuất hemiasterlin từ các hợp chất thiên nhiên hoặc các tiền chất tổng hợp sẵn để tăng hiệu quả sản xuất và giảm chi phí nghiên cứu.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 2-3 năm tới, với sự phối hợp giữa các nhóm nghiên cứu hóa dược, sinh học phân tử và dược lý, đồng thời có sự hỗ trợ từ các cơ quan quản lý và đầu tư nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa dược và tổng hợp hữu cơ: Luận văn cung cấp các phương pháp tổng hợp đa dạng và hiệu quả cho các dẫn xuất hemiasterlin, giúp mở rộng kho tàng hợp chất có hoạt tính sinh học cao.

2. Chuyên gia nghiên cứu ung thư và dược lý học: Các kết quả về hoạt tính gây độc tế bào và cơ chế tác dụng của hemiasterlin hỗ trợ phát triển các thuốc chống ung thư mới có nguồn gốc sinh vật biển.

3. Sinh viên và học viên cao học ngành Hóa học, Dược học: Tài liệu chi tiết về quy trình tổng hợp, phân tích cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học là nguồn học liệu quý giá cho nghiên cứu khoa học và thực hành phòng thí nghiệm.

4. Các công ty dược phẩm và viện nghiên cứu phát triển thuốc: Thông tin về các dẫn xuất hemiasterlin có hoạt tính mạnh và quy trình tổng hợp có thể ứng dụng trong phát triển sản phẩm thuốc mới, đặc biệt trong lĩnh vực điều trị ung thư.

Câu hỏi thường gặp

1. Hemiasterlin là gì và tại sao nó quan trọng trong nghiên cứu chống ung thư?
   Hemiasterlin là một tripeptit thiên nhiên có hoạt tính chống ung thư mạnh, ức chế sự phân bào tế bào ung thư bằng cách gắn lên tubulin. Hoạt tính nanomolar của nó làm cho hemiasterlin trở thành ứng viên tiềm năng trong phát triển thuốc chống ung thư.

2. Phương pháp tổng hợp block 1 qua con đường azlacton có ưu điểm gì?
   Phương pháp này rút ngắn số bước tổng hợp, tăng hiệu suất và cho phép tổng hợp các đồng phân phi thiên nhiên, giúp đa dạng hóa cấu trúc hemiasterlin và nâng cao hiệu quả nghiên cứu.

3. Các biến đổi cấu trúc trên block 2 và block 3 ảnh hưởng thế nào đến hoạt tính sinh học?
   Thay thế các nhóm metyl trên block 2 bằng nhóm chứa dị tố như SCH3 hoặc flo làm tăng hoạt tính gây độc tế bào. Trên block 3, việc thay đổi nhóm thế và kéo dài mạch cacbon cũng ảnh hưởng đến khả năng gắn kết tubulin và hoạt tính chống ung thư.

4. Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất hemiasterlin mới được đánh giá như thế nào?
   Hoạt tính được đánh giá bằng nồng độ IC50 trên các dòng tế bào ung thư người, nhiều hợp chất đạt IC50 nanomolar, tương đương hoặc vượt trội so với hemiasterlin nguyên bản, chứng tỏ tiềm năng phát triển thuốc.

5. Luận văn có đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo nào không?
   Có, luận văn đề xuất tiếp tục tối ưu hóa phương pháp tổng hợp, mở rộng biến đổi cấu trúc, nghiên cứu cơ chế tác dụng in vivo và phát triển quy trình bán tổng hợp để ứng dụng trong sản xuất thuốc.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công các dẫn xuất hemiasterlin mới với biến đổi cấu trúc nhân naphthalen, benzofuran và hệ α,β-cacbonyl-N-axetyl liên hợp, mở rộng đa dạng cấu trúc và hoạt tính sinh học.
• Phương pháp tổng hợp block 1 qua con đường azlacton được đánh giá cao về hiệu suất và khả năng tổng hợp các đồng phân phi thiên nhiên.
• Nhiều dẫn xuất mới có hoạt tính gây độc tế bào mạnh, với IC50 nanomolar trên các dòng tế bào ung thư, tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư.
• Biến đổi cấu trúc block 2 và block 3 cũng góp phần nâng cao hoạt tính và đa dạng hóa các dẫn xuất hemiasterlin.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa tổng hợp, đánh giá cơ chế tác dụng in vivo và phát triển quy trình bán tổng hợp trong vòng 2-3 năm tới.

Luận văn khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm quan tâm hợp tác phát triển các dẫn xuất hemiasterlin mới, góp phần thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng thuốc chống ung thư có nguồn gốc sinh vật biển tại Việt Nam và quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. HEMIASTERLIN Hemiasterlin là nhóm các tripeptit thiên nhiên mạch thẳng được phân lập từ loài hải miên Hemiasterella minor. Phân tử hemiasterlin được cấu tạo từ ba đơn vị amino axit bất thường. Do có độc tính mạnh với nhiều dòng tế bào ung thư nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.

Hiện nay, một số hemiasterlin đang được thử nghiệm điều trị ung thư ở giai đoạn hai. Phân lập hemiasterlin Năm 1994, lần đầu tiên nhóm nghiên cứu của Kashman đã phát hiện và phân lập được hemiasterlin (1) từ loài hải miên Hemiasterella minor ở vịnh Dodwana với hàm lượng rất thấp 0,01% so với khối lượng mẫu khô [1]. Cấu trúc phức tạp của hemiasterlin đã được Kashman chứng minh bằng nhiều phương pháp phổ như phổ khối lượng phân giải cao bắn phá nhanh ghép nối khối phổ (HRFABMS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D và phổ IR đã khẳng định cấu trúc mạch thẳng của hemiasterlin gồm ba amino axit bất thường sắp xếp lần lượt theo thứ tự A,B,C, nhưng không giải thích được cấu hình không gian của các nhóm thế trên ba amino axit. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu của Raymond J.

Andersen đã phân lập được hai dẫn xuất khác của hemiasterlin là hemiasterlin A (5), hemiasterlin 4 B (6) từ loài hải tiêu Auletta và Cymbastella [2]. Do cấu trúc phức tạp của hemiasterlin và hàm lượng hemiasterlin trong các mẫu hải tiêu rất thấp nên đến năm 1996 cấu trúc không gian của hemiasterlin mới được khẳng định nhờ phổ nhiễu xạ tia X [3], sau này được các nhà khoa học chứng minh bằng nhiều phương pháp hiện đại [20]. Năm 1999, nhóm nghiên cứu của Chandra K. Boyd và các cộng sự đã phân lập được bốn dẫn xuất hemiasterlin (1), hemiasterlin A, B và C (5-7) từ hai loài hải miên Auletta sp.

và Siphonochalina spp., đây là lần đầu tiên hemiasterlin C (7) được phân lập chứng minh cấu trúc [5]. Như vậy, việc phân lập được hemiasterlin từ các loài hải miên với cấu trúc độc đáo đã cuốn hút được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu phân lập nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có trúc lý thú từ sinh vật biển. Hoạt tính sinh học của hemiasterlin Kết quả sàng lọc hoạt tính ban đầu của Kashman đã khẳng định khả năng gây độc tế bào ung thư P388 leukaemia của hemiasterlin (1) ở nồng độ IC50 = 19 nM [1]. Năm 1995, Andersen đã thử nghiệm lại độc tính tế bào của hemiasterlin trên dòng P388 leukaemia với nồng độ ức chế IC50 = 8,7 nM [2].

So sánh hai kết quả nghiên cứu, nhóm Andersen đã giải thích do mẫu hemiasterlin của họ có độ sạch cao hơn, điều này phù hợp với sự khẳng định của nhóm Kashman năm 1994 là mẫu hemiasterlin cho nghiên cứu hoạt tính có độ sạch chưa cao [1,2]. Cũng trong công trình này, Andersen đã khẳng định độc tính của hemiasterlin với nhiều dòng tế bào khác như: ung thư vú MCF7 (ED50 = 0,089 µg/ml), ung thư glioblastoma/astrocytoma U373 (ED50 = 0,012 µg/ml), ung thư ovarian carcinoma HEY (ED50 = 0,0014 µg/ml), các dẫn chất hemiasterlin A, B có hoạt tính gây độc tế bào mạnh hơn hemiasterlin (1) [2]. 5 Năm 1997, nhóm nghiên cứu của Andersen đã phát hiện cơ chế chống ung thư của hemiasterlin. Hoạt tính độc tế bào của hemiasterlin là do làm ngưng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase của động học tế bào nhờ ức chế quá trình polyme hóa tubulin bởi sự gắn kết của hemiasterlin lên vị trí Vinca peptit của tubulin.

Tác động này tương tự như một số tác nhân chống ung thư khác gắn kết lên tubulin đã được ứng dụng trong hóa trị liệu ung thư paclitaxel hoặc vinblastin, ở khoảng liều ED50 từ 0,5 nM đến 28 nM [4,22,50]. Như vậy, nhóm chất hemiasterlin được phân lập từ loài hải miên không chỉ có cấu trúc hóa học độc đáo mà chúng còn có hoạt tính gây độc tế bào mạnh với nhiều dòng tế bào ung thư. Kết quả này đã mở ra hướng nghiên cứu tìm các hợp chất chống ung thư mới có nguồn gốc sinh vật biển [23]. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN THEO ANDERSEN Hemiasterlin có hoạt tính gây độc tế bào ung thư rất cao nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm tìm kiếm các thuốc mới cho điều trị ung thư có nguồn gốc thiên.

Tuy nhiên, hàm lượng của hemiasterlin trong tự nhiên rất thấp (0,01%) và quá trình thu thập mẫu hải miên gặp nhiều khó khăn nên quá trình phân lập hemiasterlin thường không đủ cho nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính và cấu trúc [1]. Đặc biệt hemiasterlin có cấu trúc rất độc đáo gồm ba đơn vị axit amin bất thường nên được nhiều nhà tổng hợp hữu cơ nghiên cứu tổng hợp toàn phần. Từ các ý tưởng trên Andersen và cộng sự đã đưa ra phương pháp tổng hợp toàn phần hemiasterlin lần đầu tiên năm 1997 [6,7]. Để tổng hợp toàn phần hemiasterlin, người ta phân tích tổng hợp ngược từ các block1, block 2 và block 3 sau đó tổng hợp từng block và ghép nối các block tạo thành hemiasterlin.

Cấu trúc các block của hemiasterlin Bước khó nhất của qui trình tổng hợp hemiasterlin là block 1 là phải điều khiển cấu hình bất đối của nhóm NH-metyl. Tổng hợp block 1 được tóm tắt như sơ đồ 1. CO2H CO2Me CO2Me CO2Me CH2N2, Et2O KHMDS, KHMDS N N MeI, THF N MeI, THF N H Me Me 9 11 Me 8 10 DIBAL-H, THF, -78 tíi 0 oC CH=CHOMe CHO CH2OH Ph3PCH2OMeCl, TPAP, NMO, CH2Cl2 N Me KOt-Bu, THF N N Me Me 14 13 TsOH, 12 dioxan, H2O CH2CHO CH2CO2H NaClO2, NaH2PO4, N t-BuOH, H2O Me N Me 15 16 Sơ đồ 1. Đầu tiên, nguyên liệu indol-3-ylaxetic axit (8) được chuyển hóa thành dẫn xuất metyl este 9 nhờ phản ứng với diazometan trong dung môi dietyl ete, tiếp theo hợp chất 9 được metyl hóa liên tiếp hai lần trong sự có mặt của bazơ mạnh KHMDS với tác nhân metyl hóa MeI trong dung môi THF, tạo thành sản phẩm dimetyl hóa 11.

Sau đó, khử hóa chọn lọc chất 11 bằng tác nhân DIBAL-H trong THF ở nhiệt độ thấp tạo thành ancol bậc một 12. Tiếp theo ancol 12 được oxy hóa chọn lọc bằng MNO trong sự có mặt của TPAP trong dung môi diclometan tạo thành andehit 13. Tăng mạch cacbon của chất 13 nhờ phản ứng Wittig với Ph3PCH2OMeCl, xúc tác t- 7 BuOK trong dung môi THF tạo thành chất 14, thủy phân chất 14 bằng TsOH trong dioxan tạo thành andehyt 15, sau đó chất 15 được oxy hóa bằng tác nhân natri clorit trong môi trường kiềm yếu tạo thành axit 16 (sơ đồ 1. Chất 16 được gắn với tác nhân Evan tạo thành chất 17, tiếp theo hợp chất 17 được azit hóa chọn lọc bằng tác nhân trisyl azit tạo thành chất 18 có độ chọn lọc lập thể cao nhờ định hướng của tác nhân Evan.

Sau đó, azit 18 được khử hóa bằng hydro có xúc tác Pd(C) tạo thành amin 19. Nhóm amin của chất 19 được bảo vệ bằng Boc nhờ phản ứng với Boc2O trong dung môi etyl axetat tạo thành chất 20. Hợp chất 20 được loại bỏ tác nhân Evan nhờ phản ứng oxy hóa bằng H2O2 trong môi trường kiềm LiOH tạo thành axit 21, sau đó metyl hóa chất 21 bằng MeI có mặt của tác nhân kiềm NaH trong dung môi DMF tạo thành chất 22. Thủy phân hợp chất 22 bằng LiOH trong dung môi MeOH/H2O tạo thành axit 23 (block 1) (sơ đồ 1.

Pivaloyl clorid, THF N O OH OLi N N , THF, -78oC 16 2. N Me 17 Me O 24 KHMDS, trisylN3, THF, -78oC O O O O O O Boc2O, EtOAc N H2/Pd(C) N N O O O NH NH2 N3 N Boc N N Me Me Me 20 19 18 LiOH, H2O2, MeOH O O O OH NaH, MeI, DMF OCH LiOH, MeOH, H2O 3 OH HN HN HN N Boc N Me N Me Me Me Me 21 22 23 Block 1 Sơ đồ 1. Như trình bày ở trên Andersen tổng hợp các block riêng lẻ sau đó tổng hợp hemiasterlin nhờ ghép nối từng block với nhau theo nguyên tắc 8 dipeptit block 2-3 ghép nối với block 1. Cho nên sau khi tổng hợp block 1 Andersen tổng hợp block 3 nhờ sử dụng nguyên liệu đầu cho tổng hợp block 3 là L-Boc-valin.

Cấu hình E-olefin trên block 3 được tổng hợp chọn lọc nhờ phản ứng Wittig, sơ đồ tổng hợp block 3 được Andersen đưa ra như sau: Sơ đồ 1. Tổng hợp block 3 của hemiasterlin Nguyên liệu (S)-N-Boc-metylvalin 25 phản ứng với [H2N(OMe)Me]Cl trong sự có mặt của DCC và i-Pr2NEt, trong dung môi axetonitrin tạo thành Weinreb amit 26. Tiếp theo, khử hóa chất 26 với tác nhân khử LiAlH4 trong THF ở -78oC tạo thành andehit 27 với hiệu suất 55%. Phản ứng của chất 27 với tác nhân Wittig Ph3P=C(Me)CO2Et trong dung môi CH2Cl2 tạo thành sản phẩm chọn lọc lập thể E-olefin 28.

Sau đó loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của chất 28 bằng axit trifloaxetic tạo thành chất 29 (block 3) với hiệu suất 95%. Andersen tổng hợp dipeptit block 2,3 (32) nhờ phản ứng ghép nối của block 3 (29) với block 2 là L-Boc-leuxin (30) trong sự có mặt của các tác nhân hoạt hóa PyBroP và DMAP, trong dung môi diclometan tạo thành chất 31. Sau đó loại nhóm bảo vệ Boc nhờ phản ứng TFA tạo thành muối 32, tiếp theo muối 32 phản ứng với chất 23 (block 1) tạo thành dẫn xuất etyl este 33 có nhóm bảo vệ Boc ở block 1. Nhóm Boc của este 33 được loại bỏ nhờ phản ứng với TFA tạo thành chất 34, cuối cùng thủy phân chất 9 34 để loại bỏ nhóm etyl của đầu este bằng tác nhân tủy phân chọn lọc là LiOH trong hỗn hợp dung môi metanol: nước ở nhiệt độ phòng trong thời gian 15h tạo thành hemiasterlin (1) với hiệu suất 83% [2] (sơ đồ 1.

Hiệu suất tổng mà Andersen tổng hợp hemiasterlin từ nguyên liệu đầu là 0,6%. Tổng hợp mạch nhánh của hemiasterlin Như vậy, lần đầu tiên Andersen đã tổng hợp toàn phần hemiasterlin với hiệu suất cao nhờ tổng hợp riêng biệt các block 1,2 và 3 sau đó ghép nối block 2 với block 3 tạo thành dipeptit block 2-3, cuối cùng ghép nối với block 1 tạo thành hemiasterlin. Đây là kết quả rất lý thú được nhiều nhà khoa học quan tâm và cũng là phương pháp để chúng tôi áp dụng cho tổng hợp các hemiasterlin mới nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có cấu trúc lý thú và hoạt tính sinh học cao. TỔNG HỢP DẪN XUẤT HEMIASTERLIN HTI-286 Từ thành công của phản ứng tổng hợp toàn phần hemiasterlin Andersen đã nghiên cứu tổng hợp nhiều dẫn chất khác của hemiasterlin nhờ thay từng block 1, block 2 và block 3 trên phân tử nguyên gốc bằng những nhóm thế mới và khảo sát hoạt tính chống ung thư của chúng [7,22,49].

Kết 10 quả đã nhận được một số dẫn xuất mới của hemiasterlin với cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú.