I. Tổng Quan Nghiên Cứu Hemiasterlin Tổng Hợp và Tiềm Năng
Nghiên cứu các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển đang phát triển mạnh mẽ. Gần 20000 hợp chất đã được phân lập, nhưng việc thu thập mẫu vật biển khó khăn. Các hợp chất tách ra chủ yếu phục vụ xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính in vitro, làm khuôn mẫu cho tổng hợp sinh học hoặc hóa học. Nghiên cứu tổng hợp toàn phần hemiasterlin và bán tổng hợp các hợp chất từ sinh vật biển được quan tâm, cung cấp đủ mẫu cho nghiên cứu in vivo và thử nghiệm lâm sàng, đồng thời tạo ra các dẫn xuất mới. Hemiasterlin là một tripeptid có hoạt tính chống ung thư ở ngưỡng nM với nhiều dòng tế bào ung thư thực nghiệm, được phân lập từ loài hải tiêu Hemiasterella minor năm 1994.
1.1. Phân Lập và Hoạt Tính Sinh Học Của Hemiasterlin
Hemiasterlin (1) là tripeptid được Kashman và cộng sự phân lập từ loài Hải tiêu Hemiasterella minor, năm 1994. Andersen và cộng sự đã phân lập được hemiasterlin A (2), hemiasterlin B (3) từ loài Hải tiêu Auletta và Cymbastella. Cấu trúc tripetid của các hemiasterlin đã được Kashman và Andersen chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều. Do cấu trúc phức tạp và hàm lượng thấp (0,01% khối lượng mẫu khô), cấu trúc mạch thẳng với ba amino axit bất thường và cấu hình không gian của hemiasterlin mới được khẳng định nhờ phổ nhiễu xạ tia X năm 1996.
1.2. Cấu Trúc Hemiasterlin và Mối Quan Hệ Hoạt Tính Sinh Học
Kết quả sàng lọc hoạt tính ban đầu cho thấy hemiasterlin (1) có khả năng gây độc tế bào mạnh với IC50 = 19nM trên dòng tế bào ung thư P388 leukaemia. Các dẫn chất hemiasterlin A, B và C có hoạt tính kháng lại tế bào ung thư MCF 7 mạnh hơn 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 alkaloid của tubulin.
1.3. Hemiasterlin và Dẫn Xuất HTI 286 và Tiềm Năng Ứng Dụng
Đã có rất nhiều nghiên cứu tạo ra các dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách 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. Kết quả đã nhận được một số dẫn xuất mới của hemiasterlin với cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú. Trong đó HTI-286 (5) là dẫn xuất có cấu trúc lược giản của hemiasterlin có sự thay thế N-metyltryptophan bằng nhóm phenyl, hoạt tính gây độc tế bào của HTI-286 mạnh hơn hemiasterlin.
II. Thách Thức và Phương Pháp Tổng Hợp Hemiasterlin Toàn Phần
Hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính sinh học lý thú được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, hàm lượng của hemiasterlin trong tự nhiên rất thấp (0,01%). Andersen và Piers đã đưa ra phương pháp tổng hợp toàn phần hemiasterlin lần đầu tiên năm 1997. 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.
2.1. Tổng Hợp Block 1 Hemiasterlin Điều Khiển Cấu Hình Bất Đối
Bước khó nhất của qui trình tổng hợp hemiasterlin là block 1 do cần phải điều khiển cấu hình bất đối của nhóm amid. Indol-3-ylaxetic axit (7) được chuyển hóa thành dẫn xuất metyl este 8 nhờ phản ứng với diazometan, tiếp theo hợp chất 8 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 10.
2.2. Tổng Hợp Block 3 Hemiasterlin Kiểm Soát Lập Thể Olefin E
Block 3 có chứa nhóm olefin cấu hình E nên phải điều khiển lập thể cho tổng hợp chọn lọc nhóm olefin. Nguyên liệu (S)-N-Boc-methylvaline 19 phản ứng với [H2N(OMe)Me]Cl trong sự có mặt của DCC và i-Pr2Net, trong dung môi axetonnitrin tạo thành Weinreb amid 20. Tiếp theo, khử hóa chất 20 với tác nhân LiAlH4 trong THF ở -78oC tạo thành andehit 21 với hiệu suất 55%.
2.3. Ghép Nối Block và Hoàn Thiện Tổng Hợp Hemiasterlin
Andrenson đã sử dụng block 2 là Boc-leucine (24) ghép với block 3 (23) trong sự có mặt của tác nhân PyBroP và DMAP trong dung môi diclometan tạo thành chất 25. Sau đó loại nhóm bảo vệ Boc nhờ phản ứng TFA tạo thành muối 26, tiếp theo muối này phản ứng với chất 18c (block 1) tạo thành dẫn xuất etyl este 27. Nhóm Boc của este 27 được loại bỏ nhờ phản ứng với TFA tạo thành muối 28, cuối cùng thủy phân chất 28 bằng LiOH trong hỗn hợp dung môi metanol/nước ở nhiệt độ phòng trong thời gian 15h tạo thành hemiasterlin (1) với hiệu suất 83%.
III. Phương Pháp Thay Đổi Block 1 Cải Tiến Tổng Hợp Hemiasterlin
Kết quả tổng hợp toàn phần hemiasterlin của Andrenson đã khẳng định sự khó khăn trong tổng hợp block 1, do phải thực hiện liên tiếp 15 phản ứng và phải điều khiển lập thể của nhóm metyl amoni, hiệu suất tổng không cao. Do đó, người ta đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến phương pháp tổng hợp block 1.
3.1. Tổng Hợp Block 1 Qua Con Đường Azlacton Ưu và Nhược
Nhằm cải tiến phương pháp tổng hợp block 1 của hemiasterlin, Ayako Yamashita và cộng sự đã nghiên cứu và đưa ra hai phương pháp tổng hợp. Phương pháp đầu tiên qua con đường tổng hợp azlacton. Các aryl andehit 29 phản ứng với axetyl glyxin trong sự có mặt của xúc tác natri axetat, dung môi anhidrit axetic khan, tại nhiệt độ phòng tạo thành chất chìa khóa azlacton 30.
3.2. Tổng Hợp Block 1 Qua Con Đường Epoxy Hóa Giải Pháp Thay Thế
Do phương pháp tổng hợp qua con đường azlacton còn gặp nhiều khó khăn trong giai đoạn thủy phân azlacton 30 về axit 31 do quá trình thủy phân không chọn lọc do tạo thành amid và hiệu suất phản ứng thấp. Do đó, Ayako Yamashita đã đưa ra phương pháp thứ hai là qua con đường epoxit hóa. Andehit 35 phản ứng với isopropyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate 36 trong sự có mặt của tác DME và xúc tác kiềm mạnh LDA trong dung môi CH2Cl2 ở -78oC sau đó nâng dần lên -40oC trong 15h tạo thành epoxide 37.
3.3. Tổng Hợp Block 1 Từ Nguyên Liệu Dimetyl Phương Pháp Vedej
Do sự khó khăn cho tổng hợp nhóm dimetyl của block 1 nên Vedej đã đưa ra phương pháp tổng hợp block1 từ nguyên liệu có chứa sẵn hai nhóm dimetyl. Nguyên liệu dimetyl 44 phản ứng với (R)-2-phenylglycinol với sự có mặt của Sc(OTf)3 và Bu3SnCN, trong dung môi CH2Cl2 ở 0oC tạo thành hỗn hợp racemic 45 và 46.
IV. Thay Đổi Block 2 3 Đa Dạng Hóa Cấu Trúc Hemiasterlin
Người ta cũng có thể thay đổi cấu trúc của block 2 và block 3 để tổng hợp các dẫn xuất mới của hemiasterlin có cấu trúc lý thú. Trọng tâm của việc thay đổi cấu trúc trên block 2 và block 3 làm đa dạng hóa cấu trúc của các nhóm tert-butyl của leucine và gắn thêm các nhóm thế vào đầu cacbon trên block 3.
4.1. Thay Đổi Block 2 Bằng Nhóm Tert Butyl Nghiên Cứu Chuan Niu
Để tổng hợp hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính lý thú, Chuan Niu đã tổng hợp block 2 bằng cách thay thế cấu trúc của các nhóm tert-butyl. Nguyên liệu 62 được bảo vệ bằng Boc2O có mặt của NaHCO3 trong dung môi H2O tạo thành hợp chất 63. Sau đó, chất 63 phản ứng với chất 61 trong sự có mặt của tác nhân PyBOP và DIEA, trong dung môi CH2Cl2 tạo thành chất 64.
4.2. Thay Thế Metyl Bằng Flo Biến Đổi Cấu Trúc Block 2
Chuan Niu thay đổi block 2 bằng cách thay thế một nhóm metyl trong nhóm tert-butyl bằng nguyên tử flo. Bảo vệ nhóm amid của nguyên liệu đầu flo-valine 69 bằng Boc2O nhờ xúc tác NaHCO3 trong dung môi H2O tạo thành hợp chất 70. Sau đó, chất 70 phản ứng với chất 61 với...
V. Ứng Dụng Hemiasterlin Tiềm Năng Phát Triển Thuốc Ung Thư
Các nghiên cứu về hemiasterlin và các dẫn xuất của nó đã mở ra tiềm năng lớn trong việc phát triển các loại thuốc chống ung thư mới. Hoạt tính ức chế sự phân bào và khả năng gắn kết với tubulin của hemiasterlin là những đặc điểm quan trọng, hứa hẹn mang lại hiệu quả điều trị cao đối với nhiều loại ung thư khác nhau.
5.1. Hemiasterlin và Vi Ống Cơ Chế Tác Dụng Chống Ung Thư
Hemiasterlin tác động lên vi ống, một cấu trúc quan trọng trong quá trình phân bào của tế bào. Bằng cách ức chế sự polyme hóa tubulin, hemiasterlin ngăn chặn sự hình thành của vi ống, dẫn đến sự ngừng trệ của quá trình phân bào và cuối cùng là cái chết của tế bào ung thư.
5.2. Nghiên Cứu Hemiasterlin In Vitro và In Vivo Đánh Giá Hiệu Quả
Các nghiên cứu hemiasterlin in vitro đã chứng minh khả năng gây độc tế bào mạnh mẽ của hợp chất này đối với nhiều dòng tế bào ung thư. Các nghiên cứu hemiasterlin in vivo trên động vật cũng cho thấy hiệu quả trong việc ức chế sự phát triển của khối u.
VI. Kết Luận Hemiasterlin và Hướng Nghiên Cứu Tương Lai
Hemiasterlin là một hợp chất tự nhiên đầy hứa hẹn với tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư. Các nghiên cứu về tổng hợp và biến đổi cấu trúc hemiasterlin đã mở ra nhiều hướng đi mới trong việc phát triển các loại thuốc chống ung thư hiệu quả hơn.
6.1. Tổng Hợp Bất Đối Xứng Hemiasterlin Thách Thức và Cơ Hội
Tổng hợp bất đối xứng hemiasterlin là một thách thức lớn, nhưng cũng là cơ hội để tạo ra các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao hơn. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả và chọn lọc lập thể là rất quan trọng.
6.2. Hemiasterlin và Các Thử Nghiệm Lâm Sàng Bước Tiến Quan Trọng
Việc tiến hành các thử nghiệm lâm sàng hemiasterlin là bước tiến quan trọng để đánh giá hiệu quả và độ an toàn của hợp chất này trong điều trị ung thư ở người. Kết quả của các thử nghiệm này sẽ quyết định tương lai của hemiasterlin trong lĩnh vực y học.
