ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn thế giới. Trên toàn cầu, ước tính có khoảng 20 triệu ca mắc ung thư mới và 10 triệu ca tử vong do ung thư. Số ca mắc mới được dự đoán sẽ tăng lên khoảng 30 triệu ca ung thư mới vào năm 2040, với sự gia tăng lớn nhất xảy ra ở các nước có thu nhập thấp và trung bình [1]. Thực trạng này cho thấy việc nghiên cứu phát triển các thuốc điều trị ung thư là rất cấp thiết.
Ngày nay, xu hướng nghiên cứu phát triển các thuốc điều trị ung thư có nguồn gốc thiên nhiên dưới dạng dẫn chất hoặc bán tổng hợp đang được nhiều nhà khoa học quan tâm. Nổi bật là dẫn chất của artemisinin được phân lập chủ yếu từ lá cây Thanh Hao hoa vàng Artemisia annua với tác dụng điều trị sốt rét, chống tăng sinh và tiêu diệt tế bào ung thư [2-4]. Mặc dù cơ chế hoạt động vẫn chưa rõ ràng, nhưng tác dụng kháng ung thư dựa trên nguyên lý tương tự tác dụng chống sốt rét thông qua gốc tự do tạo ra từ tương tác của cầu peroxid của artemisinin và sắt trong nhân hem [5]. Artemisinin và các dẫn chất đều là những hợp chất rất an toàn, có độc tính thấp.
Tuy nhiên, chúng dễ bị chuyển hoá nhanh về dihydroartemisinin dưới tác dụng của cytochrom P450. Để khắc phục những nhược điểm này, các nhà khoa học đã nghiên cứu tìm kiếm các lớp chất mới bền với CYP450 và có hoạt tính cao hơn artemisinin. Trong đó các nghiên cứu trước đây đã cho thấy, các dẫn chất của 11-azaartemisinin có hoạt tính tốt hơn artemisinin [6- 7]. Thêm vào đó, việc sử dụng các aryl halogenid trong nghiên cứu phát triển thuốc mang lại nhiều ưu điểm triển vọng.
Các kết quả thử nghiệm in vitro đã cho thấy việc halogen hóa giúp cải thiện liên kết màng, tăng tính thấm qua hàng rào máu não và màng tế bào [8-9]. Do đó, việc ghép nối khung artemisinin với các hợp chất thơm có nhóm thế halogen trở thành một trong những nghiên cứu có triển vọng để phát triển thuốc mới. Vì vậy, đề tài: “Tổng hợp và thử tác dụng gây độc tế bào ung thư của một số dẫn chất 11-azaartemisinin chứa aryl halogenid”, được thực hiện với 2 mục tiêu chính: 1. Tổng hợp được các dẫn chất 11-azaartemisinin chứa aryl halogenid.
Thử hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn chất tổng hợp được. Tổng quan về artemisinin Artemisinin được phân lập từ cây Thanh Hao hoa vàng Artemisia annua L. Cây Thanh Hao hoa vàng từ lâu đã được sử dụng trong y học cổ truyền Trung Quốc làm thuốc nhưng đến năm 1967 mới được nghiên cứu, năm 1972 được chiết xuất dưới dạng tinh thể và năm 1979 artemisinin được xác định cấu trúc hóa học [11]. Việc khám phá ra artemisinin và khẳng định tác dụng chống rét của nó được xem là một trong những phát hiện thuốc vĩ đại nhất nửa sau thế kỉ XX.
Công thức cấu tạo của artemisinin Artemisinin có tên khoa học là (3R,6R,9R,12S,12aR)-3,6,9-trimethyloctahydro- 12H-3,12-epoxy[1,2] dioxepino [4,3-i] isochromen-10 (3H) - one. Khối lượng phân tử 282,33 g/mol. Công thức phân tử C15H22O5[12]. Bên cạnh tác dụng nổi bật là chống sốt rét, gần đây nhiều nhà khoa học đã phát hiện ra rằng artemisinin và dẫn chất có nhiều tiềm năng mới đặc biệt là tác dụng kháng ung thư [2-4].
Tác dụng chống kí sinh trùng sốt rét của artemisinin và dẫn chất Artemisinin có tác dụng chống ký sinh trùng sốt rét (ở nồng độ cỡ nM) [13]. Tuy nhiên artemisinin có một số nhược điểm, do đó các dẫn chất của artemisinin đã được tổng hợp và sử dụng trong lâm sàng như dihydroartemisinin (2), artemether (3) và artesunic acid (4) với mong muốn nâng cao hiệu lực tác dụng. Artemisinin và dẫn chất Artemisinin và dẫn chất tác động nhanh đối với thể phân liệt và làm sạch kí sinh trùng sốt rét trong 24 giờ. Artemisinin tác dụng trên giai đoạn hồng cầu của kí sinh trùng sốt rét nhưng lại không ảnh hưởng đến giai đoạn ngoài hồng cầu, nên artemisinin không có tác dụng dự phòng sốt rét.
Ở nồng độ 10-7 M, artemisinin và dẫn chất ức chế in vitro một cách rõ rệt sự phát triển và nhân lên của kí sinh trùng sốt rét P. Do có chứa nhóm peroxid trong cấu trúc, khi được hoạt hóa bởi sắt tự do hay sắt gắn với hem, artemisinin tạo thành gốc tự do có thể alkyl hóa nhiều protein. Tác dụng của artemisinin có thể liên quan đến gốc tự do trong không bào tiêu hóa của kí sinh trùng, làm ức chế enzym PfATP6 là ATPase phụ thuộc Ca2+ của kí sinh trùng [14]. Hồng cầu người chứa 20 mM hem, ở dạng hemoglobin.
Kí sinh trùng sốt rét tiêu hóa khoảng 25% hemoglobin của hồng cầu nhưng không thoái hóa hem, dẫn đến tích lũy hem trong không bào tiêu hóa. Điều này giải thích tại sao artemisinin gây độc chọn lọc đối với kí sinh trùng [15]. Tác dụng chống ung thư của artemisinin và dẫn chất Artemisinin lần đầu tiên được phát hiện có hoạt tính chống ung thư vào năm 1993 khi một số artemisinin và dẫn chất bao gồm artesunat đã được nghiên cứu trên tế bào khối u cổ trướng Ehrlich (dòng tế bào có nguồn gốc từ khối u tuyến vú trên mô hình chuột). Tất cả các hợp chất thể hiện hoạt tính trên dòng tế bào khối u với IC50 dao động từ 12,2 đến 29,8 μM [16].
Tuy nhiên, giá trị IC50 trên tế bào khối u cao hơn rõ rệt khi so sánh với hoạt tính của artemisinin trong điều trị bệnh sốt rét (1,3 μM) cho thấy liều artemisinin cao hơn là cần thiết để có hoạt tính chống ung thư [16]. Nghiên cứu đầy hứa hẹn này đã dẫn đến việc đánh giá artemisinin và dẫn chất của nó trong một số dòng tế bào ung thư in vitro. 3 Artesunat và DHA là các dẫn chất thường được khảo sát nhiều nhất. Artesunat đã được thử nghiệm với 55 loại dòng tế bào khối u khác nhau.
Kết quả cho thấy artesunat có tác dụng mạnh nhất đối với các dòng tế bào ung thư bạch cầu và ung thư ruột kết với giá trị IC50 lần lượt là 1,11±0,56 μM và 2,13±0,74 μM. Các dòng tế bào ung thư phổi không tế bào nhỏ cho giá trị IC50 trung bình cao nhất 25,62±14,95 μM cho thấy độ nhạy thấp nhất đối với artesunat trong thử nghiệm này [17]. Một số dòng tế bào ung thư khác cũng nhạy cảm với artesunat như ung thư hắc tố, vú, buồng trứng, tuyến tiền liệt, thần kinh trung ương và ung thư thận. Điều quan trọng khi so sánh khả năng gây độc tế bào của artesunat với độc tính tế bào của các thuốc khác cho thấy artesunat có hoạt tính ở phạm vi phân tử tương đương với hoạt tính của các thuốc chống khối u đã được điều trị [17].
Chất chuyển hóa có hoạt tính của artemisinin, dihydroartemisinin (DHA) đã được chứng minh là có hiệu quả với tế bào bệnh bạch cầu MOLT-4 với tốc độ gây chết tế bào nhanh sau 8 giờ với 27,5% tế bào trải qua quá trình apoptosis. Chất chuyển hóa có hoạt tính của artemisinin, dihydroartemisinin (DHA) đã được chứng minh là có hiệu quả với tế bào bệnh bạch cầu MOLT-4 với tốc độ chết tế bào nhanh sau 8 giờ với 27,5% tế bào trải qua quá trình apoptosis. Các hợp chất nhóm artemisinin (chủ yếu là artesunat và DHA) đã được thử nghiệm in vivo sử dụng một số mô hình động vật về bệnh ung thư bao gồm bệnh bạch cầu [18], sarcoma [19], ung thư vú [20], tuyến tụy [21], gan [22] và ruột kết [23]. Những nghiên cứu điển hình ban đầu này đã dẫn đến sự phát triển của các thử nghiệm lâm sàng được kiểm soát nhiều hơn.
Một thử nghiệm lâm sàng ở bệnh ung thư phổi không tế bào nhỏ tiến triển đã nghiên cứu sự kết hợp điều trị bằng artesunat [24]. Vinorelbin và cisplatin được dùng có hoặc không có artemisinin bằng đường tiêm tĩnh mạch (120 mg). Kết quả thu được cho thấy tỷ lệ kiểm soát bệnh của nhóm thử nghiệm (88,2%) cải thiện đáng kể khi so sánh với nhóm chứng (72,7%). Tiếp đó nghiên cứu lâm sàng riêng biệt đã thử nghiệm artenimol, một este succinat của DHA trong điều trị ung thư cổ tử cung.
Các triệu chứng của bệnh thuyên giảm trong vòng ba tuần sau khi điều trị bằng thuốc artenimol (200 mg/ngày) ở tất cả người bệnh [25]. Cơ chế gây độc tế bào ung thư của artemisinin đã được nghiên cứu in vitro. Cầu endoperoxid của artemisinin rất quan trọng với hoạt tính chống ung thư và hoạt tính 4 chống sốt rét. Khi cầu endoperoxid bị loại bỏ khỏi DHA, kết quả là làm giảm 50-130 lần độc tính ở tế bào ung thư bạch cầu HL60 (human leukemia cell line) và tế bào bệnh bạch cầu Jurkat khi so sánh với DHA chứa endoperoxid [26].
Nghiên cứu cho thấy sự bẻ gãy cầu endoperoxid tạo nên trung gian ROS, gây hỏng DNA và chết tế bào. Thêm vào đó, artesunat gây ra sự ức chế tăng sinh, quá trình apoptosis và sự suy giảm glutathion trong các tế bào bệnh bạch cầu KG-1a ở người để đáp ứng lại sự sản sinh ra ROS [27]. Sắt cần thiết cho hoạt tính của artemisinin. Hai cơ chế tác dụng đã được giả thuyết [28].
Thứ nhất, artemisinin tích lũy trong endosom trước khi được kích hoạt bởi sắt không liên kết. Điều này dẫn đến việc tạo ra của các ROS gây ra tổn thương lysosom, làm gián đoạn quá trình vận chuyển nội tiêu hóa và quá trình apoptosis qua trung gian ti thể. Thứ hai, một kiểu tác dụng thay thế bao gồm sự hoạt hóa của artemisinin bởi nhân hem trong ty thể dẫn đến sản xuất của các gốc carbon tự do. Các gốc này sau đó tạo thành các sản phẩm cộng có thể can thiệp vào chuỗi vận chuyển điện tử bằng cách tương tác với các protein liên kết với hem.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự gia tăng nồng độ sắt nội bào có thể làm tăng khả năng gây độc tế bào của artemisinin gấp 100 lần nếu tế bào ung thư được nạp sắt hoặc holotransferrin bão hòa sắt [29]. Các tế bào ung thư tăng đáng kể nhu cầu về sắt cũng như tốc độ chuyển hóa sắt và biểu hiện của các thụ thể transferrin khi so sánh với các tế bào khỏe mạnh, khiến chúng dễ bị nhiễm độc tế bào artemisinin hơn qua đó cho thấy tính chọn lọc của artemisinin với tế bào ung thư. Tình hình nghiên cứu của artemisnin và dẫn chất Một số dẫn chất của artemisinin đã được phát triển để tìm kiếm các hợp chất có tính kháng ung thư cao. Các nghiên cứu này được thực hiện trên nguyên tử C-10 và O- 11.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11-azaartemisinin lần đầu được nghiên cứu và tổng hợp bởi Ziffer và cộng sự [30].