Luận án nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của hợp chất quinazolin - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

MỞ ĐẦU Theo số liệu thống kê của Globocan, trên biểu đồ các bệnh ung thư toàn cầu năm 2008, ung thư phổi chiếm 13% tổng số ca bệnh mới và 18,2% số ca tử vong. Ung thư phổi là một trong những bệnh nguy hiểm hiện nay trên thế giới, trong đó ung thư phổi không phải tế bào nhỏ (UTPKPTBN) rất phổ biến và được xem là một căn bệnh nguy hiểm (Ung thư phổi không tế bào nhỏ bắt đầu hình thành từ các tế bào khỏe mạnh trong phổi. Vì một lý do nào đó, phần lớn là do hút thuốc lá hoặc tiếp xúc thường xuyên với khói thuốc lá, các tế bào khỏe mạnh đột nhiên phân chia không kiểm soát, từ đó hình thành khối u tại phổi. Khối u có thể lành tính hoặc ác tính).

Căn bệnh này đang gia tăng đáng kể ở các nước thu nhập thấp và trung bình. Tại Việt Nam, ung thư phổi đứng hàng thứ 2 về số ca bệnh và số lượng bệnh nhân tử vong trong tổng số các loại ung thư hàng năm ở cả hai giới nam và nữ. Ung thư phổi được chia làm hai loại: ung thư phổi tế bào nhỏ và UTPKPTBN. Mỗi loại phát triển theo những cách khác nhau và hướng điều trị cũng khác nhau.

Trong đó, UTPKPTBN chiếm khoảng 80% tổng số ca bệnh ung thư phổi. Việc điều trị UTPKPTBN thường được biết đến với phương pháp hóa trị hoặc xạ trị. Tuy nhiên, các liệu pháp này có một số hạn chế như khả năng kéo dài thời gian sống của bệnh nhân thường ngắn, thông thường dưới 1 năm đi kèm với chất lượng sống bị ảnh hưởng nặng nề. Người bệnh phải gánh chịu nhiều tác dụng phụ của thuốc, đặc biệt là các tác dụng phụ trên tủy xương, gây ra tình trạng thiếu máu, chảy máu và giảm sức đề kháng của cơ thể dẫn đến các khả năng nhiễm khuẩn huyết làm cho bệnh nhân sớm tử vong.

Với các UTPKPTBN có đột biến hoạt hóa EGFR sẽ làm cho bệnh với mức độ ác tính mạnh hơn và thời gian sống của bệnh nhân ngắn hơn, khả năng đáp ứng với hóa trị liệu thông thường kém hơn. Quinazoline là lớp chất đầy tiềm năng trong thiết kế tổng hợp các loại thuốc chống ung thư theo cơ chế ức chế enzyme kinase [1-4]. Gefitinib (Iressa), erlotinib (Tarceva), lapatinib (Tykerb) và vandetanib (Caprelsa) là các hợp chất quinazoline tiêu biểu đã được đưa vào sản xuất thuốc điều trị ung thư. Trong đó Gefitinib và Erlotinib là thuốc hoá trị liệu thụ thể yếu tố tăng sinh biểu bì (EGFR) thế hệ đầu tiên được sử dụng để điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ.

Thuốc Erlotinb là một dẫn xuất của quinazoline có tên thương mại là Tarceva, được sản xuất bởi hãng dược phẩm Hoffmann - La Roche. Thuốc được sử dụng có hiệu quả cao cho điều trị bệnh 1 ung thư phổi không phải tế bào nhỏ (UTPKPTBN) có đột biến hoạt hóa EGFR. Đây là phương pháp đột phá trong điều trị UTPKPTBN tạo ra cơ hội kéo dài thời gian sống với chất lượng sống cao hơn. Ở Việt Nam, thuốc Tarceva có thành phần là erlotinib hydrochloride chưa được sử dụng rộng rãi, trước hết vì chi phí điều trị bằng Tarceva rất đắt tiền, 2.000 USD/chu kỳ điều trị (một chu kỳ =1 tháng), giá bán trên thị trường Việt Nam khoảng 42 triệu đồng/ lọ/30 viên loại 150mg.

Trong nhiều nghiên cứu trước đó, hợp chất 1,2,3-triazole cho hoạt tính chống ung thư, kháng khuẩn và kháng nấm mạnh. Triazole là hợp chất dị vòng thơm năm cạnh với 3 nguyên tử nitơ có moment lưỡng cực cao, dễ dàng tham gia quá trình hình thành liên kết hydro và các tương tác lưỡng cực với ADN, protein hoặc các tế bào. Hợp chất dị vòng này không bị thủy phân trong môi trường axit và bazơ cũng như không bị phá huỷ trong quá trình khử và oxy hóa. Với những tính năng ưu việt về mặt hoá học cũng như hoạt tính sinh học, 1,2,3-triazole vừa là tác nhân vừa là cầu nối lý tưởng để lai hoá với các lớp chất có dược tính khác ví dụ như 4-aminoquinazoline.

Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất quinazolin” là hướng nghiên cứu rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Mục tiêu luận án: 1. Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp thuốc erlotinib hydrocloride. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc dẫn xuất quinazoline.

Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc của các hợp chất lai giữa các dẫn xuất quinazoline với các azide qua cầu nối triazole. Nghiên cứu thử hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất lai tổng hợp được trên ba dòng tế bào ung thư ở người bao gồm KB (ung thư biểu mô, Hep-G2 (ung thư gan) và Lu (ung thư phổi không phải tế bào nhỏ). 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT QUINAZOLINE Quinazoline là một hợp chất hữu cơ với công thức C8H6N2.

Nó là một dị vòng thơm với một cấu trúc lưỡng tính bao gồm một vòng benzen và một vòng pyrimidine. Quinazoline là một phân tử phẳng. Nó là đồng phân với các diazanaphthalen khác của nhóm phụ benzodiazine: cinnoline, quinoxaline và phthalazine.1: Cấu trúc của Quinazoline Quinazoline là một chất rắn tinh thể màu vàng sáng, hòa tan được trong nước, còn được gọi là 1,3-diazanaphthalene, tên gọi quinazoline được xuất phát từ một dẫn xuất aza của quinoline. Mặc dù phân tử quinazoline mẹ hiếm khi được đề cập trong tài liệu kỹ thuật nhưng các dẫn xuất thay thế của nó đã và đang được quan tâm nghiên cứu tổng hợp cho các mục đích y học như thuốc chống sốt rét và thuốc chống ung thư.

Bằng cách ức chế enzim Tyrosine Kinase [1-4] thì những thuốc chống ung thư được tổng hợp từ lớp chất Quinazoline đang đem lại những đột phá trong trị liệu ung thư hiện nay. Một số những hợp chất quinazoline tiêu biểu như Gefitinib (Iressa), erlotinib (Tarceva), lapatinib (Tykerb) và vandetanib (Caprelsa) đã được đưa vào sản xuất thuốc điều trị ung thư. Trong đó Gefitinib và erlotinib là hai thuốc hoá trị liệu thụ thể yếu tố tăng sinh biểu bì (EGFR) thuộc thế hệ đầu tiên được sử dụng để điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ. Lapatinib được dùng làm thuốc điều trị bệnh ung thư vú và các khối u rắn khác bằng cách ức chế tyrosine kinase kép HER2/neu và EGFR.

Vandetanib được dùng trong điều trị bệnh ung thư tuyến giáp thể tuỷ di căn, bằng cách ức chế kinase của một số thụ thể tế bào, chủ yếu là các mạch máu nội mạc thụ thể yếu tố tăng trưởng (VEGFR), EGFR và kinase RET-tyrosine. Tuy nhiên, hiệu quả của các thuốc này bị giới hạn trong một nhóm nhỏ các bệnh nhân do sự không đồng nhất các phân tử bên trong khối u và giữa các khối u với nhau, khả năng đáp ứng thuốc kém và kháng thuốc do đột biến thụ thể [5-9]. Vì 3 vậy, nghiên cứu thiết kế và tổng hợp các hợp chất mới với mục tiêu ức chế EGFR hoặc ức chế đa chức năng là cần thiết. Hiện nay, các dẫn xuất của 4- anilinoquinazoline chủ yếu được tổng hợp bằng cách đưa các nhóm thế khác nhau vào vị trí C-6, C-7 của khung quinazoline và vòng aniline nhằm tổng hợp các hoạt chất mới để tìm kiếm các dẫn chất có hoạt tính cao hơn.

Chỉ có một số nhỏ công trình đã nghiên cứu tổng hợp các hợp chất lai giữa quinazoline với các chất chống ung thư theo cơ chế tác dụng khác và nhận được kết quả đáng khích lệ. F O Cl N F O O O S HN HN Cl HN O HN O O N O N N O O N O N N Gefitinib Erlotinib Lapatinib F Br F O HN HN HN Cl O O O HN N N N O N O O N N O N N O Vandetanib Icotinib Carnetinib F F O O Cl Cl O O N HN Cl N HN Cl HN HN N N O O N O N Afatinib Dacomitinib Hình 1.2: Cấu trúc hóa học một số hợp chất quinazoline ức chế EGFR Trong phân tử 4-anilinoquinazoline, khung 4-anilinoquinazoline quyết định khả năng ức chế EGFR, còn các nhóm thế ở vị trí C-6 và C-7 quyết định tính chất hóa lý của hợp chất này [14-16]. Các nhóm aniline ở vị trí C-4 của khung quinazoline được lựa chọn phù hợp để tạo ra các tương tác kỵ nước quan trọng nhằm ức chế EGFR hiệu quả. Những nghiên cứu về sự tương quan giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học (SAR) của các hợp chất quinazoline chỉ ra rằng kích thước và bản chất của gốc aniline quyết định sự ức chế chọn lọc enzym kinase, trong khi đó nhóm ưa nước ở vị trí C-6 của khung quinazoline làm cải thiện các tính chất vật lý có lợi cho tác dụng dược lý của thuốc [15, 16].

Các nhóm arylamino, phổ biến nhất là 3-ethynylphenylamino và 3-chloro-4-flouro-phenylamino, thường được dùng để thiết kế tổng hợp các chất ức chế EGFR. Với những lợi thế trên thì việc thiết kế 4 tổng hợp để đưa các nhóm thế khác nhau vào các vị trí C-6, C-7 và C-4 của khung quinazoline đang là hướng nghiên cứu nhiều tiềm năng. Những nghiên cứu ngoài nước về tổng hợp dẫn xuất quinazoline 1. Chuyển hóa ở vị trí C-6, C-7 và C4-NH của khung quinazoline Những nghiên cứu trước đây về erlotinib cho thấy rõ vai trò quan trọng của nhóm chức ether được gắn với khung quinazoline.

Các hợp chất tạo ra có hoạt tính chống ung thư mạnh. Kế thừa và phát triển các nghiên cứu trước thì nhóm tác giả Yinxiang Wang vào năm 2012 đã tổng hợp một dãy các crown ether gắn với khung quinazoline 7 bằng phương pháp truyền thống đi từ nguyên liệu ban đầu metyl 3,4- dihydroxy-benzoat 1 qua 6 bước phản ứng (sơ đồ 1. Kết quả thử hoạt tính của các dẫn xuất crown ether quinazoline 7 trên các dòng enzym Abl và Arg kinaza cho thấy hợp chất 7a có hoạt tính mạnh nhất. Icotinib đã được đưa vào thử nghiệm lâm sàng độc lập để điều trị các bệnh nhân ung thư phổi không phải tế bào nhỏ [18, 19].

Những công bố gần đây đã nhấn mạnh rằng icotinib cho tác dụng tương tự như gefitinib, đồng thời có khả năng dung nạp tốt hơn ở những bệnh nhân ung thư phổi không phải tế bào nhỏ đã được điều trị trước đó với các tác nhân hóa trị liệu khác [19]. O Lg O O O HO O O O OCH3 Lg OCH3 OCH3 OCH3 B B B a b c O NH2 HO O O NO2 1 2 3 4 R OH Cl HN R O O O N N H2N N B B B d e f O N O N O N 5 6 7 Sơ đồ 1.1: Quy trình tổng hợp dẫn xuất crown ether quinazoline 7 [17] (a) K2CO3, DMF, 90oC, 3 h, 24-45%; (b) HNO3/ H2SO4, AcOH, 72%; (c) H2, Pd/C, 96%; (d) NH2CHO/HCOONH4, 165oC, 80%; (e) POCl3, 77%; (f) i-PrOH/DMF, 72%.