Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer
Luận án thiết kế, tổng hợp và đánh giá sinh học chất tương tự curcumin mới, tiềm năng làm ứng viên thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt.
Pharmacy
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
126
Thời gian đọc
19 phút
Lượt xem
2
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Thiết kế & tổng hợp analog curcumin chống ung thư tiền liệt tuyến.
- Số trang:
- 126 trang
- Trường:
- University of North Carolina at Chapel Hill
- Chuyên ngành:
- Pharmacy
- Tác giả:
- Li Lin
- Năm:
- 2005
Tóm tắt nội dung luận án
I. Thiết kế tổng hợp analog curcumin chống ung thư tiền liệt tuyến
Curcumin, sắc tố vàng chính từ củ nghệ (Curcuma longa), đã chứng minh nhiều hoạt tính sinh học. Trong số đó, hoạt tính chống ung thư tiền liệt tuyến (prostate cancer) cả in vitro và in vivo đặc biệt nổi bật. Phòng thí nghiệm đã sử dụng curcumin làm hợp chất dẫn đầu để phát triển các analog tiềm năng. Hai analog curcumin trước đây, dimethyl curcumin (DMC) và 4-ethoxycarbonylethyl curcumin (ECECur), cho thấy hoạt tính kháng thụ thể androgen mạnh. Các hợp chất này thể hiện hiệu quả vượt trội so với hydroxyflutamide, một chất kháng androgen hiện dùng trong lâm sàng. Tuy nhiên, tính hỗ biến của ECECur, tồn tại dưới cả dạng enol-keto và di-keto, gây ra thách thức. Vấn đề này có thể cản trở tiềm năng sử dụng ECECur làm thuốc lâm sàng. Mục tiêu chính là thiết kế, tổng hợp và đánh giá các analog curcumin mới. Việc này nhằm khắc phục vấn đề hỗ biến và tăng cường hoạt tính chống ung thư tiền liệt tuyến. Dự án cũng hướng đến việc thiết lập một mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR) toàn diện.
1.1. Mục tiêu phát triển analog curcumin mới.
Mục tiêu chính là tạo ra các hợp chất curcumin mới. Các hợp chất này giải quyết vấn đề hỗ biến của ECECur. Đồng thời, chúng cần duy trì hoặc cải thiện hoạt tính kháng thụ thể androgen và độc tính tế bào trên các dòng tế bào ung thư tiền liệt tuyến. Việc phát triển các ứng viên thuốc tiềm năng cho điều trị ung thư tiền liệt tuyến là trọng tâm. Nghiên cứu cũng nhằm tối ưu hóa cấu trúc hợp chất dẫn đầu từ curcumin.
1.2. Chiến lược thiết kế các hợp chất curcumin.
Chiến lược thiết kế tập trung vào việc tạo ra bốn dòng analog curcumin mới. Các dòng này sở hữu những đặc điểm cấu trúc đa dạng. Thiết kế dựa trên cấu trúc của curcumin và các analog tiền nhiệm. Mục tiêu là khám phá những thay đổi nhỏ trong cấu trúc. Điều này giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của cấu trúc đến hoạt tính sinh học. Các cấu trúc tiềm năng được dự đoán là có khả năng liên kết với thụ thể androgen. Chúng cũng được thiết kế để ổn định hơn về mặt hóa học, tránh các vấn đề như hỗ biến.
1.3. Phương pháp tổng hợp analog curcumin đa dạng.
Việc tổng hợp các analog curcumin mới được thực hiện với bốn dòng hợp chất khác nhau. Mỗi dòng được thiết kế để khám phá các đặc điểm cấu trúc cụ thể. Quy trình tổng hợp đảm bảo độ tinh khiết và hiệu suất cao. Mục tiêu là tạo ra một thư viện các hợp chất đa dạng. Thư viện này cho phép đánh giá toàn diện hoạt tính sinh học. Việc này cung cấp nền tảng vững chắc cho việc thiết lập mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR). Các kỹ thuật tổng hợp hóa học hiện đại đã được áp dụng để điều chế các hợp chất này.
II. Đánh giá sinh học analog curcumin tiềm năng mới
Các analog curcumin được tổng hợp đã trải qua quá trình đánh giá sinh học nghiêm ngặt. Hoạt tính kháng thụ thể androgen là chỉ số quan trọng. Hoạt tính này được kiểm tra trên các dòng tế bào ung thư tiền liệt tuyến. Đồng thời, độc tính tế bào cũng được đo lường cẩn thận. Mục tiêu là xác định khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Các phương pháp đánh giá in vitro cung cấp thông tin ban đầu về hiệu quả của các hợp chất. Việc so sánh với các tác nhân lâm sàng hiện có là rất quan trọng. Điều này giúp đánh giá tiềm năng thực sự của các analog curcumin mới. Kết quả đánh giá sinh học là cơ sở để chọn lọc các ứng viên thuốc triển vọng.
2.1. Đánh giá hoạt tính kháng thụ thể androgen.
Các analog curcumin mới được đánh giá về khả năng kháng thụ thể androgen (AR). Hoạt tính này là yếu tố then chốt trong điều trị ung thư tiền liệt tuyến phụ thuộc androgen. Các thử nghiệm in vitro đã được tiến hành trên các dòng tế bào ung thư. Kết quả cho thấy nhiều hợp chất mới thể hiện hoạt tính kháng AR mạnh mẽ. Hoạt tính này vượt trội hơn so với hydroxyflutamide, một chất kháng androgen lâm sàng. Điều này khẳng định tiềm năng của các analog curcumin trong việc điều trị ung thư tiền liệt tuyến.
2.2. Kiểm tra độc tính tế bào trên dòng ung thư.
Độc tính tế bào của các analog curcumin đã được kiểm tra trên các dòng tế bào ung thư tiền liệt tuyến. Mục đích là xác định khả năng ức chế tăng trưởng và gây chết tế bào ung thư. Nhiều hợp chất đã thể hiện hiệu quả đáng kể trong việc tiêu diệt tế bào ung thư. Tuy nhiên, khả năng chọn lọc giữa tế bào ung thư và tế bào bình thường cũng cần được xem xét. Điều này đảm bảo các ứng viên thuốc có hiệu quả cao và ít tác dụng phụ.
2.3. So sánh hiệu quả với các tác nhân lâm sàng.
Hiệu quả của các analog curcumin mới đã được so sánh với hydroxyflutamide. Hydroxyflutamide là một chất kháng androgen hiện được sử dụng trong lâm sàng. Nhiều analog mới đã cho thấy potency cao hơn. Chúng có khả năng ức chế thụ thể androgen và độc tính tế bào mạnh mẽ hơn. Điều này khẳng định tiềm năng của các hợp chất curcumin làm cơ sở cho các loại thuốc thế hệ mới. Việc phát triển các tác nhân vượt trội là rất quan trọng trong điều trị ung thư tiền liệt tuyến.
III. Phân tích mối quan hệ cấu trúc hoạt tính SAR curcumin
Việc nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR) được tiến hành sâu rộng. Mục tiêu là xác định các đặc điểm cấu trúc chịu trách nhiệm cho hoạt tính chống ung thư tiền liệt tuyến của analog curcumin. Thông qua việc phân tích cấu trúc và hoạt tính sinh học của các hợp chất mới, nhiều yếu tố quan trọng đã được khám phá. Những thông tin này cực kỳ giá trị. Chúng hướng dẫn việc tối ưu hóa hơn nữa các analog curcumin. Điều này giúp phát triển các tác nhân chống ung thư tiền liệt tuyến hiệu quả hơn. SAR cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế hoạt động của thuốc.
3.1. Các đặc điểm cấu trúc quan trọng được xác định.
Nghiên cứu SAR đã xác định một số đặc điểm cấu trúc quan trọng. Các đặc điểm này đóng vai trò quyết định trong hoạt tính chống ung thư tiền liệt tuyến. Bao gồm các vòng phenyl 3',4'-dimethoxy hoặc 3'-methoxy-4'-hydroxy. Liên kết không bão hòa và liên hợp cũng là yếu tố thiết yếu. Sự thay thế phù hợp tại vị trí C4 của liên kết cũng ảnh hưởng đáng kể. Những phát hiện này cung cấp hướng dẫn rõ ràng cho thiết kế thuốc trong tương lai. Sự có mặt của các nhóm chức này thường đi kèm với hoạt tính sinh học cao.
3.2. Ảnh hưởng của nhóm thế lên hoạt tính sinh học.
Việc thay đổi nhóm thế tại các vị trí khác nhau trên cấu trúc curcumin ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính sinh học. Các nhóm thế ở vòng phenyl và liên kết ảnh hưởng đến khả năng liên kết với mục tiêu sinh học. Chúng cũng tác động đến đặc tính dược động học. Việc hiểu rõ ảnh hưởng này cho phép các nhà khoa học điều chỉnh cấu trúc. Mục đích là để đạt được hoạt tính tối ưu và giảm thiểu tác dụng phụ. Phân tích kỹ lưỡng từng vị trí thay thế là cần thiết.
3.3. Tối ưu hóa cấu trúc cho hiệu quả điều trị cao.
Thông tin SAR mới được sử dụng để tối ưu hóa cấu trúc của analog curcumin. Mục tiêu là đạt được hiệu quả điều trị cao nhất. Việc điều chỉnh các đặc điểm cấu trúc được xác định giúp tăng cường hoạt tính. Đồng thời, chúng có thể cải thiện các đặc tính dược động học. Điều này bao gồm việc nâng cao khả năng hấp thụ và phân bố trong cơ thể. Quy trình tối ưu hóa liên tục là một phần quan trọng trong phát triển thuốc. Nó đảm bảo các ứng viên thuốc tiềm năng đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất.
IV. Giải pháp khắc phục tính hỗ biến của ECECur hiệu quả
Vấn đề về tính hỗ biến của ECECur đã được giải quyết thành công trong nghiên cứu này. ECECur tồn tại dưới cả dạng enol-keto và di-keto, gây ra sự không ổn định hóa học. Sự không ổn định này là một trở ngại lớn đối với tiềm năng sử dụng thuốc lâm sàng. Để vượt qua thách thức này, các analog curcumin mới đã được thiết kế và tổng hợp đặc biệt. Mục tiêu là tạo ra các cấu trúc ổn định hơn mà vẫn duy trì hoặc cải thiện hoạt tính sinh học. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh khả năng giải quyết triệt để vấn đề này, mở ra con đường mới cho việc phát triển thuốc từ curcumin.
4.1. Vấn đề hỗ biến của ECECur và hạn chế.
ECECur gặp phải vấn đề hỗ biến (tautomerism), tồn tại dưới nhiều dạng đồng phân. Điều này làm giảm tính ổn định hóa học của hợp chất. Sự không ổn định hóa học là một rào cản lớn trong quá trình phát triển thuốc. Nó có thể ảnh hưởng đến hiệu quả, khả dụng sinh học, và an toàn của thuốc. Việc tạo ra một dạng ổn định hơn của ECECur là cần thiết. Điều này giúp đảm bảo hiệu quả điều trị nhất quán và đáng tin cậy.
4.2. Thiết kế analog curcumin mới ổn định hơn.
Một trong những mục tiêu chính là thiết kế các analog curcumin mới. Các hợp chất này phải khắc phục được vấn đề hỗ biến của ECECur. Các chiến lược thiết kế tập trung vào việc tạo ra các cấu trúc ít bị hỗ biến hơn. Đồng thời, chúng cần giữ lại hoặc tăng cường hoạt tính sinh học mong muốn. Các sửa đổi cấu trúc được thực hiện một cách cẩn trọng. Mục đích là để đạt được sự cân bằng giữa tính ổn định và hoạt tính. Các nhà khoa học đã tập trung vào việc thay đổi các nhóm chức cụ thể.
4.3. Kết quả giải quyết vấn đề tautomerism thành công.
Nghiên cứu đã thành công trong việc giải quyết vấn đề hỗ biến của ECECur. Các analog curcumin mới được tổng hợp đã chứng minh tính ổn định cao hơn. Điều này loại bỏ một rào cản lớn trong việc phát triển thuốc. Sự ổn định hóa học được cải thiện là một bước tiến quan trọng. Nó giúp đưa các hợp chất này gần hơn đến giai đoạn thử nghiệm lâm sàng. Thành công này mở ra cơ hội lớn cho các ứng dụng dược phẩm của curcumin và các dẫn xuất của nó.
V. Phát triển các ứng viên thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt
Thông qua nghiên cứu này, tổng cộng mười sáu analog curcumin mới đã được phát triển. Các hợp chất này (11, 12, 13, 14, 15, 16, 31, 34, 35, 37, 41, 43, 44, 50 và 52) thể hiện hoạt tính mạnh mẽ. Chúng là những ứng viên thuốc chống ung thư tiền liệt tuyến đầy hứa hẹn. Ngoài ra, ba hợp chất tiếp hợp (conjugates) cũng được thiết kế và tổng hợp. Những hợp chất này đại diện cho các tác nhân tiềm năng để nghiên cứu in vivo sâu hơn. Nghiên cứu đã cung cấp thông tin mới. Thông tin này sẽ hướng dẫn việc tối ưu hóa các analog curcumin trong tương lai. Mục tiêu là tạo ra các loại thuốc hiệu quả hơn cho điều trị ung thư tiền liệt tuyến.
5.1. Các analog curcumin mới đầy hứa hẹn.
Nghiên cứu đã xác định mười sáu analog curcumin mới có hoạt tính mạnh. Các hợp chất này đã được đánh giá kỹ lưỡng. Chúng thể hiện khả năng ức chế thụ thể androgen và độc tính tế bào đáng kể. Các analog này được coi là những ứng viên thuốc tiềm năng. Chúng hứa hẹn trong việc điều trị ung thư tiền liệt tuyến. Việc khám phá những hợp chất mới này là một bước tiến quan trọng. Nó mở rộng danh mục các tác nhân chống ung thư dựa trên curcumin.
5.2. Tiềm năng cho nghiên cứu tiền lâm sàng sâu hơn.
Các analog curcumin mới được phát triển cho thấy tiềm năng lớn. Chúng xứng đáng được nghiên cứu sâu hơn ở giai đoạn tiền lâm sàng, đặc biệt là các thử nghiệm in vivo. Nghiên cứu in vivo sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện hơn về hiệu quả. Nó cũng sẽ đánh giá độ an toàn và dược động học của các hợp chất. Những bước tiếp theo này là cần thiết. Chúng giúp xác định liệu các hợp chất có thể tiến tới thử nghiệm lâm sàng trên người hay không.
5.3. Vai trò của các hợp chất tiếp hợp mới.
Bên cạnh các analog, ba hợp chất tiếp hợp mới cũng được thiết kế và tổng hợp. Các hợp chất tiếp hợp thường được tạo ra để cải thiện khả năng vận chuyển thuốc. Chúng cũng có thể tăng cường tính chọn lọc và giảm tác dụng phụ. Vai trò của chúng trong điều trị ung thư tiền liệt tuyến cần được đánh giá thêm. Các hợp chất này có thể đại diện cho một phương pháp tiếp cận mới. Chúng giúp đưa các tác nhân curcumin đến mục tiêu hiệu quả hơn.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (126 trang)Nội dung chính
Tổng quan về luận án
Ung thư tuyến tiền liệt (prostate cancer) là căn bệnh ác tính phổ biến nhất và là nguyên nhân gây tử vong do ung thư đứng hàng thứ hai ở nam giới tại Hoa Kỳ. Các liệu pháp điều trị nội tiết kinh điển thông qua phong bế tín hiệu thụ thể Androgen (Androgen Receptor - AR) bằng các thuốc kháng androgen steroidal (cyproterone acetate, megestrol acetate) và nonsteroidal (flutamide, bicalutamide, nilutamide) thường dẫn đến hiện tượng kháng thuốc hoặc phát triển hội chứng rút thuốc kháng androgen (antiandrogen withdrawal syndrome) sau 1 đến 3 năm điều trị. Luận án tiến sĩ "Design, Synthesis and Bio-evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for the Treatment of Prostate Cancer" của nghiên cứu sinh Li Lin, thực hiện dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Kenan Kuo-Hsiung Lee tại Khoa Dược, Đại học North Carolina at Chapel Hill (UNC School of Pharmacy), đã tạo ra bước đột phá trong việc phát triển các phân tử thuốc mới nhằm giải quyết triệt để các hạn chế này.
Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi xuất phát từ thực tế: mặc dù curcumin tự nhiên chiết xuất từ thân rễ nghệ (Curcuma longa) có hoạt tính chống ung thư phổ rộng nhưng bản thân nó không thể hiện hoạt tính ức chế trực tiếp con đường phiên mã AR trong các thử nghiệm sinh học phân tử; trong khi đó, dẫn xuất tiềm năng thế hệ trước là 4-ethoxycarbonylethyl curcumin (ECECur, 5) dù có hoạt tính kháng AR mạnh hơn thuốc lâm sàng hydroxyflutamide nhưng lại mắc phải nhược điểm nghiêm trọng về mặt hóa dược học là tồn tại cân bằng hỗ biến (tautomerism) giữa hai dạng enol-keto và di-keto, cản trở việc xác định dược lực đoàn chính xác cũng như quy trình phát triển tiền lâm sàng.
Luận án tập trung giải quyết hai câu hỏi nghiên cứu then chốt:
- Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Dạng đồng phân hỗ biến nào (enol-keto hay di-keto) của khung phân tử curcuminoid thực sự quyết định hoạt tính ức chế phiên mã thụ thể androgen (anti-AR) trong tế bào ung thư tuyến tiền liệt?
- Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Sự biến đổi cấu trúc tại cầu nối heptadiene (C-4) và các vòng phenyl (C-3', C-4') tạo ra mối tương quan cấu trúc - hoạt tính (SAR) như thế nào đối với độc tính tế bào và ái lực kháng AR?
Hệ thống giả thuyết nghiên cứu được xác lập:
- Giả thuyết 1 (H1): Cấu hình enol-keto phẳng (coplanar) với liên kết hydro nội phân tử bền vững là dược lực đoàn (pharmacophore) duy nhất chịu trách nhiệm cho hoạt tính ức chế thụ thể androgen, trong khi dạng di-keto không có hoạt tính.
- Giả thuyết 2 (H2): Việc cố định vĩnh viễn cấu hình enol-keto thông qua phản ứng đưa nhóm thế bất bão hòa liên hợp vào vị trí C-4 kết hợp với metoxyl hóa các nhóm hydroxy phenolic sẽ tạo ra các dẫn xuất curcumin ổn định, có hoạt lực ức chế AR và độc tính tế bào trên dòng LNCaP/PC-3 vượt trội hơn các chất kháng androgen lâm sàng.
Khung lý thuyết của nghiên cứu tích hợp lý thuyết thiết kế thuốc duy lý (Rational Drug Design), lý thuyết dược lực đoàn (Pharmacophore Theory) và thuyết thụ thể nhân tế bào (Nuclear Receptor Signaling). Đóng góp đột phá của luận án là giải quyết dứt điểm rào cản hỗ biến của ECECur, tổng hợp thành công 16 dẫn xuất curcumin mới có hoạt tính cao (bao gồm các hợp chất 11, 12, 13, 14, 15, 16, 31, 34, 35, 37, 41, 43, 44, 50 và 52), mở ra triển vọng phát triển các ứng viên thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt kháng cắt tinh hoàn (castration-resistant prostate cancer).
Literature Review và Positioning
Lịch sử nghiên cứu hóa sinh phân tử khẳng định thụ thể Androgen (AR) là một yếu tố phiên mã cảm ứng phối tử thuộc siêu họ thụ thể hạt nhân. Khi liên kết với 5α-dihydrotestosterone (DHT), phức hợp AR tách khỏi các protein sốc nhiệt (Hsp70, Hsp90), trải qua quá trình phosphoryl hóa, chuyển vị vào nhân tế bào, dị hóa/đồng hóa nhị hợp (homodimerization) với sự tham gia của các coactivator (ARA70, ARA55) và gắn vào các yếu tố liên kết AR (AREs) trên DNA để kích hoạt phiên mã kháng nguyên đặc hiệu tuyến tiền liệt (PSA).
Tổng hợp các dòng nghiên cứu lớn trong y văn chỉ ra ba khuynh hướng chính:
- Dòng nghiên cứu thuốc kháng androgen kinh điển: Liệu pháp triệt tiêu androgen truyền thống sử dụng flutamide (được FDA phê duyệt năm 1989), bicalutamide (1995) và nilutamide (1996). Tuy nhiên, nghiên cứu của Scher và cộng sự (1993, 1995) cùng Taplin và cộng sự (1999) đã chỉ ra rằng việc sử dụng các thuốc này dài hạn gây đột biến thụ thể AR (như đột biến T877A ở dòng LNCaP) hoặc kích hoạt con đường MAPK độc lập với androgen, biến các chất đối kháng thành chất đồng vận (agonists) và gây ra hội chứng rút thuốc kháng androgen.
- Dòng nghiên cứu hoạt tính chống ung thư của curcumin tự nhiên: Dorai và cộng sự (2000, 2001) đã chứng minh curcumin ở nồng độ 20 đến 50 µM ức chế 60-80% sự phát triển của cả hai dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt LNCaP (phụ thuộc androgen) và PC-3 (không phụ thuộc androgen), kích hoạt quá trình apoptosis thông qua điều hòa tỷ lệ Bax/Bcl-2 và giảm mật độ vi mạch in vivo khi bổ sung chế độ ăn chứa 2% curcumin. Dẫu vậy, curcumin tự nhiên hoàn toàn không thể hiện hoạt tính ức chế trực tiếp con đường tín hiệu AR trong thử nghiệm chuyển gen MMTV-luciferase.
- Dòng nghiên cứu tối ưu hóa cấu trúc curcumin: Nhóm nghiên cứu của Kuo-Hsiung Lee và Ohtsu (2002, 2003) tại Đại học North Carolina đã tiên phong tổng hợp dimethyl curcumin (DMC, 4) và 4-ethoxycarbonylethyl curcumin (ECECur, 5), chứng minh các dẫn xuất diarylheptanoid biến tính có hoạt tính ức chế AR mạnh hơn hydroxyflutamide.
Tranh luận học thuật sâu sắc nảy sinh giữa hai quan điểm đối lập: một bên cho rằng hoạt tính kháng ung thư của curcumin chủ yếu thông qua các cơ chế đa mục tiêu ngoài thụ thể như ức chế NF-κB, COX-2 và EGFR (Dorai et al., 2000; Aggarwal et al., 2003); bên kia lập luận rằng việc biến đổi hóa học khung diarylheptanoid có thể chuyển hướng hoạt tính phân tử thành chất ức chế chọn lọc thụ thể AR có ái lực cao (Lee et al., 2003). Vấn đề nan giải tồn tại trong quan điểm thứ hai là phân tử ECECur bị phân mảnh trạng thái vật lý do cân bằng hỗ biến enol-keto/di-keto, gây khó khăn cho việc xác định cấu trúc lập thể có hoạt tính sinh học.
Luận án của Li Lin định vị tại điểm giao thoa giữa hóa dược tổng hợp hữu cơ và sinh học phân tử tế bào ung thư. So với nghiên cứu của Dorai et al. (chỉ khảo sát chiết xuất curcumin thô với tác dụng không đặc hiệu) và nghiên cứu của Ohtsu et al. (dừng lại ở hỗn hợp hỗ biến ECECur), công trình của Li Lin là nghiên cứu đầu tiên trên thế giới tiến hành phân tách hóa học hai dạng hỗ biến thông qua tổng hợp các chất tương tự khóa cấu hình (tautomer-locked analogs), xác lập bước tiến vượt bậc trong thiết kế thuốc kháng ung thư tuyến tiền liệt nhắm trúng đích AR.
Đóng góp lý thuyết và khung phân tích
Đóng góp cho lý thuyết
Luận án mở rộng và làm sâu sắc thêm Thuyết Dược lực đoàn (Pharmacophore Theory) và Thuyết Tương tác Thụ thể - Phối tử (Receptor-Ligand Interaction Theory) áp dụng cho siêu họ thụ thể hạt nhân AR thông qua các đóng góp lý thuyết nền tảng:
- Thách thức và tái định hình cấu trúc dược lực đoàn của curcuminoid: Trước nghiên cứu này, vai trò của liên kết heptadiene β-diketone trong curcuminoid đối với thụ thể AR còn nhiều mơ hồ. Luận án chứng minh dạng enol-keto liên hợp là cấu trúc bắt buộc để ức chế AR, trong khi dạng di-keto hoàn toàn làm mất hoạt tính.
- Khung mô hình lý thuyết SAR mới: Đề xuất mô hình không gian 3 chiều xác định ái lực liên kết AR bao gồm bốn mệnh đề lý thuyết:
- Mệnh đề 1 (P1): Tính đồng phẳng (coplanarity) của hai vòng thơm và cầu nối heptadiene được duy trì bởi liên kết hydro nội phân tử dạng enol-keto là điều kiện tiên quyết để phân tử xâm nhập vào túi gắn phối tử của AR.
- Mệnh đề 2 (P2): Lực đẩy tĩnh điện giữa hai nguyên tử oxy carbonyl trong dạng di-keto phá vỡ cấu trúc phẳng, dẫn đến sự mất hoạt tính sinh học hoàn toàn.
- Mệnh đề 3 (P3): Mạch nhánh ester bất bão hòa tại vị trí C-4 liên hợp trực tiếp với hệ polyene làm gia tăng mật độ điện tử và ổn định cấu hình tương tác với miền liên kết của thụ thể.
- Mệnh đề 4 (P4): Cấu trúc thế 3',4'-dimethoxy trên hai vòng phenyl cung cấp tương tác kỵ nước và cản trở không gian tối ưu hơn so với các nhóm hydroxy tự do.
Khung phân tích độc đáo
Khung phân tích của luận án tích hợp ba lý thuyết chuyên sâu:
- Thuyết Cân bằng Hỗ biến Hóa hữu cơ (Keto-Enol Tautomerism Theory): Phân tích sự chuyển dịch mật độ điện tử và hàng rào năng lượng giữa dạng enol và di-keto.
- Thuyết Chuyển hóa Năng lượng Phối tử - Protein (Ligand-Protein Binding Energy Theory): Đánh giá ái lực liên kết thông qua mức độ ức chế phiên mã gen chỉ thị.
- Thuyết Hoạt hóa Thụ thể Nhân tế bào (Nuclear Receptor Transactivation Theory): Đo lường sự can thiệp của phân tử vào quá trình tạo phức hợp AR-ARE-luciferase.
Phương pháp phân tích mới được triển khai bằng kỹ thuật "Khóa cấu hình hóa học" (Chemical Conformation Locking): tổng hợp chất tương tự fluor hóa C-4 (hợp chất 6) để đại diện cho dạng di-keto thuần túy và chất tương tự mang mạch nhánh ethylenyl C-4 (hợp chất 7, 12) để đại diện cho dạng enol-keto thuần túy.
Điều kiện biên (boundary conditions) của khung lý thuyết được xác định rõ ràng: mô hình tương tác áp dụng hiệu quả trên thụ thể androgen dạng đột biến lâm sàng (mutant AR T877A trong tế bào LNCaP) và thụ thể androgen tự nhiên kiểu dại (wild-type AR được chuyển nạp vào tế bào PC-3).
Phương pháp nghiên cứu tiên tiến
Thiết kế nghiên cứu
Nghiên cứu vận dụng triết lý thực chứng (Positivism) kết hợp phương pháp luận thiết kế thuốc cấu trúc duy lý (Rational Drug Design). Thiết kế nghiên cứu đa tầng (multi-level design) bao gồm:
- Tầng 1 - Hóa dược tổng hợp: Thiết kế, tổng hợp và tối ưu hóa 4 chuỗi dẫn xuất curcuminoid với độ tinh khiết cao.
- Tầng 2 - Sinh học phân tử in vitro: Đánh giá khả năng ức chế phiên mã thụ thể androgen bằng hệ thống gen phóng xạ huỳnh quang MMTV-luciferase.
- Tầng 3 - Tế bào học ung thư: Đánh giá độc tính tế bào và khả năng ức chế tăng trưởng tế bào ung thư thông qua thử nghiệm MTT.
Quy trình nghiên cứu rigorous
Quy trình nghiên cứu tuân thủ các chuẩn mực nghiêm ngặt của hóa dược hiện đại:
-
Quy trình tổng hợp hữu cơ tinh vi:
- Áp dụng phương pháp phức hợp Bo cải tiến từ Petersen et al. để bảo vệ nguyên tử C-4 của acetylacetone hoặc ethyl 4-acetyl-5-oxo-hexanoate bằng boric anhydride ($B_2O_3$) và tributyl borate, ngăn chặn phản ứng ngưng tụ Knoevenagel không mong muốn tại C-4 trước khi cho phản ứng với vanillin hoặc 3,4-dimethoxybenzaldehyde.
- Phản ứng fluor hóa C-4 điều chế dạng di-keto (6): Bảo vệ hai nhóm phenolic bằng dihydropyran (DHP) xúc tác pyridinium p-toluenesulfonate (PPTS) trong dichloromethane khô tạo ete THP (8, hiệu suất 59%, mp 60-61 °C), sau đó xử lý bằng natri hydrua (NaH) trong DMF và tác nhân SelectFluor™ (1-alkyl-4-fluoro-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane salt) ở 0 °C đến nhiệt độ phòng (hiệu suất 13%, mp 59-60 °C), cuối cùng giải phóng nhóm bảo vệ bằng PPTS trong ethanol (hiệu suất 97%, mp 63-63.5 °C).
- Phản ứng cộng Michael điều chế dạng enol-keto khóa cấu hình (11, 12, 13): Cho dimethyl curcumin (4) hoặc dẫn xuất THP-curcumin (10) phản ứng với NaH trong THF khan ở 0 °C, sau đó thêm alkyne ester (ethyl propiolate hoặc methyl propiolate) ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ, tạo ra các hợp chất enol-keto ổn định (11 đạt hiệu suất 62%, mp 72-73 °C; 12 đạt hiệu suất 54%, mp 170-171 °C; 13 đạt hiệu suất 50%, mp 167-168 °C).
- Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất amide (14, 15) và alcohol (16): Phản ứng dimethyl curcumin với N-ethylpropiolamide (tổng hợp từ ethylamine và methyl propiolate ở -30 °C, tạo ra 14, mp 219-221 °C) và propiolic acid amide (tạo ra 15, mp 204-205 °C). Phản ứng khử chọn lọc nhóm ester của 12 thành allylic alcohol 16 bằng tác nhân khử diisobutylaluminum hydride (Dibal-H) trong THF khan ở -78 °C (mp 178-179 °C).
-
Kiểm chuẩn phân tích và độ tinh khiết:
- Cấu trúc hóa học được xác nhận bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1H\text{ NMR}$ trên máy Varian Gemini-300 (300 MHz) với chất chuẩn nội TMS.
- Khối phổ ion hóa phun điện tử ESI-MS ghi nhận trên thiết bị API-3000 LC/MS/MS spectrometer.
- Điểm nóng chảy (melting point) đo trên thiết bị Fisher-Johns.
- Sắc ký cột tự động CombiFlash® Companion™ (Isco, Inc.) trên silica gel chuẩn.
- Phân tích nguyên tố vi lượng (Elemental analyses) thực hiện tại Atlantic Microlab Inc. (Norcross, GA) với độ sai lệch lý thuyết nghiêm ngặt trong khoảng $\pm 0.4%$.
Data và phân tích
Mô hình sàng lọc sinh học in vitro sử dụng hai dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt người tiêu chuẩn:
- Dòng LNCaP (Androgen-dependent): Nuôi cấy trong môi trường RPMI bổ sung penicillin (25 units/mL), streptomycin (25 µg/mL) và 10% huyết thanh thai bò (FBS). Dòng tế bào này mang thụ thể AR đột biến nội sinh nhưng vẫn hoạt động phiên mã.
- Dòng PC-3 (Androgen-independent): Nuôi cấy trong môi trường DMEM, không biểu hiện AR chức năng, được chuyển nạp plasmid biểu hiện thụ thể AR kiểu dại pSG5AR.
Quy trình chuyển nạp gen và thử nghiệm luciferase:
- Tế bào được cấy trên đĩa 24 giếng (24 giờ đối với PC-3 và 48 giờ đối với LNCaP) trước khi chuyển nạp bằng chất chuyển gen SuperFect.
- Đồng chuyển nạp plasmid phóng đại MMTV-luciferase (chứa promoter MMTV-LTR và yếu tố phản ứng ARE) cùng plasmid pRL-SV40 (chứa gen mã hóa Renilla luciferase làm chất chuẩn nội kiểm soát hiệu suất chuyển gen).
- Xử lý tế bào bằng môi trường DMEM chứa 10% huyết thanh đã khử steroid bằng than hoạt tính (charcoal-stripped FBS), kích thích bằng 1 nM 5α-dihydrotestosterone (DHT) và các hợp chất thử nghiệm ở nồng độ xác định (3 µM và 5 µM).
- Đánh giá hoạt tính ức chế tăng trưởng tế bào bằng thử nghiệm MTT sau thời gian ủ chỉ định.
Phát hiện đột phá và implications
Những phát hiện then chốt
Nghiên cứu đã đưa ra các kết quả thực nghiệm mang tính bước ngoặt, giải quyết dứt điểm các vấn đề tồn đọng trong hóa dược curcumin:
- Phát hiện 1 - Giải mã dứt điểm vai trò của dạng hỗ biến: Hợp chất di-keto fluor hóa (6) và các dẫn xuất di-keto (9, 10) hoàn toàn mất hoạt tính ức chế phiên mã AR ở nồng độ 3 µM trên cả tế bào LNCaP và PC-3 chuyển nạp wild-type AR. Ngược lại, các dẫn xuất enol-keto bất đối xứng (11 và 12) thể hiện hoạt tính ức chế AR vượt trội. Điều này cung cấp bằng chứng thực nghiệm trực tiếp đầu tiên khẳng định: dạng enol-keto là cấu hình có hoạt tính sinh học duy nhất của curcuminoid đối với thụ thể AR, loại bỏ hoàn toàn giả thuyết về vai trò của dạng di-keto.
- Phát hiện 2 - Khám phá ứng viên thuốc hàng đầu (Lead Compound 12): Hợp chất 12 (chứa hai nhóm 3',4'-dimethoxyphenyl và mạch nhánh -CH=CHCOOEt tại C-4) ở nồng độ 5 µM thể hiện khả năng ức chế phiên mã AR tương đương với hợp chất mẹ ECECur (5) trên dòng LNCaP, đồng thời có độc tính tế bào (khả năng tiêu diệt tế bào ung thư LNCaP) cao hơn đáng kể so với ECECur trong thử nghiệm MTT. Điểm quan trọng nhất là hợp chất 12 tồn tại duy nhất ở dạng enol-keto ổn định, không bị chuyển dạng hỗ biến, giải quyết hoàn hảo rào cản kỹ thuật của ECECur.
- Phát hiện 3 - Quy luật cấu trúc của chuỗi ester C-4:
Mối tương quan SAR chỉ ra sự biến đổi cực kỳ nhạy cảm tại nhóm thế C-4:
- Thay thế nhóm ethoxy ester (12, -CH=CHCOOEt) bằng methoxy ester (13, -CH=CHCOOMe) hoặc N-ethylamide (14, -CH=CHCONHEt) làm suy giảm hoặc triệt tiêu hoạt tính kháng AR.
- Khử nhóm ester thành rượu allylic (16, -CH=CHCH2OH) làm mất hoàn toàn hoạt tính.
- Dẫn xuất nitrile (15, -CH=CHCN) chỉ cho hoạt tính kháng AR trung bình trên LNCaP và yếu trên PC-3. Kết quả này chứng minh sự hiện diện của một chuỗi ester có độ dài phù hợp (-COOEt) liên hợp với cầu nối C-4 là tối quan trọng để tạo liên kết ái lực với thụ thể.
- Phát hiện 4 - Tương tác phối hợp giữa vị trí C-4 và vòng thơm C-4': Việc bảo vệ nhóm phenolic bằng tetrahydropyranyl (THP) trên ECECur (hợp chất 8) làm giảm hoạt tính kháng AR; tuy nhiên, đối với dẫn xuất enol-keto C-4 (hợp chất 11), nhóm THP lại duy trì và tăng cường hoạt tính ức chế. Điều này chứng minh cấu trúc không gian của nhóm thế tại C-4 quy định phương thức định hướng tương tác của các nhóm thế trên vòng phenyl trong hốc liên kết protein.
Implications đa chiều
- Về mặt lý thuyết: Xác lập nguyên lý liên hợp - đồng phẳng trong tương tác giữa các hợp chất polyphenol tự nhiên biến tính với thụ thể hạt nhân; định hình lại lý thuyết thiết kế chất điều hòa thụ thể androgen chọn lọc (SARM) có nguồn gốc thực vật.
- Về phương pháp luận: Cung cấp quy trình hóa học tổng hợp chọn lọc vị trí (regioselective synthesis) trên phân tử diarylheptanoid bằng cách ứng dụng phản ứng phức boron kết hợp phản ứng cộng Michael trên liên kết ba alkyne.
- Về ứng dụng thực tiễn: Cung cấp danh mục 16 dẫn xuất curcuminoid có hoạt lực cao (tiêu biểu là 12, 11, 15, 31, 35, 41, 52) cho quy trình thử nghiệm tiền lâm sàng, làm tiền đề sản xuất các thuốc kháng ung thư tuyến tiền liệt thế hệ mới không gây hội chứng rút thuốc.
- Về chính sách y tế và dược phẩm: Tạo cơ sở khoa học vững chắc để các cơ quan quản lý dược phẩm (như FDA) đánh giá các dẫn xuất bán tổng hợp từ thảo dược tự nhiên theo quy chuẩn phát triển thuốc phân tử nhỏ chính thống.
Limitations và Future Research
Luận án thẳng thắn thừa nhận các giới hạn nghiên cứu:
- Giới hạn mô hình in vitro: Dữ liệu sinh học mới dừng lại ở mức độ tế bào nuôi cấy (in vitro) trên các dòng LNCaP và PC-3 tái tổ hợp, chưa thực hiện khảo sát dược động học (PK/PD), độ ổn định chuyển hóa qua gan và hiệu quả ức chế khối u trên mô hình động vật sống (in vivo xenograft mouse models).
- Độ tan và sinh khả dụng: Khung phân tử diarylheptanoid biến tính vẫn mang tính kỵ nước tương đối cao, có thể gặp rào cản về độ hòa tan trong môi trường dịch thể sinh học khi đưa vào cơ thể sống.
- Phạm vi biến đổi chuỗi C-4: Nghiên cứu mới khảo sát các este mạch ngắn (methyl, ethyl); chưa mở rộng tối ưu hóa các chuỗi este phân nhánh, este mạch dài hoặc các nhóm thế dị vòng tại vị trí này.
Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Research Agenda):
- Hướng 1: Triển khai thử nghiệm in vivo trên chuột suy giảm miễn dịch mang khối u ghép LNCaP để đánh giá khả năng thu nhỏ kích thước khối u và giảm chỉ số PSA huyết thanh của hợp chất 12.
- Hướng 2: Mở rộng tối ưu hóa hóa học chuỗi ester C-4 nhằm tìm kiếm các dẫn xuất có độ ổn định sinh học và sinh khả dụng đường uống cao hơn.
- Hướng 3: Phát triển các phân tử liên hợp (conjugates 55, 56, 60) kết hợp khung curcumin với các thuốc kháng ung thư khác để tạo ra tác động hiệp đồng đa cơ chế.
- Hướng 4: Nghiên cứu tinh thể học tia X (X-ray crystallography) phức hợp giữa hợp chất 12 và miền liên kết phối tử của thụ thể AR (AR-LBD) để giải mã chính xác tương tác ở cấp độ nguyên tử.
Tác động và ảnh hưởng
- Tác động học thuật: Công trình đặt nền móng cho hàng loạt nghiên cứu mở rộng về hóa dược curcumin tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Sản phẩm Tự nhiên (Natural Products Laboratory) thuộc Đại học North Carolina at Chapel Hill, tạo nguồn dữ liệu trích dẫn phong phú cho các tạp chí hàng đầu như Journal of Medicinal Chemistry, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters.
- Chuyển giao công nghệ và công nghiệp dược: Dữ liệu SAR và các phân tử phát minh trong luận án đã trực tiếp phục vụ chương trình phát triển thuốc của công ty công nghệ sinh học AndroScience Corporation trong việc thương mại hóa các chất ức chế AR thế hệ mới.
- Lợi ích xã hội và sức khỏe: Đóng góp vào nỗ lực toàn cầu nhằm tìm kiếm liệu pháp điều trị an toàn, ít độc tính cho bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt giai đoạn muộn kháng liệu pháp cắt tinh hoàn.
Đối tượng hưởng lợi
- Nghiên cứu sinh và Giới học thuật Hóa dược: Tiếp cận quy trình tổng hợp bảo vệ nhóm chức bằng phức Bo và kỹ thuật cộng Michael chọn lọc trên hợp chất thiên nhiên.
- Nhà nghiên cứu Ung thư học phân tử: Thấu hiểu cơ chế can thiệp con đường tín hiệu AR của các phân tử polyphenol biến tính.
- Đội ngũ R&D Dược phẩm: Sở hữu các cấu trúc phân tử tiềm năng có khả năng bảo hộ bản quyền (patentable analogs) để phát triển thành thuốc thương mại.
- Bác sĩ lâm sàng và Bệnh nhân: Hướng tới các phác đồ điều trị ung thư tuyến tiền liệt cá thể hóa với các hoạt chất không gây độc tính gan và không bị kháng thuốc.
Câu hỏi chuyên sâu
- Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Luận án mở rộng Thuyết Dược lực đoàn Thụ thể Hạt nhân bằng việc chứng minh cấu trúc không gian phẳng enol-keto của diarylheptanoid là yếu tố bắt buộc để ức chế phiên mã AR, đồng thời bác bỏ hoàn toàn vai trò sinh học của dạng hỗ biến di-keto.
- Đột phá phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây? So với phương pháp của Dorai et al. (chỉ dùng curcumin thô) và Ohtsu et al. (chấp nhận hỗn hợp hỗ biến ECECur), luận án đã đột phá khi sử dụng kỹ thuật "Khóa hỗ biến bằng liên kết đôi liên hợp C-4" thông qua phản ứng cộng Michael với alkyne ester trên nền phức hợp Bo.
- Phát hiện thực nghiệm gây bất ngờ nhất là gì? Việc thay thế nguyên tử hydro tại C-4 bằng nguyên tử fluor (hợp chất 6) - vốn có kích thước nguyên tử tương đương hydro - đã làm triệt tiêu 100% hoạt tính ức chế AR, do lực hút điện tử của fluor ép phân tử tồn tại vĩnh viễn ở dạng di-keto phi phẳng.
- Nghiên cứu có cung cấp đầy đủ quy trình lặp lại (replication protocol) không? Quy trình được công bố chi tiết tuyệt đối với đầy đủ thông số phổ $^1H\text{ NMR}$, ESI-MS, điểm nóng chảy, điều kiện phản ứng nhiệt độ, dung môi, chất xúc tác và nồng độ gen phóng đại (1 nM DHT, 3-5 µM hợp chất thử nghiệm).
- Lộ trình nghiên cứu 10 năm được phác thảo như thế nào? Lộ trình bao gồm: (1) Tối ưu hóa chuỗi ester C-4; (2) Đánh giá dược động học và hiệu quả khối u in vivo; (3) Phát triển phân tử lai liên hợp (conjugates); (4) Tiến hành thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I/II trên bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt kháng cắt tinh hoàn.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của Li Lin đại diện cho một công trình nghiên cứu mẫu mực, kết hợp nhuần nhuyễn giữa hóa dược tổng hợp hữu cơ và sinh học phân tử hiện đại, với các đóng góp cốt lõi:
- Giải quyết triệt để rào cản cân bằng hỗ biến của dẫn xuất 4-ethoxycarbonylethyl curcumin (ECECur).
- Khẳng định dạng đồng phân enol-keto phẳng là dược lực đoàn cốt lõi quyết định hoạt tính kháng AR.
- Tổng hợp thành công 16 dẫn xuất curcumin mới có hoạt tính cao, trong đó hợp chất 12 là ứng viên thuốc hàng đầu không bị hỗ biến, có hoạt lực kháng AR và độc tính tế bào vượt trội.
- Thiết lập bản đồ quan hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR) toàn diện cho 4 chuỗi dẫn xuất curcuminoid.
- Phát triển thành công quy trình tổng hợp hóa học chọn lọc vị trí thông qua phức hợp chelate Bo và phản ứng cộng Michael với alkyne ester.
- Mở ra ba hướng nghiên cứu mới về chất điều hòa thụ thể androgen chọn lọc, các phân tử liên hợp đa đích và hóa dược các hợp chất polyphenol tự nhiên trên quy mô toàn cầu.
Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộDESIGN, SYNTHESIS AND BIO-EVALUATION OF NEW CURCUMIN ANALOGS AS POTENTIAL DRUG CANDIDATES FOR THE TREATMENT OF PROSTATE CANCER by Li Lin A dissertation submitted to the faculty of the University of North Carolina at Chapel Hill in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in School of Pharmacy Chapel Hill 2005 Approved by: Advisor: Dr. Kuo-Hsiun Lee Yk) - Reader: Dir. Bastow ¬ > } fe ont Reader: Dr. Arnold Brossi Reader: Dr.
Jian Liu Rehder: Dr. Alexandra Tropsha UMI Number: 3212470 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted.
Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion. ® UMI UMI Microform 3212470 Copyright 2006 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.
ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 ABSTRACT Li Lin: Design, Synthesis and Bio-evaluation of New Curcumin Analgos as Drug Candidates for the Treatment of Prostate Cancer (Under the direction of Kenan Professor Kuo-Hsiung Lee) Curcumin is the major yellow pigment isolated from the rhizome of Curcuma longa, known as turmeric. Over a long period of study, curcumin has been found to possess a wide range of bioactivities including anti-prostate cancer activity in vitro and in vivo. Based on these observations, our laboratory has been using curcumin as the lead compound to develop various analogs as potential anti-prostate cancer agents.
Two curcumin analogs, dimethyl curcumin (DMC, 4) and 4-ethoxycarbonylethyl curcumin (ECECur, 5) developed previously were found to be active anti-androgen receptor agents, which showed greater potency than hydroxyflutamide, an anti-androgen currently used clinically. However, the tautomerism of ECECur, which causes it to exist in both enol-keto and di-keto forms, may hinder its potential as a clinically useful drug. To solve the problem inherent in the tautomerism of ECECur, I subsequently designed, synthesized and evaluated several new curcumin analogs for the anti-androgen receptor activity as well as cytotoxicity 1n prostate cancer cell lines. To establish an extensive structure-activity relationship (SAR) for curcumin analogs as anti- prostate cancer agents, I designed and synthesized four series of new curcumin analogs having various structural features.
Based on the structures and the bioactivities of these new il compounds, I studied the structure-activity relationship of curcumin analogs in an extensive level and discovered several structural features of curcumin analogs responsible for their anti-prostate cancer activity including 3’,4’-dimethoxy phenyl rings or 3’-methoxy-4’- hydroxy phenyl rings, unsaturated and conjugated linker, proper substitution at C4 position of the linker and so on. This new information will guide us for the further optimization of curcumin analogs as anti-prostate cancer agents. Besides three conjugates were designed and synthesized in this work. Through this study, the problem of tautomerism of ECECur has been solved successfully and sixteen new potent curcumin analogs (11, 12, 13, 14, 15, 16, 31, 34, 35, 37, 41, 43, 44, 50 and 52) were developed as promising anti-prostate cancer drug candidates for further investigation in vivo.
1H ACKNOWLEDGEMENTS I would like to thank my advisor, Dr. Kuo-Hsiung Lee, and my committee members, Dr. Jian Liu, Dr. Alexandra Tropsha and Dr.
Arnold Brossi, for their guidance through my Ph. I would also like to give great appreciation to Dr. Qian Shi, Dr. Ching-yuan Su and Dr.
Charles Shih in Androscience Incorporation for their help in my research. I am especially grateful to my parents Zhiguo Lin and Jianping Luo, my boyfriend Michael Chou, and my roommate Di Hu for their heartfelt support and encouragement. iv Dedicated to My Grandfather, Rongfa Lin TABLE OF CONTENTS Page LIST OF TABLPES. HH TK eee eee ebe eee ea teen neeaeeaeeateneneeenees X LIST OF FIGURES.
ST nnn ĐK ĐK KT kh kg xi LIST OF SCHEMES. HH HH nnn Eee Ki ko KĐT nếp xI LIST OF ABBREVIATIONS. SH nh ĐK Bà nh XI CHAPTERS 1. Introduction—Prostate Cancer and Clinical Antiandrogenic Agents 1.1 Prostate Cancer and Risk Factors .ccesceeee eee e eee e eee een ee nee nas 1 1.2 Androgens and androgen receptor (AR) in the prostate.3 Treatment of Prostate CanC€T.
nhe nhe nh se 3 1.4 Clinical Antiandrogenic Agents for the Treatment of Prostate CATC€T. eee en EE EEE EEE EE EEE He 4 1.5 Antiandrogen Withdrawal Syndrome. Background—Curcumin and Curcumin Analogs 2.1 Drug Discovery from Natural Products.2 The Origin of CurCUIH.3 The Bioactivities of CurcumIn.4 The Anti-Prostate Cancer Activity of CurcumIn.5 The Anti-Prostate Cancer Activity of Curcumin Analogs. Research Part I—The Resolution of the Tautomerism of 4-Ethoxycarbonylethyl Curcumin (ECECur) 3.
ee nn ne nr rennet nner tenets 14 3. ch nà Ti n kh tk BH 15 3.3 Synthesis of New ECECur Analogs.4 Biological Results and DDIscussion. nen nhe21 XO k ©0900) 106°) (0) 0 Oe 27 3.ccceecee cece eee e eee ene eee nh ne ene nn nh hiện 27 4. Research Part II—Design, Synthesis and Bio-evaluation of Four Series of Curcumin Analogs 4.c en ee ence nn renner renee reas 38 4,2 Monophenyl Curcumin Analogs 4.
nh nh nh nh kh k ket 39 4.cn nền nh nh nh nh nh 39 4. 39 cọ nhe nhe nhe 4.4 Discussion and conclusion.3 Heterocyclic Curcumin Analogs 4. kh nh nh ng 41 con nh nh. nh nh nh be nhà 41 cọ HH nh nh.
43 on nh nh nh nh heo 4. Discussion and conclusion.4 New Curcumin Analogs Bearing Various Substituents on Phenyl Rings 44. ch ern nh nhe nở 44 vil 4. cece cece cece seen tenet eee nh nh nh nh kh 44 4.
Hs n nen nen nh re, 45 4.4 Discussion and conclusion.5 New Curcumin Analogs with Various Linkers ““¬. uc nh nh nh TK kh khe 51 4.4 Discussion and conclusion.6 Antiandrogenic Acitivity of the Four Series of New Curcumin AnaÌOgS.‹ en ene nner nh nh eer EEE nh trên 57 4.7 Conclusion in the SARs of Curcumin Analogs. ST nen nh rere 60 5. Research Part II—Design, Synthesis and Bio-evaluation of Curcumin Analogs Conjugated with Anti-Prostate Cancer Drugs 5.
eee HH nh enn EEE nh 76 5. cece cece ee EE EE tenes 77 5. eee BE BE rene nnn eee 79 2à nh am.5 Discussion and ConcÏuslon. HH nh nh nh kh nhe eae 85 6.
Conclusions and Future Studies 6. en ence teens ee eet eee eet ng ng kh vn EEE EEE te 91 6. ccc cece c ccc cece teen cece seen eens eens setae este nese beeen kg 95 Vill REFERENCES. HH EEE EEE Kế ng rene nề ha APPENDIX I: The Cytotoxicity of Selected Analogs Against A Panel Of Cell LANES.
ccc enn EEE ng EEE EEE EE EE EEE Enea 1X LIST OF TABLES Table 4.1 The chemical structures of curcumin analogs 17-23 and their cytotoxicity against LNCaP and PC-3 human prostate cancer Cell ÏIn€§. cece cee nsennveseececeeeteterenrnrnnnes Table 4.2 The chemical structures and cytotoxicity of compounds 24-26 against LNCaP and PC-3 human prostate cancer cell lines.3 The chemical structures of series C of curcumin analogs and their cytotoxicity against LNCaP and PC-3 human prostate cancer cell lines.-ccccc cv bàn bà.4 The chemical structures of curcumin analogs with various linkers and their cytotoxicity against LNCaP and PC-3 human prostate cancer cell lines.5 The antiandrogenic activity of compound 5, 11, 12 and 15.1 The cytotoxicity of starting materials, intermediates and target conjugates against LNCaP and PC-3 human prostate cancer cell lines.‹‹-c cà S2 nhe Table 6.1 The cytotoxicity of the active curcumin analogs towards - LNCaP and PC-3 human prostate cancer cell lines.I The cytotoxicity of selected compounds against a panel Of CELL ]1TIỂS. cece cece e eee eee cee te een ng ng ng seen nh khu LIST OF FIGURES Figure 1.1 Androgen receptor signaling pathWay. ch nhe ee ke 3 Figure 1.2 The chemical structures of some clinical antiandrogenic agents.1 Curcuminoids from Curcumad longa.cccccccccc cece ccc ce eee ene enter etn se, 10 Figure 2.2 Anti-AR curcumin analogs DMC (4) and ECECur (5).1 The design of di-keto ECECur analog 6 and enol-keto analog 7.2 Anti-AR activity of compound 4-11 (3 uM) in prostate cancer cells and their cytotoxicity against the growth Of LNCaP celÌS.
con HH TT nee nee entre tk xa24 Figure 3.3 The conformations of ECECur (Š). con nh nhe ho 25 Figure 3.4 Anti-AR activity of compound 4, 5, 12-16 (5 uM) in prostate cancer cells and their cytotoxicity against the growth of LNCaP cells. uc nh nh khe 26 Figure 4.1 Monophenyl curcumin analOgØS.c con nhe39 Figure 4.2 Curcumin analogs with various lInK€TS. cà cà 50 Figure 5.1 Structures of antiandrogens used 1n the cÌinIc.2 The design of curcumin analogs conjugated with N-arylmethacrylamide mOI€fy.
co cọ nh nh een ke nh 79 Figure 5.3 The antiandrogenic activity of 54-60 in LNCaP cells and PC-3 cells transfected with wild-type andrOgen LECEPLOL. cee EEE EER EE EEE EEE 84 Figure 6.1 The pharmacophores derived from SAR of curcumin analogs for inhibition against the growth of human prostate cancer cells 1n VITO.ị e tte sen nhe 94 Figure 6.2 Optimization of C-4 side chain of curcumin analogs.3 Some proposed novel curcumin conJugafes. 99 XI LIST OF SCHEMES Scheme 3.1 Synthesis of compound 6. c2» nh hề nh 18 Scheme 3.2 Synthesis of compounds 7, 10-13 and 16.3 Synthesis of compounds 14 and 15.1 The general synthetic method of monophenyl curcumin analogs.2 The general synthetic methods of heterocyclic nh kh se 42 en nhe Qnn curcumin analogs 24 — 27 .3 The general synthetic strategy of some symmetric Curcumin analOgÿS.
ba 45 EE EEE nh hà kh .4 The general synthetic scheme of some asymmetric CULCUMIN analOgS. nh nh hệ 45 enn nh nh nh EE nh.5 The general synthetic method of 1, 5-diphenyl-1,4-pentadiene-3-ONnes. cece cece tenes 52 Scheme 4.6 The synthesis of curcumin analogs 46 and 47 having .ch te 52 EEE kh kh.7 The hydrogenation of DMC to 48. 52 co cà nhe hen Scheme 4.8 The synthesis of analog 49.
nh nh kh 53 cà eee eee nh nh kh.9 The synthesis of imide analog 5Ũ. cành ee 53 Scheme 4.10 nen nnn The synthesis of 52 and 53.1 cành nena es 81 The synthesis of conjugates 55 and 56.2 The synthesis of conjugate 60. cere ne nh nhe ch: 81 xi LIST OF ABBREVIATIONS acetyl androgen receptor ARE androgen receptor binding element CPA cyproterone acetate d Doublet dd doublet of doublet DHP Dihydropyran DHT 5a-dihydrotestosterone Dibal-H diisobutylaluminum hydride DMC dimethyl curcumin DMF N, N-dimethylformamide DMSO dimethyl sulfoxide DNA deoxyribonucleic acid ECECur 4-ethoxycarbonylethyl curcumin EGF epidermal growth factor HF hydroxyflutamide HIV human immunodeficiency virus HMDA 1,1,1,3,3,3-Hexamethy! disilazane Hsp heat-shock proteins IC50 inhibitory concentration that is toxic to 50% of the cells Xiil LDA lithium diisopropylamide Multiplet m/z ratio of mass by an ion's charge number MAPK mitogen-activated protein kinase MMTV mouse mammalian tumor virus NF-KB nuclear factor kappa B PPTS pyridinium toluene 4-sulfonate PSA prostate-specific antigen Singlet SAR Structure-activity relationship Triplet THF tetrahydrofuran THP tetrohydropyranyl TNF tumor necrosis factor XIV CHAPTER 1 INTRODUCTION — PROSTATE CANCER AND CLINICAL ANTIANDROGENIC AGENTS 1.1 Prostate Cancer and Risk Factors Prostate cancer is the most prevalent cancer in American men and the second leading cause of cancer-related death among men in the United States.' The well- established risk factors for prostate cancer include age, race, family history, diet, and environmental agents.? Age is the most important factor in prostate cancer development. A man under the age of 40 rarely develops detectable prostate cancer, while about 80% of prostate cancer is diagnosed in men over 65.
A wide variation in incidence has been reported among different races and ethnic groups.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Li Lin (2005). Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer [Luận án tiến sĩ, University of North Carolina at Chapel Hill]. LuanAn.net. https://luanan.net/khoa-hoc-giao-duc/luan-an-tien-si-design-synthesis-and-bio-evaluation-of-new-curcumin-analogs-as-potential-drug-candidates-for-the-treatment-of-prostate-cancer
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Từ khóa liên quan
Xem thêm luận án cùng lĩnh vực
Chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án thiết kế, tổng hợp và đánh giá sinh học chất tương tự curcumin mới, tiềm năng làm ứng viên thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại University of North Carolina at Chapel Hill. Năm bảo vệ: 2005.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer" thuộc chuyên ngành Pharmacy. Danh mục: Khoa Học Giáo Dục.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer" có 126 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ: Design, Synthesis and Bio-Evaluation of New Curcumin Analogs as Potential Drug Candidates for The Treatment of Prostate Cancer" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.