Tài liệu Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất kết hợp curcumin với diacid

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ---------- PHẠM NGỌC VĂN TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT KẾT HỢP CURCUMIN VỚI DIACID KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2020 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ---------- PHẠM NGỌC VĂN MÃ SINH VIÊN: 1501548 TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT KẾT HỢP CURCUMIN VỚI DIACID KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: 1. TS. Nguyễn Văn Hải 2. NCS. Phạm Thị Hiền Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà Nội HÀ NỘI - 2020 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Văn Hải và NCS-ThS.Phạm Thị Hiền, những người thầy, cô đã trực tiếp định hướng, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm, động viên và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Đình Luyện và TS. Nguyễn Văn Giang đã nhiệt tình giúp đỡ, chia sẻ, khích lệ tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường cùng toàn thể các thầy cô giáo Trường Đại học Dược Hà Nội đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Trong quá trình thực hiện khóa luận tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các cán bộ thuộc Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các cán bộ khoa Hóa – trường Đại học Khoa học tự nhiên, tôi xin chân thành cảm ơn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người bạn bè của tôi Nguyễn Hòa Bình, Phạm Thị Mát, Trần Bá Hiến và các anh chị, bạn bè cùng thực hiện khóa luận tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hóa dược, Bộ môn Công nghiệp Dược đã luôn giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Do thời gian làm thực nghiệm cũng như kiến thức của bản thân còn hạn chế, nên khóa luận không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô, bạn bè để khóa luận được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2020 Sinh viên Phạm Ngọc Văn MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ, KÍ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN ....................................................................................... 3 1.1.1. Cấu trúc hóa học. .................................................................................................. 3 1.1.2. Tính chất lý hóa, độ ổn định. ................................................................................. 3 1.1.3. Hoạt tính sinh học: ................................................................................................ 4 1.2. PHẢN ỨNG HYDROXYETHYL HÓA MỘT SỐ THUỐC VÀ CURCUMIN ..... 7 1.2.1. Phản ứng hydroxyethyl hóa một số thuốc. ............................................................ 7 1.2.2. Phản ứng hydroxyethyl hóa curcumin. .................................................................. 8 1.3. VAI TRÒ CỦA DIACID TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUỐC, HOẠT CHẤT VÀ CURCUMIN. ........................................................................... 9 1.3.1. Vai trò của diacid trong nghiên cứu phát triển một số thuốc, hoạt chất .............. 9 1.3.2. Vai trò của diacid trong nghiên cứu phát triển curcumin ................................... 13 1.4. LỰA CHỌN HƯỚNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC .............................................................................................................................................. 15 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 16 2.1. NGUYÊN LIỆU – THIẾT BỊ .......................................................................................... 16 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................. 18 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................... 18 2.3.1. Tổng hợp hóa học ................................................................................................ 18 2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết .......................................................................................... 19 2.3.3. Xác định cấu trúc hóa học ................................................................................... 19 2.3.4. Thử hoạt tính sinh học ......................................................................................... 20 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ, BÀN LUẬN ...................................... 24 3.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC. .................................................................................................. 24 3.1.1. Tổng hợp (A-1). ................................................................................................... 24 3.1.2. Tổng hợp dẫn chất 2,2’-(curcumin-di-O-yl) diethyl diglutarat (A-2). ................ 25 3.1.3. Tổng hợp dẫn chất 2,2’-(curcumin-di-O-yl) diethyl disuccinat (A-3). ............... 28 3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC ................................................................................................... 31 3.2.1. Kết quả phân tích phổ của di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin (A-1) .................... 32 3.2.2. Kết quả phân tích phổ của 2,2’-(curcumin-di-O-yl) diethyl diglutarat (A-2). .... 34 3.2.3. Kết quả phân tích phổ của 2,2’-(curcumin-di-O-yl) diethyl disuccinat (A-3). ... 37 3.3. THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC ...................................................................................... 40 3.3.1. Thử hoạt tính chống oxy hóa hệ DPPH............................................................... 40 3.3.2. Thử hoạt tính ức chế sinh NO.............................................................................. 40 3.3.3. Thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư.................................................................. 41 3.4. BÀN LUẬN .......................................................................................................................... 42 3.4.1. Về quá trình tổng hợp hóa học. ........................................................................... 42 3.4.2. Về xác định cấu trúc sản phẩm............................................................................ 48 3.4.3. Về hoạt tính sinh học của hai sản phẩm .............................................................. 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CHỮ, KÍ HIỆU VIẾT TẮT 13 C-NMR Cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (Carbon 13 nuclear magnetic resonance) 1 H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy) α-TS α-tocopheryl succinat A-1 Di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin A-2 2,2’-(curcumin-di-O-yl) diethyl diglutarat A-3 2,2’-(curcumin-di-O-yl) diethyl disuccinat AR Tinh khiết phân tích (analytical reagent) ACTH Hormon kích thích vỏ thượng thận (adrenocorticotropic hormon) AR Androgen receptor Bcl-2 B-cell lymphoma 2 COX Cyclooxygenase CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử DG Dexamethason-21-hemiglutarat DMM Môi trường nuôi cấy Dulbecco (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium) DMSO Dimethyl sulfoxid DPPH 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl DS Dexamethason-21-hemisuccinat ĐvC Đơn vị carbon FBS Huyết thanh bào thai bò (Fetal bovine serum) g Gam h Giờ Hela Tế bào ung thư tử cung ở người (Human cervix carcinoma) HepG2 Tế bào ung thư gan ở người (Human hepatocellular carcinoma) HL-60 Tế bào ung thư bạch cầu cấp ở người (Human acute leukemia) HIV Virus gây suy giảm miễn dịch ở người (Human immunodeficiency virus) HPV Virus gây ung thư cổ tử cung (Human papillomavirus) HPLC Sắc ký lớp mỏng hiệu năng cao iNOS Enzyme nitric oxide synthase IC50 Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử (Inhibition concentration at 50%) IL Interleukin IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) IFN Các protein tự nhiên giúp điều chỉnh hoạt động của hệ thống miễn dịch. JAK/STAT Janus kinase/signal transducer and activator of transcription MAPK Mitogen-activated protein kinases MCF7 Tế bào ung thư vú ở người (Human breast carcinoma) MIC Nồng độ ức chế tối thiểu (Minimum inhibitory concentration) MS Phổ khối lượng (Mass spectrometry) OD Mật độ quang học PANC-1 Tế bào ung thư tuyến tụy ở người PC-3 Tế bào ung thư tuyến tiền liệt ở người RAW 264.7 Dòng đại thực bào chuột 264.7 Rf Hệ số lưu giữ (Retention factor) ROS Gốc tự do oxy hóa (Reactive Oxygen Species) RNOS Gốc tự do oxid nito hóa SC50 Nồng độ trung hòa được 50% gốc tự do (Scavenging concentration at 50%) SKBR-3 Tế bào ung thư vú ở người SKLM Sắc ký lớp mỏng SMAD Protein chuyển đổi tín hiệu cho các thụ thể biến đổi yếu tố tăng trưởng SRB Sulforhodamin B STAT3 Signal transducer and activator of transcription 3 t°nc Nhiệt độ nóng chảy TCA Acid tricloracetic TNF Yếu tố hoại tử khối u (Tumor necrosis factor) TGF-β Yếu tố thay đổi tăng trưởng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Danh mục nguyên liệu – hóa chất .................................................................16 Bảng 2.2: Danh mục các dụng cụ - thiết bị ...................................................................17 Bảng 3.1: Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác đến phản ứng tạo A-2 ............................... 26 Bảng 3.2: Khảo sát tỷ lệ mol anhydrid glutaric : A-1 đến phản ứng tạo A-2 ...............26 Bảng 3.3: Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến phản ứng tạo A-2 ...................................27 Bảng 3.4: Khảo sát lượng dung môi đến thời gian phản ứng tạo A-2........................... 28 Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến phản ứng tạo A-3............................. 30 Bảng 3.6: Khảo sát tỉ lệ mol anhydrid succinic : A-1 đến phản ứng tạo A-3 ...............30 Bảng 3.7: Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác đến phản ứng tạo A-3 ............................... 31 Bảng 3.8: Kết quả đo MS của A-1 ................................................................................32 Bảng 3.9: Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (KBr) của A-1 ........................................32 Bảng 3.10: Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (DMSO) của A-1 ....................................33 Bảng 3.11: Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (DMSO) của A-1 ...................................33 Bảng 3.12: Kết quả đo phổ MS của A-2 .......................................................................34 Bảng 3.13: Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (KBr) của A-2 ......................................35 Bảng 3.14: Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (500MHz, DMSO-d6) của A-2 ...............35 Bảng 3.15: Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (DMSO) của A-2 ...................................36 Bảng 3.16: Kết quả đo MS của A-3 ..............................................................................37 Bảng 3.17: Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (KBr) của A-3 ......................................38 Bảng 3.18: Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (500MHz, DMSO-d6) của A-3 ...............38 Bảng 3.19: Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (DMSO) của A-3 ...................................39 Bảng 3.20: Kết quả thử hoạt tính chống oxy hóa .......................................................... 40 Bảng 3.21: Kết quả đo hoạt tính sinh học ức chế sinh NO ...........................................40 Bảng 3.22: Tác động của mẫu nghiên cứu đến sự sống sót của tế bào RAW 264.7 .....41 Bảng 3.23: Kết quả thử nghiệm gây độc tế bào Hela và HL-60 ...................................41 Bảng 3.24: Kết quả thử nghiệm gây độc tế bào HepG2 và MCF7................................ 41 Bảng 3.25: Hoạt tính chống oxy hóa. ............................................................................55 Bảng 3.26: Hoạt tính chống viêm ức chế NO................................................................55 Bảng 3.27: Hoạt tính ức chế tế bào Hela và HL-60.......................................................55 Bảng 3.28: Hoạt tính ức chế tế bào HepG2 và MCF-7..................................................55 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Công thức cấu tạo của curcumin .....................................................................3 Hình 1.2: Dạng hỗ biến diceton - enol của curcumin trong dung dịch ...........................3 Hình 1.3: Phản ứng cộng Michael của curcumin với các protein thiol trong cơ thể.......4 Hình 1.4: Sơ đồ tổng hợp troxerutin từ rutin ...................................................................7 Hình 1.5: Sơ đồ tổng hợp everolimus từ rapamycin .......................................................8 Hình 1.6: Dẫn chất hydroxyethyl hóa của curcumin .......................................................8 Hình 1.7: Công thức của các diacid.................................................................................9 Hình 1.8: Sơ đồ tổng hợp artesunat ...............................................................................10 Hình 1.9: Cấu trúc của α-tocopheryl succinat ............................................................... 10 Hình 1.10: Sơ đồ tổng hợp ester của các diacid với dẫn chất của acid ursolic. ............11 Hình 1.11: Sơ đồ tổng hợp piroxicam maleat ............................................................... 11 Hình 1.12: Sơ đồ tổng hợp metronidazol monosuccinat ...............................................12 Hình 1.13: Sơ đồ tổng hợp dexamethason-21-hemisuccinat .........................................12 Hình 1.14: Sơ đồ tổng hợp dexamethason-21-hemiglutarat..........................................13 Hình 1.15: Sơ đồ tổng hợp curcumin monosuccinat và curcumin disuccinat ...............14 Hình 1.16: Sơ đồ tổng hợp acid curcumin di-glutaric ...................................................15 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp các diester của di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin ................19 Hình 3.1: Sơ đồ phản ứng tổng hợp A-1 .......................................................................24 Hình 3.2: Sơ đồ phản ứng tổng hợp A-2 .......................................................................25 Hình 3.3: Các vết trên SKLM trong phản ứng tổng hợp A-2........................................25 Hình 3.4: Sơ đồ phản ứng tổng hợp A-3 .......................................................................29 Hình 3.5: Các vết trên SKLM trong phản ứng tổng hợp A-3........................................29 Hình 3.6: Cơ chế phản ứng tổng hợp A-1 .....................................................................42 Hình 3.7: Các sản phẩm phụ của phản ứng tạo A-1 ......................................................43 Hình 3.8: Phản ứng kiềm hóa loại tạp curcumin và A-1a .............................................44 Hình 3.9: Cơ chế phản ứng acyl hóa tạo A-2 ................................................................ 44 Hình 3.10: Các tạp của phản ứng tạo A-2 .....................................................................45 Hình 3.11: Cơ chế phản ứng acyl hóa tạo A-3 .............................................................. 46 Hình 3.12: Các tạp của phản ứng tạo A-3 .....................................................................47 ĐẶT VẤN ĐỀ Curcumin là một hợp chất phenolic được chiết xuất từ củ nghệ thể hiện hoạt tính sinh học bao gồm: chống oxy hóa, chống viêm và các đặc tính hóa trị liệu tiềm năng của curcumin đã được nghiên cứu rộng rãi và sử dụng curcumin lâu dài đã được chứng minh là an toàn [36], [18]. Curcumin cũng ức chế sự tăng sinh tế bào và gây ra apoptosis giúp ức chế sự phát triển của các dòng tế bào khối u [33]. Tuy nhiên, sự phát triển của curcumin như một tác nhân trị liệu đã bị cản trở bởi khả năng hòa tan trong nước thấp, hấp thu kém, chuyển hóa và loại bỏ nhanh chóng, tất cả đều dẫn đến sinh khả dụng đường uống kém. Do đó, cấu trúc của curcumin được sửa đổi theo phương pháp hóa học đã được sử dụng có thể khắc phục các rào cản như độ hòa tan trong nước kém, không ổn định hóa học, hấp thu kém, chuyển hóa nhanh chóng, tác dụng tại chỗ và kéo dài thời gian tác dụng [27]. Năm 2010, Changtam đã tổng hợp được dẫn chất di-O-(2-hydroxylethyl)curcumin thể hiện khả năng chống ký sinh trùng tốt hơn trên một số loài thuộc chi Trypanosoma và Leishmaina [7]. Năm 2016, tác giả Hoàng Thị Thùy Dung cũng đã tổng hợp được dẫn chất này và thử tác dụng kháng tế bào ung thư gan HepG2, kết quả thu được tốt hơn curcumin [1]. Năm 2011, Wisut Wichitnithad đã tổng hợp curcumin diethyl disuccinat thể hiện khả năng ổn định trong hệ đệm phosphat và hoạt động chống ung thư trên tế bào ung thư biểu mô đại trực tràng [40] và giúp tăng cường hoạt động kháng các tế bào ung thư gan HepG2 so với curcumin [26]. Năm 2018, Chawanphat Muangnoi và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học của acid curcumin di-glutaric giúp cải thiện được độ tan và tăng khả năng chống nhiễm trùng trên chuột [27]. Từ các định hướng trên, chúng tôi tiến hành tổng hợp dẫn chất dạng ester glutarat và ester succinat của curcumin (di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin) với hi vọng cải thiện được độ tan, khả năng hấp thu, từ đó cải thiện hoạt tính sinh học của curcumin. Chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất kết hợp curcumin với diacid” với hai mục tiêu: 1 1. Tổng hợp hai dẫn chất ester glutarat và ester succinat của di-O-(2- hydroxyethyl)-curcumin (A-2; A-3). 2. Thử hoạt tính chống oxy hóa, chống viêm và gây độc tế bào ung thư của A-2; A-3. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN 1.1.1. Cấu trúc hóa học. • Công thức cấu tạo của curcumin: (Hình 1.1) Hình 1.1: Công thức cấu tạo của curcumin • Công thức phân tử: C21H20O6 • Khối lượng phân tử: 368,38 [31] • Tên khoa học: (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxyl-3-methoxylphenyl) hepta-1,6-dien-3,5- dion. • Tên khác: Diferuloylmethan, curcumin I. 1.1.2. Tính chất lý hóa, độ ổn định. 1.1.2.1. Tính chất lý học: • Dạng thù hình: Tinh thể kết tinh màu vàng cam [33]. • Nhiệt độ nóng chảy: 183℃ [33]. • Độ tan: Curcumin hầu như không tan trong nước. Tan được trong các dung môi: aceton, 2-butanon, ethyl acetat, methanol, ethanol, 1,2-dicloroethan, 2-propanol, ether, DMSO, benzene, toluen, diethyl ether, chloroform nhưng không tan tốt trong hexan và cyclohexan [12], [31]. 1.1.2.2. Tính chất hóa học: • Curcumin tồn tại chủ yếu dưới hai dạng beta diceton và enol [31], [33]. (Hình 1.2) Hình 1.2: Dạng hỗ biến diceton - enol của curcumin trong dung dịch • Curcumin tồn tại chủ yếu ở dạng β-diceton trong dung dịch nước ở pH acid hoặc trung tính, ngược lại ở pH> 8 dạng enol chiếm ưu thế [14]. 3 • Curcumin tạo phức ổn định với hầu hết các kim loại thông qua nhóm enolic, trong đó proton enolic được thay thế bằng ion kim loại chuyển tiếp như Fe3+, Mn2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, … [31]. • Với nhóm diceton, curcumin tham gia vào các phản ứng cộng nucleophin được gọi phản ứng cộng Michael (là phản ứng cộng của một nucleophin với một hợp chất cacbonyl không bão hoà ở vị trí α, β) với các hợp chất chứa anion -OH, -SH, … [31], [10]. (Hình 1.3) Hình 1.3: Phản ứng cộng Michael của curcumin với các protein thiol trong cơ thể • Curcumin có chứa nhóm OH phenol trong đó oxy chứa các cặp electron chưa liên kết liên hợp vào nhân thơm làm cho nguyên tử hydro trở nên linh động từ đó, curcumin có hoạt tính chống oxy hóa nhờ khả năng tham gia phản ứng hình thành các gốc phenoxyl với các hạt mang oxy hoạt động là ROS và RNOS [31]. 1.1.2.3. Độ ổn định Curcumin khá ổn định trong điều kiện pH acid có thể cấu trúc dien liên hợp. Tuy nhiên, hơn 90% curcumin bị phân hủy nhanh chóng trong các hệ thống đệm ở điều kiện pH trung tính hoặc kiềm do proton bị loại khỏi nhóm phenolic, dẫn đến sự phá hủy cấu trúc và phân hủy thành (2Z, 5E)-2-hydroxy-6-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-4-oxo hexa-2,5-dienal, acid ferulic, feruloymethan và vanillin [39], [28]. Curcumin kém ổn định dưới tác động của ánh sáng. Nó đã được chứng minh bị phân hủy khi tiếp xúc với tia cực tím hoặc ánh sáng nhìn thấy trong điều kiện có oxy hoặc không có oxy, trong dung dịch và dưới dạng chất rắn tạo thành vanillin, acid vanillic, ferulic aldehyd và acid ferulic và một số sản phẩm khác tùy thuộc vào điều kiện môi trường [28]. 1.1.3. Hoạt tính sinh học: 1.1.3.1. Hoạt tính chống oxy hóa Tế bào tiêu thụ oxy trong quá trình phát triển dẫn đến việc tạo ra các hạt mang oxy hoạt động (ROS) bao gồm các gốc tự do như gốc superoxid anion (O2•-), gốc hydroxyl (OH•), DPPH•, ABTS•+, O2• -, DMPD• + và các loại gốc không tự do như hydro peroxid (H2O2) và oxy (O2), ROS có thể dễ dàng bắt đầu quá trình peroxy hóa lipid màng, dẫn 4 đến sự tích tụ của các peroxid lipid. ROS cũng có khả năng làm hỏng các phân tử sinh học quan trọng như acid nucleic, lipid, protein và carbohydrat và có thể gây tổn hại DNA có thể dẫn đến đột biến. Curcumin có khả năng liên kết với các ROS thông qua nhóm OH phenol từ đó mang tới khả năng dọn dẹp ROS [36]. Dựa trên các cơ chế ở trên, curcumin được sử dụng để giảm thiểu hoặc ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid cũng như sự hình thành các sản phẩm oxy hóa độc hại, duy trì chất lượng và kéo dài thời hạn sử dụng của dược phẩm, cũng như ngăn chặn một số bệnh như ung thư, Alzheimer, Parkinson, tiểu đường, tăng huyết áp,…[36]. 1.1.3.2. Hoạt tính chống viêm. Curcumin thể hiện hoạt tính chống viêm tốt, tác dụng này thể hiện trong các bệnh như bệnh viêm ruột, viêm tụy, viêm khớp…Các cơ chế chống viêm của curcumin bằng cách điều chỉnh hoạt động của cyclooxygenase-2 (COX-2), lipoxygenase và enzym nitric oxid synthase (iNOS) cảm ứng; ức chế sản xuất các yếu tố hoại tử khối u cytokin gây viêm (TNF-a), interleukin (IL) -1, -2, -6, -8 và -12,…[18]. Curcumin được cho là đã ngăn chặn sự kích hoạt NF-κB và biểu hiện gen tiền viêm bằng cách ngăn chặn sự phosphoryl hóa yếu tố I-kappa B kinase (IκB) giúp giữ cho NFκB không hoạt động [33]. Ức chế hoạt hóa NF-κB dẫn đến giảm biểu hiện của các chất COX-2 và iNOS dẫn đến ức chế quá trình viêm và nguyên nhân gây ra khối u. Ngoài ra, trong một mô hình động vật bị viêm, curcumin ức chế chuyển hóa acid arachidonic và viêm trong lớp biểu bì da chuột dẫn đến ức chế con đường cyclooxygenase và lipoxygenase [18]. 1.1.3.3. Hoạt tính ngăn ngừa ung thư Curcumin có khả năng can thiệp vào một số con đường sinh hóa liên quan đến sự tăng sinh và sống sót của các tế bào ung thư bằng cách liên kết trực tiếp và gián tiếp với các mục tiêu khác nhau. Cơ chế hoạt động của curcumin bằng cách kích hoạt các tác nhân thúc đẩy quá trình chết tế bào theo chương trình (apoptosis) là Bcl-2 homologous antagonist killer (Bak) và chất tạo bởi Bcl-2 kết hợp protein X (Bax) giúp giải phóng cytochrom C vào tế bào chất, sau đó kích hoạt caspase cascade dẫn đến phân giải protein, phân tách tế bào và làm tế bào chết tự nhiên. Từ đó, curcumin giúp ức chế đáng kể sự tăng trưởng của các tế bào ung thư, cụ thể như các tế bào ung thư trực tràng ở người [33]. 5 Một yếu tố phiên mã khác thường được nghiên cứu như là một mục tiêu để điều trị ung thư là NF-κB. Curcumin có khả năng ức chế sự kích hoạt của NF-κB từ đó giúp kích hoạt được con đường chết tự nhiên của tế bào và ngăn chặn sự tăng sinh, di căn của tế bào ung thư [33]. Curcumin đã được chứng minh là ngăn chặn sự gắn kết của protein hoạt hóa-1 (AP-1) với ADN trong các tế bào ung thư bạch cầu, các tế bào ung thư tuyến tiền liệt. Hơn nữa, curcumin có các hoạt động gây độc tế bào đối với các tế bào bị nhiễm papillomavirus HPV-16 và HPV-18 liên quan đến sự phát triển của ung thư cổ tử cung [33]. Ngoài ra, curcumin còn tác động vào rất nhiều con đường sinh hóa khác như JAK / STAT, PI3K, MAPK, TRAIL, LOX, AND methyltransferase,…[33]. Với nhiều cơ chế khác nhau thể hiện curcumin là một hợp chất có nguồn gốc tự nhiên có tiềm năng vô cùng lớn trong việc hỗ trợ và điều trị một số bệnh ung thư. 1.1.3.4. Một số hoạt tính khác Curcumin cũng đã được chứng minh có khả năng ức chế và làm giảm số lượng vi khuẩn Helicobacter pylori gây ra bệnh viêm loét dạ dày. Curcumin ức chế các cytokin gây viêm như: IFN-γ, IL-4 và làm tăng nồng độ của somatostatin, điều hòa cân bằng IL4. Đồng thời, curcumin còn giúp kiểm soát nồng độ gastrin từ đó có thể làm giảm tác dụng H. pylori giúp điều trị viêm loét dạ dày do vi khuẩn này gây ra. Curcumin có thể ức chế sự phát triển của H. pylori với giá trị MIC là 18 g/ml và cũng đóng vai trò là chất phá vỡ màng sinh học, cho thấy vai trò của curcumin trong việc phòng ngừa và điều trị viêm loét dạ dày do H.pylori gây ra [38]. Curcumin đã được chứng minh là có hoạt tính chống virus như Epstein-Barr Virus (EBV) và cũng cho thấy hoạt động chống HIV bằng cách ức chế sự tích hợp HIV-1 (yếu tố cần thiết cho sự nhân lên của virus). Do đó, curcumin và các chất tương tự của nó có thể có tiềm năng phát triển thuốc mới chống lại HIV [8]. Curcumin còn cải thiện khả năng chữa lành vết thương và giảm sự hình thành sẹo thông qua sự ức chế tăng sinh và gây ra apoptosis của nguyên bào sợi và myofibroblasts, ức chế sự co bóp lại của nguyên bào sợi trong ống nghiệm và ức chế quá trình sản xuất ma trận nguyên bào sợi TGF-β1/SMAD. Các nghiên cứu tiếp theo cho thấy chất curcumin làm giảm sự lắng đọng collagen bằng cách ức chế NF-kappa B, Smad, các yếu tố phát triển mô liên kết [16]. 6 1.2. PHẢN ỨNG HYDROXYETHYL HÓA MỘT SỐ THUỐC VÀ CURCUMIN 1.2.1. Phản ứng hydroxyethyl hóa một số thuốc. Troxerutin là dẫn chất O-hydroxyethyl được bán tổng hợp bởi Jian-Dong Xu và các cộng sự từ rutin bằng phương pháp hóa học giúp cải thiện được khả năng hòa tan và cải thiện được một số tác dụng sinh tốt tốt hơn rutin. Troxerutin được sử dụng để chống lại các dấu hiệu và triệu chứng của suy tĩnh mạch mạn tính và các bệnh rối loạn mạch máu khác như bệnh trĩ, bệnh lý vi mạch, bệnh võng mạc và cho thấy hiệu quả và an toàn ở bệnh nhân cao tuổi và phụ nữ mang thai đồng thời bằng các đặc tính chống oxy hóa và chống viêm của nó làm giảm phù nề và cải thiện tưới máu vi mạch và vi tuần hoàn [6], [17]. (Hình 1.4) Hình 1.4: Sơ đồ tổng hợp troxerutin từ rutin Rapamycin là một kháng sinh nhóm macrolid được tìm hiểu ban đầu với tác dụng chống nấm và chủ yếu là chống lại Candida albicans. Sau đó, nó cũng được phát hiện là một loại kháng sinh có tác dụng ức chế miễn dịch đáng kể, từ đó rapamycin đã được sử dụng thành công để ngăn chặn sự thải ghép trong ghép tạng và đặc biệt hữu ích trong việc ngăn chặn sự thải ghép của thận [11]. Dharmaraj Ramachandra Rao và các cộng sự đã tổng hợp everolimus là một dẫn xuất của rapamycin được gắn nhóm hydroxyethyl với nỗ lực cải thiện dược động học của rapamycin. Everolimus và rapamycin có ái lực mục tiêu tương tự, tuy nhiên hiệu lực chống ung thư, phổ hoạt động và một số thông số dược động học khác của everolimus vượt trội so với rapamycin bao gồm độ hòa tan trong nước lớn hơn, sinh khả dụng cao hơn. Ngoài ra, so với rapamycin everolimus có 7 thời gian bán hủy ngắn hơn, điều này cho thấy everolimus có thể đạt được nồng độ trạng thái ổn định nhanh hơn so với rapamycin [9], [32]. (Hình 1.5) Hình 1.5: Sơ đồ tổng hợp everolimus từ rapamycin 1.2.2. Phản ứng hydroxyethyl hóa curcumin. Năm 2010, C. Changtam và cộng sự đã tổng hợp dẫn chất hydroxyethyl của curcumin tạo ra các dẫn chất di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin, mono-O-(2hydroxyethyl)-curcumin mới có khả năng tan trong nước tốt hơn, thể hiện khả năng chống ký sinh trùng tốt hơn curcumin trên một số loài thuộc chi Trypanosoma và Leishmania [7]. Năm 2015 và 2016 hai tác giả Nguyễn Thị Quỳnh, Hoàng Thị Thùy Dung cũng đã tổng hợp được dẫn chất di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin có hoạt tính kháng khuẩn khá tốt (có tác dụng với 7/9 vi khuẩn kiểm định ở nồng độ 170 µg/mL so với curcumin ở nồng độ 170 µg/mL chỉ có tác dụng đối với 2/9 vi khuẩn kiểm định) và tác dụng kháng tế bào ung thư gan HepG2 tốt hơn curcumin [1], [4]. (Hình 1.6) Hình 1.6: Dẫn chất hydroxyethyl hóa của curcumin Từ các nghiên cứu trên, chúng tôi thấy được tiềm năng của phản ứng hydroxyethyl hóa các hợp chất thuốc giúp cải thiện được khả năng hòa tan trong nước, sinh khả dụng và cải thiện được một số hoạt tính sinh học của chúng. 8 1.3. VAI TRÒ CỦA DIACID TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUỐC, HOẠT CHẤT VÀ CURCUMIN. Nhiều loại thuốc, hoạt chất có đặc tính bất lợi để thể hiện các tác dụng dược lý, dược động học trong ứng dụng lâm sàng, bằng cách sửa đổi về cấu trúc hóa học một thuốc có thể khắc phục các rào cản như độ hòa tan trong nước kém, không ổn định hóa học, hấp thu kém, chuyển hóa nhanh chóng, tác dụng tại chỗ và kéo dài thời gian tác dụng của thuốc. Trong đó, phản ứng của các diacid như acid maleic, acid succinic và acid glutaric với nhóm chức hydroxyl của thuốc hoặc hoạt chất để tạo tiền thuốc hiện nay đang được sử dụng và thử nghiệm [40]. (Hình 1.7) Hình 1.7: Công thức của các diacid Đồng thời, các tiền thuốc dạng ester này an toàn, được sử dụng lâu dài và còn một đầu acid giúp tạo thành muối natri, kali hoặc amin làm tăng khả năng hòa tan trong nước và phát triển các công thức phù hợp cho các đường dùng khác nhau như dạng thuốc tiêm tĩnh mạch [27]. 1.3.1. Vai trò của diacid trong nghiên cứu phát triển một số thuốc, hoạt chất a, Vai trò cải thiện về độ tan, dược động học, độ ổn định, hoạt tính sinh học của thuốc Các diacid đã được nghiên cứu kết hợp với một số thuốc để tổng hợp các dẫn chất mới với mục đích cải thiện về mặt dược động học, độ ổn định, hoạt tính sinh học của các thuốc này. Một số thuốc đã được nghiên cứu như: artemisinin, cloramphenicol, hydrocortison, methyl prednisolon, dexamethason, α-tocopherol,... Năm 1987, Xuan-De Luo và các cộng sự đã nghiên cứu tác dụng của artemisinin và các dẫn xuất của chúng chống lại kí sinh trùng sốt rét Plasmodium falciparum. Kết quả cho thấy các dẫn chất dihydroartemisin, ester tạo bởi dihydroartemisin với các diacid hoặc anhydrid cho hiệu lực chống sốt rét tốt hơn so với artemisinin [20]. Trên cơ sở đó, Armin Presser và các cộng sự đã tiến hành tổng hợp ester của dihydroartemisin với anhydrid succinic (artesunat) [30]. (Hình 1.8) 9 Hình 1.8: Sơ đồ tổng hợp artesunat Vitamin E là một vitamin quan trọng với cơ thể con người, vai trò của nó là chống oxy hóa, ngăn chặn tác dụng có hại của các gốc tự do. Trong đó, α-tocopherol là dạng có hoạt tính sinh học mạnh nhất. Các chất tương tự của vitamin E đã được nghiên cứu bán tổng hợp bằng cách thay thế vị trí của nhóm hydroxyl C-6 bằng các liên kết ester hoặc acetat. Một trong những chất đã được tổng hợp là α-tocopheryl succinat (α-TS), chất này có độ ổn định tốt và đã được nghiên cứu sâu rộng với tác dụng chống ung thư. Trong các nghiên cứu in vitro và in vitro α-TS đều cho thấy sự ức chế tăng trưởng với các tế bào u nguyên bào thần kinh, u thần kinh đệm, dạ dày, u lympho, vú, tuyến tiền liệt, tuyến tụy, đại tràng, bệnh bạch cầu. Một số nghiên cứu in vivo đã chứng minh tác dụng ức chế tăng trưởng một loạt các bệnh ung thư, bao gồm miệng, vú, khối u ác tính, phổi và tuyến tiền liệt [35], [29]. (Hình 1.9) Hình 1.9: Cấu trúc của α-tocopheryl succinat Acid ursolic (acid 3β-hydroxy-urs-12-en-28-oic) là một acid tồn tại dồi dào trong nhiều loài thực vật và đã được báo cáo có hoạt tính sinh ức chế enzym α-glucosidase trong điều trị đái tháo đường. Tuy nhiên, acid ursolic có cấu tạo bởi khung pentacyclic có tính kỵ nước cao làm cho khả năng hòa tan trong nước kém dẫn tới giảm sinh khả dụng và các ứng dụng điều trị trong y học lâm sàng. Tian Ming Huang và các cộng sự đã tổng hợp dẫn chất benzyl của acid ursolic là benzyl ursolat, sau đó tác giả tiến hành tạo ester với anhydrid succinic và anhydrid glutaric giúp tăng cường khả năng hòa tan 10 và tăng tác dụng ức chế enzym α-glucosidase lên gấp 37 và 25 lần so với acid ursolic [24]. (Hình 1.10) Hình 1.10: Sơ đồ tổng hợp ester của các diacid với dẫn chất của acid ursolic. b, Vai trò làm cầu nối trung gian để gắn các đại phân tử giúp cải thiện sinh khả dụng, hướng đích, giải phóng kéo dài, cải thiện hoạt tính sinh học của thuốc Năm 2018, Monika Mishra và các cộng sự đã tổng hợp piroxicam maleat sau đó, gắn thêm các phân tử polyme pectin, beta-cyclodextrin, chitosan and albumin để tạo các dẫn xuất vừa giữ nguyên được các hoạt tính giảm đau chống viêm vừa khắc phục được tác dụng không mong muốn là xuất huyết và loét dạ dày của piroxicam. Kết quả cho thấy, các dẫn xuất tổng hợp đều thể hiện các hoạt động chống viêm, giảm đau đáng kể. Hơn nữa, các liên hợp đã có hiệu quả trong việc hạn chế các vết loét nhờ các đại phân tử trong việc vận chuyển thuốc an toàn hơn [25]. (Hình 1.11) Hình 1.11: Sơ đồ tổng hợp piroxicam maleat Metronidazol là một loại thuốc có tác dụng trong điều trị nhiễm trùng do vi khuẩn hoặc do các vi sinh vật nguyên sinh như trùng roi âm đạo, amip và được sử dụng điều trị viêm đại tràng do Clostridium difficile nhẹ đến trung bình. Tuy nhiên, metronidazol sử dụng lâu dài có thể làm giảm số lượng bạch cầu trung tính, bệnh thần kinh ngoại biên, 11