Các Hướng Nghiên Cứu Biến Đổi Cấu Trúc Curcumin

uống liều 500 mg/kg là 0,06  0,01 g/mL. Điều này cǜng được lý giải do curcumin chuyển hóa nhanh khi vào cơ thể sống [181].

Salem và cộng sự (2014) với một nghiên cứu trên chuột đã chứng minh rằng khi curcumin được dùng đường uống cho chuột ở liều 500 mg/kg, nồng độ đỉnh được phát hiện trong huyết tương là 1,8 ng/mL, trong khi curcumin tiêm tĩnh mạch không cho thấy có dấu vết nào của thuốc trong huyết tương trong vòng 1 giờ. Tiêm phúc mạc 0,1 g/kg ở chuột cho thấy nồng độ trong huyết tương là 2,25 mg/mL sau 15 phút, với nồng độ 177,04; 26,06; 26,90 và 7,51 mg/mL tương ứng trong ruột, lá lách, gan và thận [149].

Các nghiên cứu trên đều đưa đến kết luận curcumin có sinh khả dụng thấp, điều này giải thích vì sao mặc dù nhiều nhà khoa học đã khẳng định giá trị hữu ích của curcumin đối với sức khỏe con người nhưng cho đến nay curcumin vẫn chưa có mặt một cách độc lập trong danh mục dược chất chính thức của y học hiện đại.

1.2. CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC CURCUMIN

Hiện nay, curcumin vẫn đang là đề tài được các nhà khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm nghiên cứu do những ưu điểm nổi bật về tác dụng sinh học cǜng như độ an toàn cao. Tuy nhiên, việc ứng dụng curcumin trong điều trị còn hạn chế do tính tan kém, thấm kém và chuyển hóa nhanh qua gan dẫn tới sinh khả dụng đường uống thấp. Do đó, hướng nghiên cứu trọng tâm về curcumin hiện tại là cải thiện sinh khả dụng hoặc tạo các dẫn chất mới có hoạt tính, hoặc cải thiện độ tan, tính thấm hơn so với curcumin, với hai hướng chính được triển khai: Một là hướng nghiên cứu tạo ra các tiểu phân kích thước nhỏ chứa curcumin để tăng độ tan và tăng sinh khả dụng của curcumin. Với phương pháp tiếp cận này, curcumin được tạo nhǜ tương nano dầu trong nước, tạo phức với β-cyclodextrin, hệ phân tán rắn, hoặc methoxypoly(ethylenglycol)-palmitat, hệ nano lipid rắn, hệ micel chất diện hoạt hoặc tạo các dạng nano. Hầu hết các phương pháp này đều chỉ ra rằng, hoạt tính hệ thu được cao hơn so với curcumin ban đầu [75], [90], [92]. Hai là biến đổi phân tử curcumin tạo nên các dẫn chất mới có hoạt tính sinh học. Hướng nghiên cứu này không chỉ có thể làm tăng độ tan, tính thấm, cải thiện độ ổn định và sinh khả dụng của curcumin mà còn có thể tạo ra hợp chất có dược tính mới, nhiều trường hợp độc tính giảm. Với phương pháp tiếp cận này, các nhà khoa học tác động vào các vị trí trên phân tử curcumin để biến đổi hóa học tạo ra các phân tử mới. Các vị trí trên phân tử curcumin có thể tác động để tạo nên phân tử mới là: thay đổi chuỗi bên aryl (A) và thay đổi cầu nối -dicetonheptadien (thay đổi chức diceton (B), sửa liên kết đôi (C),

thay nhóm chức hoạt động methylen (D), tạo phức hợp kim loại - curcumin (E)) (Hình 1.7) [16]. Hiện nay, hướng này đang được các nhà khoa học tại Việt Nam cǜng như trên thế giới rất quan tâm nghiên cứu và thể hiện ở tất cả các hướng biến đổi như trên Hình 1.7.

Hình 1.7. Khả năng sửa đổi cấu trúc của curcumin

1.2.1. Hướng nghiên cứu biến đổi chuỗi bên aryl

1.2.1.1. Các nghiên cứu tạo dẫn chất demethyl hóa curcumin

Mazumder và cộng sự (1997) đã thực hiện phản ứng demethyl hóa curcumin trong pyrdin, xúc tác AlCl3. Hiệu suất monodemethylcurcumin (1) và didemethylcurcumin

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 442 trang tài liệu này.

(2) tương ứng là 15% và 65%. Hai dẫn chất 1, 2 có giá trị IC50 nhỏ (< 20 µM), có khả năng ức chế enzym integrase và được đánh giá có tiềm năng để tiếp tục nghiên cứu tác dụng chống lại HIV. Kết quả này được giải thích là do trong cấu trúc phân tử của 1, 2 chứa nhiều nhóm -OH gắn với nhân thơm [102]. Theo Changtam và cộng sự (2010) demethyl hóa thực hiện với xúc tác BBr3 trong dicloromethan thu được 42% sản phẩm monodemethylcurcumin và 33% dimethylcurcumin. Các dẫn chất đã được đánh giá tác dụng kháng khuẩn Mycobacterium tuberculosis H37Ra. Kết quả cho thấy các dẫn chất demethyl hóa đều có tác dụng kháng M. tuberculosis, tuy nhiên tác dụng kém hơn so với curcuminoid ban đầu. Có thể là do khi tăng nhóm phân cực gắn với nhân thơm đã làm giảm tác dụng kháng M. tuberculosis [33].

1.2.1.2. Các nghiên cứu tạo các dẫn chất alkyl hóa của curcumin

Changtam và cộng sự (2010) đã tiến hành tổng hợp 55 dẫn chất từ các curcuminoid lấy từ củ nghệ, bao gồm các dẫn chất demethyl hóa; dẫn chất ether hóa nhóm -OH của nhân thơm; dẫn chất acetat; dẫn chất dihydro, tetrahydro, octahydro; dẫn chất

isoxazol… Các dẫn chất đã được đánh giá tác dụng kháng khuẩn Mycobacterium tuberculosis H37Ra. Kết quả cho thấy các dẫn chất alkyl hóa đều có tác dụng kháng M.tuberculosis, đáng chú ý là dẫn chất mono-O-n-propylcurcumin (3) và dẫn chất mono-O-n-pentylcurcumin (4) có tác dụng mạnh hơn curcumin lần lượt 4 lần và 8 lần. Ngoài ra, trong nghiên cứu này, các tác giả cǜng đã tổng hợp các dẫn chất hydroxymethyl curcumin. Phản ứng được tiến hành trong môi trường aceton khan có mặt kali carbonat, sử dụng tác nhân 2-bromoethanol. Sản phẩm được tách ra bằng sắc ký cột, thu được mono-O-(2-hydroxyethyl)curcumin (5) và di-O-(2- hydroxyethyl)curcumin (6). Trong đó dẫn chất 5 thể hiện tính tan và tác dụng chống oxy hoá tốt hơn curcumin [33].

Ding và các cộng sự (2015) đã tiến hành phản ứng tổng hợp ether từ curcumin và các hợp chất chứa nitơ N,N-dimethyl-2-cloroethylamin hydroclorid hoặc 1-(2-ethyl clorid) pyrrolidin hydroclorid với base K2CO3 khan trong dung môi dimethyl formamid khan thu được hợp chất ether 7, 8 có tính tan trong nước và độ ổn định trong huyết tương tốt hơn curcumin [42].

1.2.1.3. Các nghiên cứu tạo tiền thuốc của curcumin

Trong nghiên cứu phát triển thuốc, tạo ra tiền chất là hướng đi quan trọng để cải thiện độ tan, sinh khả dụng, độ ổn định và các dược tính khác của thuốc gốc (thuốc mẹ) [164]. Các tiền thuốc này tan trong nước hơn, dễ qua màng tế bào hơn và sẽ giải

phóng ra thuốc mẹ qua quá trình biến đổi sinh học nhờ các enzym. Các tiền thuốc hay gặp thường là ester, amid, carbamat, carbonat, ether, imin, phosphat,…

Mishra và cộng sự (2005) đã nghiên cứu và đánh giá đặc tính có khả năng oxy hóa và chống oxy hóa của dẫn chất diglycinoyl hóa (9) và dipiperoyl hóa (10) curcumin. Hai phản ứng được thực hiện với các tác nhân tương ứng là N-phthaloylglycinoyl clorid và piperoyl clorid trong dung môi pyridin. Những chất này có hoạt tính cao hơn với nồng độ thấp hơn khi so với diacetyl curcumin. Tác dụng chống oxy hóa này được liên kết với các thế hệ của ROS bởi tế bào u, trong khi các mức độ glutathion (GSH) được yêu cầu không thay đổi [107].

Wichitnithad và các cộng sự (2011) đã thực hiện tổng hợp một số dẫn chất succinat của curcumin trong đó dẫn chất curcumin diethyl disuccinat (11) thể hiện hoạt tính kháng tế bào ung thư biểu mô đại trực tràng ở người (Caco-2) in vitro tốt hơn (IC50 (μM) ± SD = 1,84 ± 0,11) so với curcumin (IC50 (μM) ± SD = 3,31 ± 0,16).

Đồng thời, dẫn chất này có độ ổn định hóa học cao hơn curcumin trong dung dịch đệm phosphat 0,1M (pH = 7,4) ở 37 °C. Để tổng hợp dẫn chất này, curcumin được phản ứng với ethyl-4-cloro4-oxobutyrat, có mặt DMAP trong dung môi dicloromethan hoặc hỗn hợp dicloromethan/diethyl ether [179].

Jacob và cộng sự (2013) tổng hợp hai dẫn chất diacetyl curcumin (12) và diglutaryl curcumin (13) từ curcumin với tác nhân anhydrid acetic/pyridin và anhydid glutaric/ triethylamin/ dimethylaminopyridin trong THF. Hai dẫn chất được đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư và chống viêm in vitro. Kết quả của nghiên cứu này chỉ ra rằng chất 12 có các hoạt động chống ung thư in vitro và hoạt động chống viêm đáng kể tương đương với aspirin, còn dẫn chất 13 có hoạt tính giảm đau đáng kể cao hơn so với aspirin [72]. Hướng nghiên cứu tương tự, Muangnoi và các cộng sự (2018) đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học của acid curcumin di-glutaric

(13). Phản ứng tạo 13 đi từ curcumin với tác nhân anhydrid glutaric, xúc tác triethylamin trong dung môi dicloromethan. Dẫn chất 13 giúp cải thiện được độ tan và tăng khả năng chống nhiễm trùng trên chuột [113].

Ding và các cộng sự (2015) đã thực hiện phosphoryl hóa trực tiếp nhóm -OH phenol của curcumin và thu được một số dẫn chất phosphat trong đó dẫn chất monophosphat của curcumin là curcumin-O-yl dihydrophosphat (14) thể hiện hoạt tính ức chế mạnh trên tế bào Hela (IC50 = 6,78 µM) so với curcumin (IC50 = 17,67

µM). Phép thử in vitro trong bào tương chuột cho thấy dẫn chất này giải phóng từ từ ra curcumin. Tuy nhiên con đường tổng hợp 14 lại tương đối phức tạp và khắc nghiệt: curcumin được phosphoryl hóa bằng dibenzyl phosphat trong ethyl acetat khan ở -25°C trong 8 h, sản phẩm mono- và di- phosphoryl hóa được tách ra bằng sắc kí cột, sau đó phải loại nhóm benzyl bằng trimethylbromosilan dưới điều kiện N2 ở -5°C trong 10h, hiệu suất của cả quá trình để thu được 14 là 14% [42].

1.2.1.4. Các nghiên cứu tạo liên hợp của curcumin với các thành phần thân

nước

Liên hợp curcumin với glucose là một cách tiếp cận mới để tạo ra các tiền thuốc dễ tan hơn. Hergenhahn và cộng sự (2001) đã nghiên cứu tổng hợp các glycosylcurcumin. Curcumin được phản ứng với acetobromoglucose và acetobromogalactose trong sự có mặt của Et3BnNBr. Sau đó deacetyl hóa với MeONa trong MeOH và xử lý sản phẩm với amberit H50 thu được diglucosylcurcumin (15) và digalactosylcurcumin (16) [65]. Cùng hướng nghiên cứu này là các tác giả Mohri (2003) [110] và Mishra (2005) [108].

Safavy và cộng sự (2007) đã tổng hợp nhóm dẫn chất liên hợp curcumin với polyethylenglycol (PEG) (17) có độ tan trong nước tốt và sinh khả dụng cải thiện đáng kể. Dẫn chất tạo thành có độ tan trong nước tốt, thể hiện hoạt tính kháng tế bào LS-174T (tế bào ung thư đại tràng), MIA PaCa-2 và BxPC-3 (hai dòng tế bào ung thư tuyến tụy) với thời gian bán hủy đạt 60–200 phút. Phức hợp này được tổng hợp từ curcumin và methylamino-PEG carboxylat hoặc methoxyamino-PEG thông qua xúc tác N,N-diisopropylethylamin, dung môi DMF [148].

Dubey và cộng sự (2008) nghiên cứu tạo liên hợp giữa curcumin với N- phthaloylglutamoyl clorid hoặc N-phthaloylvalinoy clorid, hoặc N phthaloylglycinoyl clorid trong dung môi pyridin thu được dẫn chất liên hợp 18, 19,

20. Nghiên cứu chỉ ra, dẫn chất liên hợp curcumin với valin (19) và glycin (20) có hoạt tính kháng dòng tế bào ung thư κB và Hela tốt hơn curcumin. Cǜng trong nghiên cứu này, các tác giả tổng hợp dẫn chất của curcumin với acid piperic (là sản phẩm thủy phân trong môi trường kiềm của piperin). Hợp chất liên hợp của curcumin với acid piperic được tổng hợp bằng cách ester hóa tại hai vị trí -OH phenol, là các vị trí chuyển hóa trong quá trình sulfat hóa và glucuronic, để kéo dài quá trình chuyển hóa của curcumin và do đó làm tăng cường sinh khả dụng. Trước tiên, các tác giả tạo dẫn chất demethylen của acid piperic bằng cách cho acid piperic phản ứng với PCl5 trong dung môi dicloromethan. Sau đó, sản phẩm acid demethylen-piperic thu được được cho phản ứng với thionyl clorid tạo dẫn chất demethylenat piperoyl clorid. Dẫn chất này được cho phản ứng với curcumin trong pyridin thu được 1,7-bis(4-O- demethylenat-piperoyl-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion (21) [43]. Trong một hướng nghiên cứu tương tự, Singh và cộng sự (2013) đã nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất lai của curcumin với acid piperic và glycin tạo dẫn chất di-O-piperoyl

curcumin (CDP) và di-O-glycinoyl curcumin (CDG) liên hợp. So với các phân tử curcumin, CDP và CDG liên hợp đã được hiển thị để trình bày một tiềm năng chống ung thư in vitro cao trên hai dòng tế bào ung thư vú MCF-7 và MDA-MB-231, trong đó hai dẫn chất này không những làm giảm khả năng tồn tại của tế bào mà còn tạo ra những thay đổi về hình thái hạt nhân tế bào trong phạm vi nồng độ µM. Liên hợp được thiết kế này của curcumin không ảnh hưởng đến hiệu quả chống khối u của hợp chất tự nhiên, trong khi nó tăng cường khả dụng sinh học của nó bằng cách điều chỉnh các cơ chế chuyển hóa phân giải. Kết quả trên tạo tiền đề để cho các nghiên cứu sâu hơn về tác dụng của các liên hợp này lên các tế bào ung thư in vivo [157].

Dẫn chất liên hợp của curcumin và với 2 phân tử β-glucose (22) được Ferrari và cộng sự (2009) tổng hợp và thử hoạt tính trên dòng tế bào ung thư buồng trứng mẫn cảm hoặc kháng cisplastin (cDDP). Kết quả cho thấy, dẫn chất 22 có hoạt tính trên các dòng tế bào này và có tính chọn lọc cao (ít độc tới tế bào không ung thư vero). Ngoài ra, dẫn chất lai hoá với β-glucose là hợp chất tan tốt trong nước, thể hiện dược động học ổn định hơn so với curcumin [48]. Cùng hướng nghiên cứu, Arafa và cộng sự (2010) đã tổng hợp dẫn chất lai hóa glycosid của curcumin với 1 phân tử β-glucose

(23) qua vị trí -OH phenol trên curcumin. Các tác giả thử hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng ung thư ruột kết (Caco-2, HT 29, T-84) cho thấy, dẫn chất lai hoá tạo thành có tác dụng kháng tế bào ung thư với giá trị IC50 tương ứng là 10,3; 24,6; 50,3

µM cao hơn so với curcumin ban đầu, trong đó tác dụng này liên quan tới thời gian và hoạt tính của men β-glycosidase (là men phân hủy liên kết glycosid của tiền thuốc trong cơ thể để tạo ra hoạt chất curcumin) [22].

Manju và cộng sự (2011) tổng hợp dẫn chất liên hợp polyvinylpyrrolidon- curcumin (24) từ curcumin và polyvinylpyrrolidon, với sự có mặt của DMAP, TEA và DMSO. Phân tử lai 24 đã cải thiện độ tan trong nước theo cơ chế tự tập hợp của các phân tử trong môi trường nước (tạo micell nano bền vững ở pH sinh lý). Kết quả thử tác dụng gây độc tế bào nguyên bào sợi L929 cho thấy dẫn chất này có tác dụng gây độc tế bào cao hơn so với curcumin tự do. Điều này được giải thích là do độ tan của dẫn chất được cải thiện so với curcumin [99].

Aggarwal và cộng sự (2011) đã nghiên cứu tạo liên hợp [DLys6]-LHRH và curcumin và kiểm tra tác dụng của phân tử [DLys6] -LHRH-curcumin (25) đối với các tế bào ung thư tuyến tụy in vitro và in vivo. Để thu được dẫn chất 25, trước tiên tạo ester của curcumin với anhydrid glutaric, xúc tác pyridin. Sau đó, phân tử 25 được tổng hợp bằng kỹ thuật hóa học pha rắn Fmoc. Piperidin đã được bảo vệ bằng nhóm Fmoc trong DMF, sử dụng một hỗn hợp của acid trifluoroacetic (TFA): phenol: nước: triisopropylsilan (TIPS) (88: 5: 5: 2) để tách peptid ra khỏi nhựa, kết tủa và sấy khô trong chân không để tạo ra peptid liên hợp 25. Các dữ liệu nghiên cứu cho thấy, không giống như curcumin, phân tử 25 hòa tan trong nước và có thể tiêm tĩnh mạch. Trong nghiên cứu in vivo, dẫn chất này được tiêm tĩnh mạch gây giảm đáng kể trọng lượng và khối lượng khối u, và chất curcumin tự do được cung cấp bằng liều lượng bằng nhau không gây giảm đáng kể trọng lượng khối u và khối lượng trong mô hình ung thư tuyến tụy chuột. Sử dụng phân tử liên hợp tăng cường hoạt tính so với [DLys6]‐ LHRH và định hướng vào điều trị trong mô khối u. Chất này có khả năng hữu ích trong điều trị ung thư tuyến tụy [16].

Pandey và cộng sự (2011) cǜng đã tổng hợp nhóm dẫn chất liên hợp curcumin với các polyethylenglycol (PEG600; PEG 1000; PEG 1540; PEG 2000) thu đươc các dẫn chất 26a-d thông qua hai giai đoạn: giai đoạn 1: ester hóa curcumin với ethyl ŀ- bromoacetat và kali carbonat tạo diester; giai đoạn 2, diester được đồng trùng hợp với polyethylen glycol bằng cách sử dụng Candida antarctica lipase [CAL-B, Novozym 435] trong điều kiện không có dung môi, phản ứng chuyển hóa ester một cách chọn lọc, không ảnh hưởng đến các hydroxyl enolic thứ cấp của curcumin. Các hợp chất