Một Số Thuốc Điều Trị Ung Thư Chứa Khung Benzimidazole

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Đại cương về ung thư

1.1.1. Giới thiệu chung

Ung thư là một danh từ chung để mô tả một nhóm các bệnh có sự thay đổi về sự sinh sản, tăng trưởng và chức năng của tế bào. Cơ thể liên tục sản xuất ra các tế bào mới để thay thế những tế bào đã chết, hoặc hàn gắn lại những tế bào bị tổn hại sau bệnh hay chấn thương, giúp cơ thể chúng ta phát triển. Vì các nguyên nhân khách quan hoặc chủ quan, các tế bào bình thường trở nên bất thường (đột biến) và tăng sinh một cách không kiểm soát, xâm lấn các mô ở gần (xâm lấn cục bộ) hay ở xa (di căn) qua hệ thống bạch huyết hay mạch máu. Chính vì vậy ung thư là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên thế giới.

Có thể phân loại ung thư thành các dạng chính như sau [11]: (i) ung thư biểu mô (Carcinoma): là ung thư bắt nguồn trong da hoặc trong các mô lót hay phủ các cơ quan bên trong. Nhóm này bao gồm nhiều loại ung thư phổ biến nhất, ví dụ như ung thư da, ung thư cổ tử cung, ung thư hậu môn, ung thư thực quản, ung thư gan, ung thư thanh quản, ung thư thận, ung thư dạ dày, ung thư tinh hoàn và ung thư tuyến giáp; (ii) ung thư mô liên kết (Sarcoma): bắt nguồn từ các mô liên kết, trong xương, sụn, mỡ, thần kinh; phát triển từ các tế bào có nguồn gốc từ tế bào trung mô ở bên ngoài tủy xương; (iii) ung thư bạch huyết (Lymphoma) và bệnh bạch cầu, máu trắng (Leukemia): bắt nguồn từ các tế bào tạo máu rời khỏi tủy xương, sản xuất ra một số lượng lớn các tế bào máu bất thường tiến vào dòng máu; (iv) ung thư tế bào mầm (Seminoma và Dysgerminoma): là ung thư bắt nguồn từ các tế bào mầm, thường gặp nhiều nhất ở tinh hoàn hoặc buồng trứng; (v): ung thư nguyên bào (Blastoma): có nguồn gốc từ các tế bào tiền thân chưa trưởng thành hoặc từ mô phôi.

Trong số các ca mắc ung thư mới theo Hiệp hội ung thư Hoa Kỳ báo cáo năm 2020, dẫn đầu ở nam giới là ung thư tuyến tiền liệt (21%), ung thư phổi và phế quản (13%), ở nữ giới là ung thư vú (30%), ung thư phổi và phế quản (12%) [12]. Ba loại ung thư này cũng là mục tiêu để đánh giá khả năng ức chế của các dẫn xuất tổng hợp

được trong nghiên cứu này, với các dòng tế bào ung thư A549 (ung thư phổi), MDA- MB-231 (ung thư vú) và PC3 (ung thư tuyến tiền liệt).

1.1.2. Phương pháp điều trị

Để điều trị ung thư, cần phải loại bỏ tất cả các tế bào ung thư. Có nhiều yếu tố để nâng cao tỉ lệ thành công trong việc chữa trị ung thư, trong đó phát hiện sớm tế bào ung thư và sử dụng phương pháp điều trị thích hợp là những yếu tố quan trọng nhất. Các phương pháp điều trị ung thư hiện nay bao gồm:

1.1.2.1. Phẫu thuật

Trong một thời gian dài, phẫu thuật được xem là phương pháp duy nhất để điều trị ung thư và đến nay nó vẫn được sử dụng phổ biến trong việc điều trị rất nhiều loại ung thư. Phương pháp này có các ưu điểm như: có khả năng loại bỏ khối u nguyên phát, xâm lấn tại chỗ và không phát sinh ung thư; đánh giá được mức độ xâm lấn cũng như xác định đặc tính mô học của khối u, làm cơ sở cho xếp loại và chỉ định điều trị. Bên cạnh đó, phương pháp này có một số nhược điểm: có thể có các biến chứng đe dọa đến tính mạng bệnh nhân như chảy máu, hình thành cục máu đông, nhiễm trùng hoặc làm suy giảm chức năng sinh lý một số cơ quan [13, 14].

1.1.2.2. Xạ trị

Xạ trị là phương pháp sử dụng tia bức xạ ion hóa để điều trị ung thư. Đây là phương pháp điều trị ung thư phổ biến thứ 2 sau phẫu thuật, đã được áp dụng hơn 100 năm nay. Có 2 loại điều trị tia xạ [13, 14]: (i) tia xạ ngoài: nguồn phóng xạ nằm ngoài cơ thể gồm các máy điều trị tia xạ như cobalt, máy gia tốc. Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật với các thiết bị máy móc tối tân hiện đại và các kiến thức sâu rộng về vật lý phóng xạ, sinh học phóng xạ đã làm cho phương pháp xạ trị trở nên chính xác hơn, hiệu quả điều trị được tăng lên đáng kể, góp phần chữa khỏi hơn 50% số ca ung thư mới được chuẩn đoán. Nhược điểm: không áp dụng được khi tế bào ung thư đã di căn ra nhiều bộ phận, gây ra một số tác dụng phụ khá nghiêm trọng cho cơ thể và ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe của bệnh nhân

1.1.2.3. Hóa trị

Từ khi bắt đầu tiến triển, ung thư đã có thể di căn, do đó các phương pháp điều trị tại chỗ và tại vùng như phẫu thuật và xạ trị thường không mang lại hiệu quả. Hóa trị là phương pháp sử dụng các thuốc điều trị ung thư đặc biệt có thể ngăn chặn được ung thư tiến triển. Các thuốc điều trị ung thư đều là những chất gây độc tế bào, dựa

trên sự khác biệt về đặc trưng tăng trưởng, chức năng, khả năng đáp ứng với tế bào khác giữa tế bào ung thư và tế bào lành. Hóa trị ung thư bao gồm các loại sau : hóa trị gây đáp ứng (Induction chemotherapy), hóa trị hỗ trợ (Adjuvant chemotherapy), hóa trị tiền hỗ trợ (Neoadjuvant chemotherapy), hóa trị tại chỗ. Nhược điểm: hóa trị sẽ gây ra nhiều tác dụng phụ cho người bệnh như bị suy tủy, viêm niêm mạc, chán ăn, mệt mỏi, rụng tóc, khó ăn, sức đề kháng kém...

1.1.2.4. Điều trị ung thư hướng đích

Phương pháp này sử dụng các biện pháp ngăn chặn sự phát triển và lan rộng của tế bào ung thư bằng cách ức chế các phân tử đặc hiệu liên quan đến quá trình sinh ung thư và sự phát triển của khối u. Do đó các phân tử này được gọi là các phân tử mục tiêu (Molecular targets), các phương pháp điều trị ngăn cản chúng gọi là điều trị hướng phân tử mục tiêu (Molecular targeted therapies). Điều trị ung thư hướng đích được chia làm các loại [15]:

a. Thuốc hướng đích phân tử nhỏ [16]

Các thuốc này hướng tới các đối tượng kinase, protein điều hòa biểu sinh (epigenetic regulatory proteins), các enzyme sửa chữa tổn thương DNA, và proteasome...Ví dụ: Iressa (ZD1839 hay Gefinitib) được FDA chấp nhận trong điều trị ung thư phổi loại không phải tế bào nhỏ, thuốc này tác động vào khối u mang đột biến của thụ thể phát triển biểu bì (Epidermal Growth Factor Receptor - EGFR), và không có tác động đến khối u không mang đột biến EGFR [17]. Velcade (Bortezomib) điều trị đa u tủy, nó ức chế enzyme proteasome – giúp điều hòa chức năng và sự phát triển tế bào [18].

b. Kháng thể đơn dòng [19]

Đây là một hình thức của điều trị bằng miễn dịch, sử dụng các kháng thể đơn dòng được đưa từ bên ngoài vào cơ thể để gắn kết đặc hiệu, duy nhất với các loại tế bào, protein cụ thể, làm gián đoạn tương tác giữa các thụ thể và các ligand theo cơ chế trực tiếp hoặc gián tiếp. Liệu pháp liên hợp thuốc – kháng thể là một phương pháp điều trị được phát triển từ kỹ thuật kháng thể đơn dòng, trong đó thuốc điều trị ung thư phân tử nhỏ được liên kết với một loại kháng thể đơn dòng, giúp thuốc gắn kết vào các tế bào ung thư đã được nhắm mục tiêu, được nhận diện bằng kháng thể đơn dòng. Sau đó thuốc được giải phóng ra và tiêu diệt tế bào ung thư [20].

c. Vaccine điều trị ung thư [21]

Phương pháp này nhắm vào việc đáp ứng kháng khối u qua trung gian miễn dịch của cơ thể, được chia làm hai loại: đặc hiệu và không đặc hiệu cho bệnh nhân. Vaccine đặc hiệu cho bệnh nhân được tạo ra từ chính các tế bào khối u của bệnh nhân đó, trong khi vaccine không đặc hiệu tạo ra các phản ứng miễn dịch tổng quát có thể có tác dụng kháng khối u ở một số bệnh nhân khác nhau.

d. Liệu pháp gene [22]

Phương pháp này hướng tới việc đưa các vật liệu di truyền như DNA hoặc RNA vào tế bào ung thư để tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của chúng. Liệu pháp gene có thể được thực hiện bằng cách thay thế các gene bị đột biến trong khối u bằng gene bình thường để phục hồi chức năng của tế bào.

Các phương pháp phẫu thuật, xạ trị, hóa trị, và sử dụng các thuốc phân tử nhỏ là các phương pháp điều trị ung thư phổ biến nhất hiện nay. Các phương pháp nêu trên có thể được sử dụng kết hợp lẫn nhau để tăng khả năng điều trị ung thư cho bệnh nhân khi sử dụng riêng rẽ các phương pháp điều trị mà không mang lại hiệu quả. Tuy nhiên, các phương pháp này thường gây ra những tác dụng phụ như rụng tóc, tiêu chảy, suy giảm hệ miễn dịch cũng như làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống. Do đó, việc tìm ra các tác nhân mới chống ung thư, có tác dụng chuyên biệt hơn, hiệu quả hơn và ít tác dụng phụ hơn luôn là mối quan tâm hàng đầu.

1.2. Giới thiệu về benzimidazole

1.2.1. Đặc điểm chung

Benzimidazole là hợp chất hữu cơ dị vòng thơm, được cấu tạo từ vòng benzene và vòng imidazole gắn với nhau tại vị trí 4, 5 của vòng imidazole. Nó là một cấu trúc nổi trội có hoạt tính sinh học đa dạng trong ngành hóa dược [23]. Quy tắc đánh số của vòng benzimidazole như sau:

1 1

H 7 H

N 6 8 N

5 2 2

N 5 9 N

4 3 4 3

Vòng imidazole Vòng benzimidazole

Nhân benzimidazole xuất hiện trong nhiều hợp chất tự nhiên và các dẫn xuất của chúng được đánh giá có nhiều tiềm năng trong lĩnh vực y học. Sự có mặt của khung benzimidazole trong các hợp chất sinh học, chẳng hạn như purine - nền của DNA và sự xuất hiện của khung này trong vitamin B12 đã nhận được sự quan tâm

lớn đối với ngành dược phẩm [24]. Các nhà hóa học nghiên cứu về benzimidazole đã khám phá ra N-ribosyl-dimethylbenzimidazole, hoạt động như một trục nối phân tử với cobalt trong vitamin B12 (hình 1.1).

Hình 1.1. Cấu trúc vitamin B12

Benzimidazole chứa 1 nguyên tử hydro gắn vào nitơ ở vị trí 1 hoặc 3 tạo ra cặp đồng phân hỗ biến, đó là hiện tượng tautomer hóa (hình 1.2). Do đó, 5- methylbenzimidazole là đồng phân hỗ biến của 6-methylbenzimidazole, cả hai cấu trúc đều mô tả cùng một chất [25].

Hình 1.2. Sự hỗ biến của dẫn xuất 5(6)-methylbenzimidazole

Do các dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính sinh học rất đa dạng nên việc nghiên cứu, phát triển của nhân benzimidazole luôn được các nhà khoa học quan tâm và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Các dẫn xuất của nó được đánh giá có nhiều tiềm năng trong lĩnh vực y học. Chúng có hoạt tính sinh học phong phú: điều trị viêm loét dạ dày [26], kháng khuẩn [27], kháng virus [28, 29], chống oxy hóa [30], kháng ung thư [31], hạ huyết áp [32], chống đông máu [26], tiểu đường [33], giảm đau [34], v.v…Một số thuốc điều trị ung thư có mặt khung benzimidazole trong phân tử đã được thương mại hóa như Nocodazole, Abemaciclib, Selumetinib và Bendamustine (hình 1.3).

Hình 1.3. Một số thuốc điều trị ung thư chứa khung benzimidazole

Những hợp chất muối sulfonate của benzimidazole có ứng dụng như tác nhân làm ướt, nhũ hóa, tạo bọt, làm mềm hay làm phân tán thuốc nhuộm trong công nghiệp dệt, xử lí sợi làm tăng độ trắng của vật liệu chưa được nhuộm. Một số aminobenzimidazole đã được sử dụng để tạo ra thuốc nhuộm sulfur hoặc azo sử dụng trong ngành công nghiệp dệt may. Dùng làm thuốc nhuộm huỳnh quang trong các chế phẩm như mực để đánh dấu quần áo cần giặt khô [35]. 2-mercaptobenzimidazole và một số dẫn xuất benzimidazole còn được sử dụng trong nhiếp ảnh làm tăng độ tương phản trong các bức ảnh [36]. Các dẫn xuất của benzimidazole có mặt trong thành phần của kem chống nắng, chúng bảo vệ da bằng cách hấp thụ tia cực tím. Ngoài ra, một số muối của acid benzimidazole sulfonic được dùng để chăm sóc răng miệng [37, 38].

1.2.2. Tình hình nghiên cứu về hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất có khung benzimidazole

Ahmed Kamal (2014) đã đánh giá hoạt tính kháng ung thư của các dẫn xuất 2- arylbenzimidazole. Kết quả cho thấy hợp chất 2f – chứa nhóm phenyl ở vị trí C-2 và nhóm methoxy ở vị trí C-6 – ức chế tốt cả 4 dòng tế bào thử nghiệm với IC50 lần lượt là 1,69 µM (MCF‐7 – tế bào ung thư vú ở người), 1,99 µM (A549 – tế bào ung thư phổi ở người), 2,18 µM (DU-145 – tế bào ung thư tuyến tiền liệt ở người) và 2,04

µM (HeLa – tế bào ung thư cổ tử cung ở người) [39].

Rangappa (2015) đã tổng hợp các dẫn xuất sulfonyl bisbenzimidazole và thử hoạt tính kháng ung thư trên các dòng tế bào HeLa, HCT 116 – tế bào ung thư đại trực tràng ở người, A549 và Vero – tế bào biểu mô thận khỉ (bảng 1.1). Kết quả cho thấy hợp chất 5e có chứa nhóm p-fluorosulfonyl ở vị trí số 2 có hoạt tính ức chế mạnh nhất trên 3/4 dòng tế bào, nhóm nghiên cứu nhận định rằng các nhóm thế nhả điện tử mạnh hoặc nhóm rút điện tử mạnh đều làm tăng hoạt tính. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn đưa ra kết luận rằng các hợp chất chứa nhóm thế halogen ở vị trí ortho trên arylsulfonyl sẽ bị mất hoạt tính kháng ung thư [20].

Bảng 1.1. Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất sulfonyl bisbenzimidazole

Hợp chất	R		IC50 (μM)
Hợp chất	R	HeLa	HCT116	A549	Vero
5a	C6H5	23,8 ± 1,6	> 50	> 50	> 50
5b	4-MeC6H4	20,1 ± 3,1	41,6 ± 4,9	>50	>50
5c	2,4,6-Me3C6H2	21 ± 3,9	29,9 ± 5,9	>50	>50
5d	4-MeOC6H4	18,3 ± 2,1	19,1 ± 10,1	34,7 ± 6,3	>50
5e	4-FC6H4	16,7 ± 5,8	19,9 ± 8,2	32,2 ± 7,5	>50
5f	4-ClC6H4	21,4 ± 5,4	36,8 ± 5,4	>50	>50
5g	4-BrC6H4	24,7 ± 5,7	49,3 ± 6,5	32,2 ± 7,5	>50
5h	2,5-Cl2C6H3	> 50	-	-	-
5i	2-ClC6H4	> 50	-	-	-
5j	2-BrC6H4	> 50	-	-	-

				IC50 (µM)
R	R’	EGFR	MCF7	HaCaT	MDA- MB-231	Hep G2	A549
5a	4-Cl	4-Cl	0,97	9,6	43,1	11,9	70,9	2,2
5b	4-Cl	4-Br	25,2	35,7	25,7	20,3	35,4	5,7
5c	4-Cl	4-F	29,4	19,4	16,2	20,7	31,5	7,2
5d	4-OCH3	4-Cl	1,7	15,5	37,2	15,2	53,1	2,8
5e	4-OCH3	4-Br	6,5	35,9	36,4	39,7	57,8	34,1
5f	4-OCH3	4-F	>100	>100	67,3	>100	51,2	>100
5g	4-CH3	4-Cl	>100	>100	39,7	>100	ND	45,0
5h	4-CH3	4-Br	39,7	>100	76,5	>100	ND	88,0
5i	4-CH3	4-F	ND	50,7	>100	>100	ND	45,2
5j	4-OH	4-Cl	41,0	41,4	40,4	21,8	65,9	24,7
5k	4-OH	4-Br	>100	43,5	39,8	>100	78,2	35,7
5L	4-OH	4-F	>100	>100	51,9	>100	78,9	39,8
5-FU			-	7,12	-	5,0	5,0	1,16
Geftinib			0,011