Khóa luận tốt nghiệp: Sàng lọc in silico các hợp chất của cây Mỏ quạ (cudrania tricuspidata) có tác dụng ức chế enzym metalloprotein-9 định hướng điều trị ung thư

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Sàng lọc in silico các hợp chất của cây Mỏ quạ (cudrania tricuspidata) có tác dụng ức chế enzym metalloprotein-9 định hướng điều trị ung thư" là sàng lọc một số hợp chất của cây Mỏ quạ có tác dụng ức chế MMP-9 bằng phương pháp Docking phân tử; mhân tích các đặc tính giống thuốc và đánh giá các thông số ADMET.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Sàng lọc in silico các hợp chất của cây Mỏ quạ (cudrania tricuspidata) có tác dụng ức chế enzym metalloprotein-9 định hướng điều trị ung thư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC VŨ THỊ THU TRANG SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT CỦA CÂY MỎ QUẠ (Cudrania tricuspidata) CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM METALLOPROTEIN-9 ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Hà Nội - 2022
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC VŨ THỊ THU TRANG SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT CỦA CÂY MỎ QUẠ (Cudrania tricuspidata) CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM METALLOPROTEIN-9 ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Khóa: QH.2017.Y Người hướng dẫn: 1. PGS.TS. Bùi Thanh Tùng 2. ThS. Đỗ Thị Hồng Khánh Hà Nội - 2022
Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS. TS. Bùi Thanh Tùng công tác tại Bộ môn Dược lý - Trường Đại học Y Dược - Đại học Quốc gia Hà Nội, người thầy đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn cũng như động viên, quan tâm đến em trong suốt quá trình thựchiện khóa luận. Em cũng xin cảm ơn ThS. Đỗ Thị Hồng Khánh công tác tại Trường Đại học Y Dược - Đại học Quốc gia Hà Nội đã hỗ trợ cho em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài khóa luận của mình. Bên cạnh đó, em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các lãnh đạo, các thầy cô công tác tại Trường Đại học Y Dược - Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô tại bộ môn Dược lý cũng như các thầy cô trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã ở cạnh bên yêu thương, động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua! Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2022 Sinh viên Vũ Thị Thu Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ADMET Sự hấp thụ, phân bố, chuyển hóa, thải trừ HIA Tính hấp thu thuốc ở ruột người MMP Matrix metalloproteinase MMP-9 Matrix metalloproteinase-9 pro-MMP Tiền enzym metalloprotein pro-MMP9 Tiền enzym metalloprotein-9 RMSD Độ lệch bình phương trung bình gốc RO5 Quy tắc 5 của Lipinski
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Cấu trúc 3D của enzym 1L6J được tải về từ cơ sở dữ liệu Protein Data Bank Hình 3.1 Hình ảnh tương tác 2D của 1,3,5-Trihydroxy-4-prenylxanthon với enzym MMP-9 Hình 3.2 Hình ảnh tương tác 2D của Isocudraxanthon K với enzym MMP-9 Hình 3.3 Hình ảnh tương tác 2D của Isocudraniaxanthon A với enzym MMP-9 Hình 3.4 Hình ảnh tương tác 2D của Macluraxanthon C với enzym MMP-9 Hình 3.5 Hình ảnh tương tác 2D của Nicotiflorin với enzym MMP-9 Hình 3.6 Hình ảnh tương tác 2D của Licoflavon C với enzym MMP-9
DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Kết quả của quá trình sàng lọc các hợp chất xanthon và flavonoid của cây Mỏ quạ có tác dụng ức chế đích enzym MMP-9 Bảng 3.2 Các thông số Lipinski của 6 hợp chất Bảng 3.3 Thông số các đặc tính ADMET của các hợp chất giống thuốc
MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................ 3 1. Tổng quan về ung thư .....................................................................................3 1.1. Tình hình ung thư tại Việt Nam ..................................................................3 1.2. Quá trình tiến triển tự nhiên của ung thư ....................................................4 1.3. Xếp giai đoạn bệnh trong ung thư ...............................................................5 1.4. Các phương pháp điều trị ung thư hiện nay ................................................6 2. Tổng quan về enzym metalloprotein-9 .......................................................... 9 2.1. Sơ lược về enzym metalloprotein-9 ............................................................9 2.2. Vai trò của MMP-9 trong ung thư ............................................................ 10 3. Nghiên cứu về các hợp chất của cây Mỏ quạ (Cudrania tricuspidata) ...... 11 4. Tổng quan về nghiên cứu in silico ...............................................................12 4.1. Mô hình in silico trong quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc ............12 4.2. Docking phân tử ........................................................................................ 13 4.3. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc ......................................... 15 4.4. Dự đoán ADMET các thông số dược động học và độc tính .................... 15 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................17 1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................17 2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 18 3. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................18 4. Nghiên cứu đặc điểm giống thuốc ............................................................... 20 5. Nghiên cứu các đặc tính dược động học và độc tính ...................................20 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................... 22 1. Kết quả sàng lọc các hợp chất xanthone và flavonoid của cây Mỏ quạ ......22 2. Kết quả phân tích các thông số Lipinski ......................................................34 CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN ..............................................................................38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 41
ĐẶT VẤN ĐỀ Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ung thư là căn bệnh gây tử vong đứng thứ hai toàn đầu sau bệnh tim, ước tính khoảng 9,6 triệu ca tử vong, tương ứng với 1/6 trường họp tử vong vào năm 2018 và đang có xu hướng tăng lên cả về số ca mắc và số trường hợp tử vong [1]. Tại Việt Nam, ước tính có khoảng 182.653 ca mắc mới và 122.690 trường hợp tử vong do ung thư. Cứ 100.000 người thì có 159 người được chẩn đoán mắc mới ung thư và 106 người tử vong do ung thư (số liệu năm 2020). Số ca mắc ung thư và số trường hợp tử vong do ung thư tại Việt Nam ngày càng tăng nhanh tương đương với tình hình trên thế giới [2]. Sự khác biệt ở đây nằm ở việc tình hình thu nhập, tài chính của người dân nước ta đa phần còn thấp nên có rất nhiều ca mắc ung thư được phát hiện muộn, không được chăm sóc, điều trị kịp thời hay người bệnh không muốn tiếp tục điều trị bệnh dẫn đến việc các trường hợp tử vong ở nước ta có tỷ lệ cao hơn so với các quốc gia phát triển trên thế giới. Trước tình hình như hiện nay, việc nghiên cứu phát triển thuốc mới định hướng điều trị ung thư đang được giới khoa học ưu tiên hàng đầu, trong đó có Việt Nam. Các phương pháp nghiên cứu trước đó hay hiện có hầu hết điều đang theo hướng tập trung vào cả các đích tác dụng chính và các đích phụ thậm chí là không cần thiết. Điều đó sẽ đảm bảo nếu thuốc có tác dụng sẽ có phổ tác dụng rộng hơn nhưng lại không đảm bảo mức tác dụng và mang đến nhiều tác dụng phụ hơn [3]. Do đó, việc phát triển nghiên cứu các thuốc có đích tác dụng chọn lọc trên các đích phân tử khác nhau đang là mục tiêu cần hướng tới để nâng cao khả năng điều trị và ít độc hơn cho người bệnh. Hiện nay, các loại thuốc được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên đang được sử dụng rộng rãi do tính hiệu quả, an toàn, ít tác dụng không mong muốn, tiết kiệm chi phí,… Cây Mỏ quạ (Cudrania tricuspidata) là một trong những loại cây được biết đến là màn lại nhiều tác dụng trong điều trị bệnh như chống viêm, chống ung thư, chống oxy hóa, bảo vệ gan,… [25,30] đang được nhiều nhà khoa học nhắm đến để nghiên cứu, phát triển trên nhiều loại mô hình nhờ nguồn tài nguyên hóa học đa dạng mà nó mang lại bao gồm 1
2 nhóm lớn như flavonoid, xanthon và nhiều nhóm chất nhỏ khác với khoảng trên dưới 250 chất hóa học đã được tìm thấy [31]. Khả năng chống ung thư của cây là không nhỏ, người ta đã tìm thấy gần 80 hợp chất hóa học có trong thành phần của Mỏ quạ có khả năng chống ung thư theo nhiều đích tác dụng khác nhau [27]. Enzym metalloprotein-9 hay matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) là một trong những enzym được xác định có vai trò trong việc hình thành mạch, di căn, xâm lấn và sự tồn tại của khối u. Đây cũng là đích tác dụng quan trọng của các hợp chất hóa học được tìm thấy trong cây Mỏ quạ. Việc tác động ức chế enzym này sẽ giúp cải thiện phần nào tình trạng bệnh ung thư trong giai đoạn sớm. Từ những phân tích nêu trên, nhằm góp phần tìm kiếm các hoạt chất có hoạt tính tốt phù hợp phát triển thành thuốc điều trị ung thư em tiến hành đề tài “Sàng lọc in silico các hợp chất của cây Mỏ quạ (Cudrania tricuspidata) có tác dụng ức chế enzym Metalloprotein-9 định hướng điều trị ung thư” với mục tiêu chính như sau: - Sàng lọc một số hợp chất của cây Mỏ quạ có tác dụng ức chế MMP-9 bằng phương pháp Docking phân tử. - Phân tích các đặc tính giống thuốc và đánh giá các thông số ADMET. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về ung thư Trong thời đại ngày nay mặc dù khoa học đã có những tiến bộ vượt bậc đặc biệt là trong lĩnh vực sinh học phân tử nhưng để định nghĩa bệnh ung thư vẫn không phải điều dễ dàng. Tuy nhiên có thể định nghĩa ung thư như là quá trình bệnh lý mà trong đó một số tế bào thoát ra khỏi sự kiểm soát, sự biệt hóa sinh lý của tế bào và tiếp tục nhân lên. Những tế bào này có khả năng xâm lấn và phá hủy các tổ chức xung quanh đồng tời chúng di trú và đến phát triển ở nhiều cơ quan khác nhau và hình thành nên di căn, cuối cùng gây tử vong do: - Các biến chứng cấp tính như xuất huyết ồ ạt, chèn ép não, ngạt thở. - Tiến triển nặng dần tiến đến rối loạn chức năng của các cơ quan do khối u di căn như thiểu năng hô hấp, suy chức năng gan thận. - Sự thoái triển dần dần, kéo dài dẫn đến suy kiệt và cuối cùng bệnh nhân tử vong [23]. 1.1. Tình hình ung thư tại Việt Nam Tại Việt Nam, ước tính có khoảng 182.653 ca mắc mới và 122.690 trường hợp tử vong do ung thư. Cứ 100.000 người thì có 159 người được chẩn đoán mắc mới ung thư và 106 người tử vong do ung thư (số liệu năm 2020). Số ca mắc ung thư và số trường hợp tử vong do ung thư tại Việt Nam ngày càng tăng nhanh tương đương với tình hình trên thế giới [2]. Hiện nay, chỉ có 185/204 quốc gia có báo cáo thống kê về tình hình bệnh ung thư theo GLOBOCAN. Năm 2020, Việt Nam xếp thứ 91/185 về tỷ suất mắc mới và thứ 50/185 về tỷ suất tử vong trên 100.000 người. Thứ hạng này tương ứng ở năm 2018 là 99/185 và 56/185. Từ đó có thể thấy tình hình mắc mới và tử vong do ung thư ở Việt Nam đang tăng nhanh. Tình hình này cũng xảy ra tương tự với nhiều quốc gia phát triển trên thế giới như Anh, Pháp, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ý, Thái Lan,… Tuy nhiên, tỷ lệ tử vong do ung thư tại các quốc gia này lại giảm [2] do tình hình thu nhập, tài chính, điều kiện y tế, trang thiết bị của các quốc gia này tốt hơn so với Việt Nam nên 3
người bệnh có nhiều cơ hội phát hiện sớm và tiếp cận điều trị ung thư phù hợp. 1.2. Quá trình tiến triển tự nhiên của ung thư Mỗi loại ung thư đều có sự tiến triển khác nhau, tuy nhiên nếu không được điều trị thì sẽ diễn biến qua các giai đoạn sau: giai đoạn khởi đầu, ung thư tiến triển, ung thư di căn [23]. Giai đoạn khởi đầu Bước khởi đầu: Thường xảy ra rất nhanh, sau khi các tế bào tiếp xúc với các tác nhân gây ung thư tác nhân vật lý, tác nhân hóa học, tác nhân virus. Các tác nhân này sẽ gây ra thương tổn DNA của tế bào không hồi phục. Giai đoạn thúc đẩy: Do tiếp xúc liên tục, kéo dài với các chất gây ung thư làm ổn định và duy trì thương tổn đầu tiên. Giai đoạn tiến triển: Các tế bào nhân lên không kiểm soát được, phát triển độc lập, mất khả năng biệt hóa, xâm lấn cục bộ và cho di căn. Ung thư tiến triển Sự tiến triển của bệnh ung thư có thể giải thích được bản chất của bệnh ung thư. Khối u phát triển cục bộ tại chỗ, xâm lấn tại vùng và di căn toàn thân. Khi tiến triển ung thư xảy ra, có nhiều biện pháp để chống lại sự tiến triển đó: - Sàng lọc và điều trị các thương tổn tiền ung thư. - Sàng lọc và điều trị những khối u kích thước còn nhỏ (chủ yếu bằng phẫu thuật hoặc tia xạ). - Điều trị tích cực các ung thư đang còn tại chỗ (thường kết hợp với điều trị hỗ trợ hóa trị liệu hoặc nội tiết trị liệu). Ung thư di căn Di căn ung thư là tình trạng các tế bào ung thư tách rời ra khỏi khối u nguyên phát để đến cư trú và phát triển thành khối u ở cơ quan khác qua các đường khác nhau: đường bạch huyết, đường máu, đường kế cận,… 4
Di căn theo đường bạch huyết: Loại ung thư biểu mô thường di căn đến các trạm bạch huyết khu vực. Khi khối u tiến đến thành bạch huyết, tế bào ung thư xâm lấn nhanh chóng đi qua thành bạch huyết và được hệ thống lưu thông bạch huyết mang tới trạm hạch đầu tiên. Khi các tế bào ung thư đi đến hạch, người ta nhận thấy được phản ứng đặc hiệu gọi là viêm bạch mạch mạn tính đặc hiệu (specific chronic lymphadenitis) [24]. Sự hiện diện của di căn bạch huyết trên mẫu bệnh phẩm phẫu thuật, hoặc sự xâm lấn hạch bạch huyết là đặc hiệu của ung thư đang tiến triển. Tiên lượng thường nghèo nàn và các nhà ung thư học phải tính đến điều trị kết hợp xạ trị, hóa trị, nội tiết, miễn dịch sau phẫu thuật [24]. Di căn theo đường máu: Các loại ung thư của tổ chức liên kết (ung thư xương, ung thư phần mềm) thường di căn theo đường máu đến các tạng ở xa như gan, phổi, não. Di căn theo đường kế cận: Di căn hay di dọc theo mạch máu và thần kinh, theo lối ít bị cản trở, điển hình là ung thư dạ dày lan qua lớp thanh mạc vào ổ bụng gây di căn buồng trứng. Ngoài ra, dao mổ, dụng cụ phẫu thuật có thể reo rắc tế bào ung thư ra nơi khác trong phẫu thuật nếu mổ trực tiếp vào khối u [24]. 1.3. Xếp giai đoạn bệnh trong ung thư Việc xếp giai đoạn bệnh trong ung thư là cần thiết trước khi đề ra các phương án hay quyết định điều trị trong bất cứ trường hợp nào, mục đích là để: - Dự đoán được tiên lượng của bệnh. - Chỉ định điều trị phù hợp với giai đoạn của bệnh, tránh những điều trị không cần thiết. - So sánh kết quả điều trị giữa các nhóm bệnh nhân tương đối đồng nhất. - Nghiên cứu kết quả điều trị theo giai đoạn bệnh. Xếp loại chủ yếu dựa vào các dữ kiện về lâm sàng và cận lâm sàng. Những yếu tố chính để căn cứu xếp loại như sau: 5
- Mức độ xâm lấn của khối u tại chỗ. - Mức độ di căn xa. - Loại giải phẫu bệnh của ung thư với đánh giá độ biệt hóa của loại ung thư đó. - Có thể sử dụng nhiều loại chất chỉ điểm khối u. - Trong một tương lai gần các chất chỉ điểm về gen và những bất thường khác về protein có thể trở thành các yếu tố để xếp giai đoạn [23,24]. - Tình trạng toàn thân của bệnh nhân. 1.4. Các phương pháp điều trị ung thư hiện nay 1.4.1. Điều trị phẫu thuật Trong thời gian đầu đây được xem là phương pháp duy nhất để điều trị ung thư và được sử dụng lâu dài trong những khoảng thời gian sau đó, hiện nay đây vẫn là phương pháp chủ yếu trong điều trị ung thư cùng với những tiến bộ vượt bậc về kỹ thuật mổ, gây mê hồi sức [2,23]. Các ưu điểm của phẫu thuật ung thư: - Các loại u ác tính không có sự đề kháng sinh học đối với các kỹ thuật ngoại khoa. - Phẫu thuật không có tác dụng phụ tiềm năng gây ung thư. - Phẫu thuật có khả năng điều trị một số lớn ung thư ở giai đoạn tại chỗ và tại vùng. - Phẫu thuật cho phép đánh giá mức độ xâm lấn của khối u cũng như xác định đặc tính mô học của khối u làm cơ sở cho xếp loại và chỉ định điều trị. Các nhược điểm của phẫu thuật ung thư: - Phẫu thuật có thể có các biến chứng đe dọa đến tính mạng bệnh nhân hoặc làm mất chức năng sinh lý một số cơ quan. Bác sĩ phẫu thuật cần cân nhắc mức độ rộng của phẫu thuật để tránh tổn thương những cơ quan quan trọng dẫn đến phẫu thuật thất bại. 6
- Những tổn thương ác tính đã vượt qua giai đoạn tại chỗ và tại vùng thì phẫu thuật không còn phù hợp. Phân loại phẫu thuật: - Phẫu thuật để chẩn đoán - Phẫu thuật triệt căn - Phẫu thuật giới hạn - Phẫu thuật giảm thể tích khối u - Phẫu thuật thám sát - Phẫu thuật tái tạo và di căn - Phẫu thuật triệu chứng - Phẫu thật tái tạo - Phẫu thuật giảm đau 1.4.2. Điều trị tia xạ Điều trị tia xạ là sử dụng tia bức xạ ion hóa để điều trị ung thư, là phương pháp điều trị thứ 2 sau phẫu thuật đã được áp dụng hơn 100 năm nay. Trong thời đại ngày nay điều trị tia xạ đã có những tiến bộ vượt bậc đặc biệt,các quang tử và âm điện tử năng lượng cao ngày được sử dụng nhiều hơn, kỹ thuật tính liều và điều trị ngày càng tinh vi hơn. Với sự phát triển các kiến thức sâu về vật lý phóng xạ, sinh học phóng xạ cùng với việc phát triển hệ thống vi tính trong lập kế hoạch điều trị đã làm cho điều trị tia xạ chính xác hơn, hiệu quả điều trị được tăng lên đáng kể góp phần chửa khỏi hơn 50% số ca ung thư mới được chẩn đoán [2]. Điều trị tia xạ chia làm 2 loại: tia xạ ngoài và tia xạ áp sát. Trong đó tia xạ áp sát ít được sử dụng đơn thuần ngoại trừ một số ung thư ở giai đoạn rất sớm, thông thường sẽ phối hợp tia xạ ngoài và các phương pháp điều trị khác. 1.4.3. Điều trị hóa trị Từ khi bắt đầu tiến triển, ung thư đã có thể cho di căn, do đó các phương pháp điều trị tại chỗ và tại vùng như phẫu thuật và xạ trị thường 7
không mang lại hiệu quả. Sử dụng các thuốc điều trị ung thư đặc biệt là các hóa chất chống ung thư có thể ngăn chặn được tiến triển của ung thư. Hóa chất chống ung thư đều là những chất gây độc tế bào. Điều trị hóa chất dựa trên sự đáp ứng khác biệt nhau giữa tế bào ung thư và tế bào lành. Đặc trưng tăng trưởng của ung thư có ảnh hưởng rất lớn đến đáp ứng với hóa trị. Các hiểu biết về động học tế bào, sự tăng trưởng của khối u, sinh học ung thư là căn bản cho các nguyên tắc hóa trị lâm sàng [23,24]. Các chỉ định của điều trị hóa trị: - Hóa trị gây đáp ứng (induction chemotherapy) áp dụng đối với các loại ung thư đã ở giai đoạn muộn. - Hóa trị hỗ trợ (adjuvant chemotherapy) sau khi điều trị phẫu thuật, tia xạ các ung thư đang còn tại chỗ và tại vùng. - Hóa trị tân hỗ trợ (neoadjuvant chemotherapy) hóa trị được thực hiện trước khi điều trị tại chỗ và tại vùng. - Hóa trị tại chỗ: nhằm mục đích làm tăng nồng độ thuốc tại khối u bằng cách bơm thuốc vào các xoang, hốc của cơ thể hoặc bơm thuốc trực tiếp vào động mạch nuôi khối u. Chỉ định điều trị hóa trị còn dựa vào nhiều yếu tố như giai đoại bệnh, loại bệnh học, tuổi của bệnh nhân, các phương pháp đã được điều trị trước đó, thể trạng bệnh nhân để xác định chỉ định cụ thể của hóa trị. Phải luôn luôn cân nhắc một bên là lợi ích của hóa trị và một bên là độc tính và những nguy hiểm có thể xảy ra. Bên cạnh khả năng có thể điều trị khỏi một số ung thư, hóa trị có thể giúp làm giảm thiểu một số triệu chứng liên quan đến ung thư và từ đó làm tăng chất lượng cuộc sống và kéo dài thời gian sống thêm cho bệnh nhân ung thư. 1.4.4. Các phương pháp điều trị khác Điều trị ung thư hướng đích: là sử dụng các loại thuốc ngăn chặn sự phát triển và lan rộng của tế bào ung thư bằng cách cản trở các phân tử đặc hiệu liên quan đến quá trình sinh ung thư và sự phát triển của khối u. Bởi vì 8
các nhà khoa học gọi các phân tử này là phân tử đích (moleculer targets), nên các phương pháp điều trị ngăn cản chúng gọi là điều trị hướng đích phân tử (moleculerly target therapies). Điều trị nhắm vào đích phân tử là phương pháp điều trị có hiệu quả hơn các phương pháp điều trị hiện nay và ít gây độc tế bào hơn. Điều trị miễn dịch: bao gồm 2 loại chính: - Miễn dịch thụ động không đặc hiệu - Miễn dịch chủ động đặc hiệu 2. Tổng quan về enzym metalloprotein-9 2.1. Sơ lược về enzym metalloprotein-9 Matrix metalloproteinase (MMPs) là một họ các enzym phân giải protein phụ thuộc ion kim loại như kẽm (Zn2+) và Canxi (Ca2+) [4], dóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các protein trong chất nền ngoại bào như collagen, laminin, elastin, fibronectin,… và giúp tái cấu trúc chất nền ngoại bào trong các quá trình sinh lý và bệnh lý khác nhau [5]. Trong đó, MMP-9 là dạng phức tạp nhất trong các metalloproteinase. MMP-9 được tìm thấy lần đầu tiên vào năm 1974, còn được gọi là gelatinase B thuộc họ phân giải protein. MMP-9 được xem như enzym chủ chốt trong họ MMPs gây nên sự phân hủy các protein do nó có khả năng phân hủy mạnh một trong những thành phần quan trọng của chất nền ngoại bào và màng đáy là collagen typ 4. Ngoài ra MMP-9 còn phân hủy các collagen typ 5, 11, 16 và các gelatin trong quá trình sửa mô cho sự xâm lấn và di căn khối u [6]. Sự biểu hiện quá mức MMP-9 có liên quan đến nhiều loại bệnh ung thư khác nhau như ung thư vú, ung thư phổi, ung thư dạ dày,… Các MMPs thường được sản xuất dưới dạng tiền enzym gọi là pro- MMP. Để giữ cho các tiền enzym này không hoạt động cần có axit amin cystein phối hợp với xúc tác là các ion hóa trị II tạo ra “công tắc cystein”. MMP tiến vào trạng thái hoạt động khi “công tắc” này bị phân tách hay miền pro của tiền enzym bị phân giải bởi các chất hoạt hóa. Một số chất hoạt hóa 9
enzym MMP-9 tiêu biểu như MMP-2, 3, 7, 10, 13, catepsin G, plasmin và thrombospondin-1 [7,8,9]. 2.2. Vai trò của MMP-9 trong ung thư Trong quá trình nghiên cứu sự tiến triển của các tế bào ung thư, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sự tương tác giữa các tế bào và chất nền ngoại bào đóng vai trò quan trọng trong việc biến đổi tế bào và quá trình sinh ung thư [10]. Tế bào ung thư tiết ra nhiều các tác nhân như interferon, interleukin, các yếu tố tăng trưởng và các chất cảm ứng MMP ngoại bào kích thích các tế bào chủ xung quanh tạo ra MMPs cần thiết tạo môi trường cho sự hình thành khối u [10]. MMP-9 được xác định là nắm vai trò trong các quá trình hình thành mạch, di căn, xâm lấn cũng như sự tồn tại và lây lan của các tế bào ung thư. Di căn Di căn là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tử vong ở các bệnh nhân ung thư. Quá trình di căn của các tế bào khối u xảy ra theo một số bước. Ban đầu, do sự phá vỡ liên kết của một phần nội bào mà giải phóng ra tế bào khối u. Sau đó, tế bào khối u di chuyển ra ngoài do sự phá vỡ của hàng rào vật lý chất nền ngoại bào và thâm nhập vào các mạch máu, mạch bạch huyết và kết dích với tế bào màng trong. Cuối cùng, các tế bào khối u thứ cấp được hình thành và phát triển ở các bộ phận khác trong cơ thề. MMP-9 thúc đẩy quá trình di căn bằng cách phá vỡ hàng rào vật lý của chất nền ngoại bào bằng cách làm thoái hóa, phân hủy gelatin và các collagen type 4, 5, 11, 16 [6]. Do đó, bằng cách giảm hoạt tính của MMP-9 có thể giúp ích cho việc ngăn chặn sự di căn của tế bào khối u. Xâm lấn MMP-9 làm phân hủy collagen typ 4 của màng đáy gần tế bào khối u, gây ra sự xâm lấn và di căn [11]. Protein sửa chữa DNA - protein Ku tương tác với pro-MMP9 ở bề mặt tế bào ở hàng tế bào bạch cầu để tạo thành phức hợp Ku/MMP-9 điều hòa quá trình xâm lấn tế bào. Do đó, bằng cách ức chế sự 10
hoạt hóa MMP-9 từ tiền enzym của nó có thể ức chế sự xâm lấn tế bào khối u qua trung gian Ku/MMP-9 trên bề mặt tế bào [12]. Hình thành mạch Đây là quá trình cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển của các tế bào khối u. MMP-9 với khả năng phân hủy mạnh collagen typ 4 - thành phần quan trọng của chất nền ngoại bào và màng đáy. Khi màng đáy bị phá vỡ, các tế bào nội mô sẽ di chuyển từ mạch máu hiện có để tạo ra mạch máu mới và giải phóng các yếu tố liên kết chất nền ngoại bào. Tuy nhiên, MMP-9 cũng có thể ức chế cơ chế hình thành mạch bằng cách phân hủy plasminogen để giải phóng angiostatin cũng như phân cắt collagen typ 18 để tạo ra endostatin, ức chế quá trình hình thành mạch. Các angiostatin có thể dẫn tới chết tế bào apoptosis trong các tế bào khối u, trong khi đó endostatin sẽ liên kết với pro-MMP9 tạo thành phức hợp ổn định và ức chế sự hoạt hóa MMP-9 [10]. 3. Nghiên cứu về các hợp chất của cây Mỏ quạ (Cudrania tricuspidata) Cây Mỏ quạ (Cudrania tricuspidata) là một cây thuốc tiêu biểu với nhiều tác dụng trong điều trị bệnh với tính chất dược lý và giá trị y học cao. Cây Mỏ quạ là một loại cây lâu năm thuộc họ Moraceae với nhiều ứng dụng làm thuốc và dinh dưỡng. Nó đã được sử dụng rộng rãi ở Đông Á như một loại thuốc dân gian truyền thống quan trọng để điều trị nhiều bệnh như chàm, quai bị, lao, bệnh lây lan, mất ngủ và viêm khớp cấp tính,... Toàn bộ cây Mỏ quạ, bao gồm rễ, lá, vỏ, thân và quả, đã được phát hiện là có chứa các chất hóa thực vật đa dạng, bao gồm xanthon, flavonoid, acid hữu cơ và polysaccharid, với các hoạt tính sinh học khác nhau. Đặc biệt, xanthon và flavonoid, là thành phần hoạt động chính, được phân lập từ Mỏ quạ đã được chứng minh là có tác dụng chống viêm, chống oxy hóa, chống ung thư, bảo vệ gan, bảo vệ thần kinh và chống béo phì [25]. Trong đề tài này, em sẽ tập trung chủ yếu vào tác dụng kháng u, ngăn chặn phát triển ung thư của cây Mỏ quạ. Các hợp chất của cây Mỏ quạ chống khối u, ngăn chặn sự phát triển của ung thư bằng cách ức chế khả năng tồn tại của dòng tế bào ung thư và thúc đẩy quá trình chết theo quy trình của tế bào [26]. Ngoài ra, các hợp chất của 11
cây Mỏ quạ còn ngăn chặn hiệu quả sự di chuyển và xâm lấn của tế bào ung thư. Theo các tài liệu đã được công bố hiện nay, các hợp chất xanthon góp phần gây ra tác dụng ức chế quá trình apoptosis, sự xâm lấn và di chuyển của các tế bào khối u [27]. Nghiên cứu phát hiện ra rằng có khoảng gần 80 hợp chất xanthon và flavonoid có tác dụng lên nhiều đích khác nhau, ngăn chặn các khối u khác nhau như ung thư da, ung thư huyết học, ung thư niệu sinh dục, ung thư tiêu hóa và ung thư đường hô hấp ở cấp độ tế bào, thể hiện hoạt tính kháng u tuyệt vời như một loại thuốc kháng u tiềm năng chống lại các loại khối u [27]. 4. Tổng quan về nghiên cứu in silico Thuật ngữ in silico có nguồn gốc từ tiếng Latin, dùng để diễn đạt các công việc được thực hiện trên máy tính thông qua các chương trình giả lập dùng để mô phỏng các quá trình tự nhiên và không đề cập đến tính toán được thực hiện bởi máy tính nói chung. Sau đó, các nhà khoa học đã nhanh chóng mở rộng và ứng dụng phương pháp này để dự đoán khả năng phát triển một hợp chất cho mục đích y học, bao gồm tác dụng dược lý cũng như tác dụng phụ của chúng trên con người. Một trong số đó là ứng dụng về sàng lọc các ứng cử viên tiềm năng trở thành thuốc. 4.1. Mô hình in silico trong quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc Phát triển thuốc mới là một quá trình rất phức tạp, tốn nhiều thời gian và tiền bạc (hàng tỷ đô la cho một loại thuốc mới) mà tỷ lệ thành công trong việc có được từ một hợp chất dẫn đường ban đầu để thương mại hóa là rất thấp (< 2% của hợp chất mới được nghiên cứu có thể có đặc tính sinh học học phù hợp để là thuốc. Theo nghiên cứu năm 2016 của DiMasi và cộng sự - Trung tâ nghiên cứu và phát triển thuốc, Đại học Tufts Hoa Kỳ, trung bình cần hơn 2,5 tỷ đô với thời gian 10 - 15 năm cho mỗi dự án (nếu thành công) đưa một thuốc ra ngoài thị trường. Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc bao gồm nhiều khâu: xác định bệnh, xác định đích tác dụng của thuốc, thiết lập quy trình thử nghiệm, tìm kiếm hợp chất dẫn đường, xây dựng mối quan hệ giữa hợp chất và tác dụng, xác định pharmacophore, tối ưu hóa dược lực học và dược động học, sàng lọc 12
in vitro (cơ quan phân lập, tế bào), nghiên cứu in vivo (nghiên cứu dược lý của hợp chất, mô hình hiệu quả điều trị bệnh, nghiên cứu sớm về độ an toàn và độc tính), các nghiên cứu tiền lâm sàng (độc tính), tiến hành bào chế, phát triển sản xuất, đăng ký giấy tờ pháp lý và thử nghiệm lâm sàng. Trong các nghiên cứu hiện nay, vấn đề thiết kế thuốc hiệu quả nhất đã được giải quyết bằng cách sử dụng kỹ thuật thiết kế thuốc dựa trên sự hỗ trợ của máy tính [13]. Trong quá trình đó máy tính được ứng dụng vào nhiều khâu, từ việc tìm kiếm các hợp chất hóa học có tác dụng sinh học, đến tối ưu hóa cấu trúc các hợp chất này nhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, tăng các tính chất dược động học của thuốc, đến các khâu nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng. Chúng được gọi chung là các phương pháp “in silico” nhằm phân biệt với các phương pháp còn lại như in vivo, in situ và in vitro. So với các phương pháp thực nghiệm truyền thống, các phương pháp in silico có ưu thế giúp thiết kế những phân tử thuốc mới với những ưu thế vượt trội như giải thích bản chất phân tử của các tương tác thuốc, rút ngắn thời gian thực hiện. Ngoài ra chúng cho phép dự đoán hoạt tính sinh học sử dụng các mô hình toán học, nghiên cứu dự đoán cơ chế tác dụng, cơ chế gây độc của các hợp chất. Các phương pháp này giúp tiết kiệm đáng kể cả thời gian và tiền bạc trong việc phát triển một thuốc mới. Các phương pháp in silico đã giúp ích rất nhiều cho việc phát hiện các hợp chất mới có hoạt tính sinh học ngay cả trước khi chúng được tổng hợp hay phân lập thông qua quá trình sàng lọc ảo (virtual screening) [13]. 4.2. Docking phân tử Docking là một phương pháp mới để sàng lọc các hợp chất thông qua việc dự đoán tư thế liên kết của một phân tử với phân tử thứ hai để tạo thành một phức hợp ổn định với năng lượng liên kết thấp nhất. Đây là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong thiết kế thuốc dựa trên cấu trúc bởi độ chính xác khá cao khi dự đoán cấu trúc của phối tử phân tử nhỏ trong vị trí liên kết đích phù hợp [14]. Về cơ bản, mục đích của docking phân tử là đưa ra dự đoán về cấu trúc phức hợp phối tử - thụ thể bằng cách sử dụng các phương pháp tính toán. 13