Khóa luận tốt nghiệp: Sàng lọc in silico các hợp chất trong tự nhiên theo tác dụng ức chế enzym HER2 định hướng điều trị ung thư vú

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xây dựng tổ hợp các hợp chất tự nhiên và sang lọc các hợp chất có tác dụng ức chế enzym HER2 bằng kĩ thuật docking phân tử; phân tích đặc tính giống thuốc và đánh giá các thông số ADMET. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

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 trong tự nhiên theo tác dụng ức chế enzym HER2 định hướng điều trị ung thư vú

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC SINH VIÊN : NGÔ THỊ HẰNG ********* ĐỀ TÀI SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM HER2 HƯỚNG ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THƯ VÚ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC HÀ NỘI - 2021
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC SINH VIÊN : NGÔ THỊ HẰNG ********* ĐỀ TÀI SÀNG LỌC IN SILICO CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN CÓ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM HER2 HƯỚNG ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THƯ VÚ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Khoá : QH. 2016.Y Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN THỊ THUÝ PGS.TS. VŨ MẠNH HÙNG HÀ NỘI – 2021
Lời cảm ơn Đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới giáo viên hướng dẫn của tôi – ThS. Nguyễn Thị Thuý công tác tại Trường Đại học Y Dược – Đaị học Quốc gia Hà Nội, cô đã ân cần quan tâm, động viên, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quãng thời gian tôi thực hiện khóa luận. Tôi cũng xin được cảm ơn PGS.TS Bùi Thanh Tùng công tác tại Trường Đại học Y Dược - Đại học Quốc gia Hà Nội đã dẫn dắt tôi trong những bước đi đầu tiên thực hiện khóa luận của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Mạnh Hùng công tác tại Học viện Quân Y, người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nhận và thực hiện đề tài. Tôi xin cảm ơn người bạn đã đồng hành cùng nghiên cứu của tôi, em Nguyễn Hồng Nhung lớp K6 Dược đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi cũng vô cùng biết ơn và xin được chân thành cảm ơn, các thầy cô ở bộ môn Bào chế, các thầy cô Trường Đại học Y Dược, cũng như các thầy cô trong Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp đã hết sức nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận. Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ tôi và tất cả những người thân trong gia đình, những người bạn đã luôn ở bên yêu thương, ủng hộ để tôi có được ngày hôm nay! Hà Nội, ngày 26, tháng 5, năm 2021 Ngô Thị Hằng
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ADMET Sự hấp thụ, phân bố, chuyển hoá, thải trừ ATP Phân tử mang năng lượng BRCA1 Gen ức chế khối u BRCA2 CLVT Chụp cắt lớp vi tính CSC Tế bào gốc ung thư CYP2D6 Enzym ở người được mã hóa bởi gen CYP2D6 CYP3A4 Enzym trong gan và ruột CYP1A2 Enzyme xúc tác chuyển hoá thuốc CYP2C19 Enzyme xúc tác chuyển hoá thuốc thụ thể trên màng tế bào thuộc nhóm thụ thể của HER2 yếu tố tăng trưởng thượng bì HBD Số nhóm cho liên kết hydro HBA Số nhóm nhận liên kết hydro MARK/ERK Chuỗi các protein trong tế bào truyền tín hiệu MRI Chụp cộng hưởng từ PDB Protein Data Bank (Ngân hang dữ liệu protein) PET/CT Chụp chẩn đoán hình ảnh dạng phân tử
PET/MRI Chụp cắt lớp bằng bức xạ PI3K Là một họ của các enzym liên quan đến ung thư Root mean square deviation (Độ lệch căn quân RMSD phương) ROS Các gốc tự do oxygen Simplified Molecular Input Line Entry SMILE Specification UTV Ung Thư Vú Volumetric Modulated Arc Therapy hay Rapid VMAT Arc ( xạ trị cung điều biến thể tích)
MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN.......................................................................... 1 1.1. Tổng quan về bệnh ung thư vú ............................................................ 1 1.1.1. Đại cương ................................................................................... 1 1.1.2. Nguyên nhân – Các yếu tố nguy cơ............................................ 2 1.1.3. Các liệu pháp hiện tại cho ung thư vú ........................................ 3 1.1.4. Tổng quan về đích HER2 ........................................................... 5 1.2. Tổng quan về nghiên cứu In silico ...................................................... 6 1.2.1. Mô hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới......... 6 1.2.2. Kỹ thuật Protein docking. ........................................................... 7 1.2.3. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc ........................... 9 1.2.4. Dự đoán ADMET các thông số dược động học và độc tính ...... 9 1.3. Một số hợp chất có tác dụng ức chế enzym HER2............................ 10 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......... 13 2.1. Nguyên liệu ........................................................................................ 13 2.2. Thiết bị, phần mềm ............................................................................ 14 2.3. Nội dung nghiên cứu.......................................................................... 15 2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 15 2.4.1. Chuẩn bị ligand......................................................................... 15 2.4.2. Chuẩn bị protein ....................................................................... 15 2.4.3. Xác nhận giao thức docking ..................................................... 16 2.4.4. Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc ..................................... 18 2.4.5. Nghiên cứu các đặc tình dược động học và độc tính ............... 18
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................... 20 3.1. Sàng lọc chất ức chế enzym HER2 trong tự nhiên ............................ 20 3.2. Kết quả phân tích các thông số Lipinski ............................................ 31 3.3. Đánh giá các đặc tính ADMET ......................................................... 32 CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN ............................................................................. 36 4.1. Về kết quả .......................................................................................... 36 4.1.1. Diplacone (ID:14539948)......................................................... 36 4.1.2. [2-(naphthalen-2-ylamino)-2-oxoethyl] 3- (difluoromethoxy)benzoate (ID:4853197) ......................................... 36 4.1.3. Mono-O-acetylbisdemethoxycurcumin (ID:52944954)........... 37 4.1.4. Berberin (ID:2353) ................................................................... 37 4.2. Về phương pháp ................................................................................. 37 4.3. Những hạn chế và thách thức trong mô hình nghiên cứu In silico .... 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Kết quả docking các phân tử vào mục tiêu tác động với mức năng lượng liên kết tương ứng. Bảng 2. Bảng tương tác của các chất với các amin axit trong vùng trung tâm hoạt động Bảng 3. Các thông số Lipinski Bảng 4. Các đặc tính ADMET (hấp thụ, phân phối, chuyển hóa, bài tiết và độc tính) của năm lượt truy cập hàng đầu.
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Cấu trúc 3D enzym HER2 được lấy từ ngân hàng dữ liệu protein Hình 2. Cấu trúc 3D enzym HER2 sau khi sàng lọc Hình 3. Kết quả re-dock ligand TAK-285 Hình 4. Sự tương tác giữa TAK-285 và HER2 Hình 5. Tương tác của Diplancone với enzyme HER2 Hình 6. Tương tác của [2-(naphthalen-2-ylamino)-2-oxoethyl] 3- (difluoromethoxy)benzoate với enzyme HER2 Hình 7. Tương tác của Mono-O-acetylbisdemethoxycurcumin với enzyme HER2 Hình 8. Tương tác của Berberin với enzyme HER2
ĐẶT VẤN ĐỀ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) báo cáo rằng ung thư vú là một trong những bệnh ác tính phổ biến nhất ở phụ nữ trên toàn thế giới. Ung thư vú có tỷ lệ mắc bệnh cao hơn đáng kể (43,3 trên 100.000) so với bất kỳ loại ung thư nào khác, tiếp theo là đại trực tràng , cổ tử cung , phổi và tử cung trong số các khối u phụ khoa [1]. Mặc dù tỷ lệ tử vong tương đối thấp, ung thư vú có tỷ lệ tử vong cao nhất (12,9 trên 100.000) so với bất kỳ loại ung thư nào khác. Mặc dù các liệu pháp phân tử điều trị ung thư vú đã phát triển nhanh chóng trong vài thập kỷ qua , các chiến lược điều trị trong tương lai với hiệu quả cao hơn và độc tính thấp hơn vẫn đang cần được nghiên cứu khẩn cấp [2]. Thụ thể 2 yếu tố tăng trưởng biểu bì ở người (HER2) là một mục tiêu đã được xác nhận trong liệu pháp điều trị ung thư vú. HER2, một thụ thể xuyên màng có hoạt tính tyrosine kinase, thuộc họ thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì và được biết đến như một chất trung gian mạnh mẽ cho sự phát triển và tăng sinh tế bào [3]. Nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình liên quan đến việc điều chỉnh sự tồn tại, tăng trưởng và biệt hóa của tế bào thông qua quá trình truyền tín hiệu liên kết với nhau liên quan đến việc kích hoạt PI3K / Akt và MAPK / ERK1 / 2 (protein hoạt hóa mitogen (MAP) kinase / điều chỉnh tín hiệu ngoại bào các con đường kinase (ERK) 1/2) [4,5]. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng HER2 luôn ở trạng thái hoạt động và sẵn sàng tương tác với các thụ thể HER được kích hoạt bởi phối tử [6]. Sự biểu hiện quá mức của HER2 là một trong những bất thường phân tử liên quan đến sự phát triển của ung thư vú và tồn tại ở khoảng 30% bệnh nhân ung thư vú giai đoạn đầu. Việc phát hiện ra chất ức chế tyrosine kinase nhắm vào HER2 đã cung cấp một phương pháp điều trị thành công trong bệnh ung thư vú biểu hiện quá mức HER2 [7]. Nhiều chất ức chế phân tử nhỏ nhắm mục tiêu HER2 hiện đang được phát triển lâm sàng. Với mục đích phát triển các chất ức chế HER2 tiềm năng mới, việc sàng lọc ảo thông lượng cao dựa trên cấu trúc đã được thực hiện. Các đặc tính ADMET (hấp thụ, phân phối, chuyển hóa, bài tiết và độc tính) của các ứng viên phân tử nhỏ cũng được đánh giá.
Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên dược liệu vô cùng dồi dào và phong phú, đây là một nguồn quan trọng và đầy hứa hẹn để xác định các hợp chất ức chế enzyme HER2. Hàng ngàn hoạt chất đã được xác định và phân lập từ các cây dược liệu là nguyên liệu vô cùng quý giá cho các nghiên cứu sàng lọc tìm kiếm các hợp chất dẫn đường có tác dụng tốt trong kiểm soát tế bào ung thư ở bệnh nhân ung thư vú. Từ những phân tích nêu trên, nhằm góp phần tìm kiếm các chất có hoạt tính tốt phù hợp phát triển thành thuốc điều trị ung thư vú, tôi tiến hành đề tài “Sàng lọc in silico các hợp chất trong tự nhiên theo tác dụng ức chế enzym HER2 định hướng điều trị ung thư vú” với mục tiêu chính như sau: 1. Xây dựng tổ hợp các hợp chất tự nhiên và sang lọc các hợp chất có tác dụng ức chế enzym HER2 bằng kĩ thuật docking phân tử 2. Phân tích đặc tính giống thuốc và đánh giá các thông số ADMET
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về bệnh ung thư vú 1.1.1. Đại cương Ung thư vú là nguyên nhân thứ hai gây tử vong do ung thư ở phụ nữ. Sự phát triển của ung thư vú là một quá trình gồm nhiều bước liên quan đến nhiều loại tế bào, và việc ngăn ngừa nó vẫn còn nhiều thách thức trên thế giới. Chẩn đoán sớm ung thư vú là một trong những cách tiếp cận tốt nhất để ngăn ngừa căn bệnh này. Ở một số nước phát triển, tỷ lệ sống tương đối sau 5 năm của bệnh nhân ung thư vú là trên 80% do được phòng ngừa sớm. Trong thập kỷ gần đây, đã có nhiều tiến bộ trong sự hiểu biết về bệnh ung thư vú cũng như trong việc phát triển các phương pháp phòng ngừa. Cơ chế sinh bệnh và cơ chế kháng thuốc của khối u được tiết lộ khi phát hiện ra tế bào gốc ung thư vú, người ta tìm thấy nhiều gen liên quan đến ung thư vú [21]. Ung thư vú là một trong những bệnh ung thư phổ biến nhất ở phụ nữ trên toàn thế giới, chiếm khoảng 570.000 ca tử vong vào năm 2015. Hơn 1,5 triệu phụ nữ (25% tổng số phụ nữ mắc bệnh ung thư) được chẩn đoán mắc bệnh ung thư vú mỗi năm trên toàn thế giới 1 , 2 . Ở Mỹ, người ta ước tính rằng 30% tổng số ca ung thư mới (252.710 ca) ở phụ nữ là ung thư vú vào năm 2017 [3]. Ung thư vú là một bệnh ung thư di căn và thường có thể di chuyển đến các cơ quan ở xa như xương, gan, phổi và não. Chẩn đoán sớm bệnh có thể tiên lượng tốt và tỷ lệ sống sót cao [21]. Theo Bộ Y tế Việt Nam năm 2020, Ung thư vú (UTV) là loại ung thư thường gặp và là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu do ung thư ở phụ nữ trên toàn thế giới. Mỗi năm nước ta có khoảng hơn 15.230 phụ nữ mới mắc và hơn 6.100 người tử vong do UTV. Ung thư vú nam chiếm khoảng 1% các trường hợp UTV. Đa số UTV xuất phát từ các tế bào biểu mô của vú. Bệnh Paget của vú có thể kèm theo UTV. Do vậy, khi có thành phần ung thư trên Paget vú cần được điều trị như UTV thông thường với giai đoạn tương ứng [8]. Các yếu tố tiên lượng quan trọng bao gồm: kích thước u nguyên phát, số lượng hạch di căn, thể mô bệnh học, độ mô học, tình trạng thụ thể nội tiết, 1
tình trạng thụ thể yếu tố phát triển biểu bì người số 2 (human epidermal growth factor receptor-HER2) [8]. Tỷ lệ sống 5 năm của bệnh nhân UTV ngày càng được cải thiện. Thống kê tại Hoa kỳ năm 2001-2002: giai đoạn 0: 100%; giai đoạn I: 88%; giai đoạn II: 74-81%; giai đoạn III: 41-67%; giai đoạn IV: 15%. Đến năm 2012, tỷ lệ này là: giai đoạn 0 và I: 100%; giai đoạn II: 93%; giai đoạn III: 72%; giai đoạn IV: 22% [8]. Theo báo cáo ghi nhận ung thư toàn cầu Globocan 2020, tại Việt Nam, trong số ung thư ở nữ, số người mới mắc ung thư vú đứng hàng thứ nhất, với 21.555 người, chiếm 25.8%, tính theo cả hai giới đứng hàng thứ ba (sau ung thư gan và ung thư phổi) [19]. Tỷ lệ mới mắc chuẩn theo tuổi của ung thư vú ở nữ là 34.2 trên 100.000 dân. Ở cả hai giới, số tử vong do ung thư vú đứng hàng thứ tư (với 9.345 trường hợp) sau ung thư gan, ung thư phổi và ung thư dạ dày. Tỷ lệ tử vong chuẩn theo tuổi do ung thư vú là 13.8 trên 100.000 dân [19]. Tại Việt Nam, cách đây 5 đến 10 năm thì tỷ lệ người bệnh ung thư tới khám, điều trị ở giai đoạn muộn là hơn 70%. Thời gian qua, công tác truyền thông được đẩy mạnh, đặc biệt là trong Chương trình quốc gia về phòng, chống bệnh không lây nhiễm, nhờ đó, tỷ lệ người mắc bệnh ung thư đến khám và điều trị bệnh ở giai đoạn sớm tăng dần [19]. 1.1.2. Nguyên nhân – Các yếu tố nguy cơ Các khối u vú thường bắt đầu từ sự tăng sinh của ống dẫn sữa, sau đó phát triển thành các khối u lành tính hoặc thậm chí là ung thư di căn sau khi liên tục bị kích thích bởi các yếu tố gây ung thư khác nhau. Môi trường vi mô khối u như ảnh hưởng mô đệm hoặc đại thực bào đóng vai trò quan trọng trong việc khởi phát và tiến triển ung thư vú. Tuyến vú của chuột có thể bị tạo ra u khi chỉ chất đệm tiếp xúc với chất gây ung thư, không phải chất nền ngoại bào hoặc biểu mô . Các đại thực bào có thể tạo ra một vi môi trường gây viêm đột biến, có thể thúc đẩy sự hình thành mạch và cho phép các tế bào ung thư thoát khỏi sự từ chối miễn dịch. Các kiểu methyl hóa DNA khác nhau đã được quan sát thấy giữa môi trường bình thường và môi trường liên quan 2
đến khối u, cho thấy rằng những thay đổi biểu sinh trong vi môi trường khối u có thể thúc đẩy quá trình sinh ung thư . Gần đây, một phân lớp mới của các tế bào ác tính trong các khối u được gọi là tế bào gốc ung thư (CSC) được quan sát thấy và có liên quan đến sự khởi phát, thoát ra và tái phát của khối u. Đây dân nhỏ của các tế bào, trong đó có thể phát triển từ tế bào gốc hoặc tế bào nguyên bản trong các mô bình thường, có khả năng tự tái tạo và có khả năng kháng các liệu pháp truyền thống như hóa trị và xạ trị [21]. Trong các yếu tố nguy cơ mắc bệnh, nổi bật là tiền sử gia đình có người mắc UTV, đặc biệt có từ 2 người mắc trở lên ở lứa tuổi trẻ. Người ta cũng tìm thấy sự liên quan giữa đột biến gen BRCA1 và BRCA2 với UTV, ung thư buồng trứng và một số ung thư khác. Một số yếu tố khác bao gồm: có kinh lần đầu sớm, mãn kinh muộn, phụ nữ độc thân, không sinh con, không cho con bú, sinh con đầu lòng muộn. Béo phì, chế độ ăn giàu chất béo, sử dụng rượu cũng góp phần tăng nguy cơ bị bệnh. Viêm vú trong khi sinh đẻ và một số bệnh vú lành tính cũng là các yếu tố tăng nguy cơ mắc UTV. Tuổi càng cao, nguy cơ mắc bệnh càng tăng. Tuy nhiên, bệnh cũng có thể xuất hiện ở những người rất trẻ [8]. 1.1.3. Các liệu pháp hiện tại cho ung thư vú 1.1.3.1. Phẫu thuật - Đối với khối u nguyên phát: có các hình thái phẫu thuật như cắt tuyến vú vét hạch nách, cắt tuyến vú tiết kiệm da, cắt tuyến vú bảo tồn quầng núm, phẫu thuật bảo tồn kết hợp với các kỹ thuật tái tạo [8]. - Đối với hạch vùng: có các hình thái phẫu thuật như nạo vét hạch nách hoặc sinh thiết hạch cửa [8]. - Tạo hình và tái tạo tuyến vú cho bệnh nhân UTV: đây là nhu cầu cấp thiết và chính đáng của người bệnh trong những năm gần đây. Có nhiều biện pháp tạo hình, tái tạo tuyến vú như sử dụng chất liệu độn (implant), sử dụng các vạt da cơ có cuống hay vạt da cơ tự do với kỹ thuật vi phẫu. Việc chỉ định loại phẫu thuật này cần được đưa ra bởi bác sỹ chuyên ngành ung bướu sau khi đã có đánh giá tổng thể toàn diện các vấn đề liên quan đến tiên lượng bệnh ung thư và chất lượng sống của người bệnh [8]. 3
- Phẫu thuật sạch sẽ, phẫu thuật triệu chứng: đối với giai đoạn muộn [8]. 1.1.3.2. Xạ trị a. Xạ trị chiếu ngoài - Xạ trị tại diện u: áp dụng với các trường hợp có khối u lớn (>5cm) hoặc u ở vị trí ngoại biên, khả năng cắt rộng bị giới hạn [8]. - Xạ trị tại hạch vùng: áp dụng cho các trường hợp có 4 hạch di căn hoặc có hạch di căn kết hợp với yếu tố nguy cơ cao [8]. - Xạ trị trong điều trị bảo tồn: đây là lựa chọn bắt buộc trong điều trị bảo tồn ung thư vú. [8] Xạ trị trong UTV có nhiều hình thức đa dạng: xạ trị bằng máy Cobalt thông thường đến xạ trị bằng máy gia tốc với các kỹ thuật hiện đại như lập kế hoạch và xạ trị 3D, 14 xạ trị điều biến liều, xạ trị với suất liều thấp, xạ trị điều biến thể tích VMAT, xạ trị proton… Mô phỏng xạ trị: Chụp mô phỏng bằng CLVT, MRI hoặc PET/CT, PET/MRI [8]. b. Xạ trị áp sát Cấy hạt phóng xạ vào khối u hoặc diện u trong các trường hợp không phẫu thuật triệt căn được hoặc bệnh lý kèm theo không thể phẫu thuật hay bệnh nhân nhất định từ chối phẫu thuật [8]. c. Xạ trị trong mổ (Intraoperative Radiation Therapy: IORT) - IORT là một kỹ thuật đặc biệt có thể cung cấp một liều xạ trị duy nhất, tập trung cao liều bức xạ tại nền khối u sau phẫu thuật hoặc phần còn lại của khối u không thể phẫu thuật được, các khối u tái phát, di căn [8]. - Các chỉ định cho xạ trị trong mổ với ung thư vú thường là các khối u vú mổ tiếp cận, mổ bảo tồn (kích thước u là dưới 3cm và không có hạch trên lâm sàng), hoặc các trường hợp tái phát [8]. - Có thể sử dụng IORT với liều duy nhất hoặc tăng cường xạ trị toàn bộ vú, đặc biệt những trường hợp ung thư vú tái phát [8]. 1.1.3.3. Điều trị hệ thống 4
- Hóa trị: được áp dụng cho phần lớn các bệnh nhân UTV vào một thời gian nào đó. Đây là phương pháp hiệu quả cao, mang lại rất nhiều lợi ích về sống thêm cho người bệnh [8] - Điều trị nội tiết: được áp dụng cho các trường hợp UTV có thụ thể nội tiết dương tính [8]. - Điều trị đích: là phương pháp điều trị sử dụng các thuốc là kháng thể đơn dòng nhắm vào các đích đặc hiệu của tế bào ung thư vú. [8]. - Điều trị miễn dịch: là phương pháp dùng các thuốc tác động vào các đích là các cơ chế miễn dịch xác định, giúp cơ thể loại trừ tế bào ung thư [8]. 1.1.4. Tổng quan về đích HER2 Thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì ở người 2, còn được gọi là c-erbB-2 , là một gen gây ung thư quan trọng trong ung thư vú và nằm trên nhánh dài của nhiễm sắc thể 17 ở người (17q12). Homologene ở chuột là Neu , lần đầu tiên được xác định trong tế bào u nguyên bào thần kinh chuột gây ra 3- methylcholanthrene [22]. Sự biểu hiện của gen HER2 được kích hoạt chủ yếu thông qua quá trình khuếch đại và tái sắp xếp gen. Protein HER2 là một thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) thuộc họ tyrosine kinase và tạo thành dị thể với các thành viên họ EGFR liên kết với phối tử khác như Her3 và Her4, do đó để kích hoạt các con đường tín hiệu xuôi dòng [23]. Các thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì ở người (HER / erbB) tạo thành một họ gồm bốn thụ thể bề mặt tế bào liên quan đến việc truyền tín hiệu điều khiển sự phát triển và biệt hóa tế bào bình thường. Một loạt các yếu tố tăng trưởng đóng vai trò như phối tử, nhưng không có yếu tố nào đặc hiệu cho thụ thể HER2 [20]. Các thụ thể HER tồn tại dưới dạng dimer, đồng nhất hoặc dị phân. Liên kết phối tử với HER1, HER3 hoặc HER4 gây ra sự đồng phân hóa thụ thể nhanh chóng, với sự ưu tiên rõ rệt đối với HER2 như một đối tác mờ. Hơn nữa, các dị thể chứa HER2 tạo ra các tín hiệu nội bào mạnh hơn đáng kể so với các tín hiệu phát ra từ các tổ hợp HER khác. Trong các tế bào bình thường, rất ít phân tử HER2 tồn tại trên bề mặt tế bào, do đó rất ít dị vật được hình thành và tín hiệu tăng trưởng tương đối yếu và có thể kiểm soát được. Khi 5
HER2 được biểu hiện quá mức, nhiều dị phân tử HER2 được hình thành và tín hiệu tế bào mạnh hơn, dẫn đến tăng cường khả năng đáp ứng với các yếu tố tăng trưởng và tăng trưởng ác tính. Điều này giải thích tại sao sự biểu hiện quá mức của HER2 là một dấu hiệu cho thấy tiên lượng xấu trong các khối u vú và có thể dự đoán về đáp ứng với điều trị. HER2 là một mục tiêu cụ thể và đầy hứa hẹn cho các phương pháp điều trị ung thư vú mới [20]. 1.2. Tổng quan về nghiên cứu In silico 1.2.1. Mô hình in silico trong nghiên cứu phát triển thuốc mới 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 9 từ một hợp chất dẫn đường ban đầu để thương mại hóa là rất thấp (< 2% của hợp chất mới đc nghiên cứu có thể có đặc tính sinh học phù hợp để làm thuốc). Theo nghiên cứu năm 2016 của DiMasi và cộng sự - Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc, Đại học Tufts Hoa Kỳ, trung bình cần hơn 2,5 tỷ đô với thời gian từ 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 qua hệ giữa hợp chất và tác dụng, xác định pharmacophore, tối ưu hóa dược lực học và dược động học, sàng lọc (cơ quan phân lập, tế bào), nghiên cứu (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 kí giấy tờ pháp lí 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 [9]. 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 6
phân biệt với các phương pháp còn lại . 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 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) [9]. 1.2.2. Kỹ thuật Protein docking. Docking phân tử là một phương pháp mới để sàng lọc các chất ức chế enzym và chất chủ vận thụ thể trong nghiên cứu bệnh ung thư vú. Phần mềm chuyên dụng sử dụng các mô hình phân tử ba chiều, độ phân giải cao của protein mục tiêu (ví dụ như thụ thể hoặc enzym) làm khuôn mẫu để dự đoán các phối tử mới có thể liên kết và có khả năng điều chỉnh hoạt động của nó [10]. Cấu trúc khuôn mẫu có được thông qua mô hình tương đồng hoặc tinh thể học. Trong docking phân tử, mục tiêu phân tử hoạt động theo các hướng khác nhau và mức độ tự do hình thành liên tiếp nhanh chóng cho phép phần mềm sàng lọc cơ sở dữ liệu hỗn hợp theo cách thông lượng cao. Các chức năng chấm điểm tích hợp dự đoán hoạt động sinh học dựa trên sự tương tác giữa phối tử và protein mục tiêu có tính đến các yếu tố như hình dạng phối tử, khả năng tương thích tĩnh điện với mục tiêu, hiệu ứng hòa tan, năng lượng liên kết và hiệu ứng entanpy và entropy; tất cả đều là những yếu tố quyết định quan trọng của sự tương tác phối tử - thụ thể thành công [21]. Docking thực chất là một bài toán tối ưu, dùng để tìm vị trí và cấu hình phù hợp nhất của một cơ chất gắn kết lên protein. Về mặt nhiệt động lực học, mục tiêu chính của docking là tìm ra cấu hình mà năng lượng tự do của toàn hệ là thấp nhất, tương đương với cấu hình bền nhất sau khi tạo thành liên kết giữa phối tử và protein. Để tìm cấu hình phù hợp nhất, cần liên hệ cấu hình 7
không gian với các trị số đánh giá được khả năng gắn kết của cơ chất lên protein và sau đó áp dụng thuật toán tìm kiếm. Quá trình docking bao gồm ba bước chính: 1) Chuẩn bị cấu tử ; 2) Chuẩn bị protein ; 3) Mô phỏng docking. Chuẩn bị cấu tử: Cấu trúc các cấu tử có thể lấy từ các thư viện sẵn có như Pubchem, Zinc,…cũng có thể được vẽ trên phần mềm ChemDraw, Chemsketch,... Sau khi xây dựng được cấu trúc 3D, sử dụng phần mềm Chimera và Avogadro để xử lí cấu tử theo các bước: chỉnh sửa điện tích cho phù hợp, tối giản hóa năng lượng, gắn trường lực cho phân tử, xây dựng file dbpqt. Chuẩn bị protein: Thường sử dụng các cấu trúc 3D của protein đã có sẵn trên ngân hàng dữ liệu protein (protein data bank). Trường hợp chưa có sẵn, chúng ta có thể xây dựng cấu trúc 3D theo phương pháp mô phỏng tính tương đồng (Homology modeling). Về cơ bản của phương pháp mô phỏng tương đồng là sắp xếp chuỗi amino acid của protein thu được bởi quá trình giải mã gen lên khung cấu trúc bậc 3 của protein có độ phân giải cao nhưng thiếu thông tin của toàn bộ amino acid. Sau khi có cấu trúc 3D, sử dùng các phần mềm để chuẩn bị protein cho chương trình mô phỏng docking. Các bước chuẩn bị thường gồm: loại nước và các cấu tử (nếu có), thêm hydro, gắn trường lực, phân tích vùng có khả năng tương tác, xây dựng file dbqpt. Mô phỏng docking: Trước khi tiến hành mô phỏng, cần sử dụng phần mềm để tìm kiếm túi tương tác trên protein để đánh giá khả năng liên kết của phối tử tại vị trí đó. Vị trí của vùng tìm kiếm thông thường sẽ được đặt ở trung tâm hoạt động của protein. Khi quá trình docking được tiến hành, phần mềm sẽ tự động tìm kiếm cấu dạng phù hợp nhất của phối tử, tương ứng với năng lượng của toàn hệ thấp nhất. Cấu dạng này cùng với các tương tác sẽ được phân tích bởi các phần mềm chuyên dụng như: Chimera 1.14, Discovery Studio Visualizer 4.0, Autodock vina 1.1.2. 8
1.2.3. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc Hầu hết các ứng cử viên làm thuốc thất bại trong các thử nghiệm lâm sàng bởi không đạt các chỉ tiêu về hiệu quả và độc tính. Năm 1997, Christopher Lipinski và các cộng sự đã đưa ra bộ quy tắc số 5 về các hợp chất giống thuốc, theo đó các loại thuốc dùng đường uống thường có đặc tính hóa lý và cấu trúc trong một phạm vi giá trị nhất định. Một dược chất đường uống không vi phạm quá 2 trong 5 tiêu chí sau: - Trọng lượng phân tử: MW < 500 Dalton. - Số lượng nhóm cho liên kết hydro (Số lượng các nhóm –NH và – OH): HBD ≤ 5. - Số lượng nhóm nhận liên kết hydro (Bao gồm nguyên tử O và N): HBA ≤ 10. - Hệ số phân bố octanol/nước: LogP < 5. - Hệ số khúc xạ mol trong khoảng 40-130 [24]. Các thông số hóa lý này liên quan đến khả năng hòa tan trong nước, tính thấm ở ruột và bao gồm các bước đầu tiên trong sinh khả dụng đường uống. Nếu một hợp chất không vượt qua quy tắc RO5, nó sẽ có nguy cơ gặp vấn đề khi sử dụng đường uống. Tuy vậy một chất đáp ứng RO5 không đảm bảo nó sẽ trở thành thuốc, vì RO5 không đề cập đến các đặc điểm cấu trúc hóa học cụ thể được tìm thấy trong thuốc và hợp chất không phải thuốc [25]. 1.2.4. Dự đoán ADMET các thông số dược động học và độc tính Trong các nghiên cứu in silico, việc dự đoán các thông số dược động học như hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ và độc tính đã trở thành một phần quan trọng của quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới. Theo thống kê ở những năm 2000, trong số các thuốc không vượt qua các thử nghiệm lâm sàng, một nửa số trường hợp là do không đáp ứng yêu cầu về dược động học (39%) và độc tính trên động vật (11%)[26]. Ngày nay, cùng với các kho dữ liệu khổng lồ các hợp chất hóa học đang được phát triển và những tiến bộ 9