Khóa luận tốt nghiệp đại học ngành Dược học: Nghiên cứu bào chế nano Aspirin bằng kĩ thuật nghiền bi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

85
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận tốt nghiệp được tiến hành với hai mục tiêu: Bào chế được nano aspirin bằng phương pháp nghiền bi và đánh giá được một số đặc tính của tiểu phân nano aspirin bào chế được. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp đại học ngành Dược học: Nghiên cứu bào chế nano Aspirin bằng kĩ thuật nghiền bi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC -------- DƯƠNG NGỌC CẦM NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ NANO ASPIRIN BẰNG KỸ THUẬT NGHIỀN BI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Hà Nội – 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC -------- Người thực hiện: DƯƠNG NGỌC CẦM NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ NANO ASPIRIN BẰNG KỸ THUẬT NGHIỀN BI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (NGÀNH DƯỢC HỌC) Khóa : QH2015.Y Người hướng dẫn : ThS. NGUYỄN VĂN KHANH Hà Nội – 2020
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả thầy cô của khoa Y – Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung và bộ môn Bào chế và Công nghiệp dược phẩm nói riêng về sự tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong 5 năm học tập tại trường. Lời cảm ơn chân thành nhất tôi xin gửi đến ThS. Nguyễn Văn Khanh, người thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình thực hiện khóa luận để tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong ban chủ nhiệm, các phòng ban và cán bộ nhân viên khoa Y – Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt 5 năm học. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và những người đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận. Trong suốt quá trình làm khóa luận không tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để khóa luận của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 6 năm 2020 Sinh viên Dương Ngọc Cầm
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DĐVN Dược điển Việt Nam DC Dược chất DSC Phân tích nhiệt vi sai HPC Hydroxypropyl Cellulose HPH Đồng nhất hóa với áp suất cao HPMC Hydroxypropyl Methylcellulose KTTP Kích thước tiểu phân NaCMC Natri Carboxymethyl Cellulose NaLS Natri Lauryl Sulfat NSX Nhà sản xuất PDI Chỉ số đa phân tán PEG Polyethylen Glycol PVA Polyvinyl Alcohol PVP Polyvinyl Pyrrolidon KL Khối lượng TKHH Tinh khiết hóa học
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số sản phẩm của aspirin trên thị trường . Error! Bookmark not defined. Bảng 1.2. Tổng quan về các thuốc đường uống bào chế ở dạng nano trên thị trường hiện nay và các nghiên cứu dược phẩm ........................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 1.3. Một số nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật nghiền bi . ........Error! Bookmark not defined. Bảng 2.1. Nguyên liệu, hóa chất nghiên cứu………………………………………….19 Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang của aspirin theo nồng độ tại bước sóng 267,5 nm …..…27 Bảng 3.2. Công thức bào chế hỗn dịch nano aspirin sử dụng các loại chất ổn định khác nhau……..……………………………………………………………………………..28 Bảng 3.1. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo loại chất ổn định khác nhau (n=3)......................................................................................................................29 Bảng 3.4. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo tỉ lệ chất polyme HPMC khác nhau (n=3).............................................................. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.5. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin khi sử dụng loại chất diện hoạt khác nhau (n=3) ...................................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.6. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo tỉ lệ chất diện hoạt (n=3) ........................................................................................ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.7. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo kích cỡ bi khác nhau (n=3) ............................................................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.8. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo tần số nghiền khác nhau (n=3) ............................................................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.9. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo thời gian nghiền khác nhau (n=3) ...................................................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.10. Một số đăc tính của bột nano aspirin khi loại dung môi bằng các phuwong pháp khác nhau (n=3) ..................................................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.11.Độ hòa tan của aspirin nguyên liệu và bột nano aspirin (n=3)................. Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc của Aspirin ........................................................................................ 2 Hình 1.2. Hai kĩ thuật cơ bản trong sản xuất thuốc dưới dạng kích thước nano ........... 10 Hình 1.3. Thiết bị nghiền bi........................................................................................... 13 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình bào chế nano aspirin bằng kỹ thuật nghiền ướt ................... 24 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn độ hấp thụ quang của aspirin theo nồng độ tại bước sóng 267,5 nm ......................................................................................................................... 27 Hình 3.2. KTTP, PDI của hỗn dịch nano aspirin theo loại chất ổn định ....................... 30 Hình 3.3. KTTP, PDI của hỗn dịch nano aspirin theo tỉ lệ chất ổn định so với dược chất ................................................................................................................................. 31 Hình 3.4. KTTP và PDI của hỗn dịch nano aspirin khi sử dụng loại chất diện hoạt khác nhau ................................................................................................................................ 33 Hình 3.5. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo tỉ lệ chất diện hoạt...... 34 Hình 3.6. KTTP, PDI, thế zeta của hỗn dịch nano aspirin theo kích cỡ bi khác nhau .. 36 Hình 3.7. KTTP và PDI của hỗn dịch nano aspirin theo tần số nghiền khác nhau ....... 37 Hình 3.8. KTTP, PDI của hỗn dịch nano aspirin thep thời gian nghiền khác nhau ...... 39 Hình 3.9. Sơ đồ quy trình bào chế nano aspirin bằng kĩ thuật nghiền bi ...................... 40 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn tốc độ hòa tan của aspirin nguyên liệu và bột nano aspirin trong môi trường đệm phosphat pH 6,8. ........................................................................ 42 Hình 3.11. Phổ DSC của aspirin nguyên liệu (c), nano aspirin phun sấy (b), nano aspirin đông khô (a), NaLS (d) và HPMC (e). ............................................................... 43 Hình 3.12. Phổ IR của aspirin nguyên liệu và bột nano aspirin .................................... 45
MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................... 2 1.1. Tổng quan Aspirin ............................................................................................ 2 1.1.1. Tên gọi, công thức ....................................................................................... 2 1.1.2. Tính chất vật lý ............................................................................................ 2 1.1.3. Tính chất hóa học ......................................................................................... 2 1.1.4. Định tính ...................................................................................................... 2 1.1.5. Định lượng ................................................................................................... 3 1.1.6. Dược động học ............................................................................................. 3 1.1.7. Tác dụng dược lý ......................................................................................... 4 1.1.8. Chỉ định........................................................................................................ 4 1.1.9. Chống chỉ định ............................................................................................. 4 1.1.10. Tương tác thuốc ........................................................................................... 5 1.1.11. Một số chế phẩm chứa aspirin trên thị trường ............................................. 5 1.2. Tổng quan về hạt nano thuốc .......................................................................... 6 1.2.1. Tổng quan về công nghệ nano ..................................................................... 6 1.2.2. Nguyên tắc tăng sinh khả dụng thuốc của hỗn dịch nano ........................... 8 1.2.3. Các phương pháp bào chế nano thuốc ....................................................... 10 1.3. Tổng quan về kĩ thuật nghiền bi ................................................................... 12 1.3.1. Khái niệm kĩ thuật nghiền bi ..................................................................... 12 1.3.2. Thiết bị nghiền bi ....................................................................................... 13
1.3.3. Các lực tác động làm giảm kích thước tiểu phân....................................... 14 1.3.4. Phân loại ............................................................................................................... 14 1.4. Một số nghiên cứu bào chế nano aspirin trên thế giới ................................ 17 1.4.1. Một số nghiên cứu bào chế nano aspirin trên thế giới ............................... 17 1.4.2. Một số nghiên cứu bào chế nano aspirin ở Việt Nam ............................... 18 CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 19 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu......................................................................... 19 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................. 19 2.1.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 19 2.2. Hóa chất, thiết bị và đối tượng nghiên cứu......................................................... 19 2.2.1. Nguyên liệu, hóa chất ........................................................................................... 19 2.2.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu ................................................................................ 20 2.2.3. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................... 21 2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 21 2.3.1. Định lượng aspirin bằng phương pháp đo quang ................................................. 21 2.3.2. Đánh giá tốc độ hòa tan của nano aspirin và aspirin nguyên liệu trong môi trường đệm phosphat pH 6,8...................................................................................................... 22 2.3.3. Bào chế nano aspirin bằng kỹ thuật nghiền ướt ................................................... 23 2.3.4. Phương pháp đánh giá một số đặc tính của hỗn dịch nano aspirin ...................... 24 2.3.5. Phương pháp đánh giá một số đặc tính của bột nano aspirin ............................... 25 2.3.6. Đánh giá tương tác dược chất – tá dược sử dụng phương pháp đo quang phổ IR ........................................................................................................................................ 25 2.3.7. Phương pháp đánh giá hiệu suất phun sấy ........................................................... 26 CHƯƠNG III. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................... 27 3.1. Định lượng aspirin bằng phương pháp đo quang .............................................. 27
3.2. Bào chế nano aspirin bằng kĩ thuật nghiền bi .................................................... 28 3.2.1. Lựa chọn chất ổn định hỗn dịch ........................................................................... 28 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định hỗn dịch ..................................... 30 3.2.3. Lựa chọn chất diện hoạt ....................................................................................... 32 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ chất diện hoạt ........................................................ 33 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của kích cỡ bi tới KTTP ...................................................... 35 3.2.6. Khảo sát tần số nghiền ......................................................................................... 36 3.2.7. Khảo sát thời gian nghiền..................................................................................... 38 3.2.8. Tiến hành chuyển hỗn dịch nano về dạng bột nano ............................................. 39 3.3. Đánh giá một số đặc tính của nano aspirin bào chế được ................................. 41 3.4. Đánh giá tương tác giữa dược chất-tá dược ....................................................... 44 3.5. Bàn luận ................................................................................................................. 46 3.5.1. Về phương pháp nghiền bi ................................................................................... 46 3.5.2. Về xây dựng công thức bào chế nano aspirin ...................................................... 46 3.5.3. Về quy trình bào chế hỗn dịch nano aspirin......................................................... 47 3.5.4. Về phương pháp loại bỏ dung môi khi đưa hỗn dịch nano aspirin về dạng bột .. 48 3.5.5. Về các đặc tính của nano aspirin sau bào chế ...................................................... 48 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ Aspirin thuộc nhóm thuốc chống viêm không steroid, có tác dụng giảm đau, hạ sốt, chống viêm. Ngoài ra còn được dùng để chống kết tập tiểu cầu (giảm đông máu, chống tắc mạch [2]. Những năm gần đây, có nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng aspirin có tác dụng làm giảm nguy cơ một số loại ung thư như ung thư vú, ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư đại tràng [15, 22, 23]. Tuy nhiên một số tác dụng không mong muốn của aspirin lên dạ dày, thận và tiểu cầu là những nguyên nhân chính hạn chế sự sử dụng kéo dài, thường xuyên aspirin trong điều trị [30, 38]. Vì vậy các nhà nghiên cứu không ngừng tìm các biện pháp để giảm tác dụng không mong muốn cũng như tăng tác dụng điều trị của aspirin. Cho đến hiện nay đã có nhiều nghiên cứu cho thấy việc sử dụng aspirin ở kích thước nano giúp tăng hiệu quả điều trị, cải thiện dược động học cũng như giảm tác dụng không mong muốn của thuốc [15, 16, 25, 38]. Có nhiều phương pháp để bào chế hệ nano như: đồng nhất áp suất cao, kết hợp, nghiền bi…. Trong đó nghiền bi là một phương pháp có tính khả thi cao và dễ áp dụng trong thực tế sản xuất. Tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam lại chưa có nghiên cứu về phương pháp nghiền bi để tạo hệ tiểu phân nano với dược chất aspirin. Do đó, đề tài “Nghiên cứu bào chế nano Aspirin bằng kĩ thuật nghiền bi” được tiến hành với hai mục tiêu chính sau: 1. Bào chế được nano aspirin bằng phương pháp nghiền bi 2. Đánh giá được một số đặc tính của tiểu phân nano aspirin bào chế được 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan Aspirin 1.1.1. Tên gọi, công thức Hình 1.1. Cấu trúc của Aspirin - Công thức phân tử: C9H8O4 hoặc CH3COOC6H4COOH hoặc HC9H7O4 [1, 36], trọng lượng phân tử 180,2 ĐvC [1]. - Tên IUPAC: acid 2-(acetyloxy)benzoic [1]. - Tên gọi khác: acetylsalicylic acid, 2-acetoxybenzoic acid, 2-(acetyloxy)benzoic acid [1]. 1.1.2. Tính chất vật lý - Tinh thể không màu, bột kết tinh trắng hoặc gần như trắng[1], không mùi hoặc có mùi nhạt [17, 30]. - Khó tan trong nước, dễ tan trong ethanol 96% [1]. - Điểm chảy: khoảng 143oC [1]. 1.1.3. Tính chất hóa học - Aspirin có pKa=3,49 (ở 25oC), tính acid yếu [32]. - Độ ổn định: ổn định trong không khí khô, trong không khí ẩm dần dần thủy phân thành salicylic acid và acetic acid [17]. 1.1.4. Định tính Theo Dược điển Việt Nam V, các phương pháp định tính aspirin [1]: - Phương pháp A: So sánh phổ hồng ngoại với phổ chuẩn. - Phương pháp B: Đun sôi 0,2 g chế phẩm với 4 ml dung dịch natri hydroxyd loãng (TT) trong 3 phút, để nguội và thêm 5 ml dung dịch acid sulfuric loãng (TT). Tủa 2
kết tinh được tạo thành. Tủa sau khi được lọc, rửa với nước và sấy khô ở 100 °C đến 105°C, có điểm chảy từ 156°C đến 161°C. - Phương pháp C: Trong một ống nghiệm, trộn 0,1 g chế phẩm với 0,5 g calci hydroxyd (TT). Đun hỗn hợp và cho khói sinh ra tiếp xúc với miếng giấy lọc đã được tẩm 0,05 ml dung. - Phương pháp D: Hòa tan bằng cách đun nóng khoảng 20 mg tủa thu được từ phép định tính B trong 10 ml nước và làm nguội. Dung dịch thu được cho phản ứng (A) của salicylat. 1.1.5. Định lượng Để xác định hàm lượng trong chế phẩm, người ta sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp chuẩn độ [1]. - Phương pháp đo quang [20, 41]. - Phương pháp HPLC [9, 11, 17]. 1.1.6. Dược động học Hấp thu: Khi uống, aspirin được hấp thu nhanh từ đường tiêu hóa. Một phần aspirin được thủy phân thành salicylat trong thành ruột. Sau khi vào tuần hoàn, phần aspirin còn lại cũng nhanh chóng chuyển thành salicylat, tuy nhiên trong 20 phút đầu sau khi uống, aspirin vẫn giữ nguyên dạng trong huyết tương. Cả aspirin và salicylat đều có hoạt tính nhưng chỉ aspirin có tác dụng ức chế kết tập tiểu cầu. Phân bố: Aspirin gắn protein huyết tương với tỷ lệ từ 80 - 90% và được phân bố rộng, với thể tích phân bố ở người lớn là 170 ml/kg. Khi nồng độ thuốc trong huyết tương tăng, có hiện tượng bão hòa vị trí gắn protein huyết tương và tăng thể tích phân bố. Salicylat cũng gắn nhiều với protein huyết tương và phân bố rộng trong cơ thể, vào được trong sữa mẹ và qua được hàng rào nhau thai. Chuyển hóa: Salicylat được thanh thải chủ yếu ở gan, với các chất chuyển hóa là acid salicyluric, salicyl phenolic glucuronid, salicylic acyl glucuronid, acid gentisuric. Các chất chuyển hóa chính là acid salicyluric và salicyl phenolic glucuronid dễ bị bão hòa và dược động theo phương trình Michaelis Menten, các chất chuyển hóa còn lại theo động học bậc 1, dẫn đến kết quả tại trạng thái cân bằng, nồng độ salicylat trong huyết tương tăng không tuyến tính với liều. Sau liều 325 mg aspirin, thải trừ tuân 3
theo động học bậc 1 và nửa đời của salicylat trong huyết tương là khoảng 2 - 3 giờ; với liều cao aspirin, nửa đời có thể tăng đến 15 - 30 giờ. Thải trừ: Salicylat cũng được thải trừ dưới dạng không thay đổi qua nước tiểu, lượng thải trừ tăng theo liều dùng và phụ thuộc pH nước tiểu; khoảng 30% liều dùng thải trừ qua nước tiểu kiềm hóa so với chỉ 2% thải trừ qua nước tiểu acid hóa. Thải trừ qua thận liên quan đến các quá trình lọc cầu thận, thải trừ tích cực qua ống thận và tái hấp thu thụ động qua ống thận. Salicylat có thể được thải qua thẩm tách máu [2]. 1.1.7. Tác dụng dược lý Aspirin là một dẫn chất của acid salicilic, được xếp vào nhóm thuốc chống viêm không steroid (NSAIDs), có tác dụng giảm đau, hạ sốt, chống viêm. Ngoài ra, nó còn có tác dụng chống kết tập tiểu cầu, khi dùng liều thấp kéo dài có thể phòng ngừa đau tim và hình thành cục máu đông gây tắc nghẽn trong mạch máu [2]. 1.1.8. Chỉ định Aspirin được chỉ định để giảm các cơn đau nhẹ và vừa, đồng thời giảm sốt. Vì có tỷ lệ cao về tác dụng phụ đến đường tiêu hóa, nên aspirin hay được thay thế bằng paracetamol, dung nạp tốt hơn. Aspirin cũng được sử dụng trong chứng viêm cấp và mạn như viêm khớp dạng thấp, viêm khớp dạng thấp thiếu niên, viêm (thoái hóa) xương khớp và viêm đốt sống dạng thấp. Nhờ tác dụng chống kết tập tiểu cầu, aspirin được sử dụng trong một số bệnh lý tim mạch như đau thắt ngực, nhồi máu cơ tim và dự phòng biến chứng tim mạch ở các bệnh nhân có nguy cơ tim mạch cao. Thuốc cũng được sử dụng trong điều trị và dự phòng một số bệnh lý mạch não như đột quỵ. Aspirin được chỉ định trong điều trị hội chứng Kawasaki vì có tác dụng chống viêm, hạ sốt và chống huyết khối [2]. 1.1.9. Chống chỉ định Không dùng aspirin cho các trường hợp sau [2]: - Người đã có triệu chứng hen, viêm mũi, mày đay khi sử dụng aspirin hoặc các NSAIDs khác. - Có tiền sử bệnh hen - Suy gan, suy thận, suy tim vừa và nặng. - Người mắc bệnh ưu chảy máu, giảm tiểu cầu - Người loét dạ dày, tá tràng. 4
- Phụ nữ mang thai trong 3 tháng cuối của thai kì. 1.1.10. Tương tác thuốc Nồng độ salicylat trong huyết tương ít bị ảnh hưởng bởi các thuốc khác, nhưng việc dùng đồng thời với aspirin làm giảm nồng độ của indomethacin, naproxen, và fenoprofen. Tương tác của aspirin với warfarin làm tăng nguy cơ chảy máu, và với methotrexat, thuốc hạ glucose máu sulphonylurea, phenytoin, acid valproic làm tăng nồng độ thuốc này trong huyết thanh và tăng độc tính. Tương tác khác của aspirin gồm sự đối kháng với natri niệu do spironolacton và sự phong bế vận chuyển tích cực của penicilin từ dịch não - tủy vào máu. Aspirin làm giảm tác dụng các thuốc acid uric niệu như probenecid và sulphinpyrazol [2]. 1.1.11. Một số chế phẩm chứa aspirin trên thị trường Hiện nay trên thị trường aspirin chủ yếu được bào chế ở dạng viên nén. Bảng 1.1. Một số sản phẩm của aspirin trên thị trường Dạng bào chế Biệt dược Hãng sản xuất Hàm lượng Aspirin Vidipha, VN 81mg, 325mg Viên nén quy ước Norwich® Chattem 325mg Aspirin Aspirin Domesco, VN 81mg Aspirin 100mg Traphaco, VN 100mg Viên bao tan ở ruột Aspirin Bayer 325mg Caplets® Bột pha hỗn dịch 1000mg, 250mg Aspegic Sanofi, Pháp uống Viên sủi Aspifa Pharmedic, VN 325mg Aspiri Thuốc đạn Perrigo 300mg, 600mg Suppositories 5
1.2. Tổng quan về hạt nano thuốc 1.2.1. Tổng quan về công nghệ nano Công nghệ nano là khoa học sáng tạo, phân tích, thiết kế các nguyên liệu, thiết bị và hệ thống bằng các thao tác, sắp xếp ở mức nguyên tử, phân tử và các cấu trúc siêu phân tử, đồng thời ứng dụng các đặc tính và hiện tượng mới xuất hiện khi vật chất ở kích thước nano hay nhỏ hơn 1µm [3, 5, 41]. Công nghệ nano có một lịch sử phát triển và ứng dụng lâu dài. Tuy nhiên, những tiến bộ khoa học quan trọng trong lĩnh vực này mới diễn ra trong hai thập kỉ vừa qua [41]. Ý tưởng xây dựng vật chất từ các mức phân tử và nguyên tử do nhà vật lý Richard Feynmen đưa ra vào năm 1959, còn khái niệm và các thử ghiệm đầu tiên về công nghệ nano được hình thành và hoàn chỉnh vào những năm 1970 [3]. Nhưng phải đến đầu thế kỉ 19 Heterogeneous catalysts, chất xúc tác và chất phản ứng nằm ở pha khác nhau là một trong những ví dụ đầu tiên được phát triển (Roger và cộng sự, 2001). Ứng dụng sớm nhất trong dược phẩm là Danazol được xay bằng máy nghiền hạt cho kích thước hạt trung bình là 169nm (Robertson, 1983). Việc sử dụng Danazol ở kích thước nano giúp tăng sinh khả dụng đường uống (82,3 ± 10,1%) so với sử dụng dạng thuốc lưu hành ở thời điểm đó (5,1 ± 1,9%) [41]. Công nghệ nano đã và đang tác động tới cuộc sống, tạo ra cuộc cách mạng lớn về mô hình và hiệu năng sản xuất trong tất cả các lĩnh vực công nghiệp. Trong bào chế thuốc, nhờ ứng dụng công nghệ nano, nhiều công thức và đường dùng thuốc mới đã được phát triển, tăng hiệu quả điều trị, đặc biệt là giúp phát triển các dạng thuốc tác dụng tại đích, điều trị một cách hiệu quả nhiều loại bệnh [3]. Sản phẩm đầu tiên sử dụng công nghệ nano được FDA phê chuẩn là ® Rapamune (Sirolimus) – một chất ức chế miễn dịch được phát triển bởi Wyeth Enterprises. Sản phẩm thứ hai được chấp thuận bởi FDA là Tricor® được phát triển bởi Abott lab laboratory [41]. Tổng quan về các thuốc đường uống bào chế ở dạng nano bằng các phương pháp khác nhau trên thị trường hiện nay và các nghiên cứu dược phẩm được trình bày trong bảng 1.2 [40]. 6
Bảng 1.2. Tổng quan về các thuốc đường uống bào chế ở dạng nano trên thị trường hiện nay và các nghiên cứu dược phẩm Phương Dạng Tên thuốc Công ty Chỉ Định pháp bào Trạng thái bào chế chế Rapamune Ức chế miễn Bán trên Sirolimus Nghiền bi Viên nén ® / Wyeth dịch thị trường Emend ® / Thuốc chống Viên Bán trên Aprepitant Nghiền bi Merck nôn nang thị trường Tricor®/A Thuốc hạ Đồng nhất ở Bán trên Fenofibrate Viên nén bbott cholesterol máu áp suất cao thị trường Megace ® Megestrol ES / Par Thuốc kích thích Hỗn dịch Bán trên Nghiền bi acetate Pharmaceu thèm ăn uống thị trường tical Gris-PEG Griseofulvi Thuốc chống Phản ứng Bán trên ®/ Viên nén n nấm đồng kết tủa thị trường Novartis Cesamet®/ Thuốc chống Phản ứng Viên Bán trên Nabilon Lilly nôn đồng kết tủa nang thị trường Thuốc đối kháng Phản ứng Hỗn dịch Invivo Danazol estrogen đồng kết tủa nano ( chó ) Hỗn dịch Invivo Naproxen Chống viêm Nghiền bi nano ( chuột ) Thuốc kháng tiểu Cilostazol Nghiền bi Hỗn dịch Invivo cầu và giãn mạch 7
máu nano ( chó ) Invivo Ketoprofen Chống viêm Nghiền bi Pellet ( chó ) Đồng nhất ở Hỗn dịch Invivo Cyclosporine Ức chế miễn dịch áp suất cao nano ( lợn ) Sporonolacto Đồng nhất áp Hỗn dịch Invivo Lợi tiểu ne suất cao nano (chuột ) 1.2.2. Nguyên tắc tăng sinh khả dụng thuốc của hỗn dịch nano Người ta ước tính rằng có đến 90% các ứng cử viên phát triển thuốc mới có độ tan trong nước kém và thuộc loại II hoặc IV trong hệ thống phân loại Sinh dược học [12, 29]. Điều này đặt ra một thách thức lớn cho các nhà bào chế và các nhà khoa học trong việc phát triển các dạng bào chế hấp thu qua đường uống mà vẫn đảm bảo sinh khả dụng đối với các hợp chất có độ hòa tan thấp [29, 34, 41]. Công nghệ nano đã cung cấp cho ngành công nghiệp dược phẩm phương pháp để giải quyết vấn đề về độ hòa tan và sinh khả dụng liên quan đến hòa tan kém của các hợp chất [37, 41]. Việc chuyển kích thước hạt từ hạt vĩ mô sang kích thước nano làm thay đổi tính chất hóa lý của vật chất [40] làm cho các hạt nano thuốc có các tính năng độc đáo và quan trọng , ví dụ như tỷ lệ bề mặt so với khối lượng của chúng lớn hơn nhiều so với các hạt khác, tính chất lượng tử…[18] giúp tăng tốc độ hòa tan, tăng độ hòa tan bão hòa, tốc độ giải phóng dược chất và khả năng bám dính tế bào [29] do đó giúp tăng sinh khả dụng đường uống của thuốc [34]. 1.2.2.1Tăng tốc độ hòa tan Nguyên lý cơ bản của nano hóa dựa trên sự gia tăng diện tích bề mặt tiếp xúc dẫn đến tăng tốc độ hòa tan theo phương trình Noyes-Whitney [29, 40, 41]. 𝑑𝑋 𝐴×𝐷 = × (𝐶𝑠 − 𝐶𝑡 ) (1) 𝑑𝑡 ℎ𝐷 Trong đó: dX / dt là tốc độ giải phóng. D là hệ số khuếch tán. A là diện tích bề mặt tiếp xúc. ℎ𝐷 là khoảng cách khuếch tán. 𝐶𝑠 là độ hòa tan bão hòa. 𝐶𝑡 là nồng độ xung quanh các hạt. 8
Dựa trên phương trình (1), hai tham số ảnh hưởng đến tốc độ hòa tan là độ hòa tan bão hòa của hợp chất Cs và diện tích bề mặt A. Trong đó độ hòa tan bão hòa của hợp chất phụ thuộc vào trạng thái vật lý của nó (dạng tinh thể, vô dịnh hình, đa hình, muối, tự do) [29], thường là một hằng số cụ thể phụ thuộc vào nhiệt độ đối với các hạt thông thường nằm trong phạm vi micro, nhưng lại khác nhau đối với các hạt nano thuốc. Thứ nhất, dưới kích thước hạt xấp xỉ 2µm, áp suất hòa tan tăng rõ rệt dẫn đến sự tăng độ hòa tan bão hòa [41], dẫn tới gradient nồng độ (𝐶𝑠 − 𝐶𝑡 )/ℎ𝐷 tăng, giúp tăng tốc độ hòa tan. Ngoài ra, khi độ hòa tan bão hòa tăng sẽ làm tăng nồng độ gradient giữa lòng ruột và máu, giúp cho sự thẩm thấu và hấp thụ bằng khuếch tán thụ động được đẩy mạnh hơn. Thứ hai, việc giảm kích thước của các tinh thể nano làm cho diện tích bề mặt tăng lên do đó tốc độ hòa tan được tăng lên [29]. Một yếu tố quan trọng khác là khoảng cách khuếch tán ℎ𝐷 cũng phụ thuộc vào kích thước hạt. Khi kích thước hạt giảm thì khoảng cách khếch tán ℎ𝐷 giảm do đó tốc độ hòa tan tăng như trong phương trình Noyes [20, 31]. 1.2.2.2. Tăng độ hòa tan bão hòa Độ hòa tan bão hòa là hằng số đặc trưng của hợp chất, phụ thuộc vào tính chất lý hóa của hợp chất, môi trường hòa tan và nhiệt độ. Tuy nhiên, định nghĩa này chỉ có giá trị đối với các hạt thuốc có kích thước hạt tối thiểu trong phạm vi micromet. Sự biến đổi đa hình với năng lượng cao nhất và điểm nóng chảy thấp nhất dẫn đến độ hòa tan tốt nhất. Độ hòa tan bão hòa là một hàm của kích thước khi kích thước tới hạn dưới 1-2µm. Độ hòa tan bão hòa tăng khi giảm kích thước hạt dưới 1000 nm. Hiện tượng này được giải thích bằng các phương trình Kelvin và Ostwald Mitch Freundlich [21, 28, 31, 40]. Phương trình Kelvin: 𝑃𝑟 2𝛾𝑀𝑟 𝑙𝑛 = 𝑃 ∞ 𝑟𝑅𝑇𝜌 Trong đó: 𝑃𝑟 là áp lực giải thể một hạt có bán kính r. 𝑃∞ là áp lực giải thể một hạt vô cùng lớn. 𝛾 là sức căng bề mặt. R là hằng số khí. T là nhiệt độ tuyệt đối. r là bán kính của hạt. 𝑀𝑟 là khối lượng phân tử. ρ là mật độ hạt. Phương trình Ostwald Mitch Freundlich: 𝐶𝑠 2𝜎𝑉 Log = 𝐶𝛼 2,303𝑅𝑇𝜌𝜏 9
Trong đó: 𝐶𝑠 là độ hòa tan bão hòa, 𝐶𝛼 là độ hòa tan chất rắn. σ là lực căng liên kết của chất. V là thể tích của vật liệu hạt. R là hằng số khí. T là nhiệt độ tuyệt đối. 𝜌 là mật độ của vật rắn. r là bán kính của hạt. 1.2.2.3. Tăng độ bám dính lên bề mặt/ màng tế bào So với các vi hạt, đặc điểm nổi trội của hạt nano thuốc là chúng có thể tăng khả năng kết dính vào bề mặt hoặc màng tế bào. Sự tăng kết dính của nano do tăng diện tích tiếp xúc của các tiểu phân kích thước nhỏ. Cơ chế kết dính của nano tinh thể có thể giải thích theo thuyết tĩnh điện (lực hút tĩnh điện giữa tiểu phân và bề mặt màng nhày) và thuyết hấp thụ (liên kết hydro và van der Waals giữa bề mặt tiểu phân và màng nhày). Điều này giúp cải thiện sự hấp thu của thuốc qua đường uống [20, 40]. 1.2.3. Các phương pháp bào chế nano thuốc Một số phương pháp bào chế nano thuốc đã được ghiên cứu và các kỹ thuật này có thể được chia thành hai cách tiếp cận cơ bản đó là công nghệ bottom-up (kết tủa/kết tinh có kiểm soát) và công nghệ top-down (phá vỡ các hạt lớn để giảm kích thước tiểu phân, ví dụ dùng lực cơ học). Ngoài ra, phương pháp kết hợp top-down với bottom-up hiện nay cũng đang được sử dụng [35, 37, 40, 41]. Hình 1.2. Hai kĩ thuật cơ bản trong sản xuất thuốc dưới dạng kích thước nano 1.2.3.1. Phương pháp bottom-up Kỹ thuật này còn được gọi là phương pháp kết tủa cổ điển.[40] Thường tiến hành bằng cách hòa tan dược chất vào một dung môi thích hợp, sau đó thêm một dung 10
môi khác có thể hòa lẫn dung môi trên nhưng không hòa tan dược chất, dược chất sẽ kết tủa lại [3, 4]. Kích thước tiểu phân thu được phụ thuộc một số yếu tố [3]: - Thành phần và nồng độ dung dịch - Tốc độ thêm dung môi thứ hai - Tốc độ khuấy trộn, thường phải khuấy ở tốc độ cao - Nhiệt độ cũng là một yếu tố ảnh hưởng, nếu ở nhiệt độ thấp quá trình kết tủa diễn ra nhanh hơn Cần kiểm soát cấu trúc hạt và tránh sự phát triển của các hạt đến phạm vi kích thước micromet bằng cách kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng chẳng hạn như thêm chất ổn định (các chất hoạt động bề mặt ) [40]. Phương pháp bottom-up khác: siêu âm, phương pháp kết tủa có kiểm soát trọng lực... Nhược điểm cơ bản của các phương pháp này là cần loại bỏ dung môi hữu cơ sử dụng dẫn tới chi phí sản xuất cao, đặc biệt trong trường hợp dược chất hòa tan trong dung môi hữu cơ, ít hòa tan trong nước cần thể tích dung môi hữu cơ lớn. Do đó, trong công nghiệp dược phẩm, các phương pháp bottom-up không được sử dụng để sản xuất thuốc bán trên thị trường [40]. 1.2.3.2. Phương pháp top-down Phương pháp top-down bắt đầu từ các tiểu phân chất rắn kích thước lớn (micromet) và đi xuống kích thước nhỏ (nanomet) bằng cách tác động một lực cơ học như quá trình xay nghiền hoặc đồng nhất hóa [14, 40]. Đối với phương pháp nghiền bi, trong sản xuất nano thuốc, chỉ áp dụng phương pháp nghiền ướt, còn phương pháp nghiền khô không hiệu quả để đạt kích thước trong phạm vi nanomet [40]. Nghiền ướt là phương pháp mà dược chất được phân tán trong môi trường lỏng chứa chất hoạt động bề mặt và chất ổn định với tỉ lệ nhất định. Các viên bi có kích thước khác nhau được làm bằng gốm sứ, thép không gỉ, thủy tinh hoặc nhựa polystyren được sử dụng làm vật liệu phay, tác dụng lực làm vỡ các tiểu phân. Phương pháp này là phương pháp quan trọng trong giảm kích thước tiểu phân được sử dụng để sản xuất 4 loại thuốc được FDA phê chuẩn là Rapamune, Emend, Tricor, Megace [40]. Đối với phương pháp đồng nhất hóa có ba công nghệ quan trọng để sản xuất tinh thể nano là công nghệ Microfluidizer (công nghệ IDD-P ™), công nghệ Dissocubes®, công nghê Nanopure®. Công nghệ microfluidizer có thể tạo ra các hạt nhỏ do va chạm trực diện của hai dòng chất lỏng dưới áp suất lên tới 1700 bar. Bên 11