Đề tài Nghiên cứu bào chế tiểu phân nano chứa artesunat bằng phương pháp kết tủa

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 2 1.1. Đại cƣơng về hệ tiểu phân nano ......................................................................... 2 1.1.1. Khái niệm ......................................................................................................... 2 1.1.2. Phân loại ........................................................................................................... 2 1.1.3. Một số phƣơng pháp bào chế tiểu phân nano ................................................... 5 1.2. Đại cƣơng về Eudragit RS PO ............................................................................ 8 1.2.1. Giới thiệu về Eudragit RS PO .......................................................................... 8 1.2.2. Một số nghiên cứu về nano sử dụng Eudragit RS PO ...................................... 9 1.3. Đại cƣơng về Artesunat ...................................................................................... 9 1.3.1. Công thức hóa học ............................................................................................ 9 1.3.2. Tính chất lý hóa .............................................................................................. 10 1.3.3. Đặc điểm dƣợc động học ................................................................................ 10 1.3.4. Chỉ định .......................................................................................................... 10 1.3.5. Tác dụng chống ung thƣ ................................................................................. 11 1.3.6. Một số nghiên cứu về bào chế hệ tiểu phân nano chứa artesunat .................. 12 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 14 2.1. Nguyên liệu, thiết bị ......................................................................................... 14 2.1.1. Nguyên liệu. ................................................................................................... 14 2.1.2. Thiết bị ........................................................................................................... 14 2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 15 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 15 2.3.1. Phƣơng pháp bào chế tiểu phân nano artesunat ............................................. 15 2.3.2. Các phƣơng pháp đánh giá đặc tính lý hóa của tiểu phân artesunat .............. 17 2.3.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu .............................................................................. 22 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................. 23 3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của quy trình bào chế tới đặc tính lý hóa của tiểu phân nano artesunat ............................................................................................................ 23 3.1.1. Khảo sát trình tự phối hợp hai pha ................................................................. 23 3.1.2. Khảo sát tốc độ phối hợp hai pha ................................................................... 23 3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của các thành phần trong công thức tới đặc tính lý hóa của tiểu phân nano Artersunate. ................................................................................ 24 3.2.1. Khảo sát nồng độ chất diện hoạt. ................................................................... 24 3.2.2. Khảo sát nồng độ Eudragit RS PO ................................................................. 26 3.2.3. Khảo sát tỉ lệ pha nƣớc và pha dầu ................................................................ 27 3.2.4. Khảo sát nồng độ artesunat ............................................................................ 28 3.3. Đánh giá các đặc tính lý hóa của tiểu phân nano astesunat. .............................. 29 3.3.1. Về KTTP, PDI, Thế Zeta, hiệu suất mang thuốc, khả năng nạp thuốc ........... 30 3.3.2. Hình thái học của tiểu phân nanoartesunat ..................................................... 31 3.3.3. Đánh giá khả năng giải phóng dƣợc chất in vitro ........................................... 31 CHƢƠNG 4: BÀN LUẬN ........................................................................................ 33 4.1. Về tiêu chuẩn lựa chọn công thức và quy trình bào chế .................................... 33 4.2. Về ảnh hƣởng của trình tự phối hợp và tốc độ phối hợp. .................................. 34 4.3. Về ảnh hƣởng của nồng độ chất diện hoạt. ........................................................ 35 4.4. Về ảnh hƣởng của nồng độ Eudragit RS PO ...................................................... 36 4.5. Về ảnh hƣởng của tỉ lệ pha nƣớc và pha dầu ..................................................... 36 4.6. Về ảnh hƣởng của nồng độ ART ....................................................................... 38 4.7. Về khả năng giải phóng dƣợc chất in vitro ........................................................ 38 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ART Atersunat ACN Acetonitril DC Dƣợc chất HPLC High-performance liquid chromatography – sắc kí lỏng hiệu năng cao RS PO Edragit RS PO PLGA Poly(lactic-co-glycolic) acid DHA Dihydroartemisinin DLS Dynamic Light Scattering DĐVN Dƣợc điển Việt Nam PDI Polydispersity index- Hệ số đa phân tán KTTP Kích thƣớc tiểu phân SEM Scanning Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử quét EE Hiệu suất mang thuốc MWCO Trọng lƣợng phân tử giới hạn NIBS Non-Invasive Back-Scatter optics - Hiệu ứng quang học tán xạ ngƣợc không xâm lấn CS Chitosan DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. So sánh hiệu suất bao gói của tiểu phân nano Cucurbitacin I của hai phƣơng pháp nhũ hóa bốc hơi dung môi và phƣơng pháp kết tủa .............................. 7 Bảng 2.1. Nguyên liệu, hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm ............. 14 Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của trình tự phối hợp hai pha đến đặc tính cảm quan của nhũ tƣơng artesunat ................................................................................................... 23 Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của tốc độ phối hợp hai pha đến đặc tính hóa lý của tiểu phân nano artesunat ................................................................................................... 24 Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ chất diện hoạt đến các đặc tính của tiểu phân nano artesunat ............................................................................................................ 25 Bảng 3.4. Ảnh hƣởng nồng độ Eudragit RS PO đến các đặc tính lý hóa của tiểu phân nano artesunat ................................................................................................... 26 Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của tỉ lệ pha nƣớc và pha dầu đến các đặc tính lý hóa của tiểu phân nano artesunat ............................................................................................ 27 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng nồng độ artesunat đến đặc tính lý hóa của tiểu phân nano artesunat .................................................................................................................... 29 Bảng 3.7. Phần trăm giải phóng tích lũy của tiểu phân nano ART .................... 32 Bảng 4.1. Điều kiện của công thức tối ƣu. .......................................................... 34 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Một số hạt nano thƣờng gặp.................................................................. 3 Hình 1.2. Cấu trúc hạt nano .................................................................................. 4 Hình 1.3. Sơ đồ quy trình bào chế tiểu phân nano bằng phƣơng pháp kết tủa ..... 6 Hình 1.4. Công thức hóa học Eudragit RS PO ..................................................... 8 Hình 1.5. Công thức hóa học artesunat ................................................................. 9 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình bào chế tiểu phân nano artesunat bằng phƣơng pháp kết tủa. ....................................................................................................................... 16 Hình 2.2. Bề mặt của một hạt nano mang điện tích và thế năng zeta ................. 19 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của tỉ lệ chất diện hoạt đến các đặc tính của tiểu phân nano artesunat ............................................................................................................ 25 Hình 3.2. Ảnh hƣởng nồng độ Eudragit RS PO đến các đặc tính lý hóa của tiểu phân nano artesunat ................................................................................................... 26 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ pha nƣớc và pha dầu đến các đặc tính lý hóa của tiểu phân nano artesunat ............................................................................................ 28 Hình 3.4. Ảnh hƣởng nồng độ artesunat đến đặc tính lý hóa và hiệu suất bao gói của tiểu phân nano artesunat ..................................................................................... 29 Hình 3.5. Hình ảnh phân bố kích thƣớc tiểu phân của CT M15 ......................... 30 Hình 3.6. Hình ảnh thế Zeta của CT M15 ........................................................... 30 Hình 3.7. Hình ảnh SEM của tiểu phân nanoartesunat ....................................... 31 Hình 3.8. Đồ thị thể hiện phần trăm giải phóng tích luỹ của ART theo thời gian từ tiểu phân nano trong môi trƣờng đệm phosphate pH 7,4 ..................................... 32 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Artesunat (ART) là sản phẩm của quá trình chiết xuất và bán tổng hợp từ artemisinin- một dẫn chất đƣợc phân lập từ cây Thanh hao hoa vàng Artemsia annua L., có tác dụng chính thƣờng đƣợc biết đến là điều trị sốt rét [48]. Gần đây ART đƣợc chứng minh là có tác dụng chống tăng sinh tế bào khá mạnh và tiêu diệt đƣợc các tế bào ung thƣ. Do đó, một số công trình đang mở ra nhiều hƣớng nghiên cứu nhằm đƣa ART đến đích tác động - các tế bào ung thƣ [20], [22]. Tuy nhiên, khi sử dụng đƣờng uống, sinh khả dụng của ART tƣơng đối thấp do đặc tính phân tử nhạy cảm với môi trƣờng đƣờng tiêu hóa, khả năng hấp thu qua niêm mạc hoặc các kênh riêng trong đƣờng tiêu hóa không tốt. Hơn nữa, ART có thời gian bán thải ngắn và bị chuyển hóa qua gan lần đầu khá nhiều. Để cải thiện dƣợc động học của ART, cần thiết phải đƣa ART vào một hệ chất mang, tạo ra các tiểu phân có kích thƣớc nano nhằm đảm bảo sự ổn định, cải thiện sinh khả dụng và khả năng giải phóng dƣợc chất so với các dạng bào chế thông thƣờng [13], [14]. Hệ vi tiểu phân nano polyme hiện nay đƣợc đánh giá là giải pháp tiềm năng cho việc đƣa thuốc đến đích là các khối u hay tế bào bệnh đồng thời giải phóng kiểm soát dƣợc chất khó tan và thấm tốt nhƣ ART. Trong các phƣơng pháp bào chế hệ tiểu phân nano polyme, phƣơng pháp kết tủa do thay đổi dung môi là kĩ thuật đơn giản nhất không phải sử dụng thiết bị máy móc hiện đại, có thể áp dụng để nâng cấp quy mô sản xuất [42]. Vì các lý do trên, đề tài “Nghiên cứu bào chế tiểu phân nano chứa artesunat bằng phƣơng pháp kết tủa” đƣợc tiến hành với các mục tiêu sau: 1. Bào chế tiểu phân nano artesunat bằng phương pháp kết tủa. 2. Đánh giá một số đặc tính lý hóa của tiểu phân nano artesunat. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đại cƣơng về hệ tiểu phân nano 1.1.1. Khái niệm Hệ vận chuyển thuốc kích thƣớc nano là hệ đƣợc cấu tạo nhƣ các hạt nano có kích thƣớc từ 1-1000 nm, với thiết kế thích hợp có vai trò nhƣ một phƣơng tiện vận chuyển chuyên biệt, đảm bảo vận chuyển các hoạt chất đến đích tác dụng. Công nghệ nano ứng dụng trong y dƣợc học bao gồm các tiểu phân nano đƣợc sử dụng để vận chuyển dƣợc chất đến các bộ phận mong muốn trong cơ thể với liều lƣợng thích hợp và theo đúng thời gian mong muốn, đảm bảo đƣợc 3 yếu tố góp phần tạo nên tính an toàn và hiệu quả của thuốc: đúng nơi, đúng lúc và đúng liều [18]. Các hệ vận chuyển thuốc có nhiều triển vọng là polyme-micelle, dendrimers, các hạt nano có nguồn gốc kim loại polyme, ceramic, protein, virus, và các hạt nano liposome. Tiểu phân nano polyme thƣờng gồm 2 loại là siêu vi cầu (nanospheres) và siêu vi nang (nanocapsules). Siêu vi cầu là tiểu phân nano có cấu trúc hình thành từ polyme tạo nên nang bao lấy dƣợc chất. Siêu vi nang là tiểu phân nano có cấu trúc hình thành từ polyme tạo nên lõi cầu, và dƣợc chất đƣợc tóm giữ trên bề mặt hoặc phân tán đều với chất mang. Dƣợc chất (DC) có thể đƣợc hòa tan, nang hoá (encapsulated), bẫy (entrapped), tạo liên kết hóa học hoặc đƣợc hấp phụ lên bề mặt tiểu phân nano polyme [23], [38]. 1.1.2. Phân loại Hiện nay các hạt nano vận chuyển thuốc thƣờng đƣợc phân loại theo thành phần cấu tạo, cấu trúc và đặc tính bề mặt của hạt nano. Thành phần cấu tạo của các hạt nano chủ yếu là polyme, lipid và các hợp chất vô cơ, do vậy có thể phân thành 3 lớp lớn [4]: • Hạt nano polyme (polymeic nanoparticles) • Hạt nano lipid (lipid nanoparticles) 3 • Hạt nano vô cơ(inorganic nanoparticles) Hình 1.1. Một số hạt nano thƣờng gặp Ngoài ra, còn có những hạt nano có cấu trúc hỗn hợp giữa polyme, lipid và hợp chất vô cơ. Các polyme có khả năng phân hủy sinh học và tƣơng thích sinh học thƣờng đƣợc sử dụng là polylactid, polyglycolid, poly(lactid-co-glycolid), poly(ε- caprolactone), poly(alkyl-cyanoacrylat), gelatin, chitosan Các lipid thƣờng đƣợc sử dụng là các lipid không độc với cơ thể, có cấu tạo khá tƣơng đồng với lipid sinh học nhƣ phospholipid, cholesterol, glycerid và dẫn xuất của các lipid này. Các hạt nano vô cơ thƣờng đƣợc sử dụng trong chẩn đoán và điều trị nhƣ: hạt nano từ tính (magnetic nanoparticle), chấm lƣợng tử (quantum dots). Phân loại theo cấu trúc, các hạt nano có thể chia thành 3 dạng : • Hạt nano dạng màng bao: cấu tạo giống nhƣ túi (vesicle) hoặc nang (capsule), gồm một thành phần polyme hoặc một màng đơn hay màng kép lipid bao quanh một lõi có thể ở trạng thái rắn, rắn-lỏng hoặc lỏng ƣa nƣớc hoặc ƣa dầu. • Hạt nano cấu trúc dạng khung xốp (matrix): khung xốp polyme, lipid hoặc các hợp chất vô cơ phân bố đều bên trong hạt nano thƣờng có dạng hình cầu. Hạt nano cấu trúc dạng phức hợp (complex): thƣờng là một phức hợp đa thành phần giữa polyme hoặc lipid tích điện dƣơng và hoạt chất tích điện âm (protein, peptide và acid nucleic) kết hợp với nhau nhờ tƣơng tác điện tích. 4 Phân loại theo tính chất bề mặt của hạt nano, dựa trên các thay đổi bề mặt hạt nano nhƣ: tính ƣa dầu, hiệu ứng cản trở không gian và thành phần cấu tạo bề mặt nhằm hƣớng hạt nano đến đích tác dụng. Các hạt nano này có thể đƣợc chia làm 3 loại [3]: • Hạt nano thụ động (pasive nanoparticles): bề mặt không có sự cản trở về mặt không gian và thƣờng ƣa dầu. Các hạt nano này dễ dàng bị opsonin hóa bởi các protein huyết tƣơng trong tuần hoàn và sau đó bị bắt giữ bởi tế bào thực bào đơn nhân có các receptor bề mặt nhận biết đặc hiệu protein huyết tƣơng, rồi di chuyển chủ yếu đến vùng gan, lách, vì vậy các hạt nano này thƣờng đƣợc gọi là hạt nano hƣớng gan lách. • Hạt nano Stealth ® (Stealth ® nanoparticles): bề mặt hạt nano đƣợc bao phủ bởi lớp polyme ƣa nƣớc và linh động nhƣ polyethylenglycol (PEG), polysaccharid, poloxame, poloxamin. Các hạt nano này thƣờng liên kết cộng hóa trị với PEG trên bề mặt lên có thể gọi là hạt nano ghép PEG. Nhờ thay đổi cấu trúc bề mặt, các hạt nano này hầu nhƣ không bị opsonin và bắt giữ thực bào. Do vậy thƣờng đƣợc áp dụng để điều trị bệnh ngoài vùng gan lách. • Hạt nano chủ động (active nanoparticles): Các hạt nano đƣợc gắn kết với các ligand trên bề mặt nhằm nhận biết đặc hiệu các receptor ở mô và tế bào đích. Các hạt nano này còn đƣợc gọi là hạt nano hƣớng đích. Hình 1.2. Cấu trúc hạt nano 5 1.1.3. Một số phương pháp bào chế tiểu phân nano Dựa theo quy trình bào chế, có thể chia các phƣơng pháp bào chế nano polyme làm 2 loại: 1 giai đoạn và 2 giai đoạn. Các phƣơng pháp 1 giai đoạn dựa trên sự kết tủa của polyme từ một dung dịch hoặc dựa trên sự kết tập tự phát của các đại phân tử để hình thành các nanogel hoặc các phức hợp của các chất “đa điện tích” (polyelectrolyte). Các phƣơng pháp 2 giai đoạn bao gồm giai đoạn đầu chung cho các phƣơng pháp là bào chế một nhũ tƣơng và giai đoạn 2 là giai đoạn hình thành nên tiểu phân nano. Giai đoạn 2 có thể đƣợc thực hiện dựa trên phản ứng polyme hoá các monome hoặc các quá trình kết tủa, gel hoá của các polyme. Các polyme đƣợc sử dụng có thể là polyme tự nhiên, các polyme tổng hợp, có sẵn hoặc tạo thành từ các monome. Tuy vậy, do các polyme tạo thành từ phản ứng polyme hoá thƣờng ít phân huỷ sinh học, các monome tồn dƣ và chất diện hoạt đƣợc dùng với lƣợng lớn có thể gây độc và đòi hỏi quá trình tinh chế phức tạp [47]. Do vậy, hiện các nghiên cứu sử dụng chủ yếu phƣơng pháp đi từ các polyme có sẵn (các eudragit, các polyme phân huỷ sinh học nhƣ PLGA, PLA, PCL,.). Dƣới đây là một số phƣơng pháp thông dụng trong điều chế tiểu phân nano polyme từ các polyme tổng hợp có sẵn: - Phƣơng pháp nhũ tƣơng hóa/bốc hơi dung môi Polyme đƣợc hòa tan vào dung môi không đồng tan với nƣớc, sau đó dung dịch này sẽ đƣợc nhũ tƣơng hóa vào nƣớc bằng lực khuấy từ hay lực siêu âm. Tiếp theo dung môi hữu cơ sẽ đƣợc bốc hơi hết để các hạt tiểu phân đƣợc hình thành do sự rắn hóa polyme. - Phƣơng pháp nhũ tƣơng hóa/ khuếch tán dung môi Polyme đƣợc hòa tan vào dung môi tan một phần trong nƣớc và sau đó cho bão hòa với nƣớc để đảm bảo cân bằng nhiệt động. Sau đó, hỗn hợp này đƣợc phân tán vào nƣớc có chứa chất ổn định để tạo các tiểu phân nano. Cuối cùng dung môi đƣợc loại bỏ theo cách bốc hơi hoặc lọc, tùy theo nhiệt độ sôi của dung môi. 6 - Phƣơng pháp tạo muối kết lắng với polyme Polyme cùng dƣợc chất đƣợc hòa tan trong dung môi tan trong nƣớc, sau đó dung dịch này đƣợc phân tán vào gel nƣớc có các tác nhân tạo muối (ví dụ: magnesi clorid, calci clorid hay sucrose) và các chất ổn định tao gel. Sau đó, hỗn hợp này đƣợc hòa loãng với một lƣợng nƣớc vừa đủ để tăng sự khuếch tán của tiểu phân vào nƣớc, từ đó hình thành tiểu phân nano. Cuối cùng, tác nhân tạo muối cũng nhƣ dung môi đƣợc loại đi sau khi lọc. - Phƣơng pháp thay đổi dung môi/kết lắng bề mặt Các polyme đƣợc hòa tan trong một dung môi có thể trộn lẫn với nƣớc dẫn đến sự kết tủa của các tiểu phân nano. Polyme lắng đọng trên bề mặt phân cách pha giữa các pha nƣớc và pha dầu hữu cơ, gây ra bởi sự khuếch tán nhanh chóng của dung môi, dẫn đến sự hình thành hệ keo. Phƣơng pháp kết tủa do thay đổi dung môi là kĩ thuật kết tủa đơn giản nhất, trong đó polyme và dƣợc chất đƣợc hoà tan vào một dung môi đồng tan với nƣớc (nhƣ aceton, ethanol,) sau đó đƣợc chia thành từng giọt và phối với hợp pha ngoại có thể chứa hoặc không chứa chất ổn định, sử dụng thiết bị khuấy trộn phù hợp. Dung môi có thể đƣợc loại đi bằng nhiều cách nhƣ khuấy từ, nâng nhiệt độ pha nƣớc khi phối hợp hoặc bay hơi trong chân không. Hình 1.3. Sơ đồ quy trình bào chế tiểu phân nano bằng phƣơng pháp kết tủa 7 Một số tác giả cho rằng tiểu phân nano đƣợc hình thành nhờ vào hiệu ứng Gibbs-Marangoni, gây ra bởi chênh lệch sức căng bề mặt phân cách pha giữa các dung môi khác nhau. Một số tác giả khác cho rằng tiểu phân nano hình thành thông qua quá trình gồm 3 bƣớc: tạo mầm, tăng kích thƣớc và kết tụ giống nhƣ quá trình kết tinh của nano tinh thể [39]. Phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm nhƣ: đơn giản, có thể triển khai quy mô lớn; thiết b