Khóa luận Nghiên cứu động học giải phóng dược chất của viên cốt trơ đa lớp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN VĂN MẠNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC GIẢI PHÓNG DƯỢC CHẤT CỦA VIÊN CỐT TRƠ ĐA LỚP KHÓA LUẬN TÔT NGHIỆP DƯỢC SỸ ĐẠI HỌC HÀ NỘI - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN VĂN MẠNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC GIẢI PHÓNG DƯỢC CHẤT CỦA VIÊN CỐT TRƠ ĐA LỚP KHÓA LUẬN TÔT NGHIỆP DƯỢC SỸ ĐẠI HỌC KHÓA QH.2012.Y Người hướng dẫn: 1. PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải Nơi thực hiện: 1. Bộ môn Bào chế và Công nghiệp Dược HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Với tất cả sự kính trọng và biết ơn, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất tới: thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải - Giảng viên bộ môn Bào chế và Công nghiệp Dược – Khoa Y-Dược Đại học Quốc gia Hà Nội - người thầy đã luôn động viên, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trên con đường học tập, rèn luyện và nghiên cứu khoa học. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô giáo và các anh chị kỹ thuật viên bộ môn Bào chế và Công nghiệp Dược - những người đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, thực nghiệm và nghiên cứu để hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại Khoa Y-Dược Đại học Quốc gia Hà Nội. Hà Nội, ngày 11 tháng 05 năm 2017 Sinh viên Nguyễn Văn Mạnh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU , CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................. 1 Chương 1: TỔNG QUAN........................................................................................... 2 1.1. Tổng quan về dạng thuốc giải phóng kéo dài .................................................... 2 1.1.1. Khái niệm .......................................................................................................... 2 1.1.2. Ưu nhược điểm ................................................................................................. 3 1.1.3. Một số dạng thuốc giải phóng kéo dài điển hình ........................................... 3 1.2. Tổng quan về mô hình Higuchi cho sự giải phóng từ hệ cốt trơ ...................... 5 1.2.1 Mô hình toán học giải phóng thuốc ................................................................. 5 1.2.2. Mô hình Higuchi ............................................................................................... 6 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PH ƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 7 2.1. Nguyên vật liệu, thiết bị ....................................................................................... 7 2.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 7 2.3 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 8 2.3.1 Phương pháp xây dựng mô hình động học lý thuyết giải phóng dược chất . 8 2.3.2 Phương pháp bào chế viên cốt trơ .................................................................... 8 2.4.2 Phương pháp đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của viên ........................ 11 2.4.3. Đánh giá tốc độ giải phóng dược chất từ viên nén một lớp và hai lớp ...... 11 2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................. 12 2.4.5 Các phương pháp đánh giá sự tương quan mô hình giải phóng dược chất ..... .12 2.4.6 So sánh đồ thị giải phóng dược chất .............................................................. 13 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .................................................................. 14 3.1. Xây dựng đường chuẩn của Sunset Yellow ..................................................... 14 3.2 Xây dựng mô hình động học giải phóng mở rộng ........................................... 15 3.2.1 Mô hình động học lý thuyết quá trình giải phóng dược chất từ viên một lớp. ...... 15 3.2.2 Xây dựng mô hình động học lý thuyết quá trình giải phóng dược chất từ viên đa lớp. ..................................................................................................................... 16 3.2.3 Khảo sát mô hình động học lý thuyết quá trình giải phóng dược chất ...... 20 3.3. Khảo sát mô hình động học thực nghiệm ........................................................ 23 3.3.1 Khảo sát đặc điểm giải phóng của viên cốt trơ 1 lớp .................................... 23 3.3.2 Khảo sát đặc điểm giải phóng của viên cốt trơ 2 lớp .................................... 24 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .............................................................. 27 4.1. Kết luận ............................................................................................................... 27 4.2. Đề xuất ................................................................................................................ 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 28 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Danh mục hóa chất và dung môi ............................................................ 7 Bảng 2: Công thức viên của viên 1 lớp ............................................................... 9 Bảng 3: Công thức viên của viên 2 lớp ............................................................... 9 Bảng 4: Tiêu chuẩn đồng đều khối lượng .........................................................11 Bảng 5: Mật độ quang của các dung dịch Sunset Yellow .................................14 Bảng 6: Phần trăm giải phóng của viên cốt trơ một lớp theo thời gian (n=6) ...23 Bảng 7: Chỉ số AIC tương quan các mô hình giải phóng cho viên cốt trơ một lớp ...24 Bảng 8: Phần trăm giải phóng trên thực nghiệm và trên mô hình của viên cốt trơ hai lớp (n=6) .................................................................................................25 Bảng 9: Chỉ số AIC tương quan các mô hình giải phóng cho viên cốt trơ hai lớp ....25 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Mô hình động học Higuchi mô tả sự giải phóng dược chất từ hệ cốt trơ ......... 1 Hình 2 : Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu........................................................ 8 Hình 3: Sơ đồ quá trình bào chế viên cốt trơ theo phương pháp xát hạt ướt ....10 Hình 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa nồng độ và mật độ quang của dung dịch Sunset Yellow tại ƛ = 459 nm .....................................................14 Hình 5: Mô hình viên cốt trơ hai lớp .................................................................17 Hình 6: Biểu đồ mô tả sự ảnh hưởng của nồng độ tới tốc độ giải phóng thuốc theo thời gian A/Cs = 5 .......................................................................20 Hình 7: Biểu đồ mô tả sự ảnh hưởng của nồng độ tới tốc độ giải phóng thuốc theo thời gian A/Cs = 50 .....................................................................21 Hình 8: Biểu đồ mô tả sự ảnh hưởng của nồng độ tới tốc độ giải phóng thuốc theo thời gian A/Cs = 500 ...................................................................21 Hình 9: Biểu đồ mô tả sự ảnh hưởng của tỷ lệ dược chất ở hai lớp tới tốc độ giải phóng thuốc theo thời gian. ..........................................................22 Hình 10: Biểu đồ mô tả sự ảnh hưởng của tỷ lệ bề dày hai lớp tới tốc độ giải phóng thuốc theo thời gian. .................................................................22 Hình 11: Đồ thị biểu diễn phần trăm giải phóng của viên cốt trơ một lớp theo thời gian ...............................................................................................24 Hình 12: Đồ thị mô tả phần trăm giải phóng trên thực nghiêm so với trên mô hình lý thuyết của viên cốt trơ hai lớp .................................................26 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU , CÁC CHỮ VIẾT TẮT: AIC : Akaike Information Criterion-Tiêu chuẩn thông tin Akaike. DĐVN : Dược điển Việt Nam. GPKD : Giải phóng kéo dài. 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ bào chế thuốc đã có những bước phát triển mạnh trong thời gian qua. Các dạng thuốc giải phóng có kiểm soát ngày nay đã khắc phục được những nhược điểm của dạng thuốc quy ước [1]. Một trong số các dạng bào chế giải phóng kéo dài là viên cốt trơ, có cấu tạo là một viên nén chứa dược chất và các thành phần tạo cốt không tan như Hình 1. Động học giải phóng dược chất từ viên cốt trơ đã được Higuchi mô tả bằng một phương trình toán học vào năm 1960 [7]. Mô hình toán học (động học Higuchi) cho thấy tốc độ dược chất được giải phóng từ cốt trơ tỷ lệ với căn bậc hai của thời gian, điều đó đồng nghĩa với sự sụt giảm tốc độ giải phóng theo thời gian của dược chất từ viên cốt trơ. Để khắc phục nhược điểm đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu động học giải phóng dược chất của viên đa lớp hệ cốt trơ” nhằm đề xuất một mô hình động giải phóng thuốc mới dựa trên sự mở rộng mô hình giải phóng Higuchi cổ điển, để đạt được sự giải phóng dược chất là động học bậc không. Đề tài nghiên cứu được tiến hành với hai mục tiêu nghiên cứu chính: 1. Xây dựng mô hình động học lý thuyết quá trình giải phóng dược chất từ viên đa lớp. 2. Thực nghiệm để chứng minh mô hình lý thuyết đã xây dựng. Hình 1: Mô hình động học Higuchi mô tả sự giải phóng dược chất từ hệ cốt trơ 2 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về dạng thuốc giải phóng kéo dài 1.1.1. Khái niệm Thuốc giải phóng kéo dài (GPKD) là những chế phẩm có khả năng kéo dài quá trình giải phóng từ dạng thuốc nhằm duy trì nồng độ dược chất trong máu trong vùng điều trị một thời gian dài với mục đích kéo dài thời gian điều trị, giảm số lần dùng thuốc cho người bệnh, giảm tác dụng không mong muốn, nâng cao hiệu quả điều trị của thuốc. Theo các tài liệu, thuốc GPKD có thể chia thành các loại sau: - Thuốc giải phóng kéo dài quy ước (sustained – release, prolonged – release, extended – release): chỉ chung các chế phẩm có khả năng giải phóng dược chất trong khoảng thời gian mong muốn để duy trì nồng độ dược chất trong máu trong vùng điều trị. - Thuốc giải phóng có kiểm soát (controlled – release): Cũng là thuốc GPKD nhưng ở mức hoàn thiện hơn, “kiểm soát” hàm ý duy trì nồng độ dược chất hằng định trong máu trong vùng điều trị. - Thuốc giải phóng theo chương trình (programmed – release, time – release): tương tự như thuốc giải phóng có kiểm soát, nhưng tốc độ giải phóng dược chất được kiểm soát chặt hơn theo một chương trình thời gian định sẵn. - Thuốc giải phóng nhắc lại (repeat- release): là những chế phẩm chứa những liều dược chất được giải phóng ngắt quãng sau những khoảng thời gian nhất định, nồng độ dược chất trong máu duy trì trong vùng điều trị nhưng không hằng định. - Thuốc giải phóng tại đích (targeted release, side – specific release): cũng là các chế phẩm GPKD, nhưng giải phóng phần lớn dược chất tại nơi điều trị, tập trung nồng độ dược chất cao tại đích, phát huy được tối đa hiệu quả điều trị [8]. 3 1.1.2. Ưu nhược điểm 1.1.2.1. Ưu điểm - Duy trì được nồng độ dược chất trong máu trong vùng điều trị. - Giảm được dao động nồng độ thuốc trong máu (tránh hiện tượng đỉnh – đáy) do đó giảm được tác dụng không mong muốn của thuốc. - Giảm được số lần dùng thuốc cho người bệnh, giảm được phiền phức, tránh quên thuốc, bỏ thuốc, thức dậy giữa đêm để uống thuốc,...Vì vậy, đảm bảo được sự tuân thủ điều trị của người bệnh, đặc biệt là với những người bị bệnh mạn tính kinh niên phải điều trị dài ngày. - Nâng cao được sinh khả dụng của thuốc do thuốc được hấp thu đều đặn, triệt để hơn. Trong nhiều trường hợp, có thể tập trung được nồng độ thuốc cao tại nơi cần điều trị, phát huy được tối đa tác dụng của thuốc. - Giảm được lượng thuốc dùng cho cả đợt điều trị, do đó tuy giá thành một liều cao hơn nhưng giá thành cho cả liệu trình điều trị lại giảm [1][8]. 1.1.2.2. Nhược điểm - Đòi hỏi kỹ thuật cao. - Không thải trừ được ngay ra khỏi cơ thể được nếu xảy ra hiện tượng ngộ độc thuốc hoặc người bệnh không đáp ứng thuốc. - Chỉ thích hợp với một số ít dược chất bào chế dưới dạng thuốc GPKD [1][8]. 1.1.3. Một số dạng thuốc giải phóng kéo dài điển hình Với các hệ giải phóng kéo dài, việc sử dụng đường uống là đường thích hợp và được nghiên cứu nhiều, do có nhiều ưu điểm như: người bệnh dễ dàng tự sử dụng, đường sử dụng tương đối an toàn so với các đường tiêm thuốc. Các sản phẩm được bào chế thành công dưới dạng thuốc giải phóng kéo dài hầu hết được phát triển trên cơ sở một số cơ chế sau: - Cơ chế khuếch tán. - Cơ chế hoà tan. - Cơ chế áp suất thẩm thấu. - Cơ chế trao đổi ion. 4 1.1.3.1 Cơ chế khuếch tán - Hệ màng bao khuếch tán Nguyên tắc cấu tạo: bao dược chất bởi một màng polyme không tan trong dịch tiêu hóa, đóng vai trò là hàng rào khuếch tán kiểm soát tốc độ giải phóng dược chất. Nguyên liệu tạo màng là các polyme không tan trong nước như: ethyl cellulose, polyvinyl acetat, hỗn hợp Eudragit,... Một số dược chất đã được bào chế dưới dạng màng khuếch tán như theophylin, indomethacin, nitro glycerin, papaverin hydroclorid, aspirin,... - Hệ cốt trơ khuếch tán Nguyên tắc cấu tạo: dược chất được phân tán vào một cốt trơ xốp, không tan trong đường tiêu hóa, cốt này đóng vai trò như một bộ khung mang thuốc. Sau khi uống, thuốc giải phóng khỏi cốt bằng cách khuếch tán từ cốt ra dịch tiêu hóa và cốt được đào thải nguyên vẹn ra ngoài. Nguyên liệu tạo cốt là các polyme không tan trong nước như polyme methyl methacrylat, polyvinyl clorid,...Đồng thời người ta còn sử dụng một số tá dược vô cơ như dicalciphosphat, calci sulfat,... Một số dược chất đã được bào chế dưới dạng cốt khuếch tán như theophylin, diaphylin, amphetamin, sắt sulfat, procainamid,... [1][8] 1.1.3.2. Cơ chế áp suất thẩm thấu Nguyên tắc cấu tạo: dược chất dễ tan trong nước được dập thành viên, sau đó bao bên ngoài viên một màng bán thấm có miệng giải phóng dược chất. Sau khi uống, nước đi qua hòa tan dược chất tạo nên một áp suất thẩm thấu cao hơn áp suất ngoài màng, đẩy dung dịch dược chất ra môi trường bên ngoài. Các dược chất đã được chế dưới dạng viên nén thẩm thấu như acetazolamid, metroprolol, indomethacin, theophylin, kali clorid, nifedipin,...[1][8] 1.1.3.3. Cơ chế trao đổi ion Là một dạng của cốt không tan trong đó nhựa trao đổi ion đóng vai trò chất mang thuốc. Khi bào chế, các dược chất ion hóa được gắn với nhựa trao 5 đổi. Sau khi uống, thuốc sẽ được giải phóng khỏi cốt bằng cách trao đổi với các ion có trong dịch tiêu hóa. Các dược chất đã được chế dưới dạng cốt trao đổi ion giải phóng kéo dài như: amphetamin, phenylpropranolamin, ephedrin,...[1][8] 1.1.3.4. Cơ chế hòa tan a. Màng bao hòa tan Nguyên tắc cấu tạo: dược chất được bao bởi một màng hòa tan chậm hoặc ăn mòn dần trong đường tiêu hóa, đóng vai trò là các hàng rào làm chậm sự giải phóng dược chất ra khỏi dạng thuốc. b. Cốt thân nước và cốt sơ nước ăn mòn Nguyên tắc cấu tạo: Phối hợp dược chất với một polyme thân nước hoặc với sáp hay chất béo, đóng vai trò như một cốt mang thuốc. Sau khi uống, cốt sẽ hòa tan hoặc ăn mòn từ từ trong đường tiêu hóa để kéo dài sự giải phóng dược chất. Với cốt thân nước, nguyên liệu tạo cốt là các tá dược có phân tử lượng lớn trương nở và hòa tan trong nước như: alginat, gôm adragant, gôm xanthan, CMC, HPMC [8]. 1.2. Tổng quan về mô hình Higuchi cho sự giải phóng từ hệ cốt trơ 1.2.1 Mô hình toán học giải phóng thuốc Để khắc phục những nhược điểm của dạng thuốc quy ước, như nồng độ thuốc trong máu tăng một cách đột ngột, theo sau đó là sự giảm nhanh chóng đến dưới nồng độ tác dụng, những hệ kiểm soát giải phóng thuốc được phát triển với mục đích cố gắng duy trì nồng độ thuốc trong máu hay các mô đích càng lâu càng tốt, hay nói một cách khác là đạt được động học giải phóng bậc không, tức nồng độ thuốc hằng định theo thời gian. Sự phát triển mạnh mẽ các dạng thuốc kể trên, đòi hỏi sự hiểu biết về tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến sự giải phóng thuốc từ các hệ khác nhau nhằm tối ưu hóa chúng. Từ đó, các mô hình toán học cho động học giải phóng thuốc ra đời và ngày càng được hoàn thiện. Các mô hình có thể được hiểu một cách đơn giản như là một “ ẩn dụ toán học trên một số khía cạnh của thực tế “, mà trong 6 trường hợp này được xác định bởi toàn bộ các hiện tượng, tính chất chi phối sự giải phóng thuốc. Các mục tiêu chính của một mô hình toán học có thể kể ra như sau: - Thiết kế hệ thống giải phóng thuốc mới dựa trên các biểu thức giải phóng tổng quát. - Dự đoán được chính xác tốc độ giải phóng dược chất theo thời gian, từ đó tránh được phải thử nghiệm quá nhiều. - Tối ưu hóa động học giải phóng. - Làm sáng tỏ cơ chế vật lý của giải phóng thuốc bằng cách so sánh dữ liệu của các mô hình động học khác nhau [6] [4]. 1.2.2. Mô hình Higuchi Vào năm 1961 Higuchi, giới thiệu phương trình nổi tiếng thường được dùng để mô tả sự giải phóng dược chất từ cốt polyme. Phương trình này đề cập tới tỷ lệ giải phóng của một chất từ một cốt trơ, nơi mà nồng độ của dược chất vượt quá nồng độ bão hòa, khuếch tán từ cốt đi vào môi trường lỏng xung quanh [7]. Theo như Hình 1 mô phỏng sự khuếch tán dược chất từ một hệ cốt trơ, chúng ta có nồng độ trong mỗi đơn vị là đồng nhất, A, vượt quá nồng độ bão hòa của nó, Cs. Higuchi đã đề xuất một phân tích dựa trên các điều kiện giả ổn định khi mà sự giải phóng thuốc được kiểm soát bởi sự khuếch tán các chất tan cho thấy tốc độ giải phóng của thuốc tỉ lệ thuận với căn bậc hai của thời gian [7]. Các điều kiện giả ổn định và kết quả từ phương trình Higuchi ngày nay đã được coi là động học giải phóng thuốc cổ điển. Với mục đích cuối cùng là tạo ra dạng thuốc giải phóng theo động học bậc không, trong kĩ thuật bào chế, tốc độ giải phóng hằng định này có thể đạt được bằng một số dạng thuốc như màng bao, hệ thẩm thấu hoặc hệ trị liệu qua da. Tuy vậy, những dạng đó thường có chi phí bào chế lớn và đòi hỏi công nghệ cao, đồng thời, do phải làm chủ nhiều yếu tố kĩ thuật nên sẽ làm gia tăng tỷ lệ các sản phẩm lỗi, dẫn tới tăng rủi ro cho người dùng thuốc. Tất cả các điều đó làm cho viên cốt trơ là một hệ thích hợp trong việc tối ưu hóa động học giải phóng do rẻ và dễ bào chế. 7 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PH ƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu, thiết bị Hóa chất và dung môi sử dụng trong nghiên cứu: Bảng 1: Danh mục hóa chất và dung môi STT Nguyên liệu Nguồn gốc Tiêu chuẩn 1 Dicalci phosphat Trung Quốc USP 24 2 Lactose Mỹ Nhà sản xuất 3 Ethyl cellulose Trung Quốc USP 24 4 Sunset Yellow Trung Quốc USP 24 5 Magnesi stearat Trung Quốc USP 29 6 Ethanol 96% Việt Nam DĐVN IV 7 Nước cất Việt Nam Cơ sở Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu: - Cân phân tích AY 129 Shimadzu (Nhật Bản) - Cân hàm ẩm MB45, Ohaus (Thụy Sĩ) - Cân kỹ thuật TE 3102S Sartorius (Đức) - Máy đo độ cứng Erwka- TBH 200 (Đức) - Máy đo quang UV-2600 Shimadzu (Nhật Bản) - Máy dập viên tâm sai Erweka AR 400- Korsch (Đức) - Tủ sấy Memmert (Đức) - Máy thử độ hòa tan DRS-14 ( Ấn Độ ) Dụng cụ được sử dụng trong nghiên cứu: - Pipet chính xác, cốc có mỏ, bình định mức. - Rây các cỡ 2.2 Nội dung nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu trong đề tài được thể hiện trong sơ đồ Hình 2: 8 Hình 2 : Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp xây dựng mô hình động học lý thuyết giải phóng dược chất Bằng cách mô hình hóa và sử dụng phương pháp giải tích đại số để xây dựng động học giải phóng dược chất lý thuyết của viên cốt trơ đa lớp. 2.3.2 Phương pháp bào chế viên cốt trơ Do hàm lượng dược chất tượng trưng, trong trường hợp này là chất màu Sunset Yellow, chỉ chiếm từ 2% tới 6% công thức viên, vì vậy phương pháp xát hạt ướt được lựa chọn như là phương pháp phù hợp giúp dược chất được phân bố một cách đồng nhất trong viên,