Thiết kế và tối ưu hoá công thức viên nhân chứa amoxicilin và acid clavulanic dùng phần mềm thông minh

Y Hoïc TP. Hoà Chí Minh * Taäp 11 * Soá 3 * 2007 Nghieân cöùu Y hoïc 173 THIẾT KẾ VÀ TỐI ƢU HOÁ CÔNG THỨC VIÊN NHÂN CHỨA AMOXICILIN VÀ ACID CLAVULANIC DÙNG PHẦN MỀM THÔNG MINH Trịnh Thị Thu Loan*, Lê Quan Nghiệm*, Đặng Văn Giáp* TÓM TẮT Đặt vấn đề: Viên chứa amoxicillin và acid clavulanic là những thuốc kém bền, do đó, kỹ thuật điều chế, điều kiện đóng gói, bảo quản cần được nghiên cứu một cách khoa học. Việc áp dụng các phần mềm thông minh trong thiết kế và tối ưu hoá thành phần công thức là giải pháp khoa học và có nhiều triển vọng. Phương pháp nghiên cứu: Trên cơ sở công thức thăm dò, thiết lập các biến số độc lập (x) và biến số phụ thuộc (y).Dùng phần mềm Design-Expert v6.06 để thiết kế và phần mềm INForm v3.3 để tối ưu hoá. So sánh giá trị dự đoán và giá trị thực. Xử lý kết quả bằng trắc nghiệm thống kê ANOVA Các kết quả chính: Đã thiết lập mô hình thực nghiệm gồm 14 công thức có x khác nhau. Xác lập được mối liên quan nhân quả bằng phần mềm FormRules. Xác định được những yếu tố ảnh hưởng và quy luật ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm. Qua so sánh kiểm chứng cho thấy tính chất sản phẩm phù hợp với giá trị dự đoán bởi phần mềm INForm, các tính chất của viên nhân từ công thức tối ưu đều đạt theo tiêu chuẩn USP 28. Vì vậy, phương pháp nghiên cứu và phát triển sản phẩm dùng phần mềm có tính khả thi. ABSTRACT DESIGN AND OPTIMIZATION FOR FORMULATION OF TABLETS CONTAINING AMOXICILLIN AND CLAVULANIC ACID USING INTELLIGENT SOFTWARES Tran Thi Thu Loan, Le Quan Nghiem, Dang Van Giap * Y Hoc TP. Ho Chi Minh * Vol. 11 - No 3 - 2007: 173 – 178 Introduction: Tablets containing amoxicillin and clavulanic acid are unstable, so their formulation are complicated problem. Therefore, the use of intelligent software approach to design and optimize the tablet formulae composition containing amoxicillin and clavulanic acid may be effective solution. Methodology: Determining independent (x) and dependent (y) variables, designing experimental model using Design-Expert v6.06 solfware and optimizing using INForm v3.3 solfware. To compare the predicted values by intelligent softwares and experimental characteritics. Main results: An experimental model with 14 different formulae was designed to supply data for optimizating process. The cause-effect rule and influent factors were determined. An optimized formulation was also chosen. The comparison between data showed that the experimental values and predicted values (by INForm) were not significantly different. The tablets comply with USP 28 standards. The intelligent solfware approach is effective in drug product formulation. MỞ ĐẦU Sự phối hợp giữa amoxicilin, một kh{ng sinh thuộc nhóm -lactam, với acid clavulanic, chất ức chế không hồi phục -lactamase, trong cùng chế phẩm được sử dụng rộng rãi để điều trị c{c bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn sản sinh - lactamase đề kh{ng amoxicilin. Tuy nhiên, acid clavulanic l| một chất rất kém bền, đặc biệt, trong điều kiện khí hậu Việt Nam. Vì vậy, kỹ thuật điều chế cũng như điều kiện đóng gói, bảo quản những chế phẩm chứa acid clavulanic cần được nghiên cứu một c{ch khoa học. Việc nghiên cứu v| ph{t triển thuốc ng|y nay không còn nặng về nghệ thuật m| đã được khoa học hóa, đặc biệt với sự trợ giúp hiệu quả của c{c phần mềm thông minh. Thí dụ: phần mềm Design-Expert thiết kế công thức v|/ hoặc quy trình, phần mềm FormRules x{c lập mối liên quan nh}n quả, phần mềm INForm tối ưu hóa * Khoa Dược – Đại học Y Dược TP. Hồ Chí Minh Y Hoïc TP. Hoà Chí Minh * Taäp 11 * Soá 3 * 2007 Nghieân cöùu Y hoïc 174 công thức v|/ hoặc quy trình v| dự đo{n tình huống xấu trong thẩm định quy trình. Những chế phẩm chứa amoxicilin v| acid clavulanic trên thị trường thuốc Việt Nam đều được nhập từ nước ngo|i. Từ đầu năm 2005, có v|i cơ sở trong nước đã sản xuất thuốc dạng phối hợp n|y nhưng với sự hỗ trợ kỹ thuật của c{c công ty nước ngo|i. Vì vậy, việc nghiên cứu b|o chế chế phẩm chứa amoxicilin v| acid clavulanic ở trong nước l| cần thiết. Mục tiêu của đề t|i l| ứng dụng c{c phương ph{p thiết kế mô hình thực nghiệm bằng phần mềm vi tính để thiết lập công thức, x}y dựng quy trình b|o chế viên chứa amoxicilin v| acid clavulanic tương đương sinh học với thuốc đối chiếu v| đạt độ ổn định. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP Nguyên liệu, thiết bị và công cụ - Amoxicilin trihydrat (Biochemie), kali clavulanat/avicel (1:1) (Lek), avicel PH102 (Mingtai chem), t{ dược A (t{ dược độn), t{ dược B (t{ dược rã), t{ dược C (t{ dược trơn chảy). - M{y trộn lập phương ERWEKA (Đức). M{y trộn lập phương TLP-302 (Ph{p), M{y dập viên t}m sai KORSCH (Ph{p), m{y sửa hạt cao tốc KBC-SHCT-300 (Việt Nam), m{y đo độ hòa tan PHARMATEST (Đức). - Phần mềm Design-Expert v6.06 (Stat-Ease, Inc., 2002), phần mềm FormRule v3.01 (Intelligensys Ltd., 2004), phần mềm INForm v3.3 (Intelligensys Ltd., 2004). Phƣơng pháp nghiên cứu - Thiết kế mô hình thực nghiệm bằng phần mềm Design-Expert v6.06. - Tối ưu hóa quy trình bằng phần mềm INForm v3.3. - Định lượng hoạt chất bằng phương ph{p sắc ký lỏng hiệu năng cao. Phương pháp điều chế viên nhân Áp dụng phương ph{p x{t hạt khô: a) Trộn đều amoxicilin, kali clavulanat với t{ dược độn v| t{ dược rã. b) Dập viên thô. c) Nghiền viên thô qua lưới r}y 2 mm. Trộn đều hỗn hợp hạt với t{ dược trơn chảy. d) Dập viên nén th|nh phẩm. Mỗi thí nghiệm (lô) 1 000 viên. Phương pháp đánh giá độ hòa tan Dùng dụng cụ số 2: 75 vòng/ phút, môi trường: 900 ml nước cất, nhiệt độ 37 ±0,5 oC. Xác định lượng hoạt chất hòa tan bằng phương ph{p sắc ký lỏng hiệu năng cao. Phương pháp định lượng Định lượng đồng thời amoxicilin v| acid clavulanic bằng phương ph{p sắc ký lỏng hiệu năng cao. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Thiết kế công thức Công thức viên nh}n như sau: 1 viên 1 lô Amoxicilin trihydrat * 500 mg 0,500 kg Kali clavulanat ** 125 mg 0,125 kg T{ dược A (độn) x1 mg 0,1x1 kg T{ dược B (rã) x2 mg 0,1 x2 kg T{ dược C (trơn) x3 mg 0,1 x3 kg Avicel PH102 vừa đủ vừa đủ (*) được tính theo dạng khan (**) được tính theo acid clavulanic Mô hình thực nghiệm D-Optimal gồm 14 công thức được thiết kế bởi phần mềm Design- Expert v6.06. Để sản xuất 14 công thức theo mô hình n|y, phương ph{p b|o chế được giữ cố định. Kết quả thực nghiệm được trình b|y ở Bảng 4. Bảng 4. Dữ liệu bào chế và kiểm nghiệm theo mô hình D-Optimal x1 x2 x3 y1 y2 y3 1 31,5 10,5 5,25 65,21 80,56 3,01 2 63,0 10,5 5,25 71,12 85,31 3,22 3 31,5 6,3 15,75 64,52 78,67 1,41 4 63,0 6,3 15,75 68,27 83,84 1,56 5 31,5 2,1 15,75 63,18 77,89 2,64 6 31,5 6,3 5,25 77,7 93,82 3,27 7 10,5 2,1 15,75 60,01 75,11 2,52 8 10,5 10,5 5,25 72,28 86,82 2,68 9 10,5 6,3 15,75 60,94 74,13 1,44 10 10,5 6,3 5,25 61,04 76,35 3,22 11 63,0 2,1 5,25 69,59 83,78 3,44 12 10,5 2,1 5,25 66,14 82,67 3,56 13 31,5 10,5 15,75 66,89 81,74 1,12 14 63,0 2,1 15,75 67,18 82,39 2,78 Y Hoïc TP. Hoà Chí Minh * Taäp 11 * Soá 3 * 2007 Nghieân cöùu Y hoïc 175 Ghi chú: - x1 = Lượng tá dược A (mg); - x2 = Lượng tá dược B (mg); - x3 = Lượng tá dược C (mg); - y1 = Độ hòa tan (10 phút) của amoxicilin;- y2 = Độ hòa tan (10 phút) của acid clavulanic; - y3 = Độ phân tán khối lượng viên (CV%). Nghiên cứu mối liên quan nhân quả Dữ liệu thực nghiệm từ Bảng 4 được dùng l|m đầu v|o cho phần mềm FormRules để x{c lập mối liên quan nh}n quả. Kết quả luyện mạng cho thấy lượng t{ dược A (x1), t{ dược B (x2) v| t{ dược C (x2) có ảnh hưởng đồng thời đến độ hòa tan của amoxicilin (y1), độ hòa tan của acid clavulanic (y2) v| độ ph}n t{n khối lượng viên (y3), Hình 1 a, b và c. Sự ảnh hưởng của lượng t{ dược A, t{ dược B v| t{ dược C trên độ hòa tan của amoxicilin theo quy luật sau: độ hòa tan của amoxicilin thấp khi lượng t{ dược A thấp v| lượng t{ dược B thấp v| lượng t{ dược C cao. Độ hòa tan của amoxicilin cao khi lượng t{ dược A trung bình v| lượng t{ dược B trung bình v| lượng t{ dược C thấp. Hình 1. Các mối liên quan định tính đối với công thức viên nhân Sự ảnh hưởng của t{ dược A, t{ dược B v| t{ dược C trên độ hòa tan của acid clavulanic theo quy luật sau: độ hòa tan của acid clavulanic thấp khi lượng t{ dược A thấp v| lượng t{ dược B thấp v| lượng t{ dược C cao. Độ hòa tan của acid clavulanic cao khi lượng t{ dược A trung bình v| lượng t{ dược B trung bình v| lượng t{ dược C thấp. Như vậy sự ảnh hưởng của t{ dược A, t{ dược B v| t{ dược C trên độ hòa tan của amoxicilin v| acid clavulanic theo cùng quy luật. Sự ảnh hưởng của t{ dược A, t{ dược B v| t{ dược C trên độ ph}n t{n khối lượng viên theo quy luật sau: độ ph}n t{n khối lượng viên cao khi lượng t{ dược A thấp v| lượng t{ dược B thấp v| lượng t{ dược C thấp. Độ ph}n t{n khối lượng viên thấp khi lượng t{ dược A cao v| lượng t{ dược B từ trung bình đến cao v| lượng t{ dược C cao. Tối ƣu hóa thành phần công thức Dữ liệu thực nghiệm từ Bảng 4 cũng được dùng l|m đầu v|o cho phần mềm INForm v3.3 để luyện mạng v| tiến h|nh bước nghiên cứu tiếp theo. Kết quả luyện mạng được trình b|y ở Bảng 5 . Bảng 5. Giá trị R2 luyện và giá trị R2 thử của các mô hình liên quan nhân quả Giá trị R 2 luyện Giá trị R 2 thử Hàm truyền y 1 y2 y3 y 1 y2 y3 Tanh/ Asymmetric Sigmoid 89,0602 92,0089 99,7971 92,3781 98,5103 99,6918 Tanh/ Symmetric Sigmoid 89,0602 92,0089 99,7971 92,3781 98,5103 99,6918 (c) (a) (b) Y Hoïc TP. Hoà Chí Minh * Taäp 11 * Soá 3 * 2007 Nghieân cöùu Y hoïc 176 C{c gi{ trị R2 (khoảng 90), cho thấy mô hình x}y dựng đ{ng tin cậy, có thể được {p dụng trong tối ưu hóa v| dự đo{n. Điều kiện tối ưu hóa: - R|ng buộc đối với xi: không có - Trọng số đối với yi: mặc nhiên - H|m mục tiêu đối với yi: + Độ hòa tan (10 phút) của amoxicilin (%): maximum y1 = Up + Độ hòa tan (10 phút) của acid clavulanic (%): maximum y2 = Up + Độ ph}n t{n khối lượng viên nh}n: 2,5% y1 = Down C{c thông số tối ưu v| tính chất dự đo{n được cho bởi phần mềm INForm như sau: Thông số tối ưu: - x1: Lượng t{ dược A = 54,22 mg - x2: Lượng t{ dược B = 6,5 mg - x3: Lượng t{ dược C = 11,17 mg Tính chất dự đo{n: -y1: Độ hòa tan của amoxicilin = 72,01% - y2: Độ hòa tan của acid clavulanic = 87,72% - y3: Độ ph}n t{n khối lượng viên = 1,40% Do đó, th|nh phần công thức cho viên nh}n như sau: 1 viên 1 lô Amoxicilin trihydrat 500 mg 0,5 kg Kali clavulanat 125 mg 0,125 kg T{ dược A 54,22 mg 0,054 kg T{ dược B 6,50 mg 0,007 kg T{ dược C 11,77 mg 0,012 kg Avicel PH102 vừa đủ vừa đủ So s{nh kết quả thực nghiệm v| kết quả dự đo{n bởi phần mềm INForm v3.3: viên nh}n từ công thức tối ưu được điều chế 2 lần với cùng điều kiện v| quy trình. Sản phẩm được kiểm nghiệm tương tự giai đoạn thiết kế để so s{nh với kết quả dự đo{n bởi phần mềm INForm (Bảng 6) Bảng 6. Kết quả thực nghiệm và kết quả dự đoán bởi phần mềm INForm Tính chất sản phẩm Thực nghiệm Dự đoán Lần 1 Lần 2 TB Độ hòa tan (10 phút) của amoxicilin (y1%) 74,23 73,58 73,91 72,01 Độ hòa tan (10 phút) của acid clavulanic (y2%) 90,28 89,82 90,05 87,72 Độ phân tán khối lượng viên (y3 = CV%) 1,56 1,44 1,50 1,40 Kết quả ph}n tích phương sai hai yếu tố không lặp đối với dữ liệu trong Bảng 6, cho thấy: - C{c tính chất sản phẩm theo thiết kế có tính lặp lại (p = 0,12). - Kết quả thực nghiệm (trung bình) v| kết quả dự đo{n (bởi INForm) kh{c nhau không ý nghĩa (p = 0,17). Kết quả kiểm nghiệm viên nh}n được sản xuất từ công thức tối ưu được trình b|y ở Bảng 7 cho thấy viên đạt tất cả những tiêu chuẩn được ghi trong USP 28. Bảng 7. Kết quả kiểm nghiệm viên nhân Chỉ tiêu (áp dụng USP 28) Phương pháp Mức chất lượng Kết quả Tính chất cảm quan Quan sát bằng mắt Viên bầu dục, trắng, mùi đặc trưng Đúng Định tính HPLC Amoxicilin Clavulanic Đúng Đúng Độ hòa tan - Amoxicilin - Acid clavulanic HPLC Q ≥ 85% Q ≥ 80% Đạt (99,90%) Đạt (100,80%) Độ đồng đều hàm lượng - Amoxicilin - Acid clavulanic HPLC 85 – 115% 85 – 115% Đạt (100,05 ± 2,13%) (CV% = 1,16%) Đạt (101,21 ± 1,82%) (CV% = 2,06%) Hàm lượng nước Karl- Fisher ≤ 10% Đạt (7,63%) Định lượng - Amoxicilin - Acid clavulanic HPLC 90-120% 90-120% Đạt (99,94%) Đạt (100,14%) KẾT LUẬN Đã thiết lập mô hình thực nghiệm gồm 14 thí nghiệm bằng phần mềm Design-Expert v6.06. Mối liên quan nh}n quả được thiết lập bởi phần mềm FormRules. Những yếu tố ảnh hưởng v| Y Hoïc TP. Hoà Chí Minh * Taäp 11 * Soá 3 * 2007 Nghieân cöùu Y hoïc 177 quy luật ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm đã được x{c định. Sau khi luyện mạng thần kinh với dữ liệu thực nghiệm theo thiết kế, công thức tối ưu cho viên nh}n chứa amoxicilin v| acid clavulanic đã được x{c định bởi phần mềm INForm v3.3. Qua kiểm chứng thực nghiệm, kết quả của tính chất sản phẩm phù hợp với gi{ trị dự đo{n bởi phần mềm INForm. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy c{c tính chất của viên nh}n từ công thức tối ưu đều đạt theo tiêu chuẩn USP 28. Vì vậy, phương ph{p nghiên cứu v| ph{t triển sản phẩm có tính khả thi. Quy trình sản xuất có thể được triển khai tại xí nghiệp dược phẩm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Amstrong N.A. and James K.C. (1996), “Pharmaceutical Experimental Design and Interpretation”, UK, 2nd Ed., pp. 131-158. 2. Đặng Văn Gi{p (2002), Thiết kế và tối ưu hóa công thức và quy trình, NXB Y học Tp. HCM., tr. 1-97. 3. Joseph B. Schwartz, Robert E. O’Connor (1996). “Optimization Techniques in Pharmaceutical formulation and processing”, Modern Pharmaceutics: Drug and the pharmaceutical sciences, Marcel Dekker, 3rd, Vol. 72, pp. 727- 752. 4. K. Kachrimanis, V. Karamyan, S. Malamataris (2003), “Artificial neural networks (ANNs) and modeling of powder flow”, Inter. J. Pharm., 250, pp. 13-23. 5. S. Agatonovic-Kustrin, R. Beresford (2000), “Basic concepts of artificial neural network (ANN) modeling and its application in pharmaceutical research”, J. Pharm. and Biomed. Anal., 22, pp. 717-727. USP 28/ NF 23 (2005), pp. 144-148, 2379-2380, 2411- 2414, 2510-2513.