Khóa luận: Bào chế phức Andrographolid và Cyclodextrin cải thiện độ hòa tan

Khóa luận Dược sĩ nghiên cứu bào chế phức hợp Andrographolid và Cyclodextrin nhằm cải thiện độ hòa tan, tăng hiệu quả hấp thu của dược chất.

• Tác giả: Trần Thị Vân Giang
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thạch Tùng
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Cải thiện hòa tan Andrographolid bằng dẫn xuất Cyclodextrin
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Andrographolid và vấn đề hòa tan

Andrographolid là một diterpenoid lactone được chiết xuất từ cây Cỏ chân vẫn (Andrographis paniculata), một loại thảo dược truyền thống được sử dụng rộng rãi trong Y học cổ truyền Đông Á. Dược chất này có nhiều tác dụng dược lý đáng kể bao gồm khả năng kháng viêm, kháng vi khuẩn, và hỗ trợ miễn dịch. Tuy nhiên, một trong những thách thức chính trong phát triển dược phẩm chứa andrographolid là hòa tan kém của nó trong nước, dẫn đến sinh khả dụng thấp và hiệu quả trị liệu hạn chế. Đây là lý do tại sao các nhà khoa học dược phẩm liên tục tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để cải thiện độ hòa tan và hấp thụ của dược chất này.

1.1. Cấu trúc hóa học và nguồn gốc

Andrographolid có cấu trúc phức tạp với công thức phân tử C₂₀H₃₀O₅. Đây là một hợp chất lipophilic được phân loại trong hệ thống BCS (Biopharmaceutics Classification System) là thuộc lớp II, có độ tan nước rất thấp. Cấu trúc này làm cho dược chất khó hòa tan nhưng lại có hoạt tính sinh học mạnh mẽ.

1.2. Những thách thức về sinh khả dụng

Sinh khả dụng thấp của andrographolid là chủ yếu do hòa tan kém, hấp thụ chậm, và có thể bị ảnh hưởng bởi các enzyme trao đổi chất. Các nghiên cứu gần đây cho thấy cần phải cải thiện hòa tan để nâng cao hiệu quả trị liệu và giảm liều dùng.

II. Cyclodextrin và các dẫn xuất trong cải thiện hòa tan

Cyclodextrin (CD) là một lớp các oligosaccharides tự nhiên có cấu trúc vòng được sản sinh từ quá trình tiêu hủy tinh bột bằng enzyme cyclodextrin glucanotransferase. Các dẫn xuất cyclodextrin như β-cyclodextrin, hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD), và β-cyclodextrin-citrat đã được chứng minh là có khả năng tạo phức lồng (inclusive complex) với các dược chất lipophilic như andrographolid. Cơ chế hoạt động là các phân tử dược chất được lồng vào trong vòng vành cyclodextrin, giúp tăng độ tan trong nước và cải thiện sinh khả dụng. Phương pháp này an toàn, hiệu quả và đã được FDA phê duyệt cho sử dụng trong dược phẩm.

2.1. Cơ chế tạo phức của cyclodextrin

Phức lồng được hình thành thông qua các tương tác van der Waals và thay thế nhóm OH. Cyclodextrin có vòng torus với phần trong nonpolar và phần ngoài polar. Dược chất lipophilic như andrographolid được lồng vào phần trong này, tạo ra một cấu trúc phức bổn clúc hơn giúp cải thiện độ tan đáng kể.

2.2. Ưu điểm của dẫn xuất cyclodextrin

Các dẫn xuất cyclodextrin như HP-β-CD và β-cyclodextrin-citrat có độ tan cao hơn α-cyclodextrin và γ-cyclodextrin. Chúng an toàn cho con người, không độc tính, và có khả năng cải thiện hòa tan mà không ảnh hưởng đến tác dụng dược lý. Β-cyclodextrin-citrat đặc biệt hữu ích vì nó vừa có khả năng lồng dược chất tốt vừa dễ sản xuất với chi phí phù hợp.

III. Các phương pháp bào chế và đánh giá phức andrographolid cyclodextrin

Để tạo ra các phức andrographolid-cyclodextrin hiệu quả, các nhà nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp bào chế khác nhau bao gồm phương pháp khuấy lạnh, phương pháp bay hơi dung môi, và phương pháp co-precipitation. Sau khi bào chế, các phức cần được đánh giá kỹ lưỡng bằng các kỹ thuật hiện đại như quét nhiệt lượng vi sai (DSC), quang phổ hồng ngoại (FT-IR), và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Các phép phân tích này giúp xác định xem dược chất đã được lồng hoàn toàn vào cyclodextrin hay chỉ là hỗn hợp vật lý (physical mixture). Kết quả cho thấy các phức thực sự thay đổi cấu trúc tinh thể của andrographolid, chứng tỏ sự tạo phức thành công.

3.1. Phương pháp định lượng andrographolid bằng HPLC

HPLC là phương pháp chuẩn để định lượng andrographolid trong các mẫu phức. Phương pháp này có độ chính xác cao, độ lặp lại tốt, và có thể phát hiện andrographolid ở nồng độ rất thấp. Điều kiện HPLC được tối ưu hóa để đạt được giải phóng andrographolid hoàn toàn từ phức.

3.2. Phân tích DSC và FT IR

DSC (quét nhiệt lượng vi sai) giúp xác định trạng thái tồn tại của andrographolid - liệu nó còn ở dạng tinh thể hay đã bị lồng vào cyclodextrin. FT-IR (quang phổ hồng ngoại) cung cấp thông tin về các tương tác phân tử giữa dược chất và cyclodextrin, xác nhận sự tạo phức.

IV. Kết quả và hàm ý lâm sàng của việc cải thiện hòa tan

Các nghiên cứu hiện đại đã chứng minh rằng phức andrographolid-β-cyclodextrin-citrat có thể cải thiện độ tan lên tới 10-15 lần so với dược chất nguyên chất tùy thuộc vào tỉ lệ molar của cyclodextrin. Ngoài ra, khả năng giải phóng của andrographolid từ phức cũng được cải thiện đáng kể, với tốc độ giải phóng nhanh hơn và đầy đủ hơn trong môi trường dạ dày và ruột non. Những cải thiện này dẫn đến sinh khả dụng tăng, cho phép giảm liều dùng và tăng hiệu quả trị liệu. Các phức này có tiềm năng được ứng dụng trong phát triển dạng ph剂 mới như viên nén, viên nang, hay dung dịch uống cho các bệnh nhân yếu hấp thu.

4.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ cyclodextrin đến hiệu quả

Nghiên cứu cho thấy việc tăng lượng β-cyclodextrin-citrat từ tỉ lệ 1:1 đến 1:2 (dược chất/cyclodextrin) làm tăng độ tan và tốc độ giải phóng. Tuy nhiên, tỉ lệ quá cao có thể không hiệu quả và lãng phí nguyên liệu, do đó cần tối ưu hóa tỉ lệ.

4.2. Triển vọng ứng dụng lâm sàng

Các phức andrographolid-cyclodextrin mở ra triển vọng phát triển các dạng dược phẩm mới với sinh khả dụng cao hơn, giảm tác dụng phụ và cải thiện kết quả điều trị bệnh viêm, nhiễm khuẩn. Công nghệ này có thể ứng dụng rộng trong phát triển dược phẩm từ các thảo dược khác có vấn đề hòa tan tương tự.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Andrographolid (ADG) là thành phần có hoạt tính sinh học chính trong Xuyên Tâm Liên (Andrographis paniculata Wall. Nees, thuộc họ Ôrô - Acanthaceae), sở hữu nhiều tác dụng sinh học như khả năng chống viêm và kích thích miễn dịch mạnh mẽ. Tuy nhiên, việc sử dụng ADG bằng đường uống còn hạn chế do độ tan trong nước kém, khiến khả năng hấp thu vào cơ thể còn chưa cao [1]. Trong thời gian gần đây, nhiều công nghệ được áp dụng nhằm cải thiện độ hòa tan của các thuốc kém tan trong nước, ví dụ như: tạo nhũ tương, micell, vi nhũ tương, đồng dung môi, bào chế micell polyme, các công nghệ giảm kích thước tiểu phân, tạo muối, tiền thuốc, công nghệ viên nang mềm, tinh thể nano của thuốc, phương pháp tạo hệ phân tán rắn [2].

Một trong những phương pháp phổ biến nhất là tạo phức lồng với các dẫn chất cyclodextrin (CD) [3]. CD là các oligosaccharid vòng, bao gồm sáu, bảy hoặc tám đơn vị D-glucopyranose liên kết với nhau, tương ứng với α-, β- và γ-cyclodextrin. Do cấu trúc dạng ghế đặc trưng của các đơn vị glucopyranose, phân tử CD có dạng vòng xoắn giống hình nón cụt, với khoang bên trong kỵ nước và bề mặt ngoài ưa nước [4]. Nhờ đặc điểm này, CD có khả năng tạo phức lồng với nhiều loại dược chất khác nhau, từ đó cải thiện đáng kể độ tan trong nước của các hợp chất kém tan.

Nhiều loại CD đã được sử dụng bao gồm cả các loại CD tự nhiên như α-, β- và γ-CD, cũng như các dẫn xuất của chúng như methyl-CD và hydroxypropyl-CD, nhằm cải thiện độ tan hoặc độ ổn định của dược chất [3]. Hiện nay, nhiều dẫn xuất CD đã được tổng hợp thông qua các biến đổi hóa học, và các dẫn xuất mới vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu. Do mỗi nhóm hydroxyl trên CD có tính phản ứng hóa học khác nhau, việc thay thế ngẫu nhiên các nhóm này không chỉ giúp tăng độ tan trong nước do làm giảm tính kết tinh, mà còn giúp tránh hình thành các phức cholesterol kết tinh gây hại cho thận, đồng thời nâng cao hiệu quả hệ thống dẫn thuốc [5]. Trên thực tế, β-CD và các dẫn xuất của nó được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất nhờ sự phù hợp về thể tích lỗ trống với nhiều loại phân tử khách cùng chi phí sản xuất thấp hơn so với hai loại CD tự nhiên còn lại [6].

Acid citric (CA) là một hợp chất hóa học đa chức năng, đóng vai trò quan trọng trong chu trình Krebs và được sử dụng nhiều trong các ngành thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, nông nghiệp và kim loại. Hơn nữa, dẫn xuất CD tạo thành từ β-CD với acid citric đã được báo cáo là một chất mang hiệu quả cho các thuốc kém tan trong nước [7]. Dựa trên cơ sở trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu bào chế phức cải thiện hòa tan andrographolid với dẫn xuất cyclodextrin” với các mục tiêu: 1. Điều chế và đánh giá được khả năng tạo phức của các dẫn xuất CD với ADG.

Đánh giá được ảnh hưởng của lượng dẫn xuất C-β-CD đến các đặc tính hóa lý và khả năng giải phóng ADG của phức lồng. Tổng quan về andrographolid 1. Nguồn gốc và cấu trúc hóa học ADG là thành phần diterpen lacton chính trong xuyên tâm liên (Andrographis paniculata Wall. Nees, thuộc họ Ô rô Acanthaceae).

Bên cạnh ADG, một số thành phần diterpen lacton khác trong xuyên tâm liên cũng thể hiện hoạt tính sinh học như neoandrographolid, 14-deoxy-11,12-didehydroandrographolid, ngoài ra còn có flavonoid và polyphenol [8], [9]. Trong cao khô được sử dụng trong nghiên cứu, hàm lượng andrographolid đã được định lượng đạt khoảng 32,6% bằng phương pháp HPLC. Cấu trúc phân tử của ADG được thể hiện ở Hình 1. Cấu trúc hoá học của ADG Tên khoa học: (3E,4S)-3-[2-[(1R,4aS,5R,6R,8aS)-6-hydroxy-5-(hydroxymethyl)- 5,8a-dimethyl-2-methylidene-3,4,4a,6,7,8-hexahydro-1H-naphthalen-1yl]ethylidene]- 4-hydroxyoxolan-2-on.

Công thức phân tử: C20H35O5, khối lượng phân tử: 350,4 g/mol. Tính chất lý hóa Cảm quan: bột kết tinh trắng hoặc tinh thể hình kim, không màu, không mùi, vị đắng [10]. Độ tan: ADG ít tan trong methanol, ethanol sôi, aceton, butan-1-ol và DMSO, rất ít tan trong CHCl3, hầu như không tan trong nước [10], [11]. Nhiệt độ nóng chảy của ADG: 230-231°C [12].

Độ ổn định: do có cấu trúc este nội phân tử, ADG dễ bị thuỷ phân, mở vòng và đồng phân hoá trong dung dịch nước. Ở nhiệt độ thấp, độ ổn định của ADG tăng lên. ADG kém ổn định nhất trong môi trường kiềm, ở pH càng cao, ADG càng kém ổn định. Ngoài ra, ADG có thể bị thuỷ phân chậm trong điều kiện môi trường acid mạnh, bền vững trong môi trường trung tính và acid yếu [10].

Phổ hồng ngoại: ADG có đỉnh hấp thụ ở số sóng 1727 cm-1 tương ứng với nhóm carbonyl trong vòng α, β–lacton không no và 1672 cm–1 tương ứng với liên kết C=C liên hợp [12]. 2 ADG có thể được định lượng bằng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như phương pháp tạo màu với thuốc thử Kedde [13], sắc ký lỏng hiệu năng cao [14], [15]. Tác dụng dược lý của andrographolid 1. Tác dụng chống viêm Các nghiên cứu gần đây cho thấy ADG có thể là một tác nhân chống viêm tiềm năng, điều chỉnh sự biểu hiện bất thường của các gen tiền viêm liên quan đến nhiều bệnh như hen suyễn, viêm khớp, viêm ruột [16].

ADG có khả năng hoạt hoá Nrf2 làm giảm nhẹ phản ứng viêm do lipopolysaccharid [17], ức chế tiết IL-6, IL-1β và đảo ngược sinh bệnh học trên mô hình viêm đại tràng ở chuột [18], ức chế sự biểu hiện của NF-κB, IκBα, và p65, giảm biểu hiện của COX-2 và iNOS, ức chế sự hoạt hoá của con đường truyền tin protein kinase hoạt hoá bởi mitogen (MAPK) [16], [19]. Ngoài ra, Ding và các cộng sự đã công bố ADG có khả năng giảm viêm trong mô hình viêm phổi do virus cúm gây ra ở chuột, thông qua sự giảm phosphoryl hóa của STAT1/2 [20]. Một số dẫn xuất của andrographolid đã được đánh giá về hiệu quả chống viêm, chẳng hạn như ức chế hoạt động của COX-2 và điều chỉnh các cytokine viêm như TNF-α trong máu người, qua đó ảnh hưởng đến các loại tế bào miễn dịch và điều tiết phản ứng viêm [21]. Tác dụng chống ung thư ADG là một trong những thành phần ức chế khối u chính của XTL thông qua việc kích hoạt, biểu hiện và điều hòa nhiều gen.

Hoạt chất này ức chế sự phát triển của tế bào ung thư phổi ở người, tế bào ung thư ruột kết ở người, tế bào u xương ở người và các tế bào khối u khác bằng cách ức chế sự tăng sinh tế bào, gây ra quá trình chết theo chu trình trong tế bào khối u và ngăn chặn chu kỳ tế bào. Một nghiên cứu chỉ ra rằng ADG đã ức chế sự biểu hiện của Mir-21-5p và ức chế các tế bào ung thư vú McF-7 in vitro [22]. ADG ức chế sự phát triển của tế bào ung thư ruột kết SW-480 bằng bắt giữ các tế bào trong giai đoạn G0/G1 của chu trình tế bào [22], ức chế các tế bào u thần kinh đệm u87-MG ở người bằng cách điều chỉnh sự biểu hiện của các protein liên quan đến quá trình chết theo chu trình caspase-3, Bax và PARP Bcl-2 [16]. Ngoài ra, Fan và cộng sự cũng chứng minh ADG ức chế con đường PI3K/AKT có tác dụng ức chế tế bào u gan ở người [16].

Tác dụng khác ADG còn được biết tới với nhiều tác dụng khác trên mô hình in vitro như kháng virus [20], [23], kháng khuẩn, chống oxy hóa [24], [25], [26]. Trên mô hình in vivo, ADG đã được nghiên cứu về tác dụng hỗ trợ điều trị đái tháo đường [27], [28], bảo vệ đường tiêu hoá [29], bảo vệ gan [30], bảo vệ tim mạch [31], [32]. Gần đây, các thí nghiệm mô phỏng in silico cũng cho thấy ADG có tiềm năng ức chế một số protein quan trọng của virus SARS-CoV-2 [33], [34]. Đặc điểm hấp thu của andrographolid Mặc dù có nhiều tác dụng sinh học nhưng ADG chưa được sử dụng rộng rãi trong điều trị do sinh khả dụng tuyệt đối của ADG tương đối thấp, chỉ khoảng 2,67% theo đường uống [35].

Độ tan kém và tốc độ hoà tan thấp của ADG [11], [36] là các yếu tố ảnh hưởng tới sinh khả dụng, khiến cho nồng độ thuốc không đạt được giá trị tối ưu tại vùng hấp thu là tá tràng và hỗng tràng. Mặt khác, tại đó, dưới tác dụng của enzym liên hợp sulfat, ADG bị chuyển hoá thành 14-deoxy-12-sulfoandrographolid tồn tại ở dạng ion hoá cũng làm giảm hấp thu. Khi xuống tới các vùng hỗng tràng-hồi tràng, ADG vẫn có khả năng thấm vào tế bào biểu mô ruột, nhưng bị bơm ngược trở lại lòng ruột bởi các kênh vận chuyển như P-gp và Bcrp [36]. Mặt khác, cấu trúc vòng lacton trong ADG có thể bị thuỷ phân dưới tác dụng của acid mạnh, kiềm mạnh hoặc các enzym thuỷ phân lacton (bản chất là các esterase) [10], như vậy môi trường dịch vị với pH acid và enzym thuỷ phân có thể là yếu tố bất lợi đối với độ ổn định của ADG.

Tuy nhiên, nghiên cứu của Ye và cộng sự cho thấy môi trường dịch vị ít ảnh hưởng tới ADG và đây có lẽ không phải là nguyên nhân dẫn tới sinh khả dụng thấp của hoạt chất này [36]. Tổng quan các phương pháp cải thiện hòa tan trong dược phẩm 1. Các phương pháp cải thiện hòa tan trong dược phẩm 1. Phương pháp vật lý a) Giảm kích thước tiểu phân Sinh khả dụng đường uống của thuốc dạng rắn chịu ảnh hưởng lớn bởi kích thước, hình thái và phân bố kích thước tiểu phân, do các yếu tố này quyết định diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường hòa tan.

Các công nghệ giảm kích thước tiểu phân đến cỡ micromet (µm) truyền thống như sấy phun, đông khô, kết tinh và nghiền đã được ứng dụng để giảm kích thước tiểu phân, nhưng thường gây ra các nhược điểm như phân bố kích thước không đồng đều, phân hủy sản phẩm do nhiệt hoặc cơ học và nhiễm dung môi độc hại. Nhằm khắc phục các hạn chế này, các công nghệ sử dụng chất lỏng siêu tới hạn (SCF) đã được phát triển, với ưu điểm tạo ra tiểu phân không chứa dung môi, kiểm soát tốt hình thái và độ tinh khiết kết tinh, đồng thời cải thiện tốc độ hòa tan và sinh khả dụng [37], [38], [39]. Các quy trình SCF phổ biến bao gồm RESS (Giãn nở nhanh dung dịch siêu tới hạn, SEDS (Phân tán bằng chất lỏng siêu tới hạn), trong đó SCF có thể đóng vai trò là dung môi để kết tủa dược chất. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của SCF trong cải thiện tốc độ hòa tan của các thuốc kém tan như nifedipin, fenofibrat và itraconazol [40], [41], [42], cho thấy tiềm năng ứng dụng công nghiệp rộng rãi của công nghệ này trong bào chế thuốc.