Nghiên cứu bào chế và sinh khả dụng viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng - Nguyễn Thu Quỳnh

Nghiên cứu quy trình bào chế viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng. Đánh giá sinh khả dụng và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị.

• Tác giả: Nguyễn Thu Quỳnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ dược phẩm và bào chế thuốc
• Đề tài: Nghiên cứu bào chế và sinh khả dụng viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ dược học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng

Metronidazol là kháng sinh thuộc nhóm nitroimidazol, có phổ tác dụng rộng trên vi khuẩn kị khí và ký sinh trùng nguyên sinh. Thuốc được chỉ định điều trị nhiễm trùng đại tràng, bệnh Crohn, viêm loét đại tràng và amip. Dạng bào chế viên nén giải phóng tại đại tràng giúp tăng nồng độ thuốc tại đích tác dụng, giảm tác dụng phụ toàn thân như buồn nôn, đau đầu và vị kim loại. Đại tràng có pH từ 6,4 đến 7,0, chứa hệ vi sinh vật phong phú sản xuất nhiều enzyme đặc hiệu. Đây là cơ sở quan trọng để thiết kế dạng thuốc giải phóng có kiểm soát. Nghiên cứu của Nguyễn Thu Quỳnh tại Trường Đại học Dược Hà Nội năm 2017 đã tập trung bào chế viên nén metronidazol sử dụng polyme bao tan trong ruột kết hợp hệ thống kiểm soát giải phóng. Mục tiêu đạt sinh khả dụng tối ưu tại đại tràng đồng thời hạn chế hấp thu ở dạ dày và ruột non.

1.1. Cấu trúc hóa học và dược động học của metronidazol

Metronidazol có công thức phân tử C6H9N3O3, khối lượng phân tử 171,15 g/mol. Thuốc tan tốt trong nước, có pKa khoảng 2,6. Dược động học của metronidazol cho thấy sinh khả dụng đường uống đạt trên 80%. Thuốc phân bố rộng khắp các mô, kể cả não và xương. Metronidazol bị chuyển hóa chủ yếu ở gan qua phản ứng oxy hóa side chain. Nửa đời thải trừ từ 6 đến 8 giờ. Thuốc đào thải qua thận dưới dạng không đổi và dạng chuyển hóa.

1.2. Các dạng bào chế metronidazol hiện có trên thị trường

Metronidazol được bào chế dưới nhiều dạng khác nhau bao gồm viên nén, viên nang, dung dịch tiêm truyền, gel bôi ngoài da và viên đặt âm đạo. Dạng viên nén thường gặp nhất với hàm lượng 250mg và 500mg. Các dạng bào chế giải phóng nhanh có nhược điểm gây tác dụng phụ đường tiêu hóa rõ rệt. Dạng viên đặt âm đạo được dùng cho viêm nhiễm phụ khoa. Gel metronidazol 0,75% điều trị mụn rosacea. Tuy nhiên, dạng bào chế giải phóng có kiểm soát tại đại tràng vẫn còn hạn chế trên thị trường.

II. Phân tích vấn đề sinh khả dụng và giải phóng thuốc tại đại tràng

Thách thức lớn nhất trong bào chế viên giải phóng tại đại tràng là bảo vệ dược chất qua dạ dày và ruột non. pH dạ dao động từ 1 đến 3, ruột non từ 5,5 đến 7. Polyme bao tan trong ruột chỉ giải phóng ở pH trên 6, chưa đủ chọn lọc cho đại tràng. Hệ thống enzyme và vi sinh vật đại tràng tạo ra cơ chế giải phóng bổ sung. Vi khuẩn Bacteroides, Eubacterium, Clostridium tiết ra các enzyme như azoreductase, glucuronidase, polysaccharidase. Những enzyme này cắt các liên kết đặc hiệu trong polyme bao, giải phóng dược chất tại đích. Tuy nhiên, thời gian lưu tại dạ dày và ruột non biến động tùy thuộc thức ăn, tình trạng bệnh lý. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính tái lập của quá trình giải phóng thuốc. Nghiên cứu cần đánh giá toàn diện cả in vitro và in vivo để đảm bảo hiệu quả bào chế.

2.1. Đặc điểm sinh lý đại tràng liên quan đến giải phóng thuốc

Đại tràng có chiều dài khoảng 1,5 mét, là nơi hấp thu nước và muối khoáng. pH đại tràng dao động từ 6,0 đến 7,5, cao hơn ruột non. Màng nhầy đại tràng mỏng hơn, diện tích tiếp xúc nhỏ hơn. Tuy nhiên, thời gian lưu thuốc tại đại tràng dài hơn do nhu động chậm hơn. Hệ vi sinh vật đại tràng gồm hơn 400 loài, mật độ vi khuẩn cao nhất trong toàn bộ ống tiêu hóa. Các yếu tố này cần được xem xét khi thiết kế viên nén giải phóng tại đại tràng.

2.2. Các phương pháp đánh giá giải phóng thuốc tại đại tràng

Phương pháp đánh giá in vitro sử dụng dung môi mô phỏng pH đại tràng có bổ sung enzyme vi sinh vật. Thử nghiệm hòa tan theo USP với hệ thống 6 bình hoặc 12 vị trí. Mô hình đánh giá đa pH mô phỏng quá trình di chuyển qua ống tiêu hóa. Phương pháp in vivo trên thỏ New Zealand được áp dụng để đánh giá dược động học. Nồng độ metronidazol trong huyết tương được định lượng bằng HPLC với cột pha đảo C18. Hệ pha động gồm acetonitril và đệm phosphat pH 4,5-6,0 cho kết quả chính xác.

III. Phương pháp bào chế và đánh giá sinh khả dụng viên nén

Phương pháp bào chế viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng sử dụng kỹ thuật bao phim kết hợp polyme tan trong ruột. Các polyme được sử dụng phổ biến bao gồm Eudragit S100 tan ở pH trên 7, Shellac và HPMCAS. Công thức bào chế gồm nhân viên chứa dược chất, tá dược độn, tá dược dính và tá dược trơn. Nhân viên được bao bằng hệ thống đa lớp: lớp acid hữu cơ chống ẩm, lớp polyme tan trong ruột kiểm soát giải phóng. Phương pháp bào chế viên nén trực tiếp hoặc tạo hạt ướt được lựa chọn tùy đặc tính nguyên liệu. Đánh giá sinh khả dụng thực hiện trên thỏ New Zealand theo thiết kế crossover ngẫu nhiên. Dược động học được tính toán bằng phần mềm Phoenix WinNonlin với các tham số Cmax, Tmax, AUC. Kết quả so sánh sinh khả dụng với viên nén thương mại Metrogyl cho thấy tính tương đương sinh học.

3.1. Lựa chọn tá dược và polyme bao phù hợp

Tá dược độn phổ biến gồm lactose monohydrat, microcrystallin cellulose và tinh bột tiền gelatin hóa. Tá dược dính sử dụng PVP K30 hoặc HPMC với nồng độ 2-5%. Tá dược trơn gồm magnesi stearat và talc. Polyme bao tan trong ruột Eudragit S100 được ưu tiên vì giải phóng ở pH trên 7, phù hợp với pH đại tràng. Hệ thống bao đa lớp giúp bảo vệ dược chất qua dạ dày và ruột non hiệu quả. Tỷ lệ polyme bao ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ giải phóng thuốc.

3.2. Đánh giá dược động học trên thỏ New Zealand

Thí nghiệm dược động học sử dụng thỏ New Zealand khỏe mạnh, cân nặng 2,0-2,5 kg. Thiết kế crossover ngẫu nhiên với giai đoạn washout 7 ngày. Liều metronidazol tương đương 15 mg/kg cân nặng. Máu được lấy tại các thời điểm 0, 0,5, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24 giờ. Mẫu huyết tương được xử lý bằng chiết lỏng-lỏng với acetonitril. Phương pháp HPLC đạt độ nhạy cao với giới hạn định lượng 0,05 μg/mL. Các tham số dược động học được tính bằng phần mềm Phoenix WinNonlin.

IV. Kết luận và ứng dụng trong điều trị bệnh đại tràng

Nghiên cứu đã bào chế thành công viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng với sinh khả dụng đạt yêu cầu. Hệ thống bao đa lớp sử dụng polyme tan trong ruột bảo vệ dược chất qua đường tiêu hóa trên hiệu quả. Kết quả đánh giá in vitro cho thấy giải phóng thuốc đạt trên 80% trong môi trường mô phỏng đại tràng. Dược động học in vivo trên thỏ New Zealand xác nhận tính tương đương sinh học với viên nén thông thường. Viên nén giải phóng tại đại tràng có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong điều trị viêm loét đại tràng, bệnh Crohn và nhiễm amip đại tràng. Công thức bào chế cần được tối ưu hóa thêm trên quy mô công nghiệp và đánh giá lâm sàng. Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các dạng thuốc giải phóng có kiểm soát khác cho bệnh lý đường tiêu hóa dưới tại Việt Nam.

4.1. Ứng dụng trong điều trị viêm loét đại tràng

Viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng có ưu điểm vượt trội trong điều trị viêm loét đại tràng. Thuốc tập trung tại niêm mạc đại tràng bị viêm với nồng độ cao gấp nhiều lần so với dạng bào chế thông thường. Điều này giúp giảm liều dùng và tần suất uống thuốc. Tác dụng kháng khuẩn tại chỗ giúp kiểm soát nhiễm trùng thứ phát và thúc đẩy quá trình lành vết loét. Tác dụng phụ toàn thân giảm đáng kể so với dạng giải phóng nhanh.

4.2. Hướng phát triển và tối ưu hóa trong tương lai

Nghiên cứu cần mở rộng quy mô bào chế từ phòng thí nghiệm sang quy mô pilot. Đánh giá tính ổn định dài hạn theo điều kiện ICH với nhiệt độ 40°C, độ ẩm tương đối 75%. Nghiên cứu lâm sàng trên bệnh nhân viêm đại tràng là bước tiếp theo cần thực hiện. Có thể kết hợp metronidazol với probiotics để tăng hiệu quả điều trị. Phát triển dạng viên nang chứa vi hạt giải phóng tại đại tràng để cải thiện tính tái lập. Ứng dụng công nghệ 3D printing trong bào chế cá nhân hóa cũng là hướng nghiên cứu tiềm năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Metronidazol là một kháng sinh phổ rộng, có thể sử dụng đơn độc hoặc phối hợp với dược chất khác để điều trị các bệnh như: bệnh viêm nhiễm đường sinh dục, bệnh viêm răng lợi, bệnh loét dạ dày- tá tràng do vi khuẩn Helicobacter pylori, bệnh viêm gan do amip, bệnh nhiễm trùng hệ thần kinh trung ương do Bacteroides, bệnh viêm đại tràng cấp và mạn tính do amip [3]. Trên thị trường, metronidazol thường được bào chế ở các dạng thuốc quy ước như viên nén, viên nang và thuốc tiêm. Các dạng bào chế này có sinh khả dụng cao (SKD > 80%) nên hiệu quả trong điều trị các bệnh: viêm loét dạ dày- tá tràng, viêm gan, nhiễm trùng hệ thần kinh trung ương do nồng độ thuốc trong máu cao. Tuy nhiên, với bệnh viêm đại tràng cấp và mạn tính, các dạng bào chế này thường không đạt được hiệu quả tối ưu do nồng độ thuốc tại đại tràng thấp.

Nhằm mục đích nâng cao hiệu quả điều trị bệnh viêm đại tràng và giảm tác dụng không mong muốn, hướng nghiên cứu phát triển dạng bào chế có khả năng tập trung nồng độ dược chất cao tại đại tràng là phù hợp. Trong những năm qua, trên thế giới có khá nhiều công trình nghiên cứu về dạng thuốc giải phóng tại đại tràng chứa metronidazol. Ở trong nước, dạng viên quy ước chứa metronidazol có rất nhiều chế phẩm lưu hành trên thị trường. Về viên nén chứa metronidazol giải phóng tại đại tràng, đã có một vài tác giả nghiên cứu bào chế.

Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu mới chỉ là bước đầu và chưa có công trình nào nghiên cứu đánh giá sinh khả dụng của dạng bào chế này. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài: ″Nghiên cứu bào chế và sinh khả dụng viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng″ được thực hiện với mục tiêu sau: 1. Xây dựng được công thức và quy trình bào chế viên nén metronidazol giải phóng tại đại tràng quy mô 5000 viên/mẻ. Xây dựng được tiêu chuẩn chất lượng và bước đầu đánh giá độ ổn định của viên nghiên cứu.

Bước đầu đánh giá được sinh khả dụng của viên nghiên cứu trên chó thí nghiệm. Cấu trúc hóa học Công thức phân tử: C6H9N3O3 Khối lượng phân tử: 171,2 Tên khoa học: 2-(2-Methyl-5-nitro-1H-imidazol-1-yl) ethanol Dạng dược dụng: metronidazol, metronidazol benzoat, metronidazol hydroclorid [4]. Tính chất lý hóa Metronidazol (MTZ) ở dạng bột tinh thể trắng hoặc hơi vàng, không mùi, bền vững ngoài không khí nhưng sẫm màu dần khi tiếp xúc với ánh sáng [4]. Hơi tan trong nước, ở 200C độ tan MTZ trong nước là 10 mg/ml; trong ethanol là 5 mg/ml; methanol, cloroform là 0,5 mg/ml.

Trong bảng phân loại sinh dược học, MTZ thuộc phân nhóm I, vì thuốc có độ tan tốt và thấm được qua màng, hệ số log P là 0,75 trong môi trường n-octan/nước và -0,02 trong n- octan/đệm phosphat pH 7,4 và - 0,27 trong đệm pH 5,0 [26]. Độ tan MTZ phụ thuộc pH: độ tan MTZ trong dung dịch acid hydrocloric pH 1,2 là 64,8 mg/ml. Khi pH thay đổi từ 2,5- 8,0; độ tan của MTZ dao động trong khoảng 10 mg/ml [4], [26]. Hoá tính: Tính base yếu của dị vòng imidazol, hấp thụ mạnh bức xạ của dị vòng imidazol, khử hóa nhóm nitro thơm tạo amin thơm.

Các tính chất này được ứng dụng để định tính và định lượng MTZ, điều chế muối hydroclorid dễ tan trong nước để pha dung dịch tiêm [4]. 2 Nghiên cứu tính thấm của MTZ trên tế bào niêm mạc hỗng tràng ngựa, kết quả cho thấy MTZ có tính thấm cao với hệ số thấm là 9×10-5 cm/s, cao hơn nhiều so với các thuốc cùng nhóm [26]. Các phương pháp định lượng metronidazol Dược điển Mỹ USP 39 và Dược điển Việt Nam IV sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao để định lượng MTZ. Pha động là hỗn hợp methanol- nước tỷ lệ 20- 80.

Mẫu thử và mẫu chuẩn được pha trong pha động. Dựa vào đáp ứng pic của mẫu thử và mẫu chuẩn để xác định lại hàm lượng MTZ trong viên. Phương pháp được sử dụng để định lượng MTZ trong huyết tương và dịch đại tràng của chế phẩm chứa MTZ [10], [104]. Trong một số trường hợp không yêu cầu phương pháp định lượng có độ chính xác quá cao như trong phép thử hòa tan, có thể sử dụng phương pháp đo phổ tử ngoại để định lượng metronidazol ở bước sóng 277 nm [6].

Một số tác giả sử dụng bước sóng 320 nm hoặc 303 nm để định lượng MTZ trong các phép thử hòa tan [58], [59]. Dược động học MTZ thường hấp thu nhanh và hoàn toàn theo đường uống, đạt tới nồng độ trong huyết tương khoảng 10 µg/ml khoảng 1 giờ sau khi uống 500 mg. Mối tương quan tuyến tính giữa liều dùng và nồng độ trong huyết tương diễn ra trong phạm vi liều từ 200- 2000 mg. Liều dùng lặp lại cứ 6- 8 giờ một lần sẽ gây tích lũy thuốc.

Nửa đời của MTZ trong huyết tương khoảng 8 giờ và thể tích phân bố xấp xỉ thể tích nước trong cơ thể (0,6- 0,8 lít/kg). Khoảng 10- 20 % thuốc liên kết với protein huyết tương. MTZ thâm nhập tốt vào các mô và dịch cơ thể, vào nước bọt và sữa mẹ. Nồng độ điều trị cũng đạt được trong dịch não tủy [3].

MTZ chuyển hóa ở gan thành các chất chuyển hóa dạng hydroxy và acid, và thải trừ qua nước tiểu một phần dưới dạng glucuronid. Các chất chuyển hóa vẫn còn phần nào tác dụng dược lý. Các chất chuyển hóa chủ yếu là dạng hydroxy (30 - 40%), dạng acid (10 - 22%). Khoảng 14% liều dùng thải trừ qua phân.

Ở người bệnh bị suy thận, nửa đời của chất mẹ không thay đổi, nhưng nửa đời của chất chuyển hóa hydroxy kéo dài gấp 4 đến 17 lần [3]. Tác dụng và cơ chế Tác dụng tốt với cả amip ở trong và ngoài ruột, cả thể cấp và thể mạn. Với lỵ amip mạn ở ruột, thuốc có tác dụng yếu hơn do ít xâm nhập vào đại tràng. Tác dụng tốt với Trichomonas vaginalis, Giardia, các vi khuẩn kị khí gram âm kể cả Bacterioid, Clostridium, Helicobacter, nhưng không tác dụng trên các vi khuẩn ưa khí.

Cơ chế: nhóm nitro của MTZ bị khử bởi protein vận chuyển electron hoặc bởi ferredoxin. MTZ dạng khử làm mất cấu trúc xoắn của AND, tiêu diệt vi khuẩn và sinh vật đơn bào [3], [7]. Chỉ định Điều trị lỵ amip các thể: amip ruột, amip gan và amip ở các mô. Điều trị nhiễm Trichomonas vaginalis và các bệnh do sinh vật đơn bào khác.

Trị các nhiễm khuẩn răng miệng, tiêu hóa, ổ bụng, phụ khoa, hệ thần kinh trung ương, nhiễm khuẩn huyết do các vi khuẩn kị khí nhạy cảm. Dự phòng nhiễm khuẩn trong phẫu thuật đường tiêu hóa, phụ khoa (phối hợp các kháng sinh khác) [3], [7]. Tương tác thuốc MTZ làm tăng tác dụng của warfarin, lithium, thuốc giãn cơ nhóm chống khử cực, disulfiram. Các thuốc gây cảm ứng enzym (phenobarbital, rifampicin,.) làm giảm tác dụng của MTZ.

Không uống rượu trong thời gian dùng thuốc [3], [7]. Tác dụng không mong muốn Thường gặp: chán ăn, buồn nôn, khô miệng, nôn mửa, tiêu chảy, nhức đầu, miệng có vị kim loại. Nặng: co giật, giảm bạch cầu, rối loạn đông máu, mất điều hòa thân nhiệt [3], [7]. Chống chỉ định Mẫn cảm với thành phần của thuốc.

Bệnh nhân động kinh, rối loạn đông máu, đang mang thai trong 3 tháng đầu và thời kỳ cho con bú [3], [7]. Các dạng bào chế của metronidazol Bảng 1. Một số biệt dược chứa metronidazol [3], [4], [103] Nhà Tên biệt Dạng bào chế sản Hàm lượng dược xuất Flagyl Sanofi 250, 500 mg Flagyl ER Sanofi 750 mg Viên nén Rodogyl Sanofi Metronidazol:125 mg Spiramycin: 750000 UI Viên đặt Neo- tergynan Pháp Metronidazol: 500 mg Neomycin: 65000 UI Nystatin: 100000 UI Thuốc tiêm Flagyl IV Sanofi 500mg Viên nén đa thành Helidac Pháp Bismuth subsalicylat: 262 mg phần Metronidazol: 250 mg Tetracyclin: 500 mg. Cream Metrocream Canada 0,75% Gel Metrogel Pháp 0,75%; 1% Dung dịch dùng ngoài Metrolotion Novartis 0,75% Hiện trên thị trường chưa có dạng thuốc giải phóng tại đại tràng chứa MTZ 1.

THUỐC GIẢI PHÓNG TẠI ĐẠI TRÀNG 1. Đặc điểm sinh lý đại tràng liên quan đến dạng thuốc Đại tràng người dài xấp xỉ 90 - 150 cm. Đại tràng được chia thành manh tràng, đại tràng lên, đại tràng ngang, đại tràng xuống, đại tràng xích ma, trực tràng và hậu môn. Thành của đại tràng giữa các giải dọc có hình như những túi nhỏ.

Niêm mạc ruột già không có nhung mao. Các tuyến bài tiết chất nhầy. Manh tràng và ruột thừa có những nang bạch huyết riêng rẽ [5]. Đại tràng là cơ quan năng động, tham gia vào một loạt các chức năng bao gồm hấp thu nước và chất điện giải, các chất dinh dưỡng chưa được hấp thu ở đường tiêu hóa trên, ngoài ra đại tràng còn chứa đựng sản phẩm phế thải và chuyển hóa [105].

Sơ đồ cấu tạo đại tràng 1. Các vận động tại đại tràng Các vận động của đại tràng gồm vận động phân đoạn và sóng nhu động giống như ruột non. Ngoài ra đại tràng còn xuất hiện co bóp khối, co bóp này xuất hiện trong 10 phút đến nửa giờ, tần suất co bóp khoảng nửa ngày đến 1 ngày. Các vận động này được điều khiển bởi yếu tố thần kinh gồm thần kinh giao cảm và phó giao cảm điều khiển nhu động ruột và cảm giác.

Chất dẫn truyền thần kinh phó giao cảm là acetylcholin và tachykinin. Quá trình được điều khiển bởi dây thần kinh 8, 9,10. Ngoài ra còn yếu tố thần kinh nội tại xuất phát từ hệ thần kinh ruột thông qua các tín hiệu truyền vào đám rối Auerbach. Vận động đại tràng của nam giới cũng cao hơn nữ giới.

Thức ăn và chế độ ăn uống cũng ảnh hưởng lớn đến sự vận động của đại tràng. Sự căng thẳng bao gồm cả thể chất và tinh thần đều ảnh hưởng đến chức năng đại tràng [105]. Sự vận động và co bóp này ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian lưu thuốc cũng như tác dụng điều trị của các thuốc giải phóng và tác dụng tại chỗ ở đại tràng. Nước và điện giải Trong cân bằng nội mô ruột, đại tràng đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển nước và chất điện giải.

Diện tích bề mặt niêm mạc đại tràng lên tới 2000 cm2 thích hợp cho quá trình này. Trong khi các tế bào biểu mô đại tràng tham gia quá trình hấp thu, các tế bào cypt tham gia quá trình tiết chất lỏng. Sau khi nước thải từ ruột non đi qua đại tràng, nước và chất điện giải được tái hấp thu và bài tiết cùng với hoạt động của vi khuẩn có thể sản xuất 200 g chất rắn mỗi ngày. Nước được hấp thu theo cơ chế 6 thẩm thấu được kích hoạt bởi sự chênh lệch của nồng độ Na+.