ĐẶT VẤN ĐỀ Curcumin là một thành phần hoạt tính có trong thân rễ một số loài nghệ, đặc biệt là Nghệ vàng (Curcuma longa L. Hợp chất này có nhiều tác dụng dược lý như chống lại quá trình đông máu, chống nghẽn mạch, chống oxy hóa, chống lại sự tăng sinh, chống viêm và chống ung thư… [11]. Tuy nhiên, curcumin thuộc nhóm IV trong hệ thống phân loại sinh dược học (BCS), ít tan và bị chuyển hóa, thải trừ nhanh khi dùng đường uống [9], [89], [104]. Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã đề cập đến một số biện pháp cải thiện sinh khả dụng của curcumin dùng đường uống theo nhiều hướng: tăng độ tan và độ hòa tan của curcumin, tăng tính thấm qua đường tiêu hóa hoặc giảm chuyển hóa, thải trừ của curcumin… Để đạt được những mục tiêu trên, curcumin có thể được bào chế dưới dạng hệ phân tán rắn [84], hệ nano tinh thể [30], hệ tiểu phân nano polyme [72], hệ tiểu phân nano lipid rắn [42], hệ micel chất diện hoạt, hệ tự nhũ hóa [86], phức hợp phospholipid [35], liposome [94]… Trong số các biện pháp trên, bào chế dưới dạng hệ tiểu phân nano được coi là biện pháp làm tăng độ tan và độ hòa tan của curcumin, hướng tới cải thiện sinh khả dụng đường uống của curcumin một cách hiệu quả.
Hệ tiểu phân nano có thể dễ dàng ứng dụng vào các dạng thuốc rắn dùng đường uống. Tại Việt Nam, một số chế phẩm chứa nano curcumin trên thị trường đang được quảng cáo quá mức cần thiết. Trong đó, các đặc tính của tiểu phân nano khả năng hấp thu của curcumin vẫn còn nhiều vấn đề chưa rõ ràng. Do đó, việc tiến hành một nghiên cứu bào chế hệ tiểu phân nano mang tính khoa học, trong đó đánh giá được khả năng hấp thu của curcumin dùng đường uống là vấn đề cấp thiết.
Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu bào chế hệ tiểu phân nano nhằm tăng sinh khả dụng của curcumin dùng theo đường uống” được thực hiện với các mục tiêu chính sau: 1. Xây dựng được công thức và quy trình bào chế hệ tiểu phân nano chứa curcumin. Đánh giá được sinh khả dụng của hệ tiểu phân nano curcumin trên chuột thí nghiệm. Nguồn gốc Curcumin (CUR) có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp.
Trong tự nhiên, curcumin là thành phần chính của curcuminoid. Curcuminoid là hỗn hợp gồm 3 thành phần trong đó curcumin chiếm khoảng 77%, demethoxycurcumin chiếm khoảng 17% và bis-demothoxycurcumin chiếm khoảng 3% [89]. Công thức - Công thức phân tử: C21H20O6 - Khối lượng phân tử: 368,38 - Tên khoa học: 1,7-bis (4–hydroxy– 3-methoxyphenyl) -1,6– heptadien- 3,5-dion. - Công thức cấu tạo: Hình 1.
Công thức cấu tạo của curcumin [89] 1. Tính chất lý hóa Đặc tính lý học - Hình thức: bột kết tinh hoặc vô định hình màu vàng - Độ tan: curcumin ít tan trong nước (độ tan 11 ng/ml trong môi trường pH 5,5 [75]), tan một phần trong methanol, tan tốt trong aceton, dimethylsulfoxyd, ethanol và cloroform [89]. - Nhiệt độ nóng chảy 183oC [33]. - Dạng thù hình: curcumin kết tinh ở ba dạng thù hình, dạng 1 tồn tại dạng cấu trúc tinh thể đơn tà, dạng 2 và 3 tồn tại ở dạng cấu trúc tinh thể trục thoi.
Sự khác 2 nhau giữa dạng đơn tà (dạng 1) và dạng trục thoi (dạng 2 và 3) ở hình dạng phân tử curcumin và tương tác do liên kết hydro với các phân tử curcumin bên cạnh. Curcumin dạng phân tử đơn tà có hình dạng phẳng, còn dạng trục thoi phân tử có hình dạng cong và hơi xoắn. Dạng trục thoi 2 và 3 khác nhau ở hướng ceto-enol của phân tử curcumin. Ở dạng 2, nhóm ceto-enol ở hai phân tử theo hướng cis, trong khi ở dạng 3, nhóm ceto-enol ở dạng trans.
Về hình thái tiểu phân, tiểu phân curcumin dạng đơn tà có hình kim, còn dạng trục thoi có hình thái tiểu phân giống hạt gạo hoặc hình cầu. Ngoài ra, curcumin còn có thể ở dạng vô định hình [97]. - Dung dịch curcumin trong methanol hấp thụ ánh sáng cực đại tại bước sóng 430 nm và dung dịch curcumin trong aceton hấp thụ ánh sáng cực đại tại bước sóng khoảng 415-420 nm. Đặc tính hóa học - Curcumin có tính acid, pKa của curcumin lần lượt là 7,8, 8,5 và 9,0 [75], [98].
- Xét trên phương diện hóa học, curcumin là một hợp chất ít tan chứa hai vòng phenolic, mỗi vòng có một nhóm thế methoxy ether ở vị trí ortho. Hai vòng phenolic kết hợp với nhau qua một liên kết hepten chưa bão hòa ở vị trí ortho cũng chứa nhóm α, β diceton ở carbon số 3 và 5. Nhóm diceton có thể bị chuyển dạng thuận nghịch giữa dạng enolic và cetonic (hình 1. Sự chuyển dạng phụ thuộc vào pH.
Dạng bis-ceto tồn tại chủ yếu trong môi trường acid và trung tính, còn dạng enol chiếm ưu thế trong môi trường kiềm [89]. Ở dạng bis-ceto, carbon vị trí số 4 của liên kết hepten có chức năng như một chất cho proton mạnh, còn dạng enol đóng vai trò như một chất cho electron. Điều này làm cho curcumin có đặc tính chống oxy hóa [89]. Dạng ceton Dạng enol Hình 1.
Dạng hỗ biến ceto-enol của curcumin - Dung dịch curcumin có màu vàng tại pH 2,5 - 7 và màu đỏ ở pH > 7 [33]. Độ ổn định Tại pH kiềm, curcumin kém ổn định. Sản phẩm chính của quá trình phân hủy này là trans-6-(4’-hydroxy-3’-methoxyphenyl)-2,4-dioxo-5-hexanal, feruloyl methan, acid ferulic và vanillin. Trong môi trường acid, sự phân hủy của curcumin chậm hơn, khoảng dưới 20% curcumin phân hủy trong 1 giờ [89].
Khi tiếp xúc với ánh sáng, curcumin bị phân hủy và thoái hóa thành anillin, acid vanillic, aldehyd ferulic và acid ferulic [89]. Định tính và định lượng Theo chuyên luận “Curcuminoids” của Dược điển Mỹ USP 39, để định tính, có thể dựa vào vị trí và màu sắc của các vết curcumin, desmethoxycurcumin và bisdesmethoxycurcumin so với chuẩn trong phương pháp sắc ký lớp mỏng hoặc căn cứ vào vị trí của các pic sắc ký trong phương pháp HPLC. Hàm lượng các thành phần curcumin, desmethoxycurcumin và bisdesmethoxycurcumin trong nguyên liệu curcuminoid và trong chế phẩm bào chế chứa curcuminoid có thể định lượng bằng phương pháp HPLC [96]. Riêng đối với curcumin, hàm lượng curcumin trong các chế phẩm bào chế và trong môi trường thử độ hòa tan có thể định lượng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis [47] hoặc HPLC [77].
Tác dụng dược lý Một số nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng cho thấy: curcumin có tác dụng chống oxy hóa, chống viêm và chống ung bướu… Ngoài ra, curcumin còn có tác dụng tiềm năng với hầu hết các bệnh mạn tính bao gồm cả ung thư, thần kinh, tim mạch, bệnh phổi. Sinh khả dụng Vấn đề khó khăn đối với việc sử dụng curcumin trên lâm sàng là sinh khả dụng (SKD) thấp. Nghiên cứu dược động học của curcumin được báo cáo bởi Yang K. và cộng sự cho thấy: nồng độ tối đa curcumin trong huyết tương chuột cống sau khi uống liều 500 mg/kg là 0,06 ± 0,01 g/ml, chứng tỏ SKD đường uống chỉ khoảng 1% [109].
Tương tự, theo nghiên cứu của Shoba G. và cộng sự, nồng độ curcumin cao nhất trong huyết tương là 1,35 ± 0,23 g/ml sau 1 giờ dùng đường 4 uống với liều 2 g/kg trên chuột cống, trong khi người tình nguyện khỏe mạnh (khối lượng 50-75 kg) uống liều đơn 2 g curcumin (4 viên nang 500 mg), nồng độ trong huyết tương rất thấp, chỉ khoảng 0,006 ± 0,005 g/ml trong 1 giờ [90]. Trong nghiên cứu đánh giá SKD trên chuột cống của Allam A. và cộng sự, với liều 340 mg/kg trên chuột cống, lượng curcumin không hấp thu trong nhung mao ruột và lượng tìm thấy trong tế bào nhày khá lớn, trong khi lượng curcumin trong huyết tương không thể tìm thấy.
Điều này còn chứng tỏ curcumin có tính thấm kém qua hệ thống dạ dày-ruột [8]. Sau hấp thu, curcumin bị chuyển hóa qua gan (chuyển hóa lần đầu). Sự chuyển hóa curcumin thông qua liên hợp glucuronid, sulfat và quá trình khử thông qua alcol dehydrogenase, tạo ra nhiều chất chuyển hóa như dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin, hexahydrocurcumin, hexahydrocurcuminol, acid ferulic, acid dihydroferulic, curcumin glucuronid và curcumin sulfat [9]. Sau đó, curcumin bị thải trừ nhanh ở dạng liên hợp với glucuronid và sulfat.
Khoảng 60-70% curcumin dùng đường uống được thải trừ qua phân [9], [89]. Curcumin Curcumin Khử hóa glucuronoid Dihydrocurcumin Dihydrocurcumin Khử hóa glucuronoid Tetrahydrocurcumin Tetrahydrocurcumin glucuronoid Hình 1. Quá trình chuyển hóa của curcumin trong đường tiêu hóa [57] Như vậy, hấp thu curcumin từ ruột kém có thể do độ tan thấp, tốc độ hòa tan chậm nên dược chất hòa tan không hoàn toàn. Ngoài ra, curcumin còn bị phân hủy 5 trong môi trường sinh lý của hệ thống dạ dày ruột, tốc độ chuyển hóa và thải trừ nhanh.
SKD của curcumin thấp, dẫn đến việc sử dụng trong điều trị hạn chế. MỘT SỐ BIỆN PHÁP CẢI THIỆN SINH KHẢ DỤNG CỦA CURCUMIN DÙNG ĐƯỜNG UỐNG Nhiều công trình nghiên cứu về dược động học của curcumin cho thấy: độ tan thấp, chuyển hóa mạnh và thải trừ nhanh là các lý do chính dẫn đến SKD của curcumin thấp. Do đó, các biện pháp cải thiện SKD của curcumin chủ yếu tập trung các biện pháp làm tăng độ tan, mức độ hòa tan và giảm chuyển hóa hoặc sử dụng chất ức chế quá trình chuyển hóa của curcumin và giảm thải trừ, kéo dài thời gian lưu thông trong đường tiêu hóa của curcumin. Để đạt được mục tiêu này, các nghiên cứu trên thế giới đã đề cập đến các biện pháp cải thiện SKD của curcumin như sau: 1.
Biện pháp làm tăng độ tan và tốc độ hòa tan của curcumin Để cải thiện độ tan và tốc độ hòa tan của curcumin, các công trình nghiên cứu đã đề cập đến các biện pháp làm thay đổi đặc tính vật lý của DC như giảm KTTP xuống kích cỡ nanomet (bào chế hệ nano tinh thể) và tạo dạng bào chế trung gian chứa curcumin như hệ phân tán rắn, hệ micel, vi nhũ tương, nhũ tương nano, hệ tự nhũ hóa hoặc dạng liên hợp. Bào chế hệ nano tinh thể Nano tinh thể dược chất là tinh thể với kích thước dưới 1000 nm, mang cả đặc tính của tiểu phân nano và tinh thể [5], [43]. Tiểu phân nano tinh thể có thể cải thiện độ tan, độ hòa tan và tăng SKD của DC do những đặc điểm nổi trội như sau: Tăng độ tan Độ tan của dược chất (DC) phụ thuộc vào đặc tính lý hóa của DC, môi trường hòa tan và nhiệt độ. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng với tiểu phân DC có KTTP cỡ vài micromet.
Với các tiểu phân DC với kích thước nhỏ hơn 1-2 m, độ tan phụ thuộc vào KTTP. Độ tan tăng lên khi KTTP giảm xuống dưới 1000 nm. Điều này có thể giải thích theo phương trình Kelvin và Ostwald-Freundlich [44].