Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Berberin là một alcaloid tự nhiên thuộc nhóm isoquinolin, tồn tại phổ biến trong rễ, thân rễ và vỏ của các loài thực vật thuộc chi Berberis, Coptis, và Hydrastis canadensis với hàm lượng chiếm từ 1,5% đến 3% dược liệu (tương đương tối thiểu 82% alcaloid toàn phần). Trên lâm sàng, berberin được ứng dụng dưới các dạng muối như berberin clorid và berberin sulfat nhờ sở hữu phổ tác dụng sinh học phong phú: kháng khuẩn, ức chế vi khuẩn Helicobacter pylori, chống tiêu chảy, kháng viêm thông qua cơ chế ức chế yếu tố phiên mã AP-1, hỗ trợ điều trị đái tháo đường type 2 bằng việc hoạt hóa enzym AMPK, giảm cholesterol máu thông qua cơ chế độc lập với nhóm statins, cải thiện chức năng tim mạch, bảo vệ thần kinh trong bệnh Alzheimer và thiếu máu não, cũng như ức chế sự phát triển của một số dòng tế bào ung thư (ung thư biểu mô tế bào gan, ung thư ruột kết).

Mặc dù có tiềm năng trị liệu lớn, việc ứng dụng berberin qua đường uống gặp phải rào cản lớn do đặc tính lý hóa kém thuận lợi: hoạt chất rất ít tan trong nước (độ tan của berberin clorid ở nhiệt độ phòng là 1/400), hấp thu qua đường tiêu hóa kém, chịu sự liên kết mạnh với protein huyết tương và chuyển hóa qua gan. Do đó, sinh khả dụng đường uống của berberin trên người rất thấp, chỉ đạt dưới 5% với nồng độ đỉnh trong huyết tương $C_{max} = 0,44 \pm 0,42 \text{ ng/ml}$ và thời gian đạt nồng độ đỉnh $T_{max} = 9,8 \pm 6,6 \text{ giờ}$.

Để khắc phục nhược điểm về độ hòa tan và sinh khả dụng, công nghệ nano được ứng dụng nhằm giảm kích thước tiểu phân dược chất xuống quy mô nanomet. Việc giảm kích thước hạt giúp mở rộng đáng kể diện tích tiếp xúc bề mặt, làm tăng độ tan bão hòa và gia tăng tốc độ hòa tan của dược chất theo các nguyên lý động học hòa tan. Trong các phương pháp tạo hạt nano thuốc, phương pháp từ trên xuống (top-down) bằng kỹ thuật nghiền bi sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp từ dưới lên (bottom-up): không cần sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại, quy trình thực hiện trong buồng kín giúp duy trì điều kiện vô khuẩn, thiết bị vận hành đơn giản và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với đồng nhất hóa áp suất cao. Hỗn dịch nano sau khi nghiền được chuyển thành dạng bột khô bằng phương pháp đông khô nhằm nâng cao độ ổn định hóa lý trong quá trình bảo quản.

Đề tài khóa luận "Nghiên cứu bào chế nano berberin" được thực hiện nhằm giải quyết 2 mục tiêu cụ thể:

  1. Bào chế được nano berberin bằng phương pháp nghiền bi.
  2. Đánh giá được một số đặc tính của bột nano berberin.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ tiểu phân nano berberin được bào chế từ nguyên liệu berberin clorid.
  • Phạm vi thực hiện: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Bộ môn Bào chế và Công nghiệp Dược, Khoa Y - Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội, hoàn thành vào tháng 05 năm 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết nền tảng về dược động học, động học hòa tan và công nghệ bào chế hệ nano:

  • Lý thuyết tăng độ tan bão hòa ($C_s$): Được mô tả qua phương trình Kelvin và phương trình Ostwald - Freundlich: $$\log\frac{C_s}{C_\alpha} = \frac{2\sigma V}{2{,}303 R T \rho r}$$ Trong đó, khi bán kính hạt ($r$) giảm xuống dưới $1 - 2\ \mu\text{m}$ (đặc biệt dưới $200\text{ nm}$), áp lực hòa tan trên bề mặt cong tăng lên, thúc đẩy sự chuyển dịch cân bằng nhiệt động và làm tăng độ tan bão hòa của dược chất.
  • Lý thuyết tăng tốc độ hòa tan: Dựa trên mô hình Noyes - Whitney được hiệu chỉnh bởi Nernst - Brunner và Levich: $$\frac{dM}{dt} = \frac{D}{h} \cdot S \cdot (C_s - C)$$ Việc nghiền hạt xuống kích thước nano làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc ($S$), đồng thời làm giảm bề dày lớp khuếch tán tĩnh ($h$) theo phương trình Prandtl ($h = k \sqrt{L/v}$), từ đó làm tăng vận tốc hòa tan ($dM/dt$).
  • Nguyên lý nghiền bi: Sử dụng năng lượng cơ học từ sự va chạm, mài mòn của các bi nghiền zirconium oxid trong buồng quay để phá vỡ cấu trúc tinh thể của dược chất thô, kết hợp với các polyme và chất diện hoạt làm chất ổn định nhằm chống lại xu hướng tái kết tụ hạt do năng lượng bề mặt cao.
  • Nguyên lý đông khô: Chuyển đổi hỗn dịch nano lỏng thành bột nano rắn thông qua ba giai đoạn: đóng băng (hóa rắn), sấy sơ cấp (thăng hoa băng dưới áp suất chân không) và sấy thứ cấp (giải hấp ẩm liên kết), giúp bảo toàn cấu trúc hạt mà không làm biến tính do nhiệt.

Nguyên liệu, thiết bị và phương pháp thực nghiệm

Nghiên cứu sử dụng các nguyên liệu, hóa chất đạt tiêu chuẩn nhà sản xuất (NSX) hoặc Dược điển Việt Nam V (DĐVN V): berberin clorid nguyên liệu (Trung Quốc), berberin clorid chuẩn 87,1% (Viện Kiểm nghiệm thuốc TP. Hồ Chí Minh), HPMC E6, HPMC E15, PVP K30, Natri lauryl sulfat (NaLS), Tween 80, Poloxamer 407, Ethanol tinh khiết hóa học và Nước tinh khiết (DĐVN V).

Hệ thống thiết bị nghiên cứu chính gồm có:

  • Máy nghiền bi hành tinh (planetary ball mill) SFM-1 (Mỹ).
  • Hệ thống phân tích kích thước tiểu phân và thế zeta Horiba SZ100 (Nhật Bản), hoạt động dựa trên nguyên lý tán xạ ánh sáng laser và hiệu ứng Doppler laser.
  • Máy quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến UV-2600 Shimadzu (Nhật Bản).
  • Hệ thống đo độ hòa tan cánh khuấy DRS-14 (Ấn Độ).
  • Máy phân tích nhiệt quét vi sai DSC LINSEIS (Đức).
  • Máy đông khô EYELA (Nhật Bản).

Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai:

  1. Xây dựng đường chuẩn định lượng UV-VIS: Đo mật độ quang của dãy dung dịch berberin clorid chuẩn trong ethanol ở các nồng độ $5;\ 7{,}5;\ 10;\ 12{,}5;\ 15\ \mu\text{g/ml}$ tại bước sóng hấp thụ cực đại $\lambda = 348\text{ nm}$.
  2. Quy trình bào chế nghiền bi ướt và đông khô: Khảo sát đơn yếu tố các biến số công thức (loại polyme, nồng độ polyme, loại chất diện hoạt, nồng độ chất diện hoạt) và các biến số thông số quy trình (kích cỡ bi, tốc độ/tần số nghiền, thời gian nghiền). Hỗn dịch sau nghiền được đưa vào thiết bị đông khô ở nhiệt độ từ $-85^\circ\text{C}$ đến $-80^\circ\text{C}$ trong thời gian 24 giờ.
  3. Phương pháp đánh giá đặc tính bột nano berberin:
    • Cảm quan: Quan sát màu sắc bột.
    • Kích thước tiểu phân (KTTP), chỉ số đa phân tán (PDI) và thế zeta: Đo trên thiết bị Horiba SZ100 sau khi pha loãng mẫu.
    • Thử nghiệm độ hòa tan in vitro: Thử trên máy cánh khuấy ($100\text{ vòng/phút}$, môi trường $900\text{ ml}$ đệm $\text{pH} = 6{,}8$, nhiệt độ $37 \pm 0{,}5^\circ\text{C}$, khối lượng mẫu tương đương $250\text{ mg}$ berberin). Lấy mẫu tại các thời điểm 5, 10, 15, 30, 60 phút, lọc qua màng cellulose acetat $0{,}45\ \mu\text{m}$ và định lượng bằng đo quang ở $348\text{ nm}$.
    • Phân tích nhiệt quét vi sai (DSC): Cân $3 - 7\text{ mg}$ mẫu trong đĩa nhôm $40\ \mu\text{l}$ đục nắp, quét từ $50^\circ\text{C}$ đến $300^\circ\text{C}$ với tốc độ gia nhiệt $10^\circ\text{C/phút}$ dưới dòng khí nitơ $50\text{ ml/phút}$.
  4. Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel 2013, trình bày dưới dạng giá trị trung bình kèm độ lệch chuẩn ($\bar{X} \pm SD$) với cỡ mẫu $n = 3$.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về hoạt chất berberin (công thức hóa học, tính chất lý hóa, các phương pháp định tính/định lượng theo DĐVN V, tác dụng dược lý, đặc tính dược động học và một số dạng chế phẩm thương mại trên thị trường như viên nang Mekophar 100 mg, viên nén Dược TW3 50 mg, viên bao phim Loberin 25 mg). Tiếp đó, chương phân tích tổng quan về công nghệ nano trong ngành dược, các cơ chế nâng cao sinh khả dụng thuốc, phân loại hai nhóm phương pháp bào chế hạt nano (bottom-up và top-down), đi sâu vào kỹ thuật nghiền bi (cơ chế mài mòn, va đập, tốc độ tới hạn, nghiền khô và nghiền ướt) cùng nguyên lý chu trình đông khô ba giai đoạn. Cuối chương điểm luận các công trình nghiên cứu tiền nhiệm về nano berberin: nghiên cứu của Sahibzada (2018) dùng phương pháp kết tủa bay hơi dung môi EPN ($71{,}53\text{ nm}$) và thay đổi dung môi APSP ($102{,}62\text{ nm}$); Wang (2015) dùng đồng nhất hóa áp suất cao ($72{,}4\text{ nm}$, $\text{PDI} = 0{,}302$); Lin (2015) tạo hạt nano liên hợp fucose ($198{,}8\text{ nm}$); Wang (2017) tạo hạt nano Janus $\text{Fe}_3\text{O}_4\text{-mSiO}_2$; cùng các hệ micell ngược ($36\text{ nm}$) và liposome berberin.

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục 10 loại nguyên liệu, hóa chất cùng 10 thiết bị nghiên cứu chính; xác định rõ nội dung thực nghiệm gồm 2 phần: nghiên cứu công thức/quy trình nghiền bi và đánh giá đặc tính lý hóa của bột nano berberin. Chương trình bày chi tiết quy trình xây dựng đường chuẩn UV-VIS, các bước tiến hành nghiền ướt với bi zirconium oxid, quy trình đông khô, các công thức toán học tính toán lượng dược chất hòa tan ($Q_t$) có hiệu chỉnh thể tích bù mẫu ($V_0 = 10\text{ ml}$), tính phần trăm độ hòa tan và điều kiện vận hành máy phân tích nhiệt vi sai DSC.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được:

  • Định lượng UV-VIS: Phương trình hồi quy tuyến tính biểu diễn độ hấp thụ quang theo nồng độ berberin trong khoảng $5 - 15\ \mu\text{g/ml}$ đạt $y = 0{,}0573x + 0{,}0382$ với hệ số tương quan $R^2 = 0{,}9982$.
  • Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bi:
    • Ảnh hưởng của loại polyme (tại nồng độ 5%): HPMC E6 cho KTTP nhỏ nhất ($545{,}7\text{ nm}$), PDI thấp nhất ($0{,}589$) so với HPMC E15 ($936{,}1\text{ nm}$) và PVP K30 ($1041{,}3\text{ nm}$).
    • Ảnh hưởng của nồng độ HPMC E6 (0,5% - 5%): Nồng độ 0,5% cho hạt lớn ($906{,}3\text{ nm}$); nồng độ 1%, 3%, 5% cho KTTP tương đương nhau (lần lượt là $550{,}6\text{ nm}$; $546{,}4\text{ nm}$; $548{,}8\text{ nm}$). Nồng độ 1% được chọn để tối thiểu hóa lượng tá dược.
    • Ảnh hưởng của loại chất diện hoạt (tại nồng độ 1%): NaLS cho KTTP nhỏ nhất ($560{,}6\text{ nm}$, $\text{PDI} = 0{,}561$) vượt trội hơn Poloxamer 407 ($754{,}3\text{ nm}$) và Tween 80 ($1024{,}3\text{ nm}$).
    • Ảnh hưởng của nồng độ NaLS (0,4% - 1%): KTTP ở các nồng độ 0,4%, 0,6%, 1% khác biệt không đáng kể ($550{,}4\text{ nm}$; $548{,}7\text{ nm}$; $547{,}1\text{ nm}$). Nồng độ 0,4% được lựa chọn nhằm giảm thiểu nguy cơ kích ứng/độc tính của chất diện hoạt ion hóa.
    • Ảnh hưởng của kích cỡ bi (tổng khối lượng 400 g bi zirconium oxid): Phối hợp đồng thời 4 cỡ bi (4 bi loại 25 g, 10 bi loại 10 g, 20 bi loại 5 g, 50 bi loại 2 g) cho KTTP nhỏ nhất ($548{,}5\text{ nm}$, $\text{PDI} = 0{,}542$) so với dùng riêng bi to 25 g ($576{,}4\text{ nm}$) hoặc bi nhỏ 2 g ($554{,}8\text{ nm}$).
    • Ảnh hưởng của tốc độ/tần số nghiền (25 - 35 Hz): Tần số 30 Hz cho KTTP nhỏ nhất ($538{,}7\text{ nm}$); tần số 25 Hz lực va đập chưa đủ mạnh ($648{,}5\text{ nm}$); tần số 35 Hz lực ly tâm ép bi vào thành làm giảm hiệu suất nghiền ($846{,}1\text{ nm}$).
    • Ảnh hưởng của thời gian nghiền (30 - 60 phút): Thời gian 40 phút cho KTTP nhỏ nhất ($563{,}6\text{ nm}$, $\text{PDI} = 0{,}518$). Kéo dài lên 50 phút ($618{,}5\text{ nm}$) và 60 phút ($625{,}3\text{ nm}$) làm tăng hiện tượng tái kết tụ tiểu phân.
Yếu tố khảo sát Thông số KTTP (nm) PDI Thế Zeta (mV)
Loại polyme (5%) HPMC E6
HPMC E15
PVP K30		 $545{,}7 \pm 15{,}3$
$936{,}1 \pm 26{,}2$
$1041{,}3 \pm 21{,}9$		 $0{,}589 \pm 0{,}020$
$0{,}748 \pm 0{,}026$
$0{,}724 \pm 0{,}034$		 $-27{,}4 \pm 1{,}2$
$-26{,}9 \pm 1{,}5$
$-26{,}6 \pm 1{,}4$
Nồng độ HPMC E6 (%) 0,5
1
3
5		 $906{,}3 \pm 20{,}5$
$550{,}6 \pm 14{,}3$
$546{,}4 \pm 16{,}7$
$548{,}8 \pm 20{,}3$		 $0{,}643 \pm 0{,}026$
$0{,}524 \pm 0{,}037$
$0{,}573 \pm 0{,}021$
$0{,}539 \pm 0{,}024$		 $-25{,}7 \pm 1{,}2$
$-26{,}3 \pm 0{,}9$
$-27{,}2 \pm 1{,}5$
$-28{,}6 \pm 0{,}6$
Loại chất diện hoạt (1%) NaLS
Poloxamer 407
Tween 80		 $560{,}6 \pm 15{,}4$
$754{,}3 \pm 17{,}5$
$1024{,}3 \pm 26{,}7$		 $0{,}561 \pm 0{,}034$
$0{,}673 \pm 0{,}083$
$0{,}650 \pm 0{,}067$		 $-28{,}7 \pm 0{,}9$
$-26{,}5 \pm 1{,}3$
$-30{,}1 \pm 1{,}4$
Nồng độ NaLS (%) 0,4
0,6
1		 $550{,}4 \pm 16{,}2$
$548{,}7 \pm 15{,}3$
$547{,}1 \pm 12{,}1$		 $0{,}546 \pm 0{,}029$
$0{,}523 \pm 0{,}012$
$0{,}512 \pm 0{,}034$		 $-28{,}6 \pm 1{,}2$
$-27{,}1 \pm 0{,}8$
$-28{,}7 \pm 1{,}6$
Kích cỡ bi (400 g) Bi to (16 bi 25 g)
Bi nhỏ (200 bi 2 g)
Nhiều cỡ bi phối hợp		 $576{,}4 \pm 20{,}8$
$554{,}8 \pm 22{,}1$
$548{,}5 \pm 20{,}4$		 $0{,}563 \pm 0{,}023$
$0{,}589 \pm 0{,}014$
$0{,}542 \pm 0{,}018$		 $-28{,}4 \pm 1{,}2$
$-25{,}1 \pm 1{,}3$
$-28{,}7 \pm 0{,}4$
Tần số nghiền (Hz) 25
30
35		 $648{,}5 \pm 19{,}4$
$538{,}7 \pm 20{,}6$
$846{,}1 \pm 12{,}9$		 $0{,}441 \pm 0{,}009$
$0{,}543 \pm 0{,}011$
$0{,}612 \pm 0{,}015$		 $29{,}4 \pm 1{,}2$
$28{,}7 \pm 0{,}8$
$25{,}3 \pm 1{,}1$
Thời gian nghiền (phút) 30
40
50
60		 $925{,}8 \pm 19{,}4$
$563{,}6 \pm 10{,}9$
$618{,}5 \pm 24{,}7$
$625{,}3 \pm 9{,}3$		 $0{,}823 \pm 0{,}019$
$0{,}518 \pm 0{,}012$
$0{,}707 \pm 0{,}026$
$0{,}713 \pm 0{,}021$		 $-29{,}4 \pm 1{,}2$
$-28{,}6 \pm 0{,}7$
$-30{,}4 \pm 1{,}3$
$-32{,}5 \pm 0{,}8$
  • Đặc tính của bột nano berberin sau đông khô:
    • Cảm quan: Bột màu vàng tương tự như nguyên liệu ban đầu.
    • Kích thước và thế zeta: Hỗn dịch sau nghiền có $\text{KTTP} = 563{,}4 \pm 10{,}9\text{ nm}$, $\text{PDI} = 0{,}548 \pm 0{,}029$, thế zeta đạt $-28{,}1 \pm 1{,}5\text{ mV}$. Sau đông khô, bột tái phân tán có $\text{KTTP} = 570{,}7 \pm 13{,}6\text{ nm}$, $\text{PDI} = 0{,}576 \pm 0{,}034$, thế zeta đạt $-28{,}6 \pm 1{,}1\text{ mV}$ (tăng nhẹ không đáng kể).
    • Độ hòa tan in vitro (tại đệm pH 6,8): Bột nano berberin cải thiện tốc độ hòa tan rõ rệt so với nguyên liệu.
Thời gian (phút) Berberin nguyên liệu (%) Bột nano berberin (%)
5 16,22 26,31
10 19,17 29,57
15 19,98 29,86
30 20,76 30,39
60 20,87 30,92
  • Phân tích nhiệt vi sai (DSC): Điểm chảy của berberin nguyên liệu xuất hiện tại $72{,}4^\circ\text{C}$; $105{,}9^\circ\text{C}$; $206{,}2^\circ\text{C}$; $215{,}0^\circ\text{C}$. Mẫu bột nano berberin có các đỉnh tương ứng tại $69{,}2^\circ\text{C}$; $101{,}4^\circ\text{C}$; $205{,}4^\circ\text{C}$; $221{,}4^\circ\text{C}$. Sự dịch chuyển nhẹ là do tương tác với tá dược HPMC E6 và NaLS; quá trình nghiền bi không làm biến đổi trạng thái kết tinh của dược chất sang vô định hình hoàn toàn.
  • Bàn luận chuyên sâu: Kỹ thuật nghiền bi giúp loại bỏ dung môi độc hại (như hexan trong phương pháp EPN), sử dụng tỷ lệ tá dược thấp (1% HPMC E6 và 0,4% NaLS) giúp nâng cao độ an toàn sinh học. Tuy nhiên, kích thước hạt thu được ($570{,}7\text{ nm}$) và chỉ số đa phân tán ($\text{PDI} = 0{,}576$) lớn hơn so với các phương pháp kết tủa hay đồng nhất hóa áp suất cao, dẫn đến mức độ cải thiện độ hòa tan sau 60 phút đạt 30,92% (chưa đạt mức hòa tan hoàn toàn như phương pháp hóa học).

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Chương 4 đúc kết toàn bộ kết quả nghiên cứu theo đúng 2 mục tiêu đề ra và đưa ra các kiến nghị nghiên cứu phát triển tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác lập được công thức và thông số kỹ thuật tối ưu để bào chế nano berberin bằng phương pháp nghiền bi:
    • Thành phần công thức hỗn dịch: 20% Berberin clorid ($1\text{ g}$), 1% HPMC E6 ($0{,}05\text{ g}$), 0,4% NaLS ($0{,}02\text{ g}$), nước cất vừa đủ khoảng $5\text{ ml}$.
    • Thông số nghiền bi: Tổng khối lượng bi zirconium oxid là $400\text{ g}$ phối hợp 4 cỡ bi (4 bi 25 g, 10 bi 10 g, 20 bi 5 g, 50 bi 2 g); tần số nghiền $30\text{ Hz}$; thời gian nghiền $40\text{ phút}$.
    • Thông số đông khô: Nhiệt độ đông khô từ $-85^\circ\text{C}$ đến $-80^\circ\text{C}$ trong thời gian $24\text{ giờ}$.
  • Bột nano berberin thu được đạt kích thước tiểu phân trung bình $570{,}7 \pm 13{,}6\text{ nm}$, chỉ số đa phân tán $\text{PDI} = 0{,}576 \pm 0{,}034$, thế zeta $-28{,}6 \pm 1{,}1\text{ mV}$.
  • Tốc độ hòa tan trong đệm $\text{pH} = 6{,}8$ của bột nano sau 5 phút đạt $26{,}31%$ (cao gấp 1,62 lần so với nguyên liệu thô đạt $16{,}22%$), và sau 60 phút đạt $30{,}92%$ (so với nguyên liệu thô đạt $20{,}87%$).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Ứng dụng quy trình nghiền ướt với lượng tá dược tối thiểu (1% HPMC E6 và 0,4% NaLS) để vừa đảm bảo độ bền vững của hệ hỗn dịch, vừa hạn chế độc tính của chất diện hoạt ion hóa đối với cơ thể.
  • Phối hợp nhiều kích cỡ bi trong cùng một mẻ nghiền nhằm tối ưu hóa diện tích tiếp xúc và lực va đập cơ học.

Đóng góp về mặt học thuật và thực tiễn

Tác giả đã xây dựng thành công quy trình bào chế nano berberin dạng rắn bằng kỹ thuật nghiền bi kết hợp đông khô. Quy trình này không cần sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại như hexan hay dicloromethan vốn phổ biến trong các phương pháp hóa lý tạo nano khác, đồng thời cung cấp đầy đủ bộ dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về động học giảm kích thước hạt dưới ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật máy nghiền bi hành tinh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Kích thước tiểu phân hạt nano thu được bằng phương pháp nghiền bi ($570{,}7\text{ nm}$) vẫn còn tương đối lớn, chưa đạt được kích thước dưới $200\text{ nm}$ như các phương pháp kết tủa dung môi hay đồng nhất hóa áp suất cao.
  • Khoảng phân bố kích thước hạt còn rộng ($\text{PDI} = 0{,}576 > 0{,}3$).
  • Trạng thái tinh thể của dược chất không bị chuyển đổi sang dạng vô định hình hoàn toàn sau khi nghiền, do đó độ hòa tan sau 60 phút chỉ đạt $30{,}92%$, chưa giải phóng hoàn toàn hoạt chất.
  • Khóa luận mới dừng lại ở đánh giá đặc tính lý hóa in vitro, chưa tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học hay sinh khả dụng in vivo.

Hướng nghiên cứu tiếp theo (theo đề xuất của tác giả)

  1. Thử nghiệm tác dụng sinh học của bột nano berberin đã bào chế được, cụ thể là đánh giá khả năng kháng nấm và kháng khuẩn.
  2. Ứng dụng bột nano berberin để nghiên cứu phát triển thành các dạng thuốc thành phẩm hoàn chỉnh như viên nén, viên nang cứng hoặc viên nang mềm.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên, học viên và nghiên cứu viên ngành Dược học: Đặc biệt là chuyên ngành Bào chế và Công nghệ Dược phẩm khi tìm hiểu về kỹ thuật nghiền bi hành tinh, kỹ thuật đông khô và phương pháp đánh giá hệ phân tán nano thuốc.
  • Người làm đề tài nghiên cứu về berberin hoặc các hoạt chất tự nhiên kém tan: Cung cấp thông số thực nghiệm chi tiết về sự phối hợp giữa polyme thân nước (HPMC E6) và chất diện hoạt (NaLS), quy trình xây dựng đường chuẩn quang phổ UV-VIS tại bước sóng $348\text{ nm}$, cùng các thông số vận hành thiết bị tán xạ laser Horiba SZ100 và phân tích nhiệt DSC.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại chọn nồng độ chất diện hoạt NaLS là 0,4% thay vì các nồng độ cao hơn như 0,6% hay 1%? Kết quả khảo sát cho thấy kích thước tiểu phân của nano berberin khi dùng NaLS ở các nồng độ 0,4%, 0,6% và 1% có sự khác biệt không đáng kể (lần lượt là $550{,}4\text{ nm}$; $548{,}7\text{ nm}$ và $547{,}1\text{ nm}$). Do NaLS là chất diện hoạt anion có khả năng gây kích ứng và độc tính ở hàm lượng cao, nồng độ 0,4% được lựa chọn để đảm bảo sử dụng ít tá dược nhất nhưng vẫn duy trì độ ổn định cho hệ nano và tăng tính an toàn sinh học.

2. Tại sao khi tăng thời gian nghiền lên 50 và 60 phút thì kích thước tiểu phân hạt nano lại tăng lên so với khi nghiền 40 phút? Ở thời gian nghiền 40 phút, lực cơ học phân chia hạt đạt hiệu quả tối ưu ($\text{KTTP} = 563{,}6\text{ nm}$, $\text{PDI} = 0{,}518$). Khi kéo dài thời gian nghiền lên 50 và 60 phút, năng lượng bề mặt của các tiểu phân kích thước nhỏ tích tụ lớn kết hợp với nhiệt sinh ra trong buồng nghiền kéo dài khiến các tiểu phân có xu hướng kết tập và kết tụ lại với nhau, làm kích thước hạt tăng lên lần lượt là $618{,}5\text{ nm}$ và $625{,}3\text{ nm}$.

3. Phương pháp nghiền bi có làm chuyển đổi berberin từ dạng kết tinh sang dạng vô định hình hay không? Kết quả phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) cho thấy berberin nguyên liệu có các điểm chảy tại $72{,}4^\circ\text{C}$; $105{,}9^\circ\text{C}$; $206{,}2^\circ\text{C}$ và $215{,}0^\circ\text{C}$, trong khi mẫu bột nano berberin có các điểm chảy tại $69{,}2^\circ\text{C}$; $101{,}4^\circ\text{C}$; $205{,}4^\circ\text{C}$ và $221{,}4^\circ\text{C}$. Sự dịch chuyển nhỏ này do ảnh hưởng của tá dược HPMC E6 và NaLS trong công thức, chứng minh quá trình nghiền bi không làm thay đổi trạng thái kết tinh ban đầu của berberin.

4. Kích cỡ và cách phối hợp bi zirconium oxid tối ưu trong nghiên cứu được xác định như thế nào? Nghiên cứu sử dụng tổng khối lượng $400\text{ g}$ bi zirconium oxid. Việc phối hợp đồng thời 4 kích cỡ bi (gồm 4 bi 25 g, 10 bi 10 g, 20 bi 5 g và 50 bi 2 g) cho kết quả kích thước hạt nhỏ nhất ($548{,}5\text{ nm}$) và PDI thấp nhất ($0{,}542$) so với việc chỉ sử dụng đơn độc bi to 25 g ($576{,}4\text{ nm}$) hoặc bi nhỏ 2 g ($554{,}8\text{ nm}$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trịnh Thị Duyên đã nghiên cứu thành công quy trình bào chế nano berberin bằng kỹ thuật nghiền bi kết hợp đông khô với công thức tối ưu gồm 20% berberin clorid, 1% HPMC E6 và 0,4% NaLS. Bột nano berberin thu được có kích thước tiểu phân trung bình $570{,}7\text{ nm}$, thế zeta $-28{,}6\text{ mV}$ và bảo toàn được trạng thái kết tinh của dược chất. Chế phẩm nano rắn đã cải thiện tốc độ hòa tan in vitro trong môi trường đệm pH 6,8 gấp 1,62 lần sau 5 phút so với berberin nguyên liệu thô, tạo tiền đề thực nghiệm quan trọng cho việc phát triển các dạng thuốc thành phẩm có sinh khả dụng cao từ nguồn dược liệu tự nhiên.