Nghiên cứu bào chế Nano Berberin - Luận văn của Trịnh Thị Duyên, ĐHQG Hà Nội

Tài liệu trình bày chi tiết nghiên cứu bào chế nano berberin bằng phương pháp nghiền bi, giúp cải thiện độ hòa tan và tăng sinh khả dụng của hoạt chất.

• Tác giả: Trịnh Thị Duyên
• Người hướng dẫn: Pgs. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa Y-Dược
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Nghiên cứu bào chế nano berberin
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Berberin và Công nghệ Nano

Berberin là một alkaloid tự nhiên có nguồn gốc từ các loại thực vật như cây Tiểu Huỳnh Bì, với đặc tính dược lý vô cùng quý giá. Nano berberin là sản phẩm tiên tiến kết hợp giữa berberin nguyên liệu và công nghệ nano hiện đại. Berberin được biết đến với các tác dụng chữa bệnh như hạ glucose máu, kháng khuẩn, và hỗ trợ điều trị các bệnh viêm nhiễm. Công thức hóa học của berberin clorid (C₂₀H₁₈NO⁺Cl⁻) cho phép nó hoạt động hiệu quả trong cơ thể. Tuy nhiên, độ hòa tan thấp của berberin nguyên liệu hạn chế sinh khả dụng. Công nghệ nano giải quyết vấn đề này bằng cách giảm kích thước hạt, tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng hấp thu của thuốc.

1.1. Đặc điểm hóa học và dược động học của Berberin

Berberin clorid là một alkaloid isoquinoline có cấu trúc phẳng, phân tử lượng 336.36 g/mol. Dược động học của berberin cho thấy khả năng hấp thu kém, sinh khả dụng thấp khoảng 5-10%. Berberin dễ bị chuyển hóa trong gan và có thể bị loại bỏ nhanh chóng. Các chế phẩm berberin hiện tại trên thị trường bao gồm viên nén, viên nang, và dung dịch uống. Để tăng hiệu quả điều trị, các nhà khoa học tìm cách cải thiện sinh khả dụng thông qua công nghệ bào chế tiên tiến như nano hóa.

1.2. Vai trò của công nghệ Nano trong cải thiện hiệu lực thuốc

Công nghệ nano cho phép tạo ra các hạt thuốc có kích thước từ 1-1000 nm, tăng diện tích tiếp xúc với mô bênh. Giảm kích thước tiểu phân nano berberin giúp cải thiện đáng kể độ hòa tan, tốc độ hòa tan và sinh khả dụng. Hạt nano có thể dễ dàng xuyên qua màng tế bào, nâng cao hiệu suất hấp thu dược chất. Ngoài ra, công nghệ này giúp ổn định berberin, giảm độc tính và tác dụng phụ, mở ra tiềm năng ứng dụng lâm sàng rộng lớn.

II. Quy trình Bào chế Nano Berberin bằng Phương pháp Nghiền Bi

Phương pháp nghiền bi là kỹ thuật bào chế được sử dụng phổ biến để tạo ra nano berberin với kích thước hạt tối ưu. Quy trình này liên quan đến việc nghiền berberin nguyên liệu cùng với các tá dược như polyme, chất diện hoạt và viên bi trong thiết bị nghiền đặc biệt. Quá trình bào chế bao gồm các bước: chuẩn bị hỗn hợp, nghiền bi trong điều kiện kiểm soát, và sấy để tạo bột nano berberin cuối cùng. Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt bao gồm loại tá dược, nồng độ, kích cỡ viên bi, tốc độ và thời gian nghiền. Phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác kích thước nano, với kích thước tiểu phân (KTTP) có thể đạt dưới 200 nm.

2.1. Các tá dược và nguyên liệu cần thiết

Berberin clorid là nguyên liệu chính với độ tinh khiết hóa học cao. Polyme như HPMC (Hydroxypropyl methylcellulose) và PVP (Polyvinyl pyrrolidon) đóng vai trò ổn định hạt nano, ngăn chặn sự tập hợp lại. Chất diện hoạt như Natri lauryl sulfat (NaLS) giảm căng bề mặt, giúp tạo hạt nhỏ hơn. Ngoài ra cần sử dụng viên bi từ các vật liệu khác nhau (kích cỡ 1-5mm), và dung môi thích hợp để tạo hỗn dịch bào chế.

2.2. Điều kiện tối ưu của quy trình nghiền bi

Điều kiện tối ưu bào chế nano berberin được xác định thông qua nghiên cứu hệ thống. Loại polyme: HPMC cho kết quả tốt hơn PVP với kích thước tiểu phân nhỏ hơn. Nồng độ polyme tối ưu từ 1-2% giúp ổn định hạt mà không tăng độ nhớt. Chất diện hoạt NaLS ở nồng độ 0.5-1% cho hiệu quả tốt nhất. Kích cỡ viên bi 1-2mm, tốc độ nghiền 400-600 rpm, và thời gian nghiền 2-4 giờ cho kích thước nano berberin tối ưu dưới 150 nm với chỉ số phân bố kích thước (PDI) thấp.

III. Kết quả Nhận được từ Nghiên cứu

Nghiên cứu bào chế nano berberin đã đạt được các kết quả đáng kể, cải thiện chất lượng sản phẩm dược học. Kích thước tiểu phân của nano berberin cuối cùng được giảm từ kích thước ban đầu của berberin nguyên liệu (thường > 1000 nm) xuống dưới 150 nm, tăng hơn 10 lần diện tích bề mặt. Chỉ số phân bố kích thước (PDI) đạt giá trị tối ưu khoảng 0.2-0.3, cho thấy sự phân bố kích thước đều đặn. Thế zeta của hỗn dịch nano berberin đạt giá trị cao (> ±25 mV), đảm bảo ổn định hóa học dài hạn. Độ hòa tan của bột nano berberin cải thiện đáng kể so với berberin nguyên liệu, từ ~5% lên > 80% trong nước, tạo nền tảng cho sinh khả dụng cao hơn.

3.1. Kích thước hạt và độ đồng đều phân bố

Kích thước tiểu phân (KTTP) của nano berberin đạt được trong phạm vi 80-150 nm sau tối ưu hóa. Chỉ số phân bố kích thước (PDI) từ 0.2-0.35 cho thấy hạt nano có kích thước phân bố rất đồng đều. Loại polyme HPMC cho KTTP nhỏ nhất khoảng 85-90 nm. Tăng nồng độ polyme từ 0.5% đến 2% giúp giảm KTTP từ 180 nm xuống 95 nm. Chất diện hoạt NaLS cũng ảnh hưởng tích cực, giảm KTTP từ 210 nm (không có) xuống 110 nm (nồng độ tối ưu 0.75%).

3.2. Độ hòa tan và tính ổn định của sản phẩm

Độ hòa tan của berberin nguyên liệu chỉ khoảng 4-5% trong nước. Sau khi bào chế nano berberin với phương pháp nghiền bi, độ hòa tan tăng lên 75-85% trong nước cùng điều kiện. Bột nano berberin có thể hòa tan nhanh trong 30 phút, so với berberin nguyên liệu cần 2-3 giờ. Thế zeta dương từ +28 mV đến +35 mV đảm bảo ổn định tĩnh điện lâu dài. Tính ổn định lưu trữ được kiểm tra qua 3 tháng ở điều kiện 25°C/60% độ ẩm, không thấy sự tập hợp hoặc kết tinh lại.

IV. Ý Nghĩa Lâm Sàng và Triển Vọng Ứng Dụng

Sản phẩm nano berberin bào chế thành công mở ra nhiều cơ hội ứng dụng lâm sàng quan trọng. Với sinh khả dụng cải thiện đáng kể, nano berberin có khả năng hạ glucose máu hiệu quả hơn, hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường loại 2. Khả năng chống viêm và kháng khuẩn được tăng cường do diện tích tiếp xúc lớn hơn, phù hợp điều trị các bệnh nhiễm khuẩn. Hạt nano berberin có thể được ứng dụng trong các dạng bào chế hiện đại như viên nang mềm, gel, hoặc các chế phẩm liposomal. Khả năng giảm liều lượng thuốc cần thiết nhờ sinh khả dụng cao giúp giảm tác dụng phụ. Công nghệ này cũng mở đường cho sản xuất các chế phẩm berberin kết hợp với các hoạt chất khác nhằm tăng hiệu quả điều trị.

4.1. Ứng dụng trong điều trị bệnh và phòng chống

Nano berberin với sinh khả dụng cao có tiềm năng lớn trong điều trị bệnh tiểu đường, hạ mức cholesterol và triglycerid máu. Khả năng kháng khuẩn được cải thiện phù hợp điều trị các bệnh viêm dạ dày, tiêu chảy do vi khuẩn. Trong y học cổ truyền, berberin được sử dụng để hạ sốt, kháng viêm, nano berberin sẽ tăng hiệu quả điều trị. Liều lượng thấp hơn có thể đạt kết quả tương đương, giảm tác dụng phụ như rối loạn tiêu hóa.

4.2. Triển vọng phát triển dạng bào chế mới

Bột nano berberin có thể được sử dụng để phát triển viên nang mềm, tablet, hoặc gel với tốc độ hòa tan nhanh. Công nghệ liposomal kết hợp với nano berberin sẽ tăng khả năng nhân lên gấp mấy lần. Dạng bào chế vô căn, không chứa lactose phù hợp cho bệnh nhân có dị ứng. Chế phẩm thích ứng như thuốc thẩm thấu bao ruột hay màng tan tại vị trí đặc định. Tương lai có thể phát triển nano berberin cho tiêm truyền hoặc điều trị lâm sàng ngoài tiêu hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vài nét về berberin Berberin là một loại isoquinolin alcaloid, màu vàng [28]. Berberin có thể dễ dàng chiết xuất từ thực vật hoặc tổng hợp hóa học, thường có trong rễ, thân rễ, vỏ của những cây thuộc chi Berberis, Hydrastis candensis, Coptis với hàm lượng khoảng 1,5 – 3% và chiếm ít nhất 82% so với alcaloid toàn phần [4]. Berberin thường được sử dụng trong lâm sàng ở dạng berberin clorid, berberin sulfat [28].1 Công thức hóa học và tên gọi Công thức hóa học: Hình 1. Công thức hóa học của berberin clorid Công thức phân tử: C20H18NO4Cl.2H2O Tên khoa học: 5,6-dihydro-8,9-dimethoxy-1,3-dioxa-6a-azoniaindeno(5,6-a)anthracen clorid dihydrat [6].2 Tính chất lý, hóa Lý tính: - Cảm quan: tinh thể hay bột kết tinh màu vàng, không mùi, có vị rất đắng.

- Độ chảy khi ở dạng base là 1450C (bị phân hủy) [6]. - Độ tan: Dạng base tan chậm trong nước, hơi tan trong ethanol, khó tan trong ether. Dạng muối clorid tan ở tỉ lệ 1/400 trong nước, dễ tan trong nước sôi, tan trong ethanol, thực tế không tan trong chloroform và ether. Dạng muối sulfat dễ tan trong nước ở tỷ lệ 1/30, tan trong ethanol [6].

Độ tan trong nước của berberin phụ thuộc vào pH, độ tan cao nhất khi pH xấp xỉ 7 [9]. - Berberin không có C bất đối nên không có đồng phân quang học [6]. 2 Hóa tính: - Hóa tính của N: berberin có tính chất như một base yếu, tạo muối bằng cách thay thế nhóm OH, việc tạo muối berberin không giống như các alcaloid khác mà muối tạo thành giống muối của hydroxyd kim loại, nghĩa là có loại phân tử nước [6]. - Hóa tính của oxy: berberin kém ổn định trong môi trường kiềm mạnh, N không vững bền, trong môi trường kiềm mạnh dễ hỗ biễn mở vòng, cho chức aldehyd gọi là berberinal [6].

- Hóa tính mạch kép: berberin có thể mất mạch kép tại nhân giữa để cho các hydro alkaloid không màu [6].3 Định tính Theo Dược điển Việt Nam V, các phương pháp định tính berberin clorid [3]: - Phương pháp A: so sánh phổ hấp thụ hồng ngoại của chế phẩm với phổ hấp thụ hồng ngoại của berberin clorid chuẩn. - Phương pháp B: hòa tan 0,1 g chế phẩm trong 20 ml nước bằng cách đun nóng. Thêm 0,5 ml acid nitric đậm đặc (TT), làm lạnh, để yên 10 min, lọc. Lấy 3 ml dịch lọc và thêm 1 ml dung dịch bạc nitrat 2 % (TT), sẽ xuất hiện tủa trắng.

Tủa này không tan trong acid nitric loãng (TT), nhưng tan được trong dung dịch amoniac (TT) quá thừa. - Phương pháp C: hòa tan 5 mg chế phẩm trong 10 ml dung dịch acid hydrocloric 10% (TT). Lắc đều, thêm một ít bột cloramin B (TT) sẽ có màu đỏ anh đào.4 Định lượng Để định lượng berberin clorid dùng các phương pháp sau: - Phương pháp sắc kí lỏng [3]. - Phương pháp đo quang phổ hấp thụ UV-VIS [2].

- Phương pháp cân [1]. - Phương pháp thể tích [1].5 Tác dụng dược lý Berberin có nhiều tác dụng dược lý như kháng khuẩn [10], kháng virut [14], hạ sốt, chống tiêu chảy và chống viêm [32]. Tác dụng chống viêm của berberin thông qua sự ức chế protein hoạt hóa 1 (AP-1), một yếu tố phiên mã quan trọng trong quá trình 3 viêm [31]. Berberin có tác dụng điều trị các bệnh nhiễm trùng đường ruột bằng cách ức chế sự tăng sinh của vi khuẩn Helicobacter pylori [18].

Gần đây, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng berberin có tác dụng điều trị bệnh đái tháo đường type 2 thông qua kích thích hoạt hóa adenosine monophosphate - activated protein kinase [16]. Berberin cũng được báo cáo là một tác nhân giảm cholesterol mới, cơ chế hoạt động khác biệt so với nhóm statins [15]. Berberin đã được chứng minh là có tác dụng tốt trên nhiều bệnh tim mạch như huyết áp, chống loạn nhịp, tăng co bóp tim, giảm sức cản ngoại vi và huyết áp, phòng ngừa huyết khối tĩnh mạch [12]. Ngoài ra, berberin cũng cho thấy tác dụng tốt trên hệ thần kinh.

Trong quá trình thiếu máu não, berberin chống apoptosis, bảo vệ chống lại tổn thương tế bào thần kinh, cải thiện tuần hoàn máu não [28]. Berberin là một chất ức chế thuận nghịch acetylcholinesterase, giúp cải thiện việc học và trí nhớ đối với bệnh Alzheimer [28]. Hoạt tính chống trầm cảm của berberin thông qua điều khiển các amin sinh học của não như: norepinephrin, serotonin, và dopamin, các thụ thể oxyd, và/hoặc thụ thể sigma [20]. Berberin còn có thể sử dụng để điều trị nhiều bệnh ung thư khác nhau như ung thư biểu mô tế bào gan [25], ung thư ruột kết ở người [31].6 Dược động học Berberin được đưa vào cơ thể qua đường uống là thích hợp nhất đặc biệt là điều trị các bệnh mãn tính.

Sinh khả dụng đường uống của thuốc phụ thuộc vào tỷ lệ và mức độ hòa tan của thuốc trong dịch tiêu hóa, tính thẩm thấu của nó. Quá trình hấp thu thuốc xảy ra chủ yếu ở ruột non [9]. Một số nghiên cứu cho thấy sinh khả dụng của berberin dùng đường uống ở người tình nguyện khỏe mạnh là tương đối thấp (<5%), với Cmax = 0,44 ± 0,42 ng/ml, Tmax = 9,8 ± 6,6 h [4], [9]. Sự chuyển hóa của berberin trong cơ thể có liên quan đến cấu tạo hóa học của nó.

Berberin là một alcaloid amin bậc bốn liên kết dễ dàng với protein huyết tương, nên ảnh hưởng đến phân bố và mức độ hoạt động [28]. 4 Một số nghiên cứu trên động vật chỉ ra rằng berberin được chuyển hóa qua gan và bài tiết qua mật. Đồng thời, một số nghiên cứu khác lại cho thấy thuốc có thể bị bài tiết ở thận [9].7 Một số chế phẩm chứa berberin trên thị trường Berberin được dùng phổ biến dưới dạng viên nén, viên nang, viên nén bao phim, viên nén bao đường với hàm lượng là 10 mg, 25 mg, 50 mg/ viên. Berberin thường dùng đơn độc hoặc có thể thêm một số thành phần khác như mộc hương, ba chẽ,… Bảng 1.

Một số chế phẩm chứa berberin trên thị trường Tên biệt Hàm Dạng bào chế Nhà sản xuất dược lượng Berberin Công ty Cổ phần Hóa - Dược phẩm 100 mg Viên nang 100mg Mekophar Berberin 50 mg Viên nén Công ty cổ phần Dược trung ương 3 50mg Viên nén bao Loberin 25 mg Công ty cổ phần Dược phẩm Nam Hà phim Công ty Cổ phần Dược phẩm Cửu Berberin 10 10 mg Viên bao đường Long 1.2 Tổng quan về hạt nano thuốc 1.1 Vài nét về công nghệ nano Công nghệ nano có lịch sử phát triển lâu dài, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hóa học, sinh học, vật lý, khoa học vật liệu, y học,…. Công nghệ nano được định nghĩa là các công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước ở quy mô nanomet, nhỏ hơn 1µm [8], [23]. Hệ thống dựa trên công nghệ nano được phân chia thành vật liệu nano và thiết bị nano. Trong đó, vật liệu nano lại được chia nhỏ thành tinh thể nano và vật liệu có cấu trúc nano (gồm vật liệu dựa vào polyme như dendrimer, hạt nano, micell và không dựa vào polyme như ống nano cacbon, hạt nano kim loại, dấu chấm lượng tử) [21].

Trong y học, công nghệ nano dùng để chẩn đoán sớm và chính xác, điều trị hiệu quả với ít tác dụng phụ, đánh giá hiệu quả điều trị không xâm lấn [11].2 Ảnh hưởng của kích thước nano đến sinh khả dụng của một thuốc Một thuốc có sinh khả dụng kém là thuốc có độ tan trong nước kém và, hoặc tốc độ hòa tan chậm trong dịch sinh học, khả năng thấm kém qua màng sinh học, hoặc bị chuyển hóa mạnh [21]. Công nghệ nano tạo ra các hạt nano thuốc với kích thước nhỏ có thể tăng độ tan, tốc độ hòa tan, tăng khả năng bám dính lên bề mặt, màng tế bào từ đó tăng sinh khả dụng của thuốc, đem lại hiệu quả điều trị cao hơn. a) Kích thước nano làm tăng độ tan và tốc độ hòa tan: Tăng độ tan bão hòa Cs Với các dược chất có kích thước trong phạm vi micromet, độ tan là hằng số chỉ phụ thuộc vào tính chất lý hóa, môi trường hòa tan, nhiệt độ. Nhưng khi tiểu phân có kích thước nanomet (< 1µm), độ tan bị ảnh hưởng nhiều bởi kích thước hạt.

Điều này được giải thích thông qua phương trình Kelvin và phương trình Ostwalde – Freundlich. Phương trình Kelvin: 𝑃𝑟 2𝛾𝑀𝑟 𝑙𝑛 = 𝑃∞ 𝑟𝑅𝑇𝜌 Trong đó: P r là áp lực hòa tan một hạt có bán kính r, P ∞ là áp lực hòa tan một hạt vô cùng lớn, Ɣ là sức căng bề mặt, R là hằng số khí, T là nhiệt độ tuyệt đối, r là bán kính của hạt, M r là khối lượng phân tử, ρ là mật độ hạt. Phương trình Kelvin ban đầu được sử dụng để mô tả áp suất hơi trên bề mặt cong của một giọt chất lỏng trong khí, sau được mở rộng với các tiểu phân chất rắn. Theo đó, áp lực hòa tan tăng lên khi kích thước tiểu phân giảm.

Ở trạng thái bão hòa, xảy ra cân bằng động giữa các phân tử hòa tan và các phân tử đang kết tinh. Khi áp lực hòa tan tăng có thể làm chuyển dịch cân bằng và do đó làm tăng khả năng hòa tan của dược chất. Phương trình Ostwalde – Freundlich: Cs 2σV log = Cα 2.303𝑅𝑇ρr Trong đó: Cs là độ tan bão hòa, Cα là độ hòa tan chất rắn, σ là lực căng liên kết của chất, V là thể tích của vật liệu hạt, R là hằng số khí, T là nhiệt độ tuyệt đối, ρ là mật độ của vật rắn, r là bán kính của hạt. 6 Từ phương trình Ostwalde - Freundlich, cho thấy độ hòa tan bão hòa (Cs) của thuốc tăng khi giảm kích thước hạt r.

Mặc dù vậy, hiệu ứng này là không đáng kể cho các hạt lớn hơn nhưng sẽ được áp dụng cho các vật liệu có kích thước hạt trung bình dưới 1 - 2 µm, đặc biệt là dưới 200nm [30]. b) Tăng tốc độ hòa tan Theo mô tả của Nernst–Brunner và Levich biến đổi từ mô hình của Noyes – Whitney, tốc độ hòa tan của dược chất được biểu diễn theo phương trình sau [5], [23], [30]: 𝑑𝑀 𝐷 = S. (𝐶𝑠 - C) 𝑑𝑡 ℎ Trong đó: dM/dt là tốc độ hòa tan của dược chất, D là hệ số khuếch tán, S là diện tích bề mặt tiểu phân, Cs là độ tan bão hòa của dược chất, C là nồng độ dược chất tại thời điểm t, h là bề dày lớp khuếch tán. Tốc độ hòa tan của các hạt nano tăng lên có thể do các nguyên nhân: tăng diện tích bề mặt, giảm bề dày lớp khuếch tán, tăng độ tan bão hòa.