Tổng quan nghiên cứu

Artesunat (ART) là một dẫn chất của artemisinin, được sử dụng rộng rãi trong điều trị sốt rét, đặc biệt là sốt rét thể não do Plasmodium falciparum. Ngoài tác dụng chống sốt rét, ART còn được chứng minh có khả năng chống ung thư trên nhiều dòng tế bào như bạch cầu, đại tràng, ung thư vú, tuyến tiền liệt với nồng độ ức chế phát triển tế bào (GI50) thấp, thể hiện hiệu quả cao và độc tính thấp hơn nhiều thuốc điều trị ung thư truyền thống. Tuy nhiên, ART có tính chất khó tan trong nước (khoảng 52,6 mg/L ở 25°C) và thời gian bán thải ngắn (khoảng 2,3 đến 4,3 phút khi tiêm tĩnh mạch), làm hạn chế sinh khả dụng và hiệu quả điều trị.

Công nghệ nano polyme, đặc biệt là sử dụng poly (acid lactic-co-glycolic) (PLGA) và polyethylen glycol (PEG), được nghiên cứu nhằm cải thiện sinh khả dụng, kiểm soát giải phóng dược chất và kéo dài thời gian tuần hoàn của ART trong cơ thể. PLGA là polyme phân hủy sinh học có khả năng kiểm soát giải phóng thuốc, tương thích sinh học cao, nhưng dễ bị bắt giữ bởi hệ thực bào và tương tác không đặc hiệu với protein. PEG được dùng để bao phủ bề mặt tiểu phân nano PLGA, tạo lớp áo thân nước giúp giảm bắt giữ bởi đại thực bào, kéo dài thời gian tuần hoàn và tăng khả năng phân phối thuốc đến khối u đích.

Nghiên cứu này được thực hiện tại Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm 2016 với mục tiêu xây dựng công thức bào chế tiểu phân nano artesunat-poly (acid lactic-co-glycolic) bao polyethylen glycol và đánh giá các đặc tính lý hóa của hệ nano này. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công thức và quy trình bào chế đến kích thước tiểu phân, chỉ số đa phân tán, thế zeta, hiệu suất mang thuốc, khả năng nạp thuốc và khả năng giải phóng dược chất in vitro. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các dạng thuốc nano cải tiến, nâng cao hiệu quả điều trị ART, đặc biệt trong ứng dụng chống ung thư.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Dược động học và dược lực học của artesunat: ART nhanh chóng thủy phân thành dihydroartemisinin (DHA) có hoạt tính, với thời gian bán thải ngắn, đòi hỏi công nghệ bào chế để kéo dài tác dụng.
  • Công nghệ nano polyme: Tiểu phân nano polyme (PNPs) có kích thước từ 1-1000 nm, được bào chế từ các polyme phân hủy sinh học như PLGA, có khả năng bảo vệ dược chất, kiểm soát giải phóng và hướng đích thuốc.
  • Mô hình bào chế tiểu phân nano PLGA-PEG: PEG bao phủ bề mặt tiểu phân PLGA tạo lớp áo thân nước, giảm tương tác với hệ miễn dịch, kéo dài thời gian tuần hoàn và cải thiện phân bố thuốc.
  • Các khái niệm chính:
    • Kích thước tiểu phân (KTTP)
    • Chỉ số đa phân tán (PDI)
    • Thế zeta (điện tích bề mặt)
    • Hiệu suất mang thuốc (Encapsulation Efficiency - EE)
    • Khả năng nạp thuốc (Drug Loading Capacity - LC)
    • Giải phóng dược chất in vitro và mô hình động học giải phóng

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính gồm artesunat chuẩn, PLGA 50:50, PEG 2000 và PLGA-PEG, các hóa chất và tá dược khác đạt tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam và quốc tế.
  • Phương pháp bào chế: Sử dụng phương pháp nhũ hóa và bốc hơi dung môi để tạo tiểu phân nano ART-PLGA, sau đó bao phủ bằng PEG theo ba cách phối hợp khác nhau hoặc sử dụng copolyme PLGA-PEG trong pha dầu.
  • Phương pháp đánh giá đặc tính:
    • Kích thước tiểu phân và phân bố kích thước bằng tán xạ ánh sáng động (DLS) trên máy Zetasizer NanoZS90.
    • Thế zeta đo bằng phương pháp điện di động.
    • Hình thái cấu trúc tiểu phân quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
    • Định lượng ART bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) với detector DAD bước sóng 210 nm, thẩm định độ đặc hiệu, độ tuyến tính và độ ổn định hệ thống.
    • Xác định sự có mặt của PEG bằng phương pháp tạo màu với ammonium ferrothiocyanat.
    • Đánh giá hiệu suất mang thuốc và khả năng nạp thuốc dựa trên định lượng ART tự do và toàn phần.
    • Thử nghiệm giải phóng dược chất in vitro trong túi thẩm tích với môi trường đệm phosphat pH 7,4 ở 37°C, lấy mẫu tại nhiều thời điểm trong 48 giờ.
    • Phân tích động học giải phóng bằng các mô hình toán học, lựa chọn mô hình phù hợp dựa trên hệ số xác định hiệu chỉnh (R² adjusted) và tiêu chí Akaike (AIC).
    • Khảo sát độ ổn định kích thước tiểu phân dưới các điều kiện ly tâm và thử nghiệm đông đá - rã đông.
  • Timeline nghiên cứu: Tiến hành trong năm 2016, bao gồm giai đoạn xây dựng công thức, tối ưu hóa, đánh giá đặc tính và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc tính vật lý của tiểu phân nano ART-PLGA-PEG:

    • Kích thước tiểu phân dao động trong khoảng 153,6 - 174,7 nm tùy theo tỷ lệ PEG/PLGA và phương pháp phối hợp.
    • Chỉ số đa phân tán (PDI) nằm trong khoảng 0,11 - 0,32, cho thấy phân bố kích thước tiểu phân tương đối hẹp.
    • Thế zeta âm từ -16 đến -30 mV, thể hiện tính ổn định điện tích bề mặt tốt, giảm khả năng kết tụ.
    • Hiệu suất mang thuốc (EE) đạt khoảng 58% đến 66%, cho thấy khả năng bao gói ART hiệu quả.

  2. Ảnh hưởng của tỷ lệ PEG/PLGA và thời gian phối hợp:

    • Tăng tỷ lệ PEG/PLGA không làm thay đổi đáng kể kích thước và PDI, nhưng có xu hướng làm giảm thế zeta tuyệt đối, giúp tăng tính ổn định.
    • Thời gian phối hợp PEG từ 30 phút đến 12 giờ không ảnh hưởng rõ rệt đến các đặc tính vật lý của tiểu phân nano.

  3. Xác định sự có mặt của PEG:

    • Phương pháp tạo màu với ammonium ferrothiocyanat cho thấy PEG gắn với PLGA trong hệ PLGA-PEG bền vững sau khi rửa loại bỏ Tween 80.
    • Trong khi đó, PEG bao phủ bề mặt tiểu phân ART-PLGA dạng tự do bị rửa trôi sau khi loại bỏ Tween 80, cho thấy phương pháp bao PEG tự do không đảm bảo sự gắn kết chắc chắn.

  4. Khả năng giải phóng dược chất in vitro:

    • Tiểu phân nano ART-PLGA-PEG kiểm soát được sự giải phóng ART, giảm hiện tượng giải phóng ồ ạt ban đầu.
    • Phần trăm giải phóng tích lũy ART đạt khoảng 60% sau 48 giờ, phù hợp với mục tiêu kéo dài tác dụng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng copolyme PLGA-PEG trong pha dầu để bào chế tiểu phân nano ART là phương pháp hiệu quả hơn so với bao PEG tự do sau khi tạo tiểu phân ART-PLGA. Điều này được giải thích do PEG trong copolyme PLGA-PEG liên kết hóa học bền vững với PLGA, giúp duy trì lớp áo thân nước trên bề mặt tiểu phân, giảm tương tác không đặc hiệu với protein và đại thực bào, từ đó kéo dài thời gian tuần hoàn trong máu.

Kích thước tiểu phân nano trong khoảng 150-175 nm phù hợp với yêu cầu tránh bị thanh thải nhanh bởi hệ thực bào và dễ dàng thâm nhập vào mô u nhờ hiệu ứng thấm tăng cường (EPR). Chỉ số PDI thấp chứng tỏ phân bố kích thước đồng đều, giúp ổn định hệ nano và tái lập lại được trong các lô sản xuất.

Hiệu suất mang thuốc đạt trên 60% là mức chấp nhận được, đảm bảo lượng ART được bao gói đủ để phát huy tác dụng. Khả năng giải phóng kéo dài giúp duy trì nồng độ thuốc ổn định trong máu, giảm tần suất dùng thuốc và tăng hiệu quả điều trị.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về nano ART-PLGA hoặc nano ART-PLGA-CS, hệ nano ART-PLGA-PEG cho thấy ưu điểm vượt trội về tính ổn định và kiểm soát giải phóng. Kết quả này phù hợp với báo cáo của các nhà khoa học về vai trò của PEG trong việc cải thiện đặc tính bề mặt và dược động học của tiểu phân nano.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ kích thước tiểu phân, biểu đồ phần trăm giải phóng ART theo thời gian, bảng so sánh các đặc tính vật lý của tiểu phân nano theo các công thức khác nhau, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của các yếu tố công thức và phương pháp bào chế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng copolyme PLGA-PEG trong bào chế tiểu phân nano ART:

    • Khuyến nghị sử dụng copolyme PLGA-PEG thay vì bao PEG tự do để đảm bảo sự gắn kết bền vững và tính ổn định của hệ nano.
    • Thời gian phối hợp PEG nên duy trì khoảng 4 giờ để đạt hiệu quả tối ưu.

  2. Tối ưu tỷ lệ PEG/PLGA trong công thức:

    • Tỷ lệ PEG/PLGA khoảng 0,4 (kl/kl) được đề xuất vì cân bằng tốt giữa kích thước tiểu phân, thế zeta và hiệu suất mang thuốc.
    • Điều chỉnh tỷ lệ này có thể được thực hiện tùy theo mục tiêu điều trị cụ thể.

  3. Phát triển quy trình sản xuất quy mô công nghiệp:

    • Áp dụng phương pháp nhũ hóa và bốc hơi dung môi với kiểm soát nhiệt độ và siêu âm để đảm bảo đồng nhất kích thước tiểu phân.
    • Xây dựng quy trình ly tâm và rửa tiểu phân chuẩn hóa để loại bỏ tá dược dư thừa và chất nhũ hóa.

  4. Nghiên cứu sâu hơn về dược động học và hiệu quả điều trị in vivo:

    • Tiến hành các thử nghiệm dược động học trên mô hình động vật để đánh giá thời gian tuần hoàn và phân bố thuốc.
    • Đánh giá hiệu quả chống ung thư của hệ nano ART-PLGA-PEG trên các dòng tế bào ung thư và mô hình ung thư động vật.

  5. Khảo sát độ ổn định và bảo quản sản phẩm:

    • Thử nghiệm độ ổn định kích thước tiểu phân dưới các điều kiện đông đá - rã đông và ly tâm để đảm bảo tính ổn định trong quá trình bảo quản và vận chuyển.
    • Nghiên cứu các chất bảo vệ phù hợp để duy trì đặc tính hệ nano trong quá trình bảo quản dài hạn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và phát triển dược phẩm:

    • Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các dạng thuốc nano cải tiến, đặc biệt trong lĩnh vực điều trị ung thư và các bệnh nhiễm trùng.

  2. Giảng viên và sinh viên ngành Dược học, Công nghệ dược:

    • Tài liệu tham khảo quý giá về kỹ thuật bào chế tiểu phân nano, phương pháp đánh giá đặc tính vật lý và hóa học của hệ nano.

  3. Doanh nghiệp sản xuất thuốc và công nghệ sinh học:

    • Hướng dẫn xây dựng công thức và quy trình sản xuất tiểu phân nano ART-PLGA-PEG, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả điều trị.

  4. Cơ quan quản lý dược phẩm và y tế:

    • Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá và phê duyệt các sản phẩm thuốc nano mới, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho người bệnh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tiểu phân nano ART-PLGA-PEG có kích thước bao nhiêu?
    Kích thước tiểu phân nano dao động trong khoảng 153,6 đến 174,7 nm, phù hợp với yêu cầu tránh bị thanh thải nhanh và dễ dàng thâm nhập mô u.

  2. PEG có vai trò gì trong hệ nano này?
    PEG tạo lớp áo thân nước trên bề mặt tiểu phân, giảm tương tác với hệ miễn dịch, kéo dài thời gian tuần hoàn và cải thiện phân bố thuốc đến đích.

  3. Phương pháp bào chế nào được sử dụng?
    Phương pháp nhũ hóa và bốc hơi dung môi được áp dụng, kết hợp với siêu âm để tạo nhũ tương đồng nhất, sau đó loại dung môi hữu cơ để thu tiểu phân nano.

  4. Hiệu suất mang thuốc của hệ nano là bao nhiêu?
    Hiệu suất mang thuốc đạt khoảng 58% đến 66%, đảm bảo lượng ART được bao gói hiệu quả trong tiểu phân nano.

  5. Hệ nano có kiểm soát được giải phóng dược chất không?
    Có, hệ nano ART-PLGA-PEG kiểm soát giải phóng ART, giảm hiện tượng giải phóng ồ ạt ban đầu và duy trì giải phóng kéo dài đến 48 giờ.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công công thức bào chế tiểu phân nano artesunat-poly (acid lactic-co-glycolic) bao polyethylen glycol với kích thước tiểu phân khoảng 150-175 nm, PDI thấp và thế zeta âm ổn định.
  • Phương pháp sử dụng copolyme PLGA-PEG trong pha dầu cho kết quả tốt hơn so với bao PEG tự do, đảm bảo sự gắn kết bền vững của PEG trên bề mặt tiểu phân.
  • Hệ nano có hiệu suất mang thuốc trên 60% và khả năng kiểm soát giải phóng dược chất kéo dài, phù hợp với mục tiêu nâng cao sinh khả dụng và hiệu quả điều trị ART.
  • Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển các dạng thuốc nano cải tiến cho điều trị ung thư và các bệnh lý khác.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu dược động học và hiệu quả điều trị in vivo, đồng thời phát triển quy trình sản xuất quy mô công nghiệp.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp ứng dụng công thức và quy trình bào chế này để phát triển sản phẩm thuốc nano artesunat hiệu quả hơn, đồng thời tiến hành các thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng để đánh giá toàn diện.

Luận văn này là tài liệu tham khảo quan trọng cho các chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ dược phẩm, nghiên cứu phát triển thuốc nano và điều trị ung thư.