Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong thực tiễn lâm sàng, các bệnh lý dị ứng như viêm mũi dị ứng, viêm kết mạc dị ứng, ngứa và mày đay có xu hướng gia tăng do tác động của biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường. Loratadin là một hoạt chất kháng histamin thế hệ thứ hai tác dụng kéo dài, đối kháng chọn lọc trên thụ thể H1 ngoại biên, không qua hàng rào máu não ở liều thông thường nên ít gây tác dụng phụ an thần hay buồn ngủ so với các thế hệ trước. Tuy nhiên, theo Hệ thống phân loại sinh dược học (BCS), loratadin thuộc nhóm II – nhóm dược chất có tính thấm qua màng sinh học cao nhưng độ tan trong nước rất kém (độ tan dưới 1 mg/ml ở 25°C). Đặc tính kém tan dẫn đến sinh khả dụng đường uống của thuốc đạt mức thấp (khoảng 40%), hạn chế đáng kể hiệu quả điều trị.

Để khắc phục nhược điểm về độ tan và tốc độ hòa tan, công nghệ bào chế tiểu phân kích thước nano (10 – 1000 nm) được xem là giải pháp hiệu quả nhằm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, cải thiện độ tan bão hòa và gia tăng sinh khả dụng. Trong số các kỹ thuật bào chế nano (như in 3D sợi nano, tự vi nhũ hóa, transferosome, nghiền áp suất cao), phương pháp kết tủa trong dung môi (antisolvent precipitation) nổi bật với ưu điểm quy trình kỹ thuật đơn giản, chi phí thấp, ít tiêu tốn năng lượng và dễ triển khai trong điều kiện thực nghiệm.

Khóa luận "Nghiên cứu bào chế tiểu phân nano loratadin bằng phương pháp kết tủa trong dung môi" được thực hiện nhằm giải quyết hai mục tiêu cụ thể:

  1. Bào chế được nano loratadin bằng phương pháp kết tủa trong dung môi và khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng đến kích thước tiểu phân (KTTP) và thế zeta của hệ nano.
  2. Đánh giá được một số đặc tính hóa lý và độ hòa tan in vitro của tiểu phân nano loratadin đã bào chế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hoạt chất loratadin (chuẩn đối chiếu thứ cấp và nguyên liệu đạt tiêu chuẩn nhà sản xuất), các loại polymer (HPMC E6, HPMC E15, PVP-K30), các chất diện hoạt (Natri laurylsulfat - NaLS, Poloxamer 188, Tween 80), dung môi hữu cơ (ethanol, methanol, aceton) và hệ tiểu phân nano loratadin.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm bào chế và phân tích hóa lý được thực hiện tại Bộ môn Bào chế và Công nghệ Dược phẩm, Trường Đại học Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội; khóa luận bảo vệ năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình nghiên cứu

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết phân loại sinh dược học (BCS nhóm II) và động học quá trình kết tinh tiểu phân theo phương pháp từ dưới lên (bottom-up). Cơ chế kết tủa trong dung môi dựa trên sự thay đổi độ hòa tan khi phối hợp dung dịch dược chất trong dung môi hữu cơ vào dung môi kết tủa (pha nước chứa chất ổn định), tạo ra trạng thái quá bão hòa đột ngột. Quá trình này bao gồm hai giai đoạn cạnh tranh: tạo mầm tinh thể và phát triển tiểu phân. Để thu được tiểu phân nano có kích thước nhỏ và phân bố đồng đều, tốc độ tạo mầm cần vượt trội so với tốc độ tăng trưởng tinh thể, đồng thời chất ổn định phải kịp thời hấp phụ lên bề mặt để ngăn hiện tượng kết tụ hoặc già hóa Ostwald (Ostwald ripening) thông qua cơ chế cản trở không gian hoặc đẩy tĩnh điện.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Phương pháp định lượng: Đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis trên máy Shimadzu UV-2600. Bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{max}$) của loratadin được xác định tại 247 nm. Đường chuẩn được thiết lập trong khoảng nồng độ tuyến tính từ 5,0 đến 15,0 µg/ml trong dung môi methanol ($R^2 = 0,9998$, phương trình hồi quy: $y = 0,037x + 0,032$).
  • Phương pháp xác định độ tan bão hòa: Thêm lượng dư dược chất/bột nano vào các dung môi (ethanol, methanol, aceton, nước), khuấy từ 24 giờ ở nhiệt độ phòng, ly tâm, lọc qua màng cellulose acetat 0,45 µm và định lượng bằng UV-Vis.
  • Quy trình bào chế hệ nano:
    • Pha hữu cơ: Hòa tan loratadin trong dung môi hữu cơ thích hợp, lọc qua màng 0,45 µm.
    • Pha nước: Hòa tan polymer và chất diện hoạt trong nước cất, lọc qua màng 0,45 µm.
    • Tạo tiểu phân: Phun pha hữu cơ vào pha nước với tốc độ nhỏ giọt/phun xác định dưới tác động khuấy trộn liên tục.
    • Thu hồi bột nano: Sấy phun dịch hỗn dịch trên thiết bị Eyela SD 1000 (nhiệt độ đầu vào 160°C, áp suất súng phun 10 kPa, tốc độ thổi khí 0,6 m³/phút, tốc độ phun dịch 1000 ml/h).
  • Phương pháp đánh giá đặc tính tiểu phân nano:
    • Đo kích thước tiểu phân trung bình (KTTP), chỉ số đa phân tán (PDI) và thế zeta bằng hệ thống tán xạ ánh sáng động Horiba SZ100.
    • Quan sát hình thái bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
    • Phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) trên máy Linseis (quét từ 40°C đến 300°C, tốc độ gia nhiệt 10°C/phút).
    • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) trên máy Agilent Cary 630 (dải quét 4000 – 400 cm⁻¹).
    • Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) trên máy Bruker D8 Advance (góc quét $2\theta$ từ 5° đến 50°, tốc độ quay 1°/phút).
  • Đánh giá độ hòa tan in vitro: Thực hiện trên thiết bị cánh khuấy Agilent 708-DS (tốc độ 100 ± 2 vòng/phút, 200 ml môi trường đệm phosphat pH 6,8, nhiệt độ 37 ± 0,5°C). Lấy mẫu tại các thời điểm 5, 10, 15, 30, 60 phút và định lượng bằng UV-Vis ở 247 nm.
  • Xử lý số liệu: Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel 2016, biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình $\pm$ độ lệch chuẩn ($X \pm SD$, với $n = 3$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về loratadin, hệ nano và phương pháp kết tủa

Chương này hệ thống hóa các đặc tính lý hóa, dược động học của loratadin ($C_{22}H_{23}ClN_2O_2$, khối lượng phân tử 382,9 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 132 – 137°C, $\log P = 5,2$, $pK_a = 5,0$). Phân tích tổng quan về các ưu nhược điểm của hệ nano trong phân phối thuốc, phân biệt các kỹ thuật từ trên xuống (top-down: nghiền ướt, nghiền khô, đồng nhất hóa áp suất cao) và từ dưới lên (bottom-up: kết tủa dung môi, dung môi siêu tới hạn). Tác giả phân tích chi tiết các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình kết tủa trong dung môi (loại dung môi, tỷ lệ thể tích dung môi/chất kết tủa, nồng độ dược chất, thiết bị khuấy, nhiệt độ và chất ổn định), đồng thời điểm luận các nghiên cứu nano loratadin trên thế giới như hệ tự vi nhũ hóa của Li Haiyan (2014), kết tủa vòi phun của Yousefi (2018), gel transferosome của Elkomy (2018), kết tủa siêu âm đông khô của Alshweiat (2018), hỗn dịch nano dùng NaLS của Miao Shi (2018), và in 3D sợi nano của Rita Ambrus (2019).

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Trình bày danh mục 14 nguyên liệu, hóa chất đạt tiêu chuẩn dược dụng hoặc tinh khiết hóa học, hệ thống 13 thiết bị phân tích hiện đại. Mô tả chi tiết phương pháp xây dựng đường chuẩn UV-Vis, phương pháp đo độ tan bão hòa, quy trình thực nghiệm bào chế 3 bước (chuẩn bị dung dịch, tạo tiểu phân, sấy phun) và thiết kế thực nghiệm khảo sát đơn biến 7 yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến KTTP và thế zeta. Chi tiết hóa quy trình vận hành và thông số đo lường của các phép thử SEM, DSC, FTIR, XRD và thử nghiệm hòa tan in vitro.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Trình bày chi tiết toàn bộ dữ liệu thực nghiệm thu được:

Yếu tố khảo sát Các mức khảo sát Kết quả KTTP / PDI / Thế Zeta Điều kiện tối ưu lựa chọn
Dung môi hòa tan Ethanol, Methanol, Aceton, Nước Độ tan: Ethanol (350 mg/ml), Methanol (179,5 mg/ml), Aceton (157,5 mg/ml), Nước (0,769 mg/ml) Ethanol
Loại polymer (0,2%) HPMC E6, HPMC E15, PVP-K30 HPMC E6 ($877,2 \pm 19,0$ nm), HPMC E15 ($1120,5 \pm 11,7$ nm), PVP-K30 (kết tụ mắt thường) HPMC E6
Nồng độ HPMC E6 0,2%, 0,4%, 0,6% 0,2% (877,0 nm), 0,4% (611,5 nm), 0,6% ($563,9 \pm 23,3$ nm; PDI 0,282) 0,6%
Nồng độ dược chất 20, 40, 60, 80, 100, 120 mg/ml 20 mg/ml (447,5 nm), 40 mg/ml (630,7 nm), 60 mg/ml ($368,2 \pm 17,9$ nm; PDI 0,195), 80–120 mg/ml (837,2–957,4 nm) 60 mg/ml
Tỷ lệ dung môi/dung môi kết tủa 1/20, 1/40, 1/60, 1/80, 1/100 1/20 (585,5 nm), 1/40 (590,8 nm), 1/60 (569,1 nm), 1/80 (570,2 nm), 1/100 ($509,2 \pm 0,9$ nm) 1/100
Thiết bị trộn Khuấy tốc độ cao (1500 rpm), Khuấy từ (1500 rpm), Súng phun (10 kPa) Khuấy tốc độ cao ($394,2 \pm 19,9$ nm; PDI 0,253), Khuấy từ (422,2 nm), Súng phun (577,1 nm) Khuấy tốc độ cao
Nhiệt độ bào chế 5°C, 15°C, 25°C 5°C (984,8 nm), 15°C (464,4 nm), 25°C ($394,2 \pm 19,9$ nm; PDI 0,251) 25°C
Chất diện hoạt (0,01%) NaLS, Poloxamer 188, Tween 80 NaLS ($273,9 \pm 18,4$ nm; PDI 0,066; $-32,2 \pm 0,1$ mV), Poloxamer 188 (305,3 nm; $-9,0$ mV), Tween 80 (nhìn thấy bằng mắt thường) NaLS

Đánh giá đặc tính bột nano thu được sau sấy phun:

  • Độ tan bão hòa trong nước: Nano loratadin đạt 1,579 mg/ml, cao gấp 2,05 lần (văn bản nhận định gấp 2,5 lần) so với nguyên liệu thô (0,769 mg/ml).
  • SEM: Nguyên liệu có cấu trúc tinh thể que nhiều góc cạnh, kích thước >10 µm; bột nano có dạng hạt hình cầu mịn, đồng đều.
  • DSC: Mất pic thu nhiệt nóng chảy đặc trưng của loratadin ở 136,1°C trên giản đồ của nano loratadin.
  • FTIR: Phổ hồng ngoại của nano tương đồng phổ HPMC E6 do polymer chiếm tỷ lệ cao (~60%), không thấy tương tác bất lợi.
  • XRD: Mất các đỉnh nhiễu xạ nhọn sắc vùng $2\theta$ từ 10° đến 20°, xác nhận dược chất chuyển hoàn toàn sang trạng thái vô định hình.
  • Độ hòa tan in vitro: Sau 5 phút đạt 31,72% (so với 8,44% của nguyên liệu thô); sau 60 phút đạt 67,51% (so với 11,82% của nguyên liệu thô).

Chương 4: Bàn luận

Tác giả giải thích cơ chế hóa lý của các kết quả thực nghiệm:

  • Ethanol được lựa chọn do hòa tan loratadin tốt nhất (350 mg/ml) và dễ loại bỏ trong quá trình sấy phun.
  • Nồng độ dược chất 60 mg/ml và tỷ lệ dung môi 1/100 tạo ra mức độ quá bão hòa lý tưởng, giúp tối đa hóa tốc độ tạo mầm tinh thể. Khi nồng độ dược chất quá cao (>80 mg/ml), lượng polymer không đủ bao phủ bề mặt dẫn đến tái kết tụ.
  • NaLS là chất diện hoạt ion hóa, tạo điện tích âm bề mặt lớn (thế zeta $-32,2$ mV), kết hợp với HPMC E6 tạo lực cản không gian kép, mang lại độ ổn định phân tán vượt trội so với Poloxamer 188 hay Tween 80.
  • Sự chuyển đổi cấu trúc mạng tinh thể sang trạng thái vô định hình (chứng minh qua DSC và XRD) cùng với việc giảm kích thước tiểu phân xuống dưới 300 nm là nguyên nhân cốt lõi giúp gia tăng độ tan và tốc độ giải phóng in vitro.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết hai nhóm nội dung chính đã hoàn thành theo mục tiêu nghiên cứu và đưa ra các kiến nghị mang tính định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.


Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

Nghiên cứu đã xác lập được công thức và bộ thông số quy trình tối ưu để bào chế tiểu phân nano loratadin bằng phương pháp kết tủa trong dung môi kết hợp sấy phun:

  • Thông số công thức tối ưu: Nồng độ loratadin trong ethanol: 60 mg/ml; nồng độ HPMC E6 trong pha nước: 0,6% (w/v); nồng độ NaLS trong pha nước: 0,01% (w/v); tỷ lệ thể tích dung môi/dung môi kết tủa: 1/100.
  • Thông số quy trình tối ưu: Nhiệt độ bào chế 25°C; thiết bị khuấy trộn tốc độ cao 1500 vòng/phút; tốc độ nhỏ giọt pha hữu cơ 120 giọt/phút; thông số sấy phun: nhiệt độ khí vào 160°C, áp suất phun 10 kPa, tốc độ thổi khí 0,6 m³/phút, tốc độ bơm dịch 1000 ml/h.
  • Chỉ số chất lượng hệ nano: Kích thước tiểu phân trung bình đạt $273,9 \pm 18,4$ nm, chỉ số PDI đạt $0,066 \pm 0,014$ (phân bố kích thước rất hẹp, tính đồng nhất cao), thế zeta đạt $-32,2 \pm 0,1$ mV (hệ có độ bền vững tĩnh điện tốt).
Thời gian (phút) Tỷ lệ hòa tan của Nano Loratadin (%) Tỷ lệ hòa tan của Nguyên liệu thô (%) Mức độ cải thiện (lần)
5 $31,72 \pm 2,15$ $8,44 \pm 2,18$ 3,76
10 $38,37 \pm 1,23$ $8,96 \pm 2,63$ 4,28
15 $47,81 \pm 2,71$ $9,61 \pm 2,84$ 4,97
30 $58,42 \pm 2,66$ $10,69 \pm 2,34$ 5,46
60 $67,51 \pm 3,10$ $11,82 \pm 2,59$ 5,71

Đóng góp của nghiên cứu

Khóa luận đã chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng phương pháp kết tủa trong dung môi đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị đồng nhất hóa áp suất cao hay siêu âm năng lượng lớn phức tạp, nhưng vẫn tạo ra được tiểu phân nano loratadin có KTTP dưới 300 nm, PDI rất thấp (< 0,1) và thế zeta âm sâu. Nghiên cứu cung cấp bằng chứng thực nghiệm đầy đủ về sự chuyển pha từ dạng tinh thể sang vô định hình của loratadin, qua đó giải quyết triệt để rào cản kém tan và cải thiện tốc độ giải phóng in vitro gấp gần 6 lần so với nguyên liệu ban đầu.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô thực nghiệm phòng thí nghiệm (mẻ nhỏ), chưa khảo sát khả năng nâng quy mô (scale-up).
  • Chưa tiến hành theo dõi độ ổn định dài hạn của bột nano loratadin theo thời gian bảo quản (đánh giá nguy cơ tái kết tinh hay hiện tượng kết tụ tiểu phân).
  • Chưa thực hiện đánh giá dược động học và sinh khả dụng in vivo trên động vật thực nghiệm để đối chiếu và khẳng định tương quan in vitro – in vivo.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiếp tục theo dõi và đánh giá độ ổn định lý hóa của bột nano loratadin ở các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm khác nhau.
  • Tiến hành thử nghiệm in vivo trên động vật nhằm đánh giá các thông số dược động học ($C_{max}$, $AUC$, $T_{max}$) so với chế phẩm đối chứng trên thị trường.
  • Nghiên cứu ứng dụng bột nano loratadin để dập viên nén (hoặc viên nén phân tán nhanh, viên nang) nhằm hoàn thiện dạng bào chế thương mại.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên thuộc các ngành:

  • Dược học và Công nghệ Dược phẩm: Tham khảo quy trình công nghệ kết tủa trong dung môi (antisolvent precipitation) kết hợp sấy phun để xử lý các hoạt chất kém tan thuộc nhóm BCS II.
  • Hóa dược và Kiểm nghiệm thuốc: Tham khảo phương pháp xây dựng đường chuẩn định lượng UV-Vis và chuỗi phép thử phân tích cấu trúc lý hóa toàn diện (SEM, DSC, XRD, FTIR, DLS).
  • Phần đáng tham khảo nhất: Chương 2 và Chương 3 với bộ thông số khảo sát đa biến có hệ thống (khảo sát từng yếu tố từ nồng độ, dung môi, chất diện hoạt đến thiết bị và nhiệt độ) cùng các dữ liệu thực nghiệm đối chứng chi tiết giữa dạng nguyên liệu và dạng nano.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao ethanol được lựa chọn làm dung môi hòa tan loratadin trong nghiên cứu này?

Qua khảo sát thực nghiệm độ tan bão hòa của loratadin trong 4 dung môi ở nhiệt độ phòng, loratadin tan tốt nhất trong ethanol với độ tan đạt 350 mg/ml (vượt trội so với methanol: 179,5 mg/ml; aceton: 157,5 mg/ml; và nước: 0,769 mg/ml). Ngoài ra, ethanol có độ an toàn sinh học cao hơn và dễ bay hơi khi sấy phun.

2. Sự kết hợp tá dược nào mang lại hiệu quả ổn định tiểu phân nano loratadin tốt nhất?

Hệ tá dược tối ưu gồm polymer HPMC E6 nồng độ 0,6% (w/v) kết hợp với chất diện hoạt ion hóa Natri laurylsulfat (NaLS) nồng độ 0,01% (w/v). Sự phối hợp này tạo ra cơ chế bảo vệ kép: HPMC E6 tạo lực cản không gian ngăn các hạt tiếp xúc, trong khi NaLS ion hóa tạo lực đẩy tĩnh điện mạnh (thế zeta đạt $-32,2 \pm 0,1$ mV), giúp hệ nano phân tán bền vững và đạt KTTP nhỏ nhất ($273,9$ nm, PDI $0,066$).

3. Những bằng chứng thực nghiệm nào chứng minh loratadin trong bột nano đã chuyển sang trạng thái vô định hình?

Hai phương pháp phân tích cấu trúc nhiệt và mạng tinh thể đã chứng minh điều này:

  • Giản đồ nhiệt vi sai (DSC): Pic thu nhiệt nóng chảy đặc trưng của tinh thể loratadin ở 136,1°C hoàn toàn biến mất trên giản đồ của nano loratadin.
  • Phổ nhiễu xạ tia X (XRD): Các pic nhiễu xạ nhọn, sắc nét đặc trưng của mạng tinh thể loratadin nguyên liệu trong vùng góc quét $2\theta$ từ 10° đến 20° đã biến mất trên phổ của mẫu nano.

4. Bột nano loratadin được thu hồi bằng phương pháp nào và thông số vận hành ra sao?

Bột nano được thu hồi từ dịch hỗn dịch bằng phương pháp sấy phun trên thiết bị Eyela SD 1000 với các thông số: nhiệt độ khí vào 160°C, áp suất súng phun 10 kPa, tốc độ thổi khí 0,6 m³/phút và tốc độ bơm dịch 1000 ml/h.

5. Tốc độ hòa tan in vitro của nano loratadin trong môi trường đệm pH 6,8 được cải thiện ra sao so với nguyên liệu?

Trong môi trường đệm phosphat pH 6,8, nano loratadin giải phóng 31,72% ngay sau 5 phút (gấp 3,76 lần so với 8,44% của nguyên liệu thô) và đạt 67,51% sau 60 phút (gấp 5,71 lần so với 11,82% của nguyên liệu thô).


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Minh Thúy đã nghiên cứu và xây dựng thành công quy trình bào chế tiểu phân nano loratadin bằng phương pháp kết tủa trong dung môi kết hợp sấy phun ở quy mô phòng thí nghiệm. Sản phẩm nano loratadin tối ưu đạt kích thước hạt $273,9 \pm 18,4$ nm, chỉ số PDI $0,066$, thế zeta $-32,2$ mV và tồn tại ở trạng thái vô định hình dạng hạt cầu mịn đồng đều. Kết quả thực nghiệm chứng minh hệ nano giúp tăng độ tan bão hòa và cải thiện tốc độ hòa tan in vitro lên gấp 5,71 lần sau 60 phút so với nguyên liệu ban đầu, tạo tiền đề kỹ thuật quan trọng cho việc phát triển các dạng thuốc rắn phân phối loratadin có sinh khả dụng cao.