Tài liệu: Nghiên cứu bào chế và đánh giá một số đặc tính tiểu phân nano aspirin

Nghiên cứu quy trình bào chế tiểu phân nano aspirin và đánh giá các đặc tính lý hóa, kích thước hạt, hiệu quả hòa tan của chế phẩm nano.

• Tác giả: Vũ Văn Thưởng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Khoa Y Dược
• Chuyên ngành: Dược Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Bào Chế Và Đánh Giá Một Số Đặc Tính Tiểu Phân Nano Aspirin
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp Đại Học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Công nghệ Nano trong Bào chế Dược phẩm

Bào chế tiểu phân nano là một phương pháp hiện đại trong ngành dược học, giúp cải thiện đặc tính dược học của các hoạt chất. Công nghệ nano cho phép giảm kích thước hạt xuống mức nanometer, từ đó tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng hòa tan của thuốc. Nghiên cứu bào chế nano aspirin tại Đại học Quốc Gia Hà Nội đã chứng minh hiệu quả của phương pháp này. Tinh thể nano có ưu điểm vượt trội như tăng độ sinh khả dụng, cải thiện tốc độ hấp thụ và giảm liều lượng sử dụng. Tuy nhiên, công nghệ này cũng gặp một số nhược điểm như khó khăn trong việc ổn định hóa các tiểu phân và chi phí sản xuất cao. Các phương pháp bào chế nano tinh thể chủ yếu bao gồm kỹ thuật nhũ hóa-bay hơi dung môi, thay thế dung môi và đồng nhất hóa tốc độ cao.

1.1. Ưu điểm của Tinh Thể Nano

Tinh thể nano cung cấp nhiều lợi ích đáng kể trong dược học lâm sàng. Giảm kích thước tiểu phân giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, cải thiện tốc độ hòa tan aspirin và độ sinh khả dụng. Nghiên cứu cho thấy mẫu nano aspirin bào chế có tốc độ hòa tan cao hơn 2-3 lần so với nguyên liệu ban đầu. Điều này góp phần giảm liều lượng cần thiết, từ đó giảm tác dụng phụ và chi phí điều trị cho bệnh nhân. Ngoài ra, đặc tính tiểu phân nano cho phép cải thiện tính ổn định và dễ bảo quản của sản phẩm dược phẩm.

1.2. Nhược Điểm và Thách Thức

Mặc dù có nhiều ưu điểm, bào chế nano aspirin vẫn gặp phải các thách thức đáng kể. Kích thước tiểu phân nano nhỏ dễ gây hiện tượng tụ tập và kết dính trong quá trình lưu trữ. Đánh giá các đặc tính như chỉ số đa phân tán (PDI) và thế zeta là cần thiết để đảm bảo ổn định hóa coloid. Chi phí sản xuất tiểu phân nano aspirin cao hơn các phương pháp truyền thống 5-10 lần. Ngoài ra, cần thiết lập quy trình kiểm chất lượng nghiêm ngặt và xác thực an toàn độc tính lâu dài.

II. Phương Pháp Bào Chế Nano Aspirin

Nghiên cứu bào chế và đánh giá một số đặc tính tiểu phân nano aspirin tại Khoa Y Dược sử dụng nhiều phương pháp tiên tiến. Kỹ thuật nhũ hóa và bay hơi dung môi là phương pháp chủ yếu, kết hợp với đồng nhất hóa tốc độ cao để giảm kích thước tiểu phân đến mức nano. Quá trình bào chế nano aspirin bao gồm các bước: hòa giải hoạt chất, nhũ hóa, kết tinh và lấy các hạt nano. Đánh giá các đặc tính của sản phẩm gồm xác định kích thước hạt bằng kính hiển vi điện tử, đo thế zeta và chỉ số đa phân tán. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính tiểu phân nano như tốc độ đồng nhất hóa, thời gian xử lý, loại dung môi và nhiệt độ đều được khảo sát chi tiết.

2.1. Kỹ Thuật Nhũ Hóa và Bay Hơi Dung Môi

Phương pháp nhũ hóa dung môi bao gồm hòa giải aspirin trong dung môi hữu cơ để tạo thành giọt nhỏ, sau đó bay hơi dung môi để kết tinh hoạt chất. Quá trình này được hỗ trợ bởi đồng nhất hóa tốc độ cao, giúp giảm kích thước tiểu phân nano xuống 100-500 nm. Các dung môi như Propylene Glycol (PG) và Glycerin được sử dụng để kiểm soát tốc độ kết tinh. Quá trình này đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và tốc độ để tạo ra tiểu phân nano aspirin có kích thước tiểu phân đều nhất.

2.2. Khảo Sát Các Yếu Tố Ảnh Hưởng

Đánh giá một số đặc tính của nano aspirin phụ thuộc vào nhiều biến số. Tốc độ đồng nhất hóa từ 8000-12000 rpm ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước tiểu phân nano. Thời gian xử lý từ 15-45 phút thay đổi mức độ giảm kích thước. Nồng độ aspirin từ 5-20 mg/mL và tỷ lệ glycerin/nước cũng là những yếu tố quan trọng. Nghiên cứu cho thấy chỉ số đa phân tán (PDI) tối ưu đạt được khi kết hợp các tham số này hợp lý, đảm bảo chất lượng và ổn định của sản phẩm.

III. Đánh Giá Đặc Tính Tiểu Phân Nano

Quá trình đánh giá một số đặc tính tiểu phân nano aspirin sử dụng các phương pháp phân tích tiên tiến. Phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) giúp xác định nhiệt độ tan của tiểu phân nano aspirin so với nguyên liệu ban đầu. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho phép quan sát trực tiếp hình thái và kích thước của các hạt nano. Phổ hấp thụ UV-VIS tại bước sóng 277 nm xác định nồng độ aspirin trong dung dịch. Phương pháp quang tán động (DLS) đo kích thước tiểu phân và chỉ số đa phân tán. Ngoài ra, thế zeta được đo để đánh giá độ ổn định coloid của nano aspirin bào chế. Kết quả cho thấy nano aspirin có kích thước tiểu phân từ 200-400 nm với PDI < 0.3.

3.1. Phân Tích Hình Thái và Kích Thước

Kích thước tiểu phân nano aspirin được xác định qua kính hiển vi điện tử và quang tán động. Mẫu nano aspirin bào chế tối ưu có kích thước tiểu phân khoảng 250-350 nm. Chỉ số đa phân tán (PDI) cho biết mức độ đồng nhất của các hạt, giá trị PDI < 0.3 biểu thị sự phân bố kích thước tốt. Ảnh TEM cho thấy các hạt có hình thái tròn đều, không bị tập hợp. Kết quả này chứng tỏ quá trình bào chế tiểu phân nano đã thành công tạo ra sản phẩm có chất lượng cao và ổn định.

3.2. Khảo Sát Tốc Độ Hòa Tan

Tốc độ hòa tan aspirin là một đặc tính tiểu phân nano quan trọng trong hiệu quả dược học. Nghiên cứu so sánh tốc độ hòa tan của nano aspirin và nguyên liệu thô theo thời gian. Mẫu nano aspirin bào chế hoà tan 80% trong vòng 15 phút, trong khi nguyên liệu chỉ hoà tan 20% trong cùng thời gian. Sự cải thiện này là do kích thước tiểu phân nano nhỏ, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường dung môi. Đánh giá các đặc tính hòa tan này chứng tỏ tiểu phân nano aspirin có tiềm năng cao trong ứng dụng lâm sàng.

IV. Ứng Dụng và Triển Vọng Phát Triển

Bào chế nano aspirin mở ra những hướng đi mới trong công nghệ dược phẩm hiện đại. Với kích thước tiểu phân nano cải thiện, sản phẩm này có tiềm năng giảm liều lượng aspirin cần sử dụng, từ đó giảm tác dụng phụ lên dạ dày-ruột. Tiểu phân nano aspirin cũng cho phép phát triển các dạng bào chế mới như viên nang, bột hòa tan nhanh hoặc dung dịch tiêm. Đánh giá một số đặc tính của sản phẩm cho thấy có thể kết hợp nano aspirin với các chất hỗ trợ khác để tăng hiệu quả điều trị. Tuy nhiên, cần tiến hành các nghiên cứu lâm sàng sâu rộng hơn để xác nhận tính an toàn và hiệu quả trên bệnh nhân. Trong tương lai, công nghệ bào chế tiểu phân nano sẽ là hướng phát triển chính của ngành dược học Việt Nam.

4.1. Ứng Dụng Tiềm Năng trong Lâm Sàng

Nano aspirin có nhiều ứng dụng tiềm năng trong điều trị các bệnh lý tim mạch và viêm. Tiểu phân nano aspirin với kích thước tiểu phân nhỏ có khả năng xuyên qua các rào cản sinh học tốt hơn. Sản phẩm này đặc biệt hứa hẹn cho những bệnh nhân có hấp thụ kém như bệnh nhân cao tuổi hay bệnh nhân sau phẫu thuật. Bào chế nano aspirin cũng cho phép thiết kế các sản phẩm nhắm mục tiêu cụ thể, chẳng hạn như phát hành thuốc chậm hoặc tại các vị trí cụ thể trong cơ thể.

4.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Nghiên cứu bào chế và đánh giá một số đặc tính tiểu phân nano cần được tiếp tục mở rộng. Cần phát triển phương pháp bào chế quy mô lớn với chi phí thấp hơn. Đánh giá các đặc tính liên quan đến độ ổn định dài hạn, tương tác với các thành phần khác và độc tính phải được tiến hành. Đẩy mạnh hợp tác quốc tế để áp dụng công nghệ tiểu phân nano aspirin vào sản xuất thương mại. Đồng thời, xây dựng các tiêu chuẩn chất lượng và qui định pháp lý để hỗ trợ sự phát triển bền vững của công nghệ này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Công nghệ nano Công nghệ nano (nanotechnology) là khoa học thiết kế, phân tích, bào chế và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống hữu ích nhờ các thao tác, sắp xếp ở mức nguyên tử, phân tử, siêu phân tử, đồng thời khai thác các đặc tính và hiện tượng mới khi vật chất ở kích thước nano [5,17,21]. Công nghệ nano có ba thuộc tính cơ bản [11]: - Các thao tác thực hiện ở mức nano. - Kích thước vật liệu ở mức nano. - Tạo ra vật liệu, thiết bị và hệ thống hữu ích mới.2 Vài nét về tinh thể nano 1.1 Định nghĩa Tinh thể nano (nanocrystal) là các tiểu phân rắn tinh khiết với kích thước trung bình dưới 1000 nm, trong đó không chứa bất cứ một vật liệu mang nào [23, 27], mang cả đặc tính của tiểu phân nano và tinh thể [23, 7, 22].

Tinh thể nano có ít nhất 1 chiều nhỏ hơn 100 nm, dựa trên các chấm lượng tử, bao gồm các nguyên tử sắp xếp kiểu đơn hoặc đa tinh thể, tùy theo kỹ thuật sản xuất, có thể tạo thành dạng tinh thể hoặc dạng vô định hình [23, 4].2 Ưu điểm của tinh thể nano 1.1 Tăng độ tan Độ tan của DC thường phụ thuộc vào các yếu tố như đặc tính lý hóa của DC, môi trường hòa tan và nhiệt độ. Tuy nhiên, đối với các tiểu phân DC với kích thước nhỏ hơn 1-2 µm, độ tan phụ thuộc vào KTTP. Độ tan tăng lên khi KTTP giảm xuống dưới 1000 nm [24]. Điều này được giải thích theo phương trình Kelvin và Ostwald-Freundlich: Trong đó: ρr là áp suất hòa tan của tiểu phân bán kính r, ρ∞ là áp suất hòa tan của tiểu phân lớn ban đầu, γ là sức căng bề mặt, R là hằng số khí, T là nhiệt độ tuyệt đối, r là bán kính tiểu phân, Mr là khối lượng phân tử, ρ là tỷ trọng của tiểu phân.aspirin Ở trạng thái bão hòa, phân tử hòa tan và phân tử tái kết tinh cân bằng.

Khi giảm KTTP, áp suất hòa tan tăng. Do vậy, cân bằng chuyển dịch về phía hòa tan nên độ tan bão hòa tăng [24]. Phương trình Ostwald-Freundlich biểu thị mối quan hệ giữa độ tan bão hòa và KTTP: Trong đó: Cs là độ tan bão hòa, Cα là độ tan của tiểu phân lớn, σ là sức căng bề mặt, V là thể tích mol, R là hằng số khí, T là nhiệt độ tuyệt đối, ρ là tỷ trọng tiểu phân, r là bán kính tiểu phân. Theo phương trình trên, khi giảm KTTP thì độ tan bão hòa của DC tăng.

Tuy nhiên, điều này chỉ áp dụng với các tiểu phân có kích thước nhỏ hơn 1-2 µm, đặc biệt là tiểu phân kích thước nhỏ hơn 200 nm [23, 24]. Việc bào chế hệ nano tinh thể có thể làm cho đặc tính kết tinh của tiểu phân DC thay đổi, chuyển từ trạng thái kết tinh sang trạng thái vô định hình. Tinh thể nano ở trạng thái vô định hình có độ tan cao hơn so với tinh thể nano ở trạng thái tinh thể có kích thước tương đương. Vì vậy, tinh thể nano ở trạng thái vô định hình được coi là sự kết hợp lý tưởng giúp tăng độ tan của DC [1, 23].2 Cải thiện độ hòa tan Theo phương trình hòa tan Nernst–Brunner và Levich, tốc độ hòa tan của dược chất được biểu diễn như sau: Trong đó: - dM/dt là tốc độ hòa tan của dược chất, - 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.aspirin Như vậy, theo phương trình trên, tốc độ hòa tan của các tinh thể nano tăng có thể do tăng diện tích bề mặt, giảm bề dày lớp khuếch tán và tăng độ tan [23, 24].3 Tăng khả năng kết dính vào bề mặt hoặc màng tế bào So với tiểu phân micromet, đặc điểm nổi trội của DC nano tinh thể là chúng có thể tăng khả năng kết dính vào bề mặt hoặc màng tế bào.

Sự tăng kết dính của nano do tăng diện tích tiếp xúc của các tiểu phân kích thước nhỏ. Cơ chế kết dính của nano tinh thể có thể giải thích theo thuyết tĩnh điện (lực hút tĩnh điện giữa tiểu phân và bề mặt màng nhày) và thuyết hấp thụ (liên kết hydro và van der Waals giữa bề mặt tiểu phân và màng nhày) [18, 24].4 Cải thiện sinh khả dụng đường uống Các tiểu phân nano do có kích thước nhỏ, năng lượng bề mặt và diện tích tiếp xúc lớn nên độ tan và tốc độ hòa tan tăng, do đó SKD của thuốc tăng lên. Điều này rất có ý nghĩa với những dược chất kém tan trong nước, làm tăng tác dụng điều trị của một số thuốc như thuốc chống ung thư, chống nấm, NSAIDs… [20, 31, 35]. Các tiểu phân nano, đặc biệt các tiểu phân nano có DC gắn chất mang dễ dàng đi qua được tế bào, xâm nhập vào máu, hệ thống nội bào, gan, tủy xương, màng ruột, lớp niêm mạc, có khả năng tăng hấp thu thuốc qua hàng rào máu não (BBB), tăng thời gian lưu thông của hạt trong máu… Điều này có ý nghĩa lớn với các dược chất có đặc tính sinh dược học kém như kém tan trong nước, tính thấm qua biểu mô tế bào kém [31].

Nano tinh thể có thể cải thiện hấp thu của DC theo hai cơ chế. Thứ nhất, dưới dạng nano tinh thể, DC có thể tăng độ tan và tốc độ hòa tan, do đó tăng chênh lệch nồng độ giữa nhung mao ruột và máu. Vì vậy, DC được hấp thu bằng cách khuếch tán thụ động tăng [18, 24]. Thứ hai, tiểu phân nano tinh thể có thể bám dính vào màng nhày của hệ thống dạ dày ruột.

Do sự kết dính này, DC có chênh lệch nồng độ cao hơn và kéo dài thời gian lưu, thời gian tiếp xúc trong hệ thống dạ dày ruột [1, 18, 24].5 Phát triển dạng thuốc tác dụng tại đích Thuốc giải phóng tại đích phải đạt một số yêu cầu: không bị loại quá nhanh ra khỏi hệ tuần hoàn, kết hợp với mô đích không quá chậm, giải phóng tại mô hoặc tế bào đích. Hệ giải phóng thuốc nano có thể đáp ứng được những yêu cầu này [43].aspirin Các hạt nano tương hợp sinh học có nhiều ưu điểm hơn so với các dạng thuốc quy ước như tăng tác dụng, giảm độc tính, hấp thu vào tế bào thông qua màng, qua được hàng rào máu não và tới các tế bào đích [26, 33]. Các thuốc chống ung thư do độ tan kém, độc tính cao nên khó ứng dụng trong lâm sàng. Các thuốc được gắn trong siêu vi cầu với chất mang dễ bị phân hủy sinh học, thuốc giải phóng có kiểm soát để không đạt nồng độ gây độc.

Với các hạt nano giải phóng tại đích, thuốc tập trung tại các mô ung thư thì độc tính thuốc giảm, khả năng điều trị tăng [33].3 Nhược điểm của tinh thể nano 1.1 Khó khăn trong quá trình bào chế Kích thước hạt bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: dung môi hòa tan, nồng độ dược chất, tốc độ khuấy trộn, nhiệt độ [45]. Việc đảm bảo nghiêm ngặt các điều kiện này trong suốt quá trình bào chế là tương đối khó khăn, hơn thế các tiểu phân dễ kết tụ nếu không kiểm soát tốt sẽ không đạt được KTTP mong muốn [15, 45].2 Khó khăn trong bảo quản Hệ nano dễ bị kết tụ tiểu phân trong quá trình bảo quản tạo nên các tiểu phân nano lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt tự do, nhất là các hệ có KTTP từ 10 – 100 nm [33].3 Độc tính của hệ nano Một số nghiên cứu chỉ ra rằng, bên cạnh rất nhiều ưu điểm như tăng sinh khả dụng, tác dụng tại đích, ổn định dược chất thì một vài hệ nano có thể có nguy cơ gây độc cho cơ thể [10, 21, 38]. Các tiểu phân nano hấp thu qua đường dạ dày – ruột có khả năng gây độc tính do tích tụ tại các mảng Peyer. Hạt nano có thể vào não thông qua hai đường chính là hấp thu qua hàng rào máu não và qua kênh “trans – synaptic” sau tiếp xúc với niêm mạc mũi.

Điện thế bề mặt của hạt nano làm thay đổi tính thấm của hàng rào máu não và gây độc cho não [21, 38].4 Phương pháp bào chế nano tinh thể Hiện nay các phương pháp sản xuất tiểu phân nano được chia thành 2 nhóm lớn: Từ dưới lên “Bottom - up” và từ trên xuống “Top - down” [19, 44].1 Phương pháp từ dưới lên (Bottom - up) Phương pháp từ dưới lên “Bottom – up” là phương pháp hình thành tiểu phân nano từ các nguyên tử hoặc ion. Kỹ thuật này được phát triển mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng [5, 13, 33] 5 Nghien.aspirin  Phương pháp kết tủa trong dung môi không đồng tan: Dược chất được hòa tan trong một dung môi thành dung dịch. Các tiểu phân nano được kết tủa bằng cách thay đổi dung môi trong điều kiện khuấy trộn tốc độ cao [5, 22]. KTTP bào chế được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như [45]: - Nồng độ dung dịch dược chất - Tốc độ khuấy trộn - Tốc độ phối hợp hai dung dịch chứa dung môi không đồng tan - Nhiệt độ Phương pháp này có nhiều ưu điểm như: đơn giản, dễ thực hiện, có thể triển khai quy mô lớn, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp như các phương pháp “Top- down”, việc tạo ra tiểu phân nano có thể tiến hành trong thời gian ngắn, dễ đạt được kích thước mong muốn [19, 15, 12].

Tuy nhiên nó cũng bộc lộ nhiều hạn chế [15, 45]: - Phương pháp đòi hỏi phải kiểm soát những điều kiện một cách nghiêm ngặt. Đồng thời phải tránh được việc tăng kích thước tinh thể trong quá trình kết tinh. - Các hạt ở dạng vô định hình có năng lượng thấp có xu hướng bị kết tụ.  Điều chế tiểu phân nano polyme Một số phương pháp chính gồm: - Nhũ tương hóa – bốc hơi dung môi: Tạo nhũ tương dầu trong nước và sau đó loại dung môi.

Phương pháp này chỉ thích hợp với các DC tan trong dầu, khó triển khai qui mô lớn. KTTP phụ thuộc vào các yếu tố: tốc độ khuấy trộn, loại và tỷ lệ chất gây phân tán, độ nhớt của pha dầu và pha nước, nhiệt độ,… [15].1 Sơ đồ kỹ thuật nhũ hóa và bay hơi dung môi [5] - Thay thế dung môi và kết lắng bề mặt: hai kỹ thuật này tương tự nhau dựa trên cơ sở kỹ thuật nhũ hóa tự phát của pha nội là dung dịch dầu, hòa tan polyme vào trong pha nước.