Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Bào Chế Vi Bọt Phospholipid Dùng Làm Chất Tương Phản Trong Siêu Âm Chẩn Đoán

• Tác giả: Nguyễn Văn Thắng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Phúc Nghĩa
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược
• Đề tài: Nghiên cứu bào chế vi bọt phospholipid dùng làm chất tương phản trong siêu âm chẩn đoán
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: VÀI NÉT VỀ VI BỌT
• 1.1. Định nghĩa vi bọt
• 1.2. Ứng dụng của vi bọt
• 1.2.1. Tác nhân tương phản trong siêu âm
• 1.2.2. Tác nhân phân phối gen và thuốc
• 1.2.3. Dược động học của vi bọt
• 1.2.3.1. Hấp thu
• 1.2.3.2. Phân bố
• 1.2.3.3. Chuyển hóa
• 1.2.3.4. Thải trừ
• 1.3. Phương pháp bào chế
• 1.3.1. Phương pháp siêu âm
• 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng, nguyên vật liệu và thiết bị
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp bào chế vi bọt
• 2.2.2. Phương pháp đánh giá một số đặc tính của hệ vi bọt
• 2.2.2.1. Phương pháp xử lý hình ảnh bằng phần mềm Image J
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả xây dựng công thức tạo bọt tối ưu
• 3.1.1. Khảo sát khả năng tạo bọt ở các nồng độ khác nhau của HSPC
• 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của loại chất diện hoạt đến khả năng tạo bọt
• 3.1.3. Khảo sát khả năng tạo bọt ở các nồng độ khác nhau của Poloxamer 407
• 3.1.4. Khảo sát khả năng tạo bọt ở các nồng độ khác nhau của PEG 6000
• 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số thông số quy trình bào chế
• 3.2.1. Khảo sát cường độ siêu âm
• 3.2.2. Khảo sát nhịp phát xung
• 3.2.3. Khảo sát thời gian siêu âm
• 3.3. Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo bọt
• 3.4. Đánh giá ảnh hưởng của pH đến khả năng tạo bọt
• 3.5. Kết quả đánh giá một số đặc tính lý hóa của vi bọt bào chế được
• 3.5.1. Đánh giá sức căng bề mặt của dịch trước khi tạo vi bọt
• 3.5.2. Đánh giá độ bền của vi bọt khi được giữ trong tiêu bản
• 3.5.3. Đánh giá số lượng vi bọt trong một ml dịch tạo bọt
• 3.6. Thử nghiệm phương pháp bào chế đơn giản từ công thức tạo bọt tốt nhất
• 3.6.1. Về công thức tạo bọt tối ưu
• 3.6.2. Về thông số quy trình trong quá trình tạo bọt
• 3.6.3. Về đặc tính lý hóa của vi bọt bào chế được
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vi bọt phospholipid

Vi bọt phospholipid là một dạng bọt nhỏ có kích thước từ 1 đến 100 µm, được cấu tạo từ lớp vỏ lipid bao quanh lõi khí. Lớp vỏ này thường được tạo thành từ các phospholipid như phosphatidylcholine (PC) và phosphatidylethanolamine (PE). Vi bọt có khả năng phản xạ sóng siêu âm tốt, giúp cải thiện chất lượng hình ảnh trong siêu âm chẩn đoán. Việc sử dụng vi bọt làm tác nhân tương phản trong siêu âm đã trở thành một xu hướng quan trọng trong y học hiện đại. Đặc biệt, vi bọt có thể được điều chỉnh kích thước và tính chất để phù hợp với các yêu cầu cụ thể trong chẩn đoán hình ảnh. Theo nghiên cứu, vi bọt có thể tạo ra hình ảnh rõ nét hơn, giúp phân biệt giữa các mô bình thường và bất thường, từ đó hỗ trợ bác sĩ trong việc chẩn đoán chính xác hơn.

1.1. Định nghĩa và cấu trúc của vi bọt

Vi bọt là những hạt nhỏ có kích thước micromet, được bao bọc bởi lớp vỏ lipid. Cấu trúc này giúp vi bọt có khả năng ổn định cao và tính tương thích sinh học tốt. Lõi khí bên trong có thể là không khí hoặc các khí khác như perfluorocarbon, giúp tăng cường khả năng phản xạ âm. Vi bọt có thể được tạo ra từ nhiều loại lipid khác nhau, nhưng phospholipid là lựa chọn phổ biến nhất do tính chất sinh học và khả năng tạo ra hình ảnh siêu âm tốt. Việc nghiên cứu và phát triển vi bọt phospholipid là cần thiết để cải thiện hiệu quả của siêu âm chẩn đoán trong y học.

II. Ứng dụng của vi bọt trong siêu âm chẩn đoán

Vi bọt phospholipid được sử dụng rộng rãi như một tác nhân tương phản trong siêu âm chẩn đoán. Chúng giúp cải thiện độ tương phản của hình ảnh siêu âm, cho phép bác sĩ dễ dàng phát hiện các bất thường trong cơ thể. Vi bọt có khả năng phản xạ âm tốt hơn so với các chất lỏng khác, nhờ vào kích thước và cấu trúc của chúng. Khi siêu âm, vi bọt sẽ bị nén và dao động, tạo ra tín hiệu âm thanh mạnh mẽ hơn, từ đó tạo ra hình ảnh rõ nét hơn. Việc sử dụng vi bọt trong siêu âm không chỉ giúp phát hiện các khối u mà còn hỗ trợ trong việc đánh giá tình trạng tươi máu của các mô, từ đó giúp bác sĩ đưa ra chẩn đoán chính xác hơn.

2.1. Tác nhân tương phản trong siêu âm

Vi bọt được coi là một trong những tác nhân tương phản hiệu quả nhất trong siêu âm. Chúng có khả năng tạo ra hình ảnh rõ nét, giúp phân biệt giữa các mô bình thường và bất thường. Việc sử dụng vi bọt trong siêu âm giúp cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh, đặc biệt trong các trường hợp như hình ảnh buồng tim và tình trạng tươi máu của các mô. Vi bọt có thể giúp phát hiện các khối u nhỏ và đánh giá tình trạng tươi máu của các mô, từ đó hỗ trợ bác sĩ trong việc chẩn đoán và điều trị.

III. Phương pháp bào chế vi bọt

Phương pháp bào chế vi bọt phospholipid thường sử dụng siêu âm để tạo ra các hạt vi bọt có kích thước đồng đều. Quá trình này bao gồm việc phân tán pha khí hoặc pha lỏng vào dung dịch chứa nguyên liệu tạo vỏ. Các yếu tố như tần số, năng lượng và thời gian siêu âm sẽ ảnh hưởng đến kích thước và phân bố của vi bọt. Việc kiểm soát kích thước vi bọt là rất quan trọng để đảm bảo chúng có thể đi qua các mao mạch mà không gây tắc nghẽn. Ngoài ra, các phương pháp khác như khuấy tốc độ cao và phun sấy cũng được nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình bào chế vi bọt.

3.1. Phương pháp siêu âm

Phương pháp siêu âm là một trong những cách hiệu quả nhất để bào chế vi bọt. Quá trình này cho phép tạo ra các vi bọt có kích thước nhỏ và đồng đều, giúp cải thiện khả năng phản xạ âm. Siêu âm tạo ra áp suất và nhiệt độ cao, giúp các phân tử lipid tự sắp xếp thành lớp vỏ bao quanh lõi khí. Kích thước và phân bố của vi bọt có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số siêu âm, từ đó tối ưu hóa hiệu quả của vi bọt trong ứng dụng siêu âm chẩn đoán.

IV. Đánh giá và kết luận

Nghiên cứu về vi bọt phospholipid cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện chất lượng hình ảnh siêu âm chẩn đoán. Vi bọt không chỉ giúp phát hiện các bất thường trong cơ thể mà còn hỗ trợ trong việc đánh giá tình trạng tươi máu của các mô. Việc bào chế vi bọt với các phương pháp hiện đại như siêu âm, khuấy tốc độ cao và phun sấy sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực y học. Tương lai của vi bọt trong siêu âm chẩn đoán hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho việc chăm sóc sức khỏe.

4.1. Giá trị thực tiễn

Vi bọt phospholipid có giá trị thực tiễn cao trong y học, đặc biệt trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh. Chúng không chỉ giúp cải thiện độ tương phản của hình ảnh siêu âm mà còn hỗ trợ trong việc phát hiện sớm các bệnh lý. Việc nghiên cứu và phát triển vi bọt sẽ góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ y tế, từ đó cải thiện sức khỏe cộng đồng.

Tổng quan nghiên cứu

Siêu âm là phương pháp chẩn đoán hình ảnh phổ biến trong y học nhờ ưu điểm không xâm lấn, chi phí thấp và thời gian thực hiện nhanh. Tuy nhiên, hiệu quả của siêu âm bị hạn chế do thiếu các tác nhân tương phản hình ảnh hiệu quả. Vi bọt phospholipid đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển như một tác nhân tương phản lý tưởng trong siêu âm, đồng thời còn được nghiên cứu sử dụng làm tác nhân phân phối thuốc và gen. Ở Việt Nam, vi bọt vẫn còn ít được biết đến và ứng dụng lâm sàng còn hạn chế, đặt ra nhu cầu nghiên cứu bào chế vi bọt phù hợp với điều kiện trong nước.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng công thức và xác định các thông số quy trình bào chế vi bọt vỏ phospholipid, đồng thời đánh giá một số đặc tính lý hóa của vi bọt bào chế được. Nghiên cứu được thực hiện tại Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm 2016, sử dụng các nguyên liệu như HSPC, Poloxamer 407, PEG 6000 và khí nitơ. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các chế phẩm vi bọt làm chất tương phản siêu âm, góp phần nâng cao chất lượng chẩn đoán hình ảnh và mở rộng ứng dụng trong y học tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Vi bọt là các hạt khí kích thước từ 1-10 µm, gồm lõi khí và lớp vỏ ngoài. Lớp vỏ thường được tạo thành từ phospholipid có cấu trúc lưỡng cực, giúp vi bọt ổn định, hạn chế thoát khí và tương thích sinh học cao. Lõi khí thường là khí trơ như nitơ hoặc perfluorocarbon (PFC), có áp suất hơi cao giúp vi bọt tồn tại lâu trong tuần hoàn. Vi bọt có khả năng phản âm cao, tạo ra tín hiệu siêu âm rõ nét, giúp phân biệt mô bình thường và bất thường.

Các lý thuyết về sức căng bề mặt, dược động học vi bọt, và ảnh hưởng của các thành phần cấu tạo đến tính ổn định và kích thước vi bọt được áp dụng để thiết kế công thức và quy trình bào chế. Mô hình tương tác giữa phospholipid và chất diện hoạt Poloxamer 407 cũng được xem xét nhằm tối ưu hóa đặc tính vi bọt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ thực nghiệm bào chế vi bọt tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Dược Hà Nội. Cỡ mẫu gồm các công thức vi bọt với biến đổi nồng độ HSPC, Poloxamer 407, PEG 6000 và các thông số quy trình như cường độ siêu âm, nhịp phát xung, thời gian siêu âm, nhiệt độ và pH.

Phương pháp bào chế chính là siêu âm phân tán khí nitơ vào dung dịch chứa các thành phần tạo vỏ. Các thông số được điều chỉnh và đánh giá theo từng biến thể. Phân tích kích thước và phân bố vi bọt thực hiện bằng kính hiển vi gắn camera và xử lý ảnh bằng phần mềm Image J. Đánh giá sức căng bề mặt, độ bền vi bọt, số lượng vi bọt trong 1 ml dịch tạo bọt cũng được tiến hành.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2016, bao gồm giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thực hiện thí nghiệm bào chế, đánh giá đặc tính và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Công thức tối ưu:

   • Nồng độ HSPC 0,4%, Poloxamer 407 2,0%, PEG 6000 0,625% cho vi bọt có kích thước trung bình 2,7-4,8 µm, thời gian phân lớp lên đến 328 phút, số lượng vi bọt trên vi trường đạt 1089.
   • So với các công thức khác, công thức này cho vi bọt ổn định nhất với phân bố kích thước hẹp và số lượng vi bọt cao.

2. Ảnh hưởng của cường độ siêu âm:

   • Tăng cường độ siêu âm từ 25% đến 40% làm giảm kích thước vi bọt trung bình từ 3,0 µm xuống 2,7 µm, thời gian phân lớp tăng từ 45 phút lên 325 phút, số lượng vi bọt tăng từ 478 lên 1089 trên vi trường.
   • Cường độ 40% được xác định là tối ưu cho quá trình tạo bọt.

3. Ảnh hưởng của nhịp phát xung:

   • Nhịp phát xung 02/01 (s/s) tạo ra vi bọt có kích thước trung bình nhỏ nhất (2,6 µm) và thời gian phân lớp dài nhất (346 phút), phân bố kích thước hẹp nhất so với các nhịp khác.

4. Ảnh hưởng của pH:

   • pH 6,8 là điều kiện tối ưu, tạo vi bọt có kích thước trung bình nhỏ nhất (2,3 µm), thời gian phân lớp dài nhất (361 phút) và số lượng vi bọt cao nhất (1477 trên vi trường).

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc phối hợp HSPC với Poloxamer 407 và PEG 6000 giúp giảm sức căng bề mặt, tăng tính ổn định và số lượng vi bọt tạo thành. Poloxamer 407 có khả năng di chuyển nhanh đến bề mặt khí-lỏng, hỗ trợ ổn định vỏ vi bọt hiệu quả hơn so với HSPC đơn thuần. Nồng độ Poloxamer 407 quá cao có thể hòa tan vỏ phospholipid, làm giảm độ bền vi bọt, giải thích cho hiện tượng giảm số lượng vi bọt khi tăng nồng độ từ 2% lên 2,5%.

Cường độ siêu âm cao giúp phân tán khí nitơ tốt hơn, tạo vi bọt nhỏ và đồng đều hơn, phù hợp với yêu cầu kích thước 1-10 µm để tránh tắc mạch và đảm bảo khả năng lưu thông trong mạch máu. Nhịp phát xung 02/01 cho phép thời gian nghỉ lấy khí tối ưu, giúp vi bọt ổn định hơn.

pH ảnh hưởng đến khả năng thủy phân của HSPC, pH 6,8 là môi trường phù hợp để duy trì cấu trúc vỏ vi bọt ổn định. Nhiệt độ làm lạnh trong quá trình siêu âm giúp giảm sinh nhiệt, hạn chế oxy hóa phospholipid, tăng độ bền vi bọt.

Số lượng vi bọt trong 1 ml dịch tạo bọt đạt 2,86 × 10^8 vi bọt/ml, gần bằng các chế phẩm thương mại như Optison (5-8 × 10^8 vi bọt/ml), cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế. Độ bền vi bọt giảm dần theo thời gian do áp lực Laplace tăng khi vi bọt co nhỏ, phù hợp với cơ chế vật lý đã biết.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố kích thước vi bọt, biểu đồ thời gian phân lớp và số lượng vi bọt theo các biến số quy trình, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của từng yếu tố.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiếp tục nghiên cứu thành phần vỏ vi bọt:

   • Đánh giá sâu hơn về cấu trúc hóa học và tương tác giữa HSPC, Poloxamer 407 và PEG 6000 để tối ưu hóa tính ổn định và khả năng phản âm.
   • Thời gian thực hiện: 6-12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội.

2. Nghiên cứu độ ổn định vi bọt trong môi trường sinh học:

   • Thử nghiệm độ bền vi bọt khi lưu thông trong máu, khả năng phân hủy và thải trừ trong cơ thể.
   • Thời gian thực hiện: 12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Viện Công nghệ Dược phẩm Quốc gia phối hợp với các trung tâm y học hạt nhân.

3. Phát triển quy trình sản xuất vi bọt quy mô lớn:

   • Áp dụng công nghệ siêu âm công suất cao và kiểm soát nhiệt độ để sản xuất vi bọt đồng nhất, ổn định.
   • Thời gian thực hiện: 18 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp dược phẩm trong nước.

4. Thử nghiệm lâm sàng sơ bộ:

   • Đánh giá hiệu quả và an toàn của vi bọt phospholipid làm chất tương phản siêu âm trên người bệnh.
   • Thời gian thực hiện: 24 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các bệnh viện đa khoa lớn, phối hợp với Bộ Y tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành Dược học và Công nghệ Dược:

   • Lợi ích: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về bào chế vi bọt, phương pháp đánh giá đặc tính vi bọt, hỗ trợ nghiên cứu phát triển sản phẩm mới.

2. Chuyên gia và kỹ thuật viên trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh siêu âm:

   • Lợi ích: Hiểu rõ cơ chế tác dụng và đặc tính của tác nhân tương phản vi bọt, từ đó nâng cao hiệu quả chẩn đoán.

3. Doanh nghiệp dược phẩm và công ty sản xuất thiết bị y tế:

   • Lợi ích: Tham khảo công thức và quy trình bào chế vi bọt để phát triển sản phẩm tương phản siêu âm trong nước, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành Dược, Công nghệ Sinh học:

   • Lợi ích: Tài liệu tham khảo thực tiễn về nghiên cứu bào chế, phương pháp phân tích và xử lý dữ liệu trong lĩnh vực vi bọt và siêu âm.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi bọt phospholipid là gì và tại sao được dùng làm chất tương phản siêu âm?
   Vi bọt phospholipid là các hạt khí nhỏ có lớp vỏ phospholipid ổn định, kích thước từ 1-10 µm. Chúng phản xạ sóng siêu âm mạnh, giúp tăng độ tương phản hình ảnh, phân biệt mô bình thường và bất thường hiệu quả hơn.

2. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến kích thước và độ ổn định của vi bọt?
   Nồng độ HSPC, Poloxamer 407, PEG 6000, cường độ siêu âm, nhịp phát xung, thời gian siêu âm, nhiệt độ và pH đều ảnh hưởng đến kích thước, phân bố và độ bền của vi bọt. Ví dụ, tăng cường độ siêu âm giúp tạo vi bọt nhỏ và ổn định hơn.

3. Tại sao pH 6,8 được chọn làm điều kiện tối ưu cho dịch tạo bọt?
   pH 6,8 giúp duy trì cấu trúc phospholipid ổn định, hạn chế thủy phân và oxy hóa, từ đó tạo vi bọt có kích thước nhỏ, phân bố hẹp và độ bền cao hơn so với các pH khác.

4. Số lượng vi bọt trong 1 ml dịch tạo bọt có ý nghĩa gì?
   Số lượng vi bọt quyết định liều dùng và chất lượng hình ảnh siêu âm. Nghiên cứu đạt 2,86 × 10^8 vi bọt/ml, gần bằng các sản phẩm thương mại, đảm bảo đủ lượng vi bọt để tạo tín hiệu tương phản rõ ràng.

5. Có thể áp dụng quy trình bào chế này để sản xuất quy mô công nghiệp không?
   Quy trình siêu âm phân tán khí nitơ với các thông số tối ưu có thể được mở rộng quy mô, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm về thiết bị và kiểm soát chất lượng để đảm bảo đồng nhất và ổn định sản phẩm.

Kết luận

• Đã xây dựng được công thức vi bọt phospholipid tối ưu gồm HSPC 0,4%, Poloxamer 407 2,0%, PEG 6000 0,625%.
• Xác định các thông số quy trình bào chế tối ưu: cường độ siêu âm 40%, nhịp phát xung 02/01 (s/s), thời gian siêu âm 2 phút, nhiệt độ 20°C, pH 6,8.
• Vi bọt bào chế có kích thước trung bình khoảng 2,7 µm, phân bố kích thước hẹp, số lượng vi bọt đạt 2,86 × 10^8 vi bọt/ml, gần bằng các chế phẩm thương mại.
• Đã đánh giá được độ bền vi bọt trên tiêu bản, cho thấy vi bọt ổn định trong khoảng 90 phút đầu tiên.
• Đề xuất nghiên cứu tiếp tục về cấu trúc vỏ vi bọt, độ ổn định trong cơ thể và thử nghiệm lâm sàng để phát triển sản phẩm ứng dụng thực tế.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai các đề xuất nhằm thúc đẩy ứng dụng vi bọt phospholipid trong chẩn đoán siêu âm tại Việt Nam.