MỞ ĐẦU Vi cầu (microsphere) là một hệ thống chuyển giao thuốc có kích thƣớc hàng micromet, với thành phần cấu tạo chính gồm dƣợc chất đƣợc phân tán đồng đều trong một khung polymer. Dù có kích thƣớc tiểu phân trung bình nhỏ, nhƣng nhờ vào cấu trúc khung trơ tạo bởi các polymer, vi cầu có khả năng kiểm soát, kéo dài sự giải phóng dƣợc chất [18]. Do đó, vi cầu ngày càng đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều hơn để điều chế các hệ trị liệu phóng thích kéo dài. Hiện nay, các hệ trị liệu phóng thích kéo dài chứa dƣợc chất phân tử lƣợng lớn (nhƣ các peptid, protein) rất đƣợc quan tâm do xu thế sử dụng các dƣợc chất sinh học trong điều trị.
Tuy nhiên các dƣợc chất này có cấu trúc phức tạp, độ ổn định thấp, hấp thu kém và dễ bị phân giải bởi các enzyme nên việc bào chế dƣới dạng thuốc phóng thích kéo dài còn gặp nhiều thử thách [49]. Các polymer có thể đƣợc dùng trong bào chế vi cầu thƣờng đƣợc chia thành polymer phân hủy sinh học và polymer tƣơng thích nhƣng không phân hủy sinh học [49]. Các polymer phân hủy sinh học có nguồn gốc tự nhiên nhƣ alginat, chitosan đƣợc ƣu tiên hơn trong bào chế vì khả năng tƣơng thích sinh học cao và có thể phân hủy sinh học. Nhiều nghiên cứu cho thấy alginat đã đƣợc sử dụng làm chất mang vận chuyển các loại thuốc có nguồn gốc rất khác nhau [24].
Đặc tính phóng thích của vi cầu alginat có thể đƣợc cải thiện một cách hiệu quả bằng cách phối hợp hoặc bao phủ với chitosan. Hệ thống này có khả năng vi nang hóa (microencapsulation) các loại thuốc có nguồn gốc hóa dƣợc hoặc sinh học. Đề tài ―Nghiên cứu điều chế microsphere chứa bovine serum albumin từ polymer alginat và chitosan‖ đƣợc thực hiện nhằm mục tiêu tổng quát là thiết lập và tối ƣu hóa đƣợc thành phần công thức và thông số quy trình điều chế vi cầu từ alginat và chitosan, giúp giải phóng kéo dài protein mô hình là bovine serum albumin (BSA). Trong đó, alginat hình thành nên vi cầu lõi chứa dƣợc chất và chitosan đóng vai trò lớp bao phủ bên ngoài lõi alginat.
Cả hai polymer này đều có vai trò kiểm soát sự giải phóng dƣợc. Quá trình điều chế đƣợc tiếp cận theo hƣớng thiết kế thí nghiệm, gồm các nội dung cụ thể sau đây: 1. Xây dựng thành phần công thức và quy trình điều chế cơ bản để tạo vi cầu chứa BSA từ alginat. Nghiên cứu và tối ƣu hóa các thành phần công thức và thông số quy trình điều chế vi cầu alginat.
Xây dựng đƣợc phƣơng pháp bao phủ vi cầu alginat bằng chitosan. Đánh giá đặc tính của các vi cầu alginat-chitosan tạo thành. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. HỆ TIỂU PHÂN MICROSPHERE 1.
Nguồn gốc và khái niệm Những năm đầu thế kỷ 20, hai nhà khoa học ngƣời Hà Lan Bungenberg và Kruyt đã giới thiệu thuật ngữ mới ―sự đông tụ‖ (coacervation), xuất phát từ tiếng Latin ―coacervus‖ để mô tả một tiến trình tách pha của những dung dịch keo thành các phần chất lỏng riêng biệt. Điều này đã làm nên nền tảng cho kỹ thuật vi nang hóa đầu tiên mà Green và cộng sự đã phát minh vào năm 1954. Vào thập niên 70, trên cơ sở kế thừa dạng vi nang hệ tiểu phân micro bắt đầu đƣợc phát triển [39]. Dựa trên cấu trúc tiểu phân, hệ tiểu phân micro đƣợc chia thành 2 loại: vi nang (microcapsule) và vi cầu (microsphere).
Microsphere là các tiểu phân có dạng hình cầu, với đƣờng kính từ 1 - 1000 µm [18], thƣờng có cấu trúc chính là khung polymer với dƣợc chất đƣợc hòa tan hoặc phân tán đồng đều trong khung [23]. Ƣu và nhƣợc điểm của vi cầu Vi cầu có các ƣu điểm của hệ tác dụng kéo dài nhƣ: - Sinh khả dụng cao, giảm tác dụng phụ, số lần dùng thuốc so với thuốc quy ƣớc [34]. - Có thể đƣợc dùng dƣới dạng tiêm do có dạng hình cầu và kích thƣớc nhỏ [34]. - Giảm kích thƣớc vi cầu góp phần cải thiện độ tan của những dƣợc chất kém tan [17].
- Với kích thƣớc cỡ µm, vi cầu có khả năng phân tán tốt trong đƣờng tiêu hoá, vì vậy hạn chế đƣợc tác dụng kích ứng tại chỗ của dƣợc chất [9], [52]. - Chuyển chất lỏng thành dạng rắn và để che dấu mùi vị của dƣợc chất [52]. Tuy nhiên, hệ phân phối thuốc dựa trên vi cầu vẫn có một số hạn chế nhất định, nhƣ: .4 - Các điều kiện trong quá trình tổng hợp nhƣ thay đổi nhiệt độ, pH, bổ sung dung môi và bay hơi/khuấy trộn có thể ảnh hƣởng đến sự ổn định của các dƣợc chất đƣợc đóng gói trong vi cầu [17]. - Sản phẩm có thể bị thoái biến do nhiệt, thủy phân, oxy hóa, bức xạ mặt trời hoặc tác nhân sinh học [17].
- Tỉ lệ dƣợc chất đƣợc phóng thích từ vi cầu có thể bị ảnh hƣởng bởi thức ăn và nhu động dạ dày - ruột [34]. - Một bất lợi khác của vi cầu là hiệu quả tải dƣợc chất thấp, độc tính polymer và khó khăn khi nâng quy mô sản xuất công nghiệp [47]. Ứng dụng của vi cầu Các vi cầu có nhiều ứng dụng tùy thuộc vào loại polymer đƣợc sử dụng và kích thƣớc của vi cầu. Năm 1997, lần đầu tiên vi cầu đƣợc điều chế cho mục đích phóng thích kéo dài [47].
Hiện nay, vi cầu đã đƣợc ứng dụng với mục đích phóng thích kéo dài, có kiểm soát, che giấu mùi vị của thuốc hoặc giúp giảm liều dùng, giảm tác dụng phụ của thuốc [8]. Một số sản phẩm vi cầu có trên thị trƣờng đƣợc trình bày trong Bảng 1. Các sản phẩm vi cầu có trên thị trƣờng Dƣợc chất Tên thƣơng mại Công ty sản xuất Phƣơng pháp Risperidone Risperdal ® Janssen/Alkermes Tách loại dung môi (D/N) Consta ® Naltrexone Vivitrol ® Alkermes Tách loại dung môi (D/N) Somatropin Nutropin ® Depot Genentech/Alkermes Phun sấy Bromocriptine Parlodel LAR™ Novartis Phun sấy Triptorelin Trelstar™ Depot Pfizer Tách pha Decapeptyl® SR Ferring .5 Các dƣợc chất có bản chất rất khác nhau đƣợc đƣa vào vi cầu nhƣ thuốc hóa dƣợc, protein, DNA, oligonucleotide, vaccin… Các vi cầu phân hủy sinh học chứa protein hoạt tính đƣờng tiêm có khả năng bảo vệ các protein không bị phân hủy, kiểm soát đƣợc nồng độ protein trong máu, giúp giải phóng dƣợc chất kéo dài hoặc có kiểm soát, do đó đảm bảo sự tuân thủ của bệnh nhân [49]. Một số sản phẩm vi cầu phân hủy sinh học chứa dƣợc chất protein có trên thị trƣờng đƣợc trình bày trong Bảng 1.
Các sản phẩm vi cầu phân hủy sinh học chứa protein có trên thị trƣờng Dƣợc chất Tên thƣơng mại Công ty sản xuất Ứng dụng Leuprolide acetate Lupron Depot ® Takeda - Abott Ung thƣ tuyến tiền liệt Recombinant Nutropin Depot ® Genentech Thiếu hormone tăng human growth Alkermes trƣởng hormone Octreotide acetate Sandostatin Novartis Giảm tiết hormone tăng trƣởng, chống ung thƣ. Các polymer đƣợc sử dụng trong điều chế vi cầu Vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng để tổng hợp vi cầu là polymer. Có rất nhiều các polymer phân hủy sinh học và tƣơng thích sinh học, có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp đã đƣợc các nhà nghiên cứu sử dụng để điều chế các vi cầu [47]. Để lựa chọn polymer cho tổng hợp vi cầu, một vài thông số phải đƣợc xem xét nhƣ tính không độc hại, tính tƣơng thích sinh học, tính sẵn có và khả năng phân hủy sinh học của chúng.
Một số loại polymer đƣợc trình bày trong Bảng 1. Các loại polymer có nguồn gốc tổng hợp Polymer phân hủy sinh học Polymer tƣơng thích sinh học Lactide và glycolides và copolyme của chúng Polymethyl methacrylate Glycidyl methacrylate Polyanhydrides Acrolein Polycynoacrylates Epoxy polymer Polymer tự nhiên thu đƣợc từ các nguồn khác nhau nhƣ carbohydrate (Agarose, Carrageenan, Chitosan, tinh bột), protein (Albumin, Collagen và Gelatin) [47]. Các phƣơng pháp điều chế vi cầu Có nhiều phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu để điều chế vi cầu có bản chất polymer khác nhau [46]. Các phƣơng pháp chính để điều chế vi cầu bao gồm: 1.
Phương pháp tách loại dung môi Hickey và cộng sự là những tác giả đầu tiên đề xuất phƣơng pháp điều chế các vi cầu bằng cách sử dụng kỹ thuật tách loại dung môi. Nhƣng kỹ thuật tách loại dung môi đã đƣợc phát triển đầy đủ vào năm 1979. Trong kỹ thuật này, polymer đƣợc hòa tan trong dung môi hữu cơ dễ bay hơi. Dƣợc chất đƣợc hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch polymer nói trên sau đó đƣợc phân tán vào pha nƣớc chứa chất nhũ hóa bằng cách khuấy với tốc độ cao tạo thành nhũ tƣơng.
Khi nhũ tƣơng ổn định, tiếp tục khuấy trong vài giờ để tách loại dung môi hữu cơ. Vi cầu tạo thành đƣợc lọc, rửa và sấy khô [14]. Phƣơng pháp tách loại dung môi có thể thực hiện với kỹ thuật tạo nhũ tƣơng đơn hoặc kỹ thuật tạo nhũ tƣơng kép. Trong kỹ thuật tạo nhũ tƣơng đơn, các polymer đƣợc hòa tan trong dung môi hữu cơ dễ bay hơi nhƣ chloroform, dichloromethane, ethyl acetate.
Dƣợc chất đƣợc hòa tan trong dung dịch polymer trên sau đó đƣợc phân tán vào pha nƣớc chứa chất nhũ hóa bằng .7 cách khuấy với tốc độ cao tạo thành nhũ tƣơng (D/N). Khi nhũ tƣơng đã ổn định, tiếp tục khuấy trong vài giờ để tách loại dung môi hữu cơ. Vi cầu tạo thành đƣợc lọc, rửa và sấy khô. Kỹ thuật nhũ tƣơng đơn thƣờng đƣợc áp dụng cho dƣợc chất thân dầu [14].
Năm 2008, Malaekeh-Nikouei và cộng sự đã tổng hợp vi cầu chứa cyclosporine A với polymer chitosan và PLGA bằng phƣơng pháp tách loại dung môi với kỹ thuật tạo nhũ tƣơng đơn. Kết quả cho thấy, hiệu suất bắt giữ của vi cầu có thể đạt 92% [30]. Nguyên tắc của kỹ thuật nhũ tƣơng kép là dƣợc chất đƣợc hòa tan trong pha nƣớc. Sau đó, dung dịch dƣợc chất đƣợc phân tán vào pha dầu có chứa polymer để tạo thành nhũ tƣơng N/D.
Ở giai đoạn tiếp theo, hỗn hợp đƣợc nhũ hóa trong một dung dịch thân nƣớc có chứa chất ổn định pha dẫn đến sự hình thành một hỗn hợp cấu trúc tƣơng tự nhũ tƣơng kép (N/D/N). Nhũ tƣơng sau đó đƣợc loại bỏ dung môi bằng cách bay hơi dung môi hoặc chiết bằng dung môi. Kỹ thuật nhũ tƣơng kép đƣợc áp dụng cho các dƣợc chất thân nƣớc, các peptid, protein và vaccin [14]. Kỹ thuật này đã đƣợc Muhanad Ali và cộng sự sử dụng để tổng hợp vi cầu chứa doxycycline với polymer PLGA vào năm 2019, kết quả cho thấy các vi cầu thu đƣợc có kích thƣớc < 10 µm và độ phân tán kích thƣớc hạt nhỏ, thời gian phóng thích thuốc kéo dài đến 21 ngày [3].