Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ hóa học với đề tài "Nghiên cứu sự giải phóng thuốc nifedipin có nguồn gốc từ tổ hợp poly axit lactic/chitosan" do nghiên cứu sinh Nguyễn Thúy Chinh thực hiện tại Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của GS. Thái Hoàng và GS. Jin-Ho Choy, hoàn thành vào tháng 10 năm 2016.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Nifedipin (NIF) là dược chất đối kháng canxi thuộc nhóm nitro-dihydropyridin, có tác dụng điều trị tăng huyết áp, chống cơn đau thắt ngực và chống bệnh Raynaud thông qua cơ chế ức chế chọn lọc dòng ion canxi đi vào tế bào cơ tim và cơ trơn mạch máu, làm giãn mạch và giảm sức cản ngoại vi. Tuy nhiên, NIF có các nhược điểm dược động học lớn: độ tan trong nước rất thấp (nồng độ bão hòa khoảng $6,0 \cdot 10^{-6}\text{ M}$), thời gian bán hủy trong huyết tương ngắn (khoảng 3 giờ), sinh khả dụng tuyệt đối khoảng 50% và dễ bị phân hủy quang hóa dưới bức xạ tử ngoại thành dẫn xuất nitrophenylpyridin. Tốc độ giải phóng nhanh của NIF nguyên sinh gây khó khăn cho việc duy trì nồng độ điều trị ổn định.

Để kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc, việc nghiên cứu chất mang polyme phân hủy sinh học là hướng đi cần thiết. Poly(lactic axit) (PLA) là polyeste nhiệt dẻo có nguồn gốc từ tinh bột (ngô, sắn, khoai tây, lúa mì), sở hữu độ bền kéo cao, khả năng che chắn hơi nước tốt, tính tương hợp và phân hủy sinh học hoàn toàn thành $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$, nhưng có tính kị nước cao và giòn. Ngược lại, chitosan (CS) là polyme sinh học tự nhiên từ vỏ giáp xác, mang nhóm chức $-\text{NH}_2$ và $-\text{OH}$, có tính tương thích sinh học, kháng khuẩn, tự phân hủy thành $N$-glucosamin nội sinh nhưng lại rất nhạy cảm với độ ẩm. Việc phối hợp PLA và CS tạo ra hệ vật liệu tổ hợp vừa cải thiện tính kị nước của CS, vừa tăng khả năng hấp phụ của PLA, đồng thời hình thành mạng lưới liên kết hydro và tương tác lưỡng cực giữa các nhóm chức của polyme với NIF để điều hòa tốc độ giải phóng thuốc. Các công bố trước đó mới chỉ bước đầu thử nghiệm tổ hợp PLA/CS cho thuốc điều trị HIV (lamivudin), ung thư (paclitaxel), kháng sinh (rifampicin) hoặc protein; chưa có công trình nào nghiên cứu hệ tổ hợp PLA/CS mang nifedipin phục vụ điều trị tim mạch và huyết áp.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 3 mục tiêu cụ thể:

  1. Chế tạo thành công vật liệu tổ hợp PLA/CS mang NIF bằng phương pháp dung dịch và phương pháp vi nhũ.
  2. Xác định được khối lượng thuốc NIF giải phóng từ vật liệu tổ hợp PLA/CS trong các môi trường/dung dịch pH tương tự môi trường dịch vị dạ dày, ruột non, ruột già.
  3. Xây dựng phương trình động học mô tả quá trình giải phóng thuốc NIF từ vật liệu tổ hợp PLA/CS trong các môi trường pH nêu trên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Chất nền polyme: Poly(axit lactic) (PLA), Chitosan (CS), Polyetylen oxit (PEO) làm chất trợ tương hợp và chất ổn định nhũ.
    • Dược chất: Nifedipin ($\text{C}{17}\text{H}{18}\text{N}_2\text{O}_6$, tên khoa học 2,6-dimetyl-3,5-dicacboxylat-4-(2-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin).
    • Dạng bào chế vật liệu: Màng tổ hợp (FPCN, FPCPN) và hạt nano tổ hợp (PCN), thuốc viên nang bào chế từ hạt nano PCN.
    • Động vật thực nghiệm: Chuột thực nghiệm dùng cho thử nghiệm in vivo.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Không gian: Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
    • Môi trường thử nghiệm giải phóng in vitro: Các dung dịch đệm có giá trị pH mô phỏng đường tiêu hóa gồm pH 1,2 và pH 2,0 (dịch dạ dày), pH 6,8 (dịch ruột non), pH 7,4 (dịch ruột già/máu) ở nhiệt độ $37^\circ\text{C}$.
    • Phạm vi đánh giá sinh học: Đánh giá độ ổn định của viên nang ở điều kiện thường và lão hóa cấp tốc; thử nghiệm tác dụng hạ huyết áp động mạch và biến đổi điện tâm đồ trên chuột.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về hệ dẫn thuốc polyme mang nifedipin và các hệ tổ hợp trên cơ sở PLA/CS:

Các nghiên cứu về hệ mang thuốc NIF

  • Jingjun Huang và cộng sự: Chế tạo vi hạt copolyme amoni metacrylat (RL) và etylxenlulozơ (EC) chứa NIF bằng phương pháp đồng kết tủa với tỉ lệ RL/EC khác nhau (2:1, 1:1, 1:2). Kết quả chỉ ra NIF phân tán ở mức phân tử trong nền, quá trình giải phóng tuân theo mô hình Baker - Lonsdale và cơ chế khuếch tán Fick chiếm ưu thế.
  • Guyot và cộng sự: Khảo sát sự giải phóng NIF từ hạt vi cầu EC (các cấp độ nhớt EC N4, N10, N22, N50) và hỗn hợp EC:HPC, EC:HPMC. Quá trình giải phóng có dạng đường cong hình chữ S không xuất hiện hiệu ứng bùng nổ (burst release). Giai đoạn 0–10 giờ tuân theo động học bậc 0 hoặc mô hình Hixon - Crowell (phụ thuộc tốc độ hydrat hóa); giai đoạn 10–24 giờ tuân theo mô hình Higuchi.
  • Praveen B. Kajjari và cộng sự: Tổng hợp vi cầu từ blend polyvinyl ancol (PVA) và succinyl chitosan (SCS) mang NIF bằng phương pháp vi nhũ; cơ chế giải phóng được kiểm soát bởi độ trương nở của mạng lưới polyme (non-Fickian theo mô hình Korsmeyer - Peppas).
  • Namdev B. Shelke và cộng sự: Chế tạo vi cầu poly(sebacic anhydrit-co-Pluronic F68/F127) mang NIF kích thước 10–50 $\mu\text{m}$; sau 24 giờ ở pH 7,4 giải phóng 33% thuốc, tuân theo khuếch tán Fick ($n < 0,5$).
  • S. Vijay Kumar và cộng sự: Tổng hợp vi cầu copolyme $N$-vinyl-2-pyrrolidon (NVP) và 2-etoxyetyl metacrylat (EOEMA) chứa NIF; sự giải phóng diễn ra qua hai giai đoạn kéo dài đến 75 giờ phụ thuộc vào tỷ lệ monomer ưa nước/kị nước.
  • Francesco Cilurzo và cộng sự: Dùng phương pháp sấy phun tạo vi hạt Metocel E5/NIF và NaPMM/NIF với tỷ lệ thuốc/polyme thay đổi.
  • D. Thacharodi và cộng sự: Chế tạo màng CS-collagen bằng phương pháp dung dịch để kiểm soát thấm và giải phóng NIF qua màng.
  • Park và cộng sự: Chế tạo viên nén NIF-PVP bọc màng poly(lactic-co-glycolic axit) (PLGA); màng bọc làm giảm tốc độ giải phóng và khi kết hợp hai độ dày màng (50CPT và 75CPT), đồ thị giải phóng đạt dạng tuyến tính trong 24 giờ ($R^2 > 0,983$).
  • A. Portero và cộng sự: Khảo sát nhiệt lượng DSC và nhiễu xạ XRD hỗn hợp CS glutamat và NIF, chứng minh sự suy giảm độ kết tinh của NIF khi phân tán vào chất mang polyme vô định hình.

Các nghiên cứu về vật liệu tổ hợp PLA/CS mang thuốc

  • Dev và cộng sự: Dùng kỹ thuật nhũ tương nước/dầu/nước (W/O/W) bốc hơi dung môi chế tạo hạt nano PLA/CS mang thuốc kháng virus lamivudin (kích thước 300–350 nm). Khảo sát độc tính tế bào theo tiêu chuẩn ISO 10993-5 (khảo sát MTT) trên dòng tế bào chuột cho thấy vật liệu hoàn toàn không gây độc.
  • M. Rajan và cộng sự: Chế tạo hạt nano CS-PLA mang rifampicin (RIF) có bổ sung PEG và gelatin (G). Hiệu suất bọc thuốc đạt cực đại 96,8% ở mẫu chứa PEG và gelatin với hàm lượng tải 50% khối lượng RIF.
  • R. Nanda và cộng sự: Chế tạo màng và vật liệu nanocompozit CS-PLA/montmorillonit (MMT) mang thuốc chống ung thư paclitaxel. Khả năng giải phóng paclitaxel tăng khi chuyển từ môi trường pH 1,2 lên pH 7,4 (đạt 64,63% sau 6 giờ ở pH 7,4).

Vị trí và khoảng trống nghiên cứu của luận án

Tác giả đã xác định khoảng trống thực tiễn và lý luận: kết hợp hai polyme sinh học có đặc tính bổ trợ nhau là PLA (kị nước, độ bền cơ học cao, phân hủy chậm) và CS (ưa nước, tương hợp sinh học, kháng khuẩn) cùng chất tương hợp PEO để hình thành hệ mang nifedipin; khảo sát song song hai dạng cấu trúc màng và hạt nano; thiết lập đầy đủ mô hình toán học động học giải phóng thuốc tại 4 môi trường pH tiêu hóa ($1,2;\ 2,0;\ 6,8;\ 7,4$); tiến tới bào chế viên nang và kiểm chứng hiệu quả sinh học in vivo trên động vật thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình động học

  1. Cơ chế tương tác liên phân tử: Sự tương thích pha giữa PLA, CS, PEO và khả năng phân tán của NIF được giải thích thông qua tương tác liên kết hydro giữa nhóm cacbonyl ($-\text{C}=\text{O}$) của PLA, nhóm ete ($-\text{C}-\text{O}-\text{C}-$) của PEO với nhóm amin ($-\text{NH}_2$), hydroxyl ($-\text{OH}$) của CS và nhóm $-\text{NH}-$, $-\text{NO}_2$ của phân tử NIF.
  2. Cơ chế thủy phân và tự xúc tác của PLA: PLA bị thủy phân liên kết este sinh ra các đoạn oligome chứa nhóm axit cacboxylic ($-\text{COOH}$) cuối mạch, nhóm này đóng vai trò tự xúc tác đẩy nhanh quá trình phân cắt mạch polyme từ bên trong khối vật liệu.
  3. Các mô hình toán học giải phóng thuốc:
    • Động học bậc không (Zero-Order): $W_t = W_0 + k_1 t$
    • Động học bậc một (First-Order): $\log C_t = \log C_0 - \frac{k_2 t}{2,303}$
    • Mô hình Hixon - Crowell: $(100 - W_t)^{1/3} = 100^{1/3} - k_3 t$
    • Mô hình Higuchi: $W_t = k_4 t^{1/2}$
    • Phương trình Korsmeyer - Peppas: $\frac{M_t}{M_\infty} = k_5 t^n$ ($n \le 0,45\text{ hoặc }0,5$: khuếch tán Fick; $0,5 < n < 1,0$: khuếch tán dị thường không Fick; $n = 1$: động học bậc 0 / ăn mòn cốt polyme).

Phương pháp chế tạo vật liệu

  • Phương pháp dung dịch (chế tạo màng): Hòa tan PLA trong điclometan (DCM); hòa tan CS trong dung dịch axit axetic 1%; phối trộn PLA, CS, PEO và NIF theo các tỉ lệ xác định; khuấy cơ học đến đồng nhất, đổ khuôn thủy tinh/Teflon và làm bay hơi dung môi tự nhiên thu được màng tổ hợp (ký hiệu FPN, FCN, FPCN, FPCPN).
  • Phương pháp vi nhũ / bốc hơi dung môi (chế tạo hạt nano): Pha hữu cơ gồm PLA và NIF hòa tan trong DCM được phân tán vào pha nước gồm CS và PEO hòa tan trong dung dịch axit axetic loãng. Hỗn hợp được siêu âm đồng hóa, khuấy liên tục để bay hơi hoàn toàn dung môi hữu cơ DCM, sau đó bổ sung nước cất, ly tâm thu hồi kết tủa và đông khô để thu hạt nano PCN.

Phương pháp và thiết bị phân tích

  • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Xác định các dao động đặc trưng của nhóm chức và sự hình thành liên kết hydro liên phân tử.
  • Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) và Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Quan sát hình thái vi cấu trúc, độ nhẵn bề mặt màng và cấu trúc hạt nano dạng cầu lõi - vỏ.
  • Phương pháp tán xạ ánh sáng động học (DLS): Đo kích thước hạt trung bình và phân bố kích thước hạt nano.
  • Phân tích nhiệt khối lượng (TGA/DrTG) và Quét nhiệt lượng vi sai (DSC): Xác định nhiệt độ phân hủy bắt đầu ($T_{\text{onset}}$), nhiệt độ tốc độ phân hủy cực đại ($T_{\text{max}}$), nhiệt độ thủy tinh hóa ($T_g$), nhiệt độ nóng chảy ($T_m$) và độ kết tinh của vật liệu.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Phân tích trạng thái pha kết tinh hoặc vô định hình của NIF trong chất mang.
  • Phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Thiết lập đường chuẩn của NIF tại bước sóng $\lambda_{\text{max}} = 230\text{ nm}$ trong các môi trường đệm pH để tính toán hiệu suất mang thuốc (%) và phần trăm thuốc giải phóng theo thời gian.
  • Đánh giá độ ổn định: Xác định hàm lượng hoạt chất còn lại (%) và độ hòa tan (%) của viên nang theo dõi ở điều kiện thường và điều kiện lão hóa cấp tốc ($40^\circ\text{C} \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm $75% \pm 5%$).
  • Thử nghiệm sinh học in vivo trên chuột: Đánh giá tác dụng hạ huyết áp động mạch (huyết áp tâm thu, huyết áp tâm trương, huyết áp trung bình, huyết áp hiệu số, thời gian đạt đỉnh) và các thông số tim mạch (nhịp tim, chu chuyển tim) thông qua hệ thống phân tích điện tâm đồ và phần mềm LabChart.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I. Giới thiệu chung về poly lactic axit (PLA), chitosan (CS), nifedipin (NIF) và vật liệu tổ hợp polyme mang thuốc

Chương I tổng hợp có hệ thống cơ sở lý thuyết về 3 hợp phần chính:

  1. Poly(lactic axit) (PLA): Cấu trúc lập thể của poly L(+) axit lactic (PLLA - độ kết tinh cao) và poly D(-) axit lactic (PDLA - vô định hình). Khối lượng riêng của PLLA từ $1,20\text{--}1,29\text{ g/cm}^3$, PDLA là $1,27\text{ g/cm}^3$. PLA có độ bền kéo và độ cứng lớn, tính thấm khí $\text{N}_2, \text{O}_2, \text{CO}_2$ thấp hơn nhiều so với polyetylen (PE), bị phân hủy sinh học tạo sản phẩm cuối là $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$, dễ bị thủy phân trong môi trường kiềm và axit theo cơ chế tự xúc tác bởi nhóm $-\text{COOH}$ cuối mạch.
  2. Chitosan (CS): Được điều chế từ chitin qua 3 giai đoạn (loại khoáng bằng axit, loại protein bằng kiềm, khử axetyl hóa bằng $\text{NaOH } 40\text{--}60%$ ở $100\text{--}130^\circ\text{C}$). CS chứa nhóm $-\text{OH}$ và $-\text{NH}_2$, tan trong axit loãng, có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn phụ thuộc nồng độ và khối lượng phân tử, phân hủy sinh học bởi lysozym tạo $N$-glucosamin.
  3. Nifedipin (NIF): Công thức phân tử $\text{C}{17}\text{H}{18}\text{N}_2\text{O}_6$, nhiệt độ nóng chảy $150\text{--}174^\circ\text{C}$, tan kém trong nước, dễ tan trong axeton, metanol, etanol; thời gian bán thải huyết tương 3 giờ; chuyển hóa qua gan và thải trừ 80% qua nước tiểu; có tác dụng chống tăng huyết áp, chống đau thắt ngực (giảm co thắt mạch vành, giảm hậu gánh) và hội chứng Raynaud.
  4. Vật liệu tổ hợp polyme mang thuốc: Phân tích các phương pháp chế tạo (đồng kết tủa, vi nhũ, dung dịch, sấy phun, nén ép cơ học, phun sợi điện) và điểm lại các thông số thực nghiệm giải phóng thuốc từ các nghiên cứu tiêu biểu.

Bảng tổng hợp: Hằng số giải phóng ($K$) và hệ số tương quan ($r$) của NIF từ vi cầu EC và hỗn hợp polyme theo nghiên cứu của Guyot và cộng sự (trích dẫn trong luận án)

Mẫu nghiên cứu ZO (0–10 h) $K$ ZO $r$ HCW (0–10 h) $K$ HCW $r$ FO (10–24 h) $K$ FO $r$ HG (10–24 h) $K$ HG $r$
NIF:EC4 (1:9) 1,30 0,991 0,021 0,990 0,04 0,998 19,53 0,984
NIF:EC10 (1:9) 0,76 0,996 0,012 0,995 0,05 0,970 20,28 0,990
NIF:EC22 (1:9) 0,96 0,999 0,015 0,998 0,03 0,975 12,07 0,969
NIF:EC50 (1:9) 1,05 0,998 0,017 0,997 0,03 0,978 12,17 0,996
NIF:EC10 (1,5:8,5) 0,76 0,999 0,012 0,999 0,05 0,960 15,08 0,982
NIF:EC10 (2:8) 0,45 0,984 0,007 0,983 0,06 0,992 16,53 0,965
NIF:EC10 (2,5:7,5) 0,24 0,990 0,004 0,990 0,07 0,990 13,15 0,967
NIF:EC10:HPC (1:8:1) 0,64 0,994 0,010 0,994 0,04 0,991 11,00 0,988
NIF:EC10:HPC (1:7:2) 0,73 0,998 0,012 0,997 0,04 0,965 9,73 0,987
NIF:EC10:HPMC (1:8:1) 0,46 0,976 0,007 0,977 0,04 0,969 7,86 0,978
NIF:EC10:HPMC (1:7:2) 0,67 0,982 0,011 0,983 0,04 0,998 9,53 0,982

Bảng tổng hợp: Thông số động học giải phóng paclitaxel từ vật liệu nanocompozit CS-PLA/MMT theo R. Nanda và cộng sự (trích dẫn trong luận án)

Hàm lượng thuốc (%) $K$ (pH 7,4) $n$ (pH 7,4) $r$ (pH 7,4) $K$ (pH 1,2) $n$ (pH 1,2) $r$ (pH 1,2)
5 0,08 0,50 0,964 0,24 0,48 0,979
10 0,04 0,55 0,968 0,02 0,54 0,944
15 0,07 1,68 0,961 0,19 1,55 0,978
20 0,25 1,55 0,955 0,04 1,67 0,969
25 0,29 1,66 0,963 0,20 1,88 0,991

CHƯƠNG II. Nguyên liệu, hoá chất và phương pháp nghiên cứu

Chương II mô tả chi tiết nguồn gốc nguyên liệu, quy trình thực nghiệm và hệ thống thiết bị đo:

  1. Nguyên liệu và hóa chất: PLA, CS (độ deaxetyl hóa xác định), NIF (độ tinh khiết dược dụng), PEO, điclometan (DCM), axit axetic, các muối đệm photphat và axit clohydric đạt tiêu chuẩn tinh khiết phân tích.
  2. Ký hiệu mẫu nghiên cứu:
    • Dạng màng: FP (màng PLA), FC (màng CS), FPN (màng PLA/NIF), FCN (màng CS/NIF), FPC (màng PLA/CS), FPCN (màng PLA/CS/NIF với các hàm lượng NIF khác nhau), FPCPN (màng PLA/CS/PEO/NIF).
    • Dạng hạt nano: PCs (hạt nano PLA/CS), PCN (hạt nano PLA/CS/PEO mang NIF).
  3. Quy trình phân tích quang phổ và đường chuẩn NIF: Đo mật độ quang ($A$) tại bước sóng cực đại $\lambda_{\text{max}} = 230\text{ nm}$ trong các môi trường pH ($1,2;\ 2,0;\ 6,8;\ 7,4$) để xây dựng phương trình đường chuẩn tuyến tính $A = a \cdot C + b$ với hệ số hồi quy $R^2$.
  4. Quy trình thử nghiệm in vivo: Đánh giá huyết áp động mạch xâm lấn trực tiếp và ghi điện tâm đồ (ECG) trên chuột thí nghiệm bằng hệ thống chuyển đổi tín hiệu kết nối máy tính chạy phần mềm LabChart để so sánh thuốc nguyên sinh NIF và hạt nano PCN.

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương III trình bày toàn bộ kết quả phân tích hóa lý, động học giải phóng in vitro và thử nghiệm sinh học in vivo:

1. Đặc trưng cấu trúc, hình thái và tính chất của màng tổ hợp PLA/CS mang NIF

  • Phổ FTIR: Phổ IR của NIF nguyên sinh có pic dao động hóa trị $-\text{NH}$ ở $3334\text{ cm}^{-1}$, dao động $-\text{CH}$ vòng thơm và béo ở $3068, 2932, 2887, 2826\text{ cm}^{-1}$, nhóm $-\text{C}=\text{O}$ ở $1680\text{ cm}^{-1}$, nhóm $-\text{NO}_2$ ở $1530\text{ cm}^{-1}$. Trong các màng tổ hợp FPCN và FPCPN, các pic dao động dịch chuyển số sóng và mở rộng, chứng minh sự hình thành liên kết hydro giữa nhóm $-\text{C}=\text{O}$ của PLA, $-\text{O}-$ của PEO với nhóm $-\text{NH}_2, -\text{OH}$ của CS và $-\text{NH}-$ của NIF.
  • Hình thái cấu trúc (FESEM): Màng FPC có sự tách pha vi mô giữa PLA và CS. Khi có mặt PEO (màng FPCP6), độ tương hợp pha tăng lên rõ rệt, bề mặt màng trở nên đồng nhất, giảm kích thước các miền phân tán.
  • Tính chất nhiệt (TGA, DSC): Giản đồ TG/DrTG cho thấy màng tổ hợp có độ bền nhiệt nằm giữa PLA và CS. Giản đồ DSC chỉ ra pic nóng chảy của NIF tinh thể ($175^\circ\text{C}$) biến mất hoặc mở rộng trong màng tổ hợp FPCN/FPCPN, chứng minh NIF chuyển sang trạng thái phân tán vô định hình trong nền polyme.
  • Hiệu suất mang thuốc và sự giải phóng thuốc in vitro từ màng:
    • Hiệu suất mang thuốc của màng FPCN và FPCPN đạt giá trị cao.
    • Tốc độ và hàm lượng NIF giải phóng phụ thuộc rõ rệt vào pH môi trường: trong môi trường pH 2,0 (axit), CS bị trương nở và hòa tan một phần làm tốc độ giải phóng NIF nhanh hơn; trong môi trường pH 6,8 và pH 7,4, quá trình giải phóng diễn ra chậm và kéo dài.
    • Việc bổ sung PEO làm tăng tính ưa nước của màng, giúp điều chỉnh tốc độ khuếch tán thuốc.

Bảng tổng hợp: Hàm lượng NIF giải phóng (%) từ các mẫu màng tổ hợp FPCN và FPCPN theo thời gian trong dung dịch pH 2,0; pH 6,8 và pH 7,4 (Bảng 3.6, 3.7, 3.8 trong luận án)

Mẫu màng pH 2,0 (sau 24h) pH 6,8 (sau 24h) pH 7,4 (sau 24h)
FPCN10 Giải phóng kiểm soát Tốc độ chậm Ổn định kéo dài
FPCN20 Tăng theo hàm lượng tải Tốc độ chậm vừa Duy trì liên tục
FPCP6N10 Khuếch tán điều hòa Thích hợp ruột non Kéo dài > 24h
FPCP8N10 Trương nở nhanh hơn Tăng nhẹ tốc độ Giải phóng hoàn toàn
  • Động học giải phóng từ màng: Các thông số hồi quy cho thấy quá trình giải phóng NIF từ màng FPCN/FPCPN ở pH 2,0; 6,8 và 7,4 phù hợp nhất với mô hình Higuchi và phương trình Korsmeyer - Peppas với hệ số $n$ thể hiện cơ chế khuếch tán không tuân theo định luật Fick kết hợp với sự trương nở cốt polyme.

2. Đặc trưng cấu trúc, tính chất và hình thái của hạt nano PLA/CS mang NIF

  • Phổ FTIR và XRD: Phổ FTIR hạt nano PCN khẳng định sự liên kết chặt chẽ của NIF trong chất mang. Giản đồ XRD của hạt nano PCN không còn các pic nhiễu xạ sắc nhọn đặc trưng cho tinh thể NIF, khẳng định thuốc tồn tại ở trạng thái vô định hình hoặc phân tán phân tử bên trong hạt nano.
  • Kích thước hạt và hình thái (DLS, FESEM, TEM):
    • Ảnh TEM và FESEM cho thấy hạt nano PCN có dạng hình cầu đồng đều, cấu trúc vỏ - lõi rõ nét (lõi CS và vỏ PLA-NIF).
    • Phân bố kích thước hạt (DLS) nằm trong khoảng nanomet, phụ thuộc vào thể tích pha nước đưa vào, hàm lượng PEO và tỷ lệ PLA/CS.

Bảng tổng hợp: Sự phụ thuộc kích thước hạt trung bình của hạt nano PCN vào hàm lượng PEO và tỷ lệ PLA/CS (Bảng 3.14 trong luận án)

Tỷ lệ PLA/CS (kl/kl) Hàm lượng PEO (% so với polyme) Kích thước hạt trung bình (nm)
90/10 5 Kích thước phân tán hẹp
80/20 5 Kích thước tối ưu (~150–250 nm)
80/20 10 Tăng độ phân tán
70/30 5 Tăng nhẹ kích thước hạt
  • Giải phóng thuốc in vitro từ hạt nano: Hạt nano PCN giải phóng NIF chậm, ổn định trong các môi trường pH 1,2; pH 2,0; pH 6,8 và pH 7,4; không xảy ra hiện tượng bùng nổ giải phóng đột ngột. Quá trình giải phóng kéo dài liên tục trên 24–48 giờ.
  • Động học giải phóng từ hạt nano: Tính toán trên 5 mô hình toán học (Zero-Order, First-Order, Hixon - Crowell, Higuchi, Korsmeyer - Peppas) tại các pH khác nhau cho thấy mô hình Higuchi và Korsmeyer - Peppas đạt hệ số tương quan $R^2$ cao nhất ($R^2 > 0,95$), phản ánh cơ chế giải phóng thuốc được điều khiển bởi quá trình khuếch tán phân tử qua màng polyme nano kết hợp với sự xói mòn sinh học của chất mang.

3. Đánh giá độ ổn định và thử nghiệm in vivo của thuốc viên nang từ hạt nano PCN

  • Độ ổn định của viên nang: Theo dõi ở điều kiện thường và điều kiện lão hóa cấp tốc ($40^\circ\text{C}$, độ ẩm 75%):
    • Phần trăm NIF còn lại ($n = 3$) sau các mốc thời gian (1, 2, 3, 6 tháng) duy trì ở mức cao, đáp ứng tiêu chuẩn độ ổn định dược phẩm.
    • Độ hòa tan ($n = 12$) ở cả hai điều kiện thử nghiệm không bị suy giảm đáng kể theo thời gian bảo quản.
  • Tác dụng hạ huyết áp trên chuột thực nghiệm:
    • Thuốc NIF nguyên sinh làm huyết áp tâm thu, huyết áp tâm trương và huyết áp trung bình của chuột giảm sâu đột ngột trong 30–60 phút đầu, sau đó huyết áp nhanh chóng tăng trở lại mức ban đầu.
    • Thuốc viên nang bào chế từ hạt nano PCN làm hạ huyết áp từ từ, êm dịu, mức hạ huyết áp đạt đỉnh sau thời gian dài hơn và duy trì huyết áp ổn định kéo dài suốt nhiều giờ thử nghiệm.
  • Tác dụng lên chức năng tim mạch:
    • Mẫu NIF nguyên sinh gây phản xạ tăng nhịp tim rõ rệt do tác dụng giãn mạch nhanh làm tụt áp đột ngột.
    • Mẫu hạt nano PCN giải phóng chậm giúp nhịp tim và chu chuyển tim của chuột biến đổi điều hòa, không xuất hiện hiện tượng tăng nhịp tim phản xạ cấp tính.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  1. Đã nghiên cứu một cách hệ thống việc kết hợp hai polyme phân hủy sinh học có nguồn gốc tự nhiên và tái tạo là PLA và Chitosan có mặt chất tương hợp/chất hoạt động bề mặt PEO để tạo hệ chất mang tổ hợp mang nifedipin ở hai dạng cấu trúc: màng tổ hợp và hạt nano.
  2. Chứng minh được cơ chế tương tác liên kết hydro liên phân tử giữa các nhóm chức của PLA, CS, PEO và NIF bằng thực nghiệm quang phổ FTIR; xác định trạng thái chuyển pha vô định hình hóa của nifedipin trong hệ tổ hợp bằng phương pháp XRD và phân tích nhiệt DSC/TGA.
  3. Thiết lập được hệ thống phương trình động học mô tả định lượng quá trình giải phóng nifedipin trong 4 môi trường pH mô phỏng tiêu hóa ($1,2;\ 2,0;\ 6,8;\ 7,4$), làm sáng tỏ cơ chế giải phóng thuốc tuân theo mô hình Higuchi và cơ chế khuếch tán không Fick.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng

  1. Đã làm chủ quy trình công nghệ chế tạo hạt nano tổ hợp PLA/CS mang nifedipin bằng phương pháp vi nhũ bốc hơi dung môi với kích thước hạt đồng đều và hiệu suất mang thuốc cao.
  2. Đã bào chế thử nghiệm thành công dạng thuốc viên nang từ hạt nano PLA/CS mang NIF, kiểm chứng độ ổn định hóa lý đạt yêu cầu theo dõi bảo quản thường và lão hóa cấp tốc.
  3. Chứng minh trên mô hình động vật thực nghiệm (in vivo trên chuột) rằng viên nang hạt nano PLA/CS mang NIF có tác dụng hạ huyết áp kéo dài, ổn định và khắc phục được phản xạ tăng nhịp tim đột ngột so với thuốc nifedipin nguyên sinh thông thường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án mới tiến hành thử nghiệm dược lý in vivo trên mô hình động vật gặm nhấm (chuột) ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa khảo sát trên các động vật lớn hơn; chưa mở rộng đánh giá dược động học toàn diện (nồng độ thuốc trong huyết tương chuột theo thời gian - đường cong AUC, $C_{\text{max}}, T_{\text{max}}$).
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục hoàn thiện quy trình công nghệ bào chế ở quy mô lớn hơn; tiến hành đánh giá tương đương sinh học, thử nghiệm dược động học in vivo chi tiết trên động vật bậc cao và tiến tới các giai đoạn thử nghiệm lâm sàng.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên thuộc các chuyên ngành Hóa học polyme, Vật liệu compozit, Vật liệu y sinh và Công nghệ dược phẩm. Phần tổng quan về cơ chế tương tác polyme sinh học và phương pháp vi nhũ chế tạo hạt nano dạng vỏ - lõi là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nghiên cứu hệ dẫn thuốc tác dụng kéo dài.
  • Các nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên bào chế dược phẩm: Dữ liệu thực nghiệm về xây dựng đường chuẩn UV-Vis ở các pH, các bảng thông số động học giải phóng thuốc (Zero-Order, First-Order, Higuchi, Hixon - Crowell, Korsmeyer - Peppas) và quy trình đánh giá độ ổn định viên nang theo phương pháp lão hóa cấp tốc là cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác có thể áp dụng trực tiếp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần kết hợp cả PLA và Chitosan để làm chất mang cho Nifedipin thay vì dùng riêng rẽ từng polyme?

Nếu dùng riêng rẽ, PLA có tính kị nước cao và giải phóng thuốc rất chậm, trong khi CS lại nhạy cảm với môi trường ẩm và trương nở quá nhanh trong môi trường axit dạ dày. Việc phối hợp PLA và CS cùng chất tương hợp PEO tạo ra vật liệu tổ hợp bù trừ nhược điểm: tăng khả năng hấp phụ của PLA, cải thiện tính kị nước của CS, tạo liên kết hydro đa điểm với NIF, giúp kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc bền bỉ và kéo dài qua các vùng pH khác nhau của đường tiêu hóa.

2. Trạng thái vật lý của Nifedipin trong hạt nano PLA/CS là gì và điều này có ý nghĩa gì đối với độ tan của thuốc?

Kết quả phân tích giản đồ XRD và quét nhiệt lượng DSC chứng minh NIF trong hạt nano PCN không còn các pic kết tinh sắc nhọn và mất pic nóng chảy tinh thể ở $175^\circ\text{C}$. Điều này khẳng định NIF đã chuyển từ dạng kết tinh khó tan sang trạng thái vô định hình hoặc phân tán phân tử trong chất mang polyme, giúp tăng tốc độ hòa tan biểu kiến và cải thiện độ phân tán của dược chất.

3. Động học giải phóng Nifedipin từ hạt nano PLA/CS trong các môi trường pH tuân theo mô hình nào?

Số liệu thực nghiệm giải phóng in vitro tại các môi trường pH ($1,2;\ 2,0;\ 6,8;\ 7,4$) có hệ số hồi quy $R^2$ cao nhất khi khớp với mô hình Higuchi và phương trình Korsmeyer - Peppas ($R^2 > 0,95$). Cơ chế giải phóng thuốc diễn ra thông qua quá trình khuếch tán phân tử thuốc qua chất nền polyme kết hợp với sự trương nở và xói mòn sinh học của khung tổ hợp PLA/CS.

4. Kết quả thử nghiệm in vivo trên chuột cho thấy ưu điểm nổi bật nào của viên nang hạt nano PLA/CS mang NIF so với NIF nguyên sinh?

Thuốc NIF nguyên sinh làm huyết áp chuột hạ rất nhanh nhưng ngắn và gây phản xạ tăng nhịp tim đột ngột. Ngược lại, viên nang hạt nano PLA/CS mang NIF giúp hạ huyết áp từ từ, êm dịu, duy trì hiệu quả hạ áp kéo dài qua nhiều giờ và giữ nhịp tim chuột ổn định, loại bỏ được tác dụng phụ tăng nhịp tim phản xạ cấp tính.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Nguyễn Thúy Chinh đã chế tạo thành công hệ vật liệu tổ hợp màng và hạt nano poly(axit lactic)/chitosan có mặt PEO mang nifedipin bằng phương pháp dung dịch và phương pháp vi nhũ. Các đặc trưng cấu trúc, hình thái học vỏ - lõi, liên kết hydro liên phân tử và trạng thái vô định hình của thuốc trong chất mang đã được chứng minh rõ ràng qua các phương pháp FTIR, FESEM, TEM, XRD, TGA và DSC. Quá trình giải phóng nifedipin in vitro tại các môi trường pH tiêu hóa được mô tả chính xác bằng các mô hình động học toán học, cho thấy khả năng kiểm soát giải phóng kéo dài vượt trội. Thử nghiệm in vivo trên chuột khẳng định thuốc viên nang từ hạt nano tổ hợp có tác dụng hạ huyết áp êm dịu, kéo dài và kiểm soát nhịp tim ổn định, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong điều trị bệnh tim mạch và cao huyết áp.