Tổng quan luận án

Bệnh tiểu đường là một trong những rối loạn chuyển hóa mạn tính phổ biến. Theo thống kê của Tổ chức Đái tháo đường Quốc tế (IDF) được tác giả dẫn giải, tính đến năm 2019, thế giới có khoảng 436 triệu người mắc bệnh (chiếm 9,3% dân số) và ghi nhận hơn 4,2 triệu ca tử vong. Insulin là dược phẩm điều trị thay thế chủ yếu đối với bệnh nhân tiểu đường tuýp 1 và bệnh nhân tuýp 2 giai đoạn nặng. Phương pháp truyền thống đưa insulin vào cơ thể thông qua đường tiêm định kỳ dưới da bộc lộ nhiều hạn chế: nồng độ insulin ban đầu tăng vọt vượt ngưỡng điều trị dễ gây biến chứng hạ đường huyết nguy hiểm, sau đó giảm nhanh xuống dưới ngưỡng điều trị khiến người bệnh phải tiêm nhiều lần trong ngày, gây đau đớn và giảm chất lượng cuộc sống.

Các hệ thống phân phối insulin có kiểm soát trước đây (màng đa lớp, micelle, hydrogel đơn lẻ, hạt vi cầu nano-micro) gặp phải nhiều rào cản kỹ thuật. Màng đa lớp và micelle có hiệu quả tải và giữ thuốc thấp. Hydrogel nhạy nhiệt độ hoặc nhạy pH đơn lẻ khó kiểm soát tốc độ nhả thuốc tại mô đích và tồn tại hiện tượng bùng phát thuốc ban đầu (burst release). Ngược lại, hạt vi cầu polymer chế tạo bằng phương pháp phun tĩnh điện (electrospray) có hiệu quả bao gói thuốc cao nhưng độ solvat hóa kém, dễ kết tụ khi tiêm và đòi hỏi can thiệp phẫu thuật cấy ghép nếu dùng đơn độc. Xuất phát từ thực tế đó, luận án xây dựng ý tưởng phối hợp hạt vi cầu polycaprolactone (PCL) mang insulin với hydrogel pentablock copolymer nhạy nhiệt độ/pH nhằm tạo hệ vật liệu có thể tiêm được, hạn chế bùng phát ban đầu và kéo dài thời gian giải phóng thuốc.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu hệ vận chuyển thuốc insulin trên cơ sở kết hợp hạt micro electrospray PCL và hydrogel nhạy nhiệt độ/pH OS-PCL-PEG-PCL-OS nhằm mục đích kéo dài thời gian giải phóng thuốc insulin vào cơ thể và thời gian điều trị cho mỗi liều tiêm, phục vụ chữa bệnh tiểu đường.

Nội dung nghiên cứu được triển khai theo 5 phần chính:

  1. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số chế tạo phương pháp electrospray lên hình thái và kích thước hạt micro PCL và hạt micro In-PCL.
  2. Đánh giá khả năng phân hủy của hạt micro PCL trong môi trường in-vitro, độc tính và tính tương thích sinh học của hạt PCL lên tế bào sống. Chế tạo hạt micro PCL mang thuốc insulin bằng phương pháp electrospray với hàm lượng thuốc 20 - 25%kl.
  3. Tổng hợp và đánh giá cấu trúc copolymer OS-PCL-PEG-PCL-OS. Nghiên cứu khả năng chuyển trạng thái sol-gel của hydrogel copolymer trong in-vitro. Nghiên cứu khả năng hình thành và phân hủy khối gel trên chuột.
  4. Chế tạo hệ vật liệu kết hợp hạt electrospray In-PCL và hydrogel OS-PCL-PEG-PCL-OS. Nghiên cứu sự chuyển trạng thái sol-gel của hệ vật liệu trong in-vitro. Khả năng hình thành và phân hủy khối gel của hệ trên chuột.
  5. Nghiên cứu quá trình mang thuốc và nhả thuốc insulin của hạt micro In-PCL và hệ hạt micro In-PCL/hydrogel OS-PCL-PEG-PCL-OS trong môi trường in-vitro.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hạt micro PCL, hạt micro PCL chứa insulin (In-PCL), triblock copolymer PCL-PEG-PCL, pentablock copolymer OS-PCL-PEG-PCL-OS, hydrogel nhạy nhiệt độ/pH và hệ vật liệu phức hợp hạt micro In-PCL/hydrogel.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm tại Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Vật liệu Polymer & Compozit (Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM) và Khoa Công nghệ Hóa học (Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM).
  • Phạm vi thời gian: Công trình thực hiện trong 4,5 năm và bảo vệ năm 2020.
  • Phạm vi phương pháp: Khảo sát thực nghiệm in-vitro trong môi trường dung dịch đệm phosphate (PBS) và in-vivo trên mô hình chuột thí nghiệm.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã phân tích và tổng hợp các công trình khoa học trong và ngoài nước liên quan đến các hướng nghiên cứu về hệ dẫn thuốc:

  • Nghiên cứu chế tạo hạt mang thuốc bằng phương pháp electrospray: Gomez và cộng sự đã công bố khả năng chế tạo hạt insulin hoạt tính sinh học bằng phương pháp electrospray kết hợp làm khô với kích thước trung bình 88 - 110 nm và phân bố đơn phân. Kim và cộng sự nghiên cứu vi hạt chitosan chứa insulin qua phương pháp gel hóa ion hóa kết hợp electrospray và phản ứng liên kết ngang với acid phytic. Shenoy và cộng sự khảo sát ảnh hưởng của điện trường lên sự biến đổi hình thái từ hạt cầu sang hạt thuôn dài và sợi polymer. Almería và cộng sự xây dựng mô hình về quá trình bay hơi dung môi của giọt tích điện dựa trên phần thể tích polymer tại giới hạn Rayleigh ($\phi_{Ray}$), nồng độ che phủ chuỗi ($C_{ov}$) và nồng độ rối ($C_{ent}$).
  • Nghiên cứu về polymer phân hủy sinh học và hydrogel kích thích kép: Các polyester như poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), poly(lactic acid) (PLA) và polycaprolactone (PCL) được phân tích rõ về đặc tính nhiệt và cơ chế phân hủy. PCL có nhiệt độ nóng chảy $T_m \approx 60^\circ\text{C}$, nhiệt độ chuyển thủy tinh $T_g \approx -60^\circ\text{C}$, quá trình thủy phân tạo ra môi trường ít tính acid hơn so với PLGA và PLA. Về hydrogel nhạy nhiệt độ/pH, D. Huynh và cộng sự đã tổng hợp pentablock PAE-PCL-PEG-PCL-PAE liên kết tĩnh điện giữa khối poly($\beta$-amino ester) mang điện tích dương với phân tử insulin mang điện tích âm; thử nghiệm trên chuột nhiễm bệnh cho thấy hệ 10 mg/ml insulin trong 30%kl copolymer duy trì đường huyết ổn định hơn 1 tuần. Ngoài ra, các hệ block copolymer khác như OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM, OS-b-PCL-b-PEG-b-PCL-b-OS cũng được khảo sát cho việc phân phối paclitaxel và insulin.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định:

  1. Hạt nano-micro polymer chế tạo bằng electrospray chưa thể áp dụng tiêm trực tiếp vào cơ thể do tính solvat kém, dễ kết tụ và lắng đọng.
  2. Hydrogel nhạy nhiệt/pH đơn lẻ vẫn bị hiện tượng bùng phát nồng độ thuốc ban đầu.
  3. Các hệ kết hợp hydrogel và vi hạt polymer trước đây chủ yếu sử dụng phương pháp nhũ tương - bay hơi dung môi hoặc phun - sấy khô, vốn khó kiểm soát chính xác nồng độ thuốc mang trong hạt. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách kết hợp hạt micro electrospray PCL mang insulin vào cấu trúc mạng hydrogel pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS, hình thành hệ tiêm chuyển pha tại chỗ có hai tầng rào cản khuếch tán.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

  • Nguyên lý công nghệ electrospray: Dưới tác dụng của điện trường cao thế giữa đầu kim (cực dương) và bản thu mẫu (cực âm), giọt dung dịch polymer ở đầu kim bị biến dạng thành nón Taylor. Khi lực tĩnh điện thắng sức căng bề mặt, tia dung dịch được phun ra, phân tách dưới lực đẩy Coulomb thành các giọt nhỏ; dung môi bay hơi nhanh chóng trong quá trình bay tạo ra các hạt rắn kích thước micro/nano.
  • Cơ chế chuyển pha sol-gel nhạy nhiệt độ/pH của pentablock A-B-C-B-A: Copolyme gồm khối trung tâm PEG ưa nước (C), hai khối PCL nhạy nhiệt (B) và hai khối oligoserin (OS) nhạy pH loại anion (A). Ở nhiệt độ phòng và môi trường kiềm nhẹ (pH > 8,5), các nhóm -COOH của khối OS bị ion hóa, tương tác ưa nước chiếm ưu thế nên hệ tồn tại ở trạng thái dung dịch lỏng (sol). Khi đưa vào điều kiện sinh lý cơ thể ($37^\circ\text{C}$, pH 7,4), khối OS bị mất điện tích (de-ion hóa) trở nên kỵ nước, đồng thời khối PCL tăng tương tác kỵ nước do nhiệt độ tăng, dẫn đến sự tự lắp ghép tạo micelle với nhân kỵ nước OS/PCL và vỏ PEG. Mật độ micelle và liên kết cầu nối gia tăng làm hệ chuyển sang trạng thái gel vật lý.
  • Cơ chế giải phóng thuốc đa tầng: Thuốc phân tán trong mạng lưới hạt PCL được giải phóng qua hai cơ chế đồng thời: khuếch tán thụ động qua các lỗ xốp/khe hở và ăn mòn bề mặt/ăn mòn khối khi liên kết ester của PCL bị thủy phân. Lớp hydrogel pentablock bao bọc bên ngoài đóng vai trò rào cản thứ hai, làm chậm quá trình khuếch tán phân tử thuốc ra môi trường xung quanh.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Phương pháp chế tạo hạt electrospray: Dung dịch PCL (khối lượng phân tử số $M_n = 45.000\text{ g/mol}$ hoặc $80.000\text{ g/mol}$) hòa tan trong dichloromethane (DCM), chloroform hoặc dimethylformamide (DMF). Khảo sát điện áp (12 - 24 kV), lưu lượng bơm (0,5 - 4,0 ml/h), khoảng cách phun (15 - 25 cm) và kích thước kim phun (20G - 26G). Nồng độ insulin phối trộn đạt 20%kl và 25%kl.
  • Phương pháp tổng hợp hóa học: Tổng hợp triblock copolymer PCL-PEG-PCL qua phản ứng trùng hợp mở vòng $\epsilon$-caprolactone với sự hiện diện của PEG; tổng hợp oligomer m-serin; ghép m-serin vào hai đầu triblock qua phản ứng ester hóa với tác nhân ghép đôi $N,N'$-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) và 4-dimethylaminopyridine (DMAP), sử dụng dung môi DCM thay thế cho DMF.
  • Kỹ thuật phân tích cấu trúc và hình thái:
    • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) quan sát hình thái bề mặt hạt và cấu trúc gel.
    • Phần mềm ImageJ và Minitab đo đường kính hạt trung bình và phân bố kích thước.
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H-NMR}$) xác định cấu trúc hóa học của oligomer m-serin, triblock và pentablock copolymer.
    • Sắc ký gel (GPC) xác định khối lượng phân tử trung bình số ($M_n$), khối lượng phân tử trung bình khối ($M_w$) và chỉ số đa phân tán (PDI).
    • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và sắc ký khí khối phổ (GC-MS) đánh giá biến đổi nhóm chức và sản phẩm phân hủy PCL.
  • Phương pháp thử nghiệm sinh học và giải phóng thuốc:
    • Đánh giá độc tính tế bào in-vitro bằng phép thử MTT theo tiêu chuẩn ISO 10993-5:2009 trên hai dòng tế bào biểu mô thận người 293T và đại thực bào chuột RAW 264.7.
    • Khảo sát chuyển pha sol-gel in-vitro bằng phương pháp đảo ngược ống nghiệm trong dải nhiệt độ $10 - 60^\circ\text{C}$ và pH từ 6,0 đến 9,0.
    • Thử nghiệm in-vivo trên chuột: Tiêm dung dịch mẫu dưới da chuột, theo dõi thời gian tạo khối gel và cân khối lượng gel còn lại định kỳ trong 30 ngày.
    • Sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC): Lập đường chuẩn nồng độ insulin trong PBS (pH 7,4) dải 5 - 200 ppm, xác định hiệu quả bao gói thuốc và động học giải phóng insulin in-vitro.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về hạt nano-micro polymer, công nghệ electrospray và các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái hạt (dung môi, nồng độ polymer, khối lượng phân tử, điện trường, lưu lượng phun, khoảng cách thu nhận, đường kính kim). Chương này phân tích chi tiết cơ chế chuyển pha của các hệ hydrogel nhạy nhiệt, nhạy pH (anion, cation) và hydrogel nhạy kích thích kép nhiệt độ/pH cấu trúc pentablock.

Về mặt y sinh, chương tổng quan trình bày cơ chế chuyển hóa glucid, lipid, protid của hormone insulin và phân loại các dạng insulin điều trị đái tháo đường. Đồng thời, tác giả tổng thuật các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng electrospray trong phân phối thuốc (paclitaxel, insulin, kháng sinh) và các công trình trong nước về hydrogel copolymer, từ đó chỉ rõ cơ sở hình thành ý tưởng kết hợp vi hạt electrospray PCL với hydrogel pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất, thiết bị và các quy trình chế tạo, tổng hợp và đánh giá:

  • Chế tạo hạt PCL và hạt In-PCL bằng thiết bị electrospray với các thông số cài đặt cụ thể.
  • Quy trình tổng hợp pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS trong dung môi DCM xúc tác DCC/DMAP, quy trình tinh chế loại bỏ dicyclohexylurea (DCU) và kết tủa trong diethyl ether.
  • Quy trình chế tạo hệ phức hợp hạt micro In-PCL/hydrogel bằng phương pháp phân tán hạt micro vào dung dịch sol pentablock ở nhiệt độ phòng.
  • Thiết kế thử nghiệm phân hủy hạt PCL trong dung dịch PBS (pH 7,4, $37^\circ\text{C}$) theo dõi đến 70 ngày.
  • Thiết kế thử nghiệm độc tính tế bào (MTT) trên dòng tế bào 293T và RAW 264.7.
  • Quy trình khảo sát sol-gel in-vitro và thử nghiệm tiêm dưới da chuột theo dõi sự tiêu biến khối gel trong 30 ngày.
  • Quy trình chiết tách insulin và phân tích định lượng bằng RP-HPLC.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm và thảo luận khoa học:

  1. Khảo sát chế tạo hạt PCL và In-PCL bằng electrospray:
    • Ảnh hưởng của dung môi: DCM bay hơi nhanh ($T_s = 40^\circ\text{C}$) tạo hạt cầu có độ xốp và bề mặt nhăn; DMF ($T_s = 152^\circ\text{C}$) bay hơi chậm tạo hạt nhỏ bề mặt nhẵn nhưng dễ dính hạt; hệ dung môi hỗn hợp không cho hình thái đồng đều.
    • Ảnh hưởng của nồng độ và khối lượng phân tử: Với PCL $M_n = 80.000\text{ g/mol}$, nồng độ thích hợp là 4,5% - 4,75%kl (lưu lượng 1,0 - 1,2 ml/h, 18 kV); với PCL $M_n = 45.000\text{ g/mol}$, nồng độ thích hợp là 9,0% - 9,25%kl (lưu lượng 0,7 - 0,8 ml/h, 18 kV, khoảng cách 22,5 - 25 cm).
    • Tác động của nồng độ nạp insulin: Ở tỷ lệ 20%kl và 25%kl insulin, các hạt In-PCL thu được vẫn duy trì dạng hình cầu đồng đều, không bị biến dạng cấu trúc.
Thông số mẫu chế tạo Nồng độ PCL (%kl) Khối lượng phân tử ($M_n$) Điện áp (kV) Lưu lượng (ml/h) Khoảng cách (cm) Đường kính hạt trung bình
Mẫu PCL tinh chất 4,5% trong DCM 80.000 g/mol 18 1,5 20 Kích thước micro đồng đều
Mẫu In-PCL (20% insulin) 9,0% trong DCM 45.000 g/mol 18 0,8 22,5 - 25 Hạt vi cầu xốp đồng nhất
Mẫu In-PCL (25% insulin) 9,0% trong DCM 45.000 g/mol 18 0,8 22,5 - 25 Hạt vi cầu xốp đồng nhất

  1. Thử nghiệm phân hủy hạt PCL in-vitro:

    • Tốc độ phân hủy của hạt PCL tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt tiếp xúc dung dịch PBS. Các hạt có kích thước nhỏ, bề mặt nhiều nếp nhăn và độ xốp cao phân hủy nhanh hơn hạt kích thước lớn bề mặt nhẵn.
    • Sau 70 ngày ủ trong PBS, khối lượng phân tử trung bình số ($M_n$) của PCL giảm 80% (từ 45.000 g/mol). Phổ FTIR xác nhận sự suy giảm cường độ pic liên kết ester đặc trưng.

  2. Tổng hợp và đặc tính của pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS:

    • Việc sử dụng dung môi DCM thay thế cho DMF giúp giảm thiểu công đoạn rửa, tiết kiệm thời gian chế tạo và tăng hiệu suất phản ứng ester hóa lên 45%.
    • Phổ $^1\text{H-NMR}$ và GPC xác nhận sự hình thành cấu trúc pentablock với khối lượng phân tử và chỉ số đa phân tán phù hợp.
    • Thử nghiệm MTT cho thấy tỷ lệ sống của tế bào 293T và RAW 264.7 đạt >82% khi tiếp xúc dịch ủ hạt PCL và >92% đối với copolymer OS-PCL-PEG-PCL-OS, chứng minh vật liệu không gây độc tế bào.
Chỉ tiêu đánh giá Mẫu hạt micro PCL Mẫu copolymer OS-PCL-PEG-PCL-OS
Độ sống dòng tế bào thận 293T > 82% > 92%
Độ sống dòng đại thực bào RAW 264.7 > 82% > 92%
Đánh giá độc tính (ISO 10993-5:2009) Không gây độc Không gây độc

  1. Đặc tính chuyển pha sol-gel và thử nghiệm in-vivo:

    • Hydrogel pentablock nồng độ 28%kl và hệ phức hợp hạt micro PCL/hydrogel (15 mg hạt PCL/1 ml hydrogel 28%kl) tồn tại ở trạng thái sol lỏng tại nhiệt độ phòng, pH > 8,5 và nhanh chóng chuyển thành gel đặc ở $37^\circ\text{C}$, pH 7,4.
    • Thử nghiệm tiêm dưới da chuột: Dung dịch tạo thành khối gel định hình sau 1 - 2 giờ tiêm. Khối gel giảm dần khối lượng theo thời gian và phân hủy hoàn toàn sau 30 ngày.

  2. Hiệu quả mang và động học giải phóng insulin in-vitro:

    • Hiệu quả bao gói insulin của hạt micro đạt 90% đối với mẫu 20In-PCL (20%kl insulin) và 80% đối với mẫu 25In-PCL (25%kl insulin).
    • Động học nhả thuốc của hạt In-PCL đơn lẻ: Trong 8 giờ đầu xảy ra hiện tượng bùng phát mạnh với 32,45% (mẫu 20In-PCL) và 42,77% (mẫu 25In-PCL) lượng insulin được giải phóng; sau 16 giờ duy trì tốc độ 2 - 4%.
    • Động học nhả thuốc của hệ phức hợp hạt In-PCL/hydrogel: Sự bùng phát trong 8 giờ đầu giảm mạnh xuống còn 18,14% (mẫu 20In-PCL/hydrogel) và 25,83% (mẫu 25In-PCL/hydrogel). Quá trình giải phóng insulin sau đó được duy trì ổn định, kéo dài từ 1 đến 16 ngày.
Hệ mẫu thử nghiệm Nồng độ nạp insulin (%kl) Hiệu quả bao gói (%) Lượng thuốc giải phóng sau 8 giờ đầu (%) Thời gian duy trì giải phóng ổn định
Hạt đơn 20In-PCL 20% 90% 32,45% Duy trì 2 - 4% sau 16 giờ
Hạt đơn 25In-PCL 25% 80% 42,77% Duy trì 2 - 4% sau 16 giờ
Hệ hạt 20In-PCL/hydrogel 20% - 18,14% Kéo dài từ 1 đến 16 ngày
Hệ hạt 25In-PCL/hydrogel 25% - 25,83% Kéo dài từ 1 đến 16 ngày

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận

  • Xây dựng cơ sở khoa học về hệ vận chuyển dược phẩm dạng tiêm kết hợp giữa hạt vi cầu polymer electrospray và hydrogel kích thích kép nhạy nhiệt độ/pH.
  • Làm sáng tỏ quy luật kéo dài thời gian lưu giữ và phân phối thuốc dựa trên cơ chế hai tầng rào cản: kiểm soát khuếch tán và phân hủy từ cấu trúc vi hạt kết hợp với sự cản trở khuếch tán qua mạng lưới micelle của hydrogel.
  • Hệ thống hóa mối quan hệ giữa các thông số công nghệ electrospray (bản chất dung môi, nồng độ polymer, khối lượng phân tử, điện trường, lưu lượng) với vi cấu trúc hình thái, độ xốp và tốc độ suy giảm khối lượng phân tử của PCL trong môi trường in-vitro.

Đóng góp về mặt thực tiễn

  • Cải tiến quy trình tổng hợp pentablock copolymer OS-PCL-PEG-PCL-OS bằng việc sử dụng dung môi DCM thay thế cho DMF trong phản ứng ester hóa, giảm các công đoạn lọc rửa phức tạp, tiết kiệm thời gian tổng hợp và nâng cao hiệu suất phản ứng lên 45%.
  • Chế tạo thành công hệ vật liệu mang insulin tiêm được ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng (pH > 8,5) và tự tạo khối gel tại chỗ dưới da ở điều kiện sinh lý ($37^\circ\text{C}$, pH 7,4), phân hủy sinh học hoàn toàn sau 30 ngày trên cơ thể chuột.
  • Khắc phục hiện tượng giải phóng ồ ạt insulin ban đầu (giảm tỷ lệ bùng phát trong 8 giờ đầu từ 32,45% xuống 18,14% đối với mẫu nạp 20% insulin và từ 42,77% xuống 25,83% đối với mẫu nạp 25% insulin), kéo dài thời gian giải phóng thuốc ổn định từ 1 đến 16 ngày.
  • Chứng minh tính tương thích sinh học cao của vật liệu theo tiêu chuẩn ISO 10993-5:2009 với độ sống tế bào >82% (hạt PCL) và >92% (copolymer OS-PCL-PEG-PCL-OS).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Tiếp tục mở rộng các thử nghiệm in-vivo trên mô hình động vật mắc bệnh đái tháo đường thực nghiệm nhằm theo dõi trực tiếp biến thiên đường huyết và dược động học của insulin theo thời gian.
  • Tiến hành các nghiên cứu thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng để hoàn thiện hệ dẫn thuốc hướng tới ứng dụng thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Thử nghiệm giải phóng insulin của hệ vật liệu mới được thực hiện trong điều kiện in-vitro (dung dịch PBS, pH 7,4). Thử nghiệm in-vivo trên chuột mới dừng ở mức đánh giá sự hình thành khối gel và tốc độ phân hủy sinh học của vật liệu dưới da chuột lành, chưa tiến hành đo lường chỉ số đường huyết trực tiếp trên động vật bệnh lý.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Khảo sát dược động học và hiệu quả hạ đường huyết của hệ phức hợp hạt micro In-PCL/hydrogel trên mô hình động vật thí nghiệm bị gây bệnh tiểu đường (chuột đái tháo đường).
    • Tối ưu hóa thêm tỷ lệ phối trộn giữa hạt vi cầu và hydrogel để điều chỉnh tốc độ nhả thuốc phù hợp với từng phác đồ điều trị cụ thể.
    • Mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ mang thuốc đa rào cản này cho các loại dược chất protein, peptide và hormone điều trị khác.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Vật liệu, Hóa sinh và Polyme Y sinh: Luận án cung cấp quy trình chi tiết về công nghệ chế tạo hạt polymer bằng phương pháp electrospray, phương pháp tổng hợp copolymer khối nhạy nhiệt/pH và các kỹ thuật phân tích hiện đại ($^1\text{H-NMR}$, GPC, FTIR, RP-HPLC, MTT).
  • Đối với các nhà nghiên cứu dược học và phát triển hệ dẫn thuốc: Luận án cung cấp giải pháp kỹ thuật kết hợp đa tầng vật liệu nhằm triệt tiêu hiện tượng bùng phát thuốc ban đầu của các dược chất protein kém bền, đồng thời duy trì nồng độ thuốc ổn định trong thời gian dài.
  • Nội dung đáng tham khảo nhất: Phần tối ưu hóa thông số electrospray chế tạo hạt vi cầu mang protein (Chương 3, mục 3.1 và 3.2); quy trình cải tiến phản ứng tổng hợp pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS trong dung môi DCM (Chương 2, mục 2.2.3 và Chương 3, mục 3.5); đồ thị và số liệu so sánh động học nhả thuốc giữa hạt đơn lẻ và hệ phức hợp (Chương 3, mục 3.7).

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ chế chuyển pha sol-gel của hydrogel pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS diễn ra như thế nào?
Hydrogel pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS phản ứng đồng thời với nhiệt độ và pH nhờ cấu trúc khối: khối PEG ưa nước ở giữa, hai khối PCL nhạy nhiệt và hai khối oligoserin (OS) nhạy pH anion ở hai đầu. Ở nhiệt độ phòng và pH kiềm nhẹ (> 8,5), các nhóm carboxyl (-COOH) của khối OS bị ion hóa mang điện tích âm, tương tác ưa nước chiếm ưu thế nên hệ ở dạng dung dịch lỏng (sol). Khi đưa vào môi trường sinh lý ($37^\circ\text{C}$, pH 7,4), các nhóm chức của khối OS bị de-ion hóa trở nên kỵ nước, đồng thời khối PCL tăng tính kỵ nước do nhiệt độ tăng, thúc đẩy các chuỗi polymer tự cuộn lại tạo cấu trúc micelle và liên kết chéo mạng lưới chuyển thành khối gel đặc.

2. Cải tiến kỹ thuật trong phản ứng tổng hợp pentablock copolymer OS-PCL-PEG-PCL-OS của luận án là gì?
Luận án đã thay thế dung môi phản ứng DMF truyền thống bằng dung môi DCM trong phản ứng ester hóa giữa nhóm -COOH của m-serin và nhóm -OH của triblock PCL-PEG-PCL (có sự hiện diện của chất xúc tác DCC và DMAP). Cải tiến này giúp loại bỏ nhiều công đoạn rửa kết tủa phức tạp, rút ngắn thời gian tinh chế và làm tăng hiệu suất phản ứng ester hóa lên mức 45%.

3. Khả năng tương thích sinh học và độc tính tế bào của các vật liệu trong luận án được ghi nhận ra sao?
Độc tính tế bào được kiểm tra bằng phương pháp MTT theo tiêu chuẩn ISO 10993-5:2009 trên hai dòng tế bào 293T và RAW 264.7. Kết quả cho thấy độ sống của tế bào trong dịch ủ hạt micro PCL đạt trên 82% và trong dịch ủ copolymer pentablock OS-PCL-PEG-PCL-OS đạt trên 92%. Thử nghiệm in-vivo dưới da chuột cho thấy khối gel hình thành sau 1 - 2 giờ tiêm và tiêu biến, phân hủy hoàn toàn sau 30 ngày mà không gây độc hại mô.

4. Hệ vật liệu hạt micro In-PCL kết hợp hydrogel đã cải thiện hiện tượng bùng phát thuốc (burst release) như thế nào so với hạt In-PCL đơn lẻ?
Đối với hạt vi cầu In-PCL đơn lẻ, trong 8 giờ đầu lượng insulin giải phóng ra ngoài môi trường chiếm 32,45% (ở mẫu 20In-PCL) và 42,77% (ở mẫu 25In-PCL). Khi kết hợp hạt In-PCL vào trong hydrogel pentablock, lớp mạng lưới hydrogel đóng vai trò rào cản khuếch tán thứ hai, làm giảm lượng thuốc bùng phát trong 8 giờ đầu xuống còn 18,14% (đối với hệ 20In-PCL/hydrogel) và 25,83% (đối với hệ 25In-PCL/hydrogel), đồng thời duy trì giải phóng thuốc ổn định từ 1 đến 16 ngày.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Vũ Việt Linh đã chế tạo thành công hệ vận chuyển thuốc insulin dạng tiêm từ hạt vi cầu electrospray PCL và hydrogel pentablock nhạy nhiệt độ/pH OS-PCL-PEG-PCL-OS. Nghiên cứu đã làm rõ ảnh hưởng của các thông số chế tạo electrospray lên hình thái hạt, cải tiến thành công quy trình tổng hợp pentablock trong dung môi DCM đạt hiệu suất 45% và chứng minh tính tương thích sinh học cao của vật liệu in-vitro lẫn in-vivo. Hệ vật liệu phức hợp đã giải quyết được hạn chế bùng phát nồng độ insulin ban đầu và kéo dài thời gian nhả thuốc liên tục từ 1 đến 16 ngày, cung cấp cơ sở thực nghiệm quan trọng cho việc phát triển các hệ dẫn thuốc điều trị bệnh tiểu đường.