MỞ ĐẦU Thuốc kháng sinh được nhà khoa học Scottland, Alexander Fleming [1] sáng chế vào năm 1928. Kháng sinh là những hợp chất hóa học, có tác động chuyên biệt trên một giai đoạn chuyển hóa thiết yếu của vi sinh vật. Thuốc kháng sinh có thể kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh ngăn cho chúng phát triển và lây lan. Với những nước đang phát triển như Việt Nam, đây là một nhóm thuốc quan trọng vì bệnh lý nhiễm khuẩn nằm trong số những bệnh đứng hàng đầu cả về tỷ lệ mắc bệnh và tỷ lệ tử vong.
Hiện nay, kháng sinh được sử dụng rộng rãi trong điều trị vấn đề liên quan đến nhiễm khuẩn. Trong đó, phải kể đến các kháng sinh thuộc nhóm carbapenem. Carbapenem là phân nhóm kháng sinh thuộc họ beta-lactam có phổ rộng, tác dụng trên hầu hết các vi khuẩn Gram dương và Gram âm [2], kể cả các chủng vi khuẩn tiết betalactamase hoạt phổ rộng thường được sử dụng để điều trị các bệnh nhiễm trùng nặng do vi khuẩn có nguy cơ tử vong cao. Doripenem, meropenem, imipenem và ertapenem là các kháng sinh đại diện của nhóm carbapenem được sử dụng hiệu quả trong bệnh viện và các cơ sở y tế, cũng là đối tượng được lựa chọn trong nghiên cứu này.
Hiện nay có nhiều phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất trong thuốc như: phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) [3, 4], phương pháp điện hóa [5], sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC [6, 7, 8, 9, 10, 11],.Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi hệ thiết bị đắt tiền, quá trình xử lý tốn nhiều thời gian. Phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc CE-C4D có nhiều ưu điểm như thiết bị đơn giản, sử dụng ít hóa chất, thời gian phân tích phù hợp với điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam. Do vậy, đề tài “Xác định đồng thời một số kháng sinh nhóm carbapenem 1 bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D)” được lựa với các mục tiêu sau: - Khảo sát tối ưu quy trình phân tích đồng thời bốn kháng sinh nhóm carbapenem gồm: doripenem, meropenem, imipenem và ertapenem bằng phương pháp điện di mao quản sử dụng detector độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D) - Thẩm định và đánh giá phương pháp trên nền mẫu dược phẩm nhằm hướng áp dụng quy trình phân tích trong kiểm soát chất lượng nguyên liệu, bán thành phẩm trong các nhà máy sản xuất các sản phẩm có chứa hoạt chất này, cũng như áp dụng trong phân tích sàng lọc (áp dụng cho các đội quản lý thị trường với ưu thế thiết bị CE- C4D đơn giản, nhỏ gọn, linh động và chi phí thấp) đối với chất lượng thuốc trên thị trường trước khi gửi mẫu phân tích theo các phương pháp chuẩn theo dược điển. Giới thiệu chung về nhóm carbapenem 1.
Giới thiệu về nhóm carbapenem Carbapenem thuộc nhóm kháng sinh beta-lactam bán tổng hợp, có cấu trúc khác các kháng sinh penicillin là sản phẩm được cấu tạo bởi một nguyên tử carbon thay thế cho nguyên tử lưu huỳnh trong cấu trúc vòng thiazollidin và có liên kết đôi giữa C-2 và C-3. Thêm vào đó, với việc có nhóm etylhydroxyl liên kết với vòng beta-lactam làm cấu trúc nó khác với các cephalosporin và penicillin, đồng thời còn khác các kháng sinh cephalosporin và penicillin là nhóm acylamino. Dưới đây là công thức phân tử chung của nhóm carbapenem [12].1: Cấu trúc cơ bản của carbapenem Trong nhóm carbapenem có bốn chất cơ bản được sử dụng phổ biến tại Việt Nam là doripenem, meropenem, imipenem và ertapenem. Doripenem - Tên IUPAC: (4R,5S,6S)-6-[(1R)-1.
- Công thức phân tử: C15H24N4O6S2 - Khối lượng phân tử: 420,532 g.mol-1 3 - Hằng số phân ly: pKa= 4,37; pKb= 9,39. - Meropenem chất bột màu trắng, tan ít trong nước và đimetyl sulfoxide [15].2: Công thức cấu tạo doripenem Doripenem bền vững với tác dụng thủy phân của dehydropeptidase-I (DHP-1) có ở vi nhung mao của tế bào ống lượn gần của thận hơn so với imipenem, vì vậy không cần dùng cùng với chất ức chế DHP-1 như cilastatin. Doripenem ức chế sự tổng hợp vách tế bào vi khuẩn bằng cách gắn với protein liên kết penicilin (PBP) để làm bất hoạt các protein này, từ đó có tác dụng diệt khuẩn. Meropenem - Tên IUPAC: (4R,5S,6S)-3.
- Công thức phân tử: C17H25N3O5S - Khối lượng phân tử: 383,464 g.mol-1 - Hằng số phân ly: pKa= 3,47; pKb= 9,39. - Meropenem có dạng bột, tinh thể màu trắng đến vàng nhạt, ít tan trong nước, hầu như không tan trong etanol, không tan trong ete, axeton [15].3: Công thức cấu tạo meropenem Meropenem có phổ hoạt tính rộng phần lớn với vi khuẩn Gram dương, Gram âm, vi khuẩn hiếu khí và kị khí; nằm trong danh sách các loại thuốc thiết yếu của Tổ chức Y tế Thế Giới Meropenem không hấp thụ được qua đường tiêu hóa, được chỉ định để điều trị các nhiễm khuẩn ở người lớn và trẻ em trên 3 tháng tuổi gây ra bởi một hay nhiều vi khuẩn nhạy cảm với meropenem như viêm phổi và viêm phổi bệnh viện; nhiễm khuẩn đường niệu; nhiễm khuẩn trong ổ bụng; nhiễm khuẩn da và cấu trúc da; nhiễm khuẩn huyết; nhiễm khuẩn phụ khoa; các bệnh lý vùng chậu; đặc biệt meropenem là kháng sinh duy nhất trong nhóm carbapenem được chấp thuận điều trị viêm màng não. Không khuyến cáo dùng trong trường hợp nhiễm trùng do các Stapylococcus đề kháng với meticilin [12, 13, 14]. Imipenem - Tên IUPAC: (5R, 6S) -3.
- Công thức phân tử: C12H17N3O4S - Khối lượng phân tử: 299,347 g.mol-1 - Hằng số phân ly: pKa= 3,63; pKb= 10,88. 5 - Imipenem có dạng bột, tinh thể màu trắng, hút ẩm. Độ hòa tan của imipenem: 1g/1000ml H2O hoặc 1g/2000ml metanol, không tan trong etanol, đimetylformamide và đimetylsulfoxide [15].4: Công thức cấu tạo imipenem Imipenem là một loại kháng sinh carbapenem có phổ kháng khuẩn rộng hơn và lớn hơn hiệu lực hơn các kháng sinh beta-lactam khác. Nó thường được sử dụng kết hợp với cilastatin - chất ức chế sự phân huỷ của imipenem bởi emzym dehdropeptidase có trong ống thận.
Imipenem/cilastatin thường được dùng tiêm tĩnh mạch. Imipenem được chỉ định để điều trị các bệnh nhiễm trùng nặng đặc biệt với các vi khuẩn kháng cephalosporin. Imipenem được sử dụng riêng hoặc kết hợp với một aminoglycoside, nó có thể được sử dụng cho nhiễm trùng nghiêm trọng bao gồm nhiễm trùng phổi, trong ổ bụng và mô mềm [12]. Ertapenem - Tên IUPAC: (4R, 5S, 6S) -3 - [(3S, 5S) - 5 - [(3.carboxyphenyl) carbamoyl] pyrrolidin-3.
- Công thức phân tử: C22H25N3O7S - Khối lượng phân tử: 475,516 g.mol-1 6 - Hằng số phân ly: pKa= 3,22; pKb= 9,03. - Ertapenem có dạng bột, tinh thể màu trắng, hút ẩm, tan trong nước, không tan trong etanol, isopropyl acetate và tetrahydrofuran [15].5: Công thức cấu tạo ertapenem Ertapenem là một kháng sinh phổ rộng carbapenem với phổ hoạt động hẹp hơn so với imipenem. Thuốc này có tác dụng với hầu hết các vi khuẩn đường ruột và vi khuẩn kị khí nhưng hiệu quả thấp hơn các carbapenem khác khi điều trị các vi khuẩn Gram(+), đặc biệt là các vi khuẩn ruột và phế cầu kháng penicilin. Ertapenem có tác dụng điều trị nhiễn khuẩn ổ bụng, đường tiết niệu và da, và nhiễm trùng cấu trúc da, cấp tính nhiễm trùng vùng chậu và viêm phổi.
Cơ chế tác dụng và đặc điểm dược động học 1. Cơ chế tác dụng Với đặc điểm có liên kết ái cao với các protein liên kết penicillin (PBP) của vi khuẩn Gram âm và Gram dương [2, 16] thì các kháng sinh nhóm carbapenem có thể làm gián đoạn quá trình sinh tổng hợp vách tế bào dẫn đến vi khuẩn không có vách tế bào che chở sẽ bị tiêu diệt bởi vì khả năng gây ức chế giai đoạn cuối của quá trình tổng hợp vách tế bào vi khuẩn [2]. 7 Thông thường, kháng sinh nhóm carbapenem có phổ kháng khuẩn rộng và không bị ảnh hưởng chéo với các thuốc khác trong họ beta-lactam do carbapenem có khả năng thấm tốt qua màng tế bào và bền vững với nhóm beta-lactmase [16]. Đặc điểm dược động học Do không có khả năng hấp thụ qua đường uống nên các kháng sinh carbapenem đều được sử dụng ở dạng truyền tĩnh mạch [16, 17].
Với 2 kháng sinh imipenem và meropenem liều được sử dụng thông thường là 500mg và 1000mg. Sau khi truyền vào tĩnh mạch thì nồng độ đạt đỉnh trong huyết tương (Cmax) của imipenem 30-35mg/l và 60-70mg/l với liều dùng lần lượt là 500mg và 1000mg [15], còn sau 4-6 giờ thì nồng độ còn lại trong huyết tương lần lượt là 0,5mg/l và 2mg/l. Cùng liều truyền đó với meropenem có giá trị Cmax lần lượt là 26 mg/l và 50-60mg/l [2]. Nhờ có khả năng liên kết với protein trong huyết tương lên đến 92,95% của ertapenem cho nên khác với các kháng sinh khác dùng một ngày ít nhất ba lần như imipenem 20% và meropenem 2% ( khả năng liên kết với protein) thì ertapenem có thể dùng 1 lần/ ngày [2].
Do khả năng phân bố tốt trong dịch cơ thể nên nồng độ Imipenem trong các dịch tuyến tiền liệt, cơ quan sinh dục nữ, phổi, nước bọt, vỏ thận, tủy thận và tủy đều vượt trên nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của hầu hết các vi khuẩn hiếu khí; còn meropenem thì phân bố chủ yếu ở dịch kẽ [18]. Với meropenem nồng độ thuốc sau khi truyền từ 1,5-2 giờ với liều truyền 1000mg đo được tại một số cơ quan: tại phổi là 1,43-8,32mg/kg; tại túi mật là 4,21-5,95mg/kg; tại da là 4,21-5,95mg/kg và 0,65-4,52 mg/kg tại đại tràng [18]. Ngoài ra, với khả năng xâm nhập được dịch não tủy ở bệnh nhân viêm não với nồng độ 0,1- 2,8mg/l với liều dùng 20mg/kg và nồng độ 0,3-6,5mg/l với liều dùng 8 40mg/kg thì meropenem là kháng sinh duy nhất được chỉ định điều trị viêm màng não trong nhóm dược FDA. Để tránh bị mất hoạt tính và hình thành dẫn chất chuyển hóa gây độc cho thận do bị thủy phân bởi dehydropeptidase (DHP-I) thì imipenem luôn được phối hợp với cilastatin theo tỷ lệ khối lượng 1:1 để ức chế DHP-I [19, 20].
Ngược lại với imipenem thì các kháng sinh carbapenem khác như meropenem, ertapenem và doripenem lại bền vững với DHP-1 do đó không cần chất gây ức chế DHP-1 khi sử dụng [20]. Khác với meropenem chủ yếu được bài tiết qua thận dưới dạng chưa chuyển hóa (khoảng 70%) thì ertapenem được thải trừ qua lọc ở cầu thận và bài tiết tại ống thận. Các nghiên cứu trước đây đã xác định được khoảng 80% lượng ertapenem được tìm thấy trong nước tiểu dưới dạng chưa chuyển hóa, còn sản phẩm chuyển hóa chính của ertapenem tạo thành là do DHP-1 mở vòng beta-lactam [21]. Các phương pháp xác định carbapenem 1.
Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử là phương pháp trắc quang dùng để phân tích định lượng dựa trên mối hiệu ứng hấp thụ xảy ra khi phân tử vật chất tương tác với bức xạ điện từ.