Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới, các bệnh lý tim mạch đang là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn cầu, cướp đi sinh mạng của khoảng 17,7 triệu người mỗi năm (chiếm tỷ lệ 31% tổng số ca tử vong). Trong đó, tăng huyết áp là yếu tố nguy cơ trực tiếp dẫn đến hơn 7,1 triệu ca tử vong sớm và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của hơn 1 tỷ người trên thế giới. Tại Việt Nam, khảo sát dịch tễ học của Hội Tim mạch học trên 44 triệu dân tại 8 tỉnh thành cho thấy tỷ lệ người trưởng thành mắc tăng huyết áp đã lên tới 47,3% (tương đương 5.454 trường hợp được ghi nhận trong nghiên cứu mẫu).

Để kiểm soát huyết áp hiệu quả và giảm thiểu nguy cơ đột quỵ hay suy tim, phác đồ kết hợp giữa thuốc chẹn kênh canxi Amlodipin besilat và thuốc ức chế men chuyển Perindopril tert-butylamin được ứng dụng rộng rãi tại các cơ sở điều trị. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các loại thuốc kém chất lượng, thuốc không đủ hàm lượng hoạt chất trên thị trường đang đặt ra thách thức nghiêm trọng đối với an toàn điều trị. Các phương pháp phân tích tiêu chuẩn hiện hành như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) hay quang phổ hấp thụ tuy có độ chính xác cao nhưng lại đòi hỏi thiết bị đắt tiền, tiêu tốn lượng lớn dung môi hữu cơ độc hại và quy trình vận hành phức tạp.

Nghiên cứu của học viên Trần Ngọc Hằng tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội (2018) đã tập trung giải quyết bài toán cấp thiết này. Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu xây dựng và thẩm định quy trình định lượng đồng thời Amlodipin besilat và Perindopril tert-butylamin trong dược phẩm thương mại cũng như xác định Amlodipin trong mẫu nước tiểu bằng kỹ thuật điện di mao quản tích hợp detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE-C4D). Kết quả nghiên cứu mở ra giải pháp kiểm nghiệm nhanh, tiết kiệm hơn 80% chi phí phân tích và giảm thiểu tối đa phát thải hóa chất độc hại ra môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết điện di mao quản vùng (Capillary Zone Electrophoresis - CZE) kết hợp nguyên lý cảm biến độ dẫn không tiếp xúc kết nối kiểu tụ điện (C4D). Quá trình phân tách điện di mao quản diễn ra dựa trên sự khác biệt về độ linh động điện di của các ion chất phân tích dưới tác dụng của điện trường cao thế. Độ linh động này tỷ lệ thuận với điện tích hạt nhân và tỷ lệ nghịch với bán kính hydrat hóa cùng độ nhớt môi trường điện ly. Dòng điện di thẩm thấu (EOF) hình thành do lớp điện tích kép trên bề mặt ống mao quản silica đóng vai trò là động lực vận chuyển khối chất lỏng từ cực dương sang cực âm.

Detector C4D hoạt động dựa trên cơ chế ghép nối điện dung xoay chiều tần số cao qua thành ngoài của mao quản với nguồn kích thích 200 V. Hai điện cực hình ống đồng trục có chiều dài 4 mm, đường kính trong 400 µm đặt cách nhau 1 mm, được ngăn cách bởi tấm chắn Faraday nối đất nhằm triệt tiêu nhiễu điện dung ký sinh. Cảm biến này đo lường sự chênh lệch độ dẫn điện giữa vùng chất phân tích và dung dịch đệm nền mà không cần tiếp xúc trực tiếp với mẫu.

Về mặt hóa lý, Amlodipin besilat có công thức phân tử $C_{26}H_{31}ClN_2O_8S$, khối lượng phân tử 567,05 g/mol và hằng số phân ly axit pKa = 8,60. Perindopril tert-butylamin có công thức phân tử $C_{23}H_{33}N_3O_5$, khối lượng phân tử 441,69 g/mol với hai giá trị pKa lần lượt là 3,00 và 5,70. Sự chênh lệch đáng kể về giá trị pKa và khối lượng phân tử tạo cơ sở lý thuyết vững chắc cho việc phân tách đồng thời hai hoạt chất này trong môi trường đệm điện ly phù hợp.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                        HỆ THỐNG ĐIỆN DI CE-C4D                          |
|                                                                         |
|   Cực (+) --------[ Ống Mao Quản Silica (L=55cm, ID=50µm) ]-------- Cực (-)
|                                    |                                    |
|                            [ ĐẦU ĐO C4D ]                               |
|                     (2 Điện cực ống - Nguồn 200V)                       |
|                                    |                                    |
|                             Tín hiệu điện thế                           |
|                                    ↓                                    |
|                     [ Bộ khuếch đại & Xử lý số liệu ]                   |
+-------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp khảo sát thực nghiệm đơn biến để tối ưu hóa toàn diện các điều kiện phân tích trên hệ thiết bị CE-C4D xách tay do Công ty 3S Analysis chế tạo kết hợp nguồn cao thế mini Spellman (điện thế làm việc -15 kV). Ống mao quản silica nung chảy có tổng chiều dài 55 cm, chiều dài hiệu dụng 40 cm và đường kính trong 50 µm.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm các chất chuẩn tinh khiết Amlodipin besilat (hàm lượng 100,04%) và Perindopril tert-butylamin (hàm lượng 100,0%) từ Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung ương. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 4 loại chế phẩm thuốc lưu hành trên thị trường Hà Nội (Coveram 5mg/5mg, Coversyl 5mg, Ambelin 5mg, Amlodipin 5mg) và 9 mẫu nước tiểu thu thập từ 3 bệnh nhân tăng huyết áp tại 3 thời điểm sau uống thuốc (10 giờ, 12 giờ và 14 giờ).

Phương pháp xử lý mẫu nước tiểu sử dụng kỹ thuật chiết lỏng - lỏng (LLE). 5,0 ml nước tiểu được kiềm hóa về pH = 9,0 bằng dung dịch amoniac, sau đó chiết với 3,0 ml dung môi n-butyl acetat trong thời gian lắc 20 phút. Sau khi ly tâm tách lớp, pha hữu cơ được thổi khô bằng dòng khí nitơ tinh khiết và cặn khô được hoàn nguyên trong 100 µl methanol trước khi bơm vào hệ thống điện di mao quản. Lý do lựa chọn CE-C4D kết hợp LLE là nhằm tối ưu hóa giới hạn phát hiện, giảm thiểu nền mẫu phức tạp của dịch sinh học và đảm bảo tính cơ động khi phân tích.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã xác lập thành công bộ thông số tối ưu cho quá trình phân tách đồng thời hai hoạt chất. Hệ đệm tối ưu được lựa chọn là Tris/Acid acetic nồng độ 10 mM ở pH = 8,0. Tại điều kiện này, tín hiệu pic sắc nét, đường nền có độ ổn định cao và thời gian phân tích được rút ngắn dưới 200 giây (Amlodipin xuất hiện tại 123 giây, Perindopril xuất hiện tại 192 giây). Kỹ thuật bơm mẫu xiphông thủy động lực học đạt hiệu quả tối ưu ở độ cao 20 cm trong thời gian 30 giây, mang lại diện tích pic tín hiệu đạt 23,04 mV.s đối với Amlodipin (nồng độ 40 ppm) và 50,99 mV.s đối với Perindopril (nồng độ 20 ppm).

| Thông số khảo sát      | Amlodipin besilat (Am) | Perindopril tert-butylamin (Per) |
|------------------------|------------------------|-----------------------------------|
| Nồng độ khảo sát       | 40,00 ppm              | 20,00 ppm                         |
| Thời gian di chuyển    | 123 giây               | 192 giây                          |
| Diện tích pic (Spic)   | 23,04 mV.s             | 50,99 mV.s                        |
| Hệ đệm tối ưu          | Tris/Acid acetic 10 mM | Tris/Acid acetic 10 mM            |
| pH làm việc            | 8,0                    | 8,0                               |
| Phương pháp nạp mẫu    | Xiphông 20 cm / 30 s   | Xiphông 20 cm / 30 s              |
| Độ lặp lại (%RSD, n=6) | < 2,0%                 | < 2,0%                            |
| Độ thu hồi (Dược phẩm) | 98,5% - 101,2%         | 99,1% - 100,8%                    |

Phương pháp đạt độ tuyến tính cao với hệ số tương quan $R^2 > 0,999$ trong khoảng nồng độ khảo sát rộng. Độ lặp lại của phương pháp thể hiện qua độ lệch chuẩn tương đối (%RSD) về diện tích pic đều dưới 2,0% qua 6 lần đo lặp lại liên tiếp. Hiệu suất thu hồi đối với các mẫu thuốc thành phẩm đạt từ 98,5% đến 101,2%. Trong mẫu nước tiểu, quy trình chiết LLE với n-butyl acetat đạt hiệu suất thu hồi trên 85,0%, cho phép định lượng chính xác hàm lượng Amlodipin bài tiết qua nước tiểu của bệnh nhân sau 10 đến 14 giờ dùng thuốc.

Tín hiệu (mV)
  ^
  |          [Pic Amlodipin]
  |             (123s)
  |               /\
  |              /  \                      [Pic Perindopril]
  |             /    \                          (192s)
  |            /      \                           /\
--+-----------/--------\-------------------------/--\---------> Thời gian (s)
  0          100       123       150            192  200

Thảo luận kết quả

Tại môi trường đệm pH = 8,0, Amlodipin có pKa = 8,60 nên tồn tại chủ yếu ở dạng cation mang điện tích dương ($–NH_3^+$), do đó di chuyển cùng chiều với dòng điện di thẩm thấu EOF hướng về cực âm và xuất hiện ở đầu điện di đồ. Ngược lại, Perindopril có pKa = 3,00 và 5,70 nên ở pH = 8,0 phân tử bị phân ly hoàn toàn thành anion mang điện tích âm ($–COO^-$), có xu hướng di chuyển ngược chiều dòng EOF nhưng do cường độ dòng EOF mạnh hơn nên Perindopril vẫn bị kéo về cực âm và xuất hiện sau dòng nền.

So sánh với phương pháp HPLC tiêu chuẩn, phương pháp CE-C4D giúp giảm hơn 95% lượng dung môi hữu cơ tiêu thụ trong quá trình phân tách và rút ngắn thời gian phân tích mẫu từ 15-20 phút xuống dưới 4 phút. Sự tương quan chặt chẽ giữa nồng độ đệm và độ dày lớp điện tích kép bề mặt mao quản silica đã chứng minh rằng nồng độ đệm 10 mM là điểm cân bằng tối ưu giữa việc hạn chế dòng Joule sinh nhiệt và duy trì độ dẫn nền ổn định cho đầu đo C4D.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực nghiệm, nghiên cứu đưa ra 4 khuyến nghị mang tính ứng dụng cao:

  1. Chuẩn hóa quy trình kiểm nghiệm dược phẩm: Các trung tâm kiểm nghiệm thuốc và cơ quan quản lý dược phẩm cần ban hành hướng dẫn kỹ thuật áp dụng CE-C4D trong kiểm tra chất lượng thuốc tim mạch. Mục tiêu cắt giảm 70% thời gian phân tích và tiết kiệm 60% chi phí hóa chất kiểm nghiệm trong giai đoạn 2024-2026.
  2. Sản xuất thương mại thiết bị phân tích xách tay: Đẩy mạnh hợp tác giữa các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ (như 3S Analysis) để hoàn thiện dây chuyền sản xuất thiết bị CE-C4D mini tích hợp nguồn cao thế 20 kV, phục vụ hoạt động kiểm tra nhanh tại hiện trường và các bệnh viện tuyến cơ sở trong vòng 12-18 tháng tới.
  3. Mở rộng ứng dụng trên nền mẫu sinh học: Ứng dụng quy trình chiết lỏng - lỏng kết hợp CE-C4D vào các nghiên cứu tương đương sinh học và giám sát nồng độ thuốc trị tăng huyết áp trong máu/nước tiểu, phấn đấu đạt tỷ lệ giám sát cá thể hóa điều trị trên 85% tại các khoa tim mạch.
  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ phân tích xanh: Tổ chức các chương trình tập huấn chuyên sâu về kỹ thuật điện di mao quản C4D cho ít nhất 200 kiểm nghiệm viên tại các phòng kiểm nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 trên toàn quốc trong thời gian 6-12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Chuyên viên kiểm nghiệm và R&D ngành Dược: Sử dụng toàn bộ thông số tối ưu và quy trình thẩm định để xây dựng phương pháp kiểm tra chất lượng nguyên liệu và thuốc viên thành phẩm chứa Amlodipin và Perindopril.
  • Nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên ngành Hóa phân tích: Khai thác các dữ liệu thực nghiệm về cơ chế điện ly, ảnh hưởng của dòng EOF và nguyên lý hoạt động của đầu đo C4D phục vụ giảng dạy và nghiên cứu học thuật.
  • Bác sĩ tim mạch và chuyên gia dược lâm sàng: Tham khảo số liệu động học bài tiết của Amlodipin qua nước tiểu để đánh giá mức độ thải trừ thuốc và tối ưu hóa liều dùng cho bệnh nhân cao huyết áp.
  • Cán bộ quản lý thị trường và thanh tra y tế: Tiếp cận mô hình phân tích di động để ứng dụng kiểm tra nhanh chất lượng dược phẩm lưu thông, phát hiện kịp thời thuốc giả và thuốc kém phẩm chất.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp CE-C4D có ưu thế gì vượt trội so với HPLC truyền thống trong kiểm nghiệm thuốc? CE-C4D có chi phí đầu tư thiết bị thấp hơn khoảng 3 đến 5 lần so với HPLC, thể tích mẫu tiêu tốn chỉ vài nanolit và hầu như không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại trong pha động. Thời gian phân tách mỗi mẫu chỉ mất dưới 4 phút, giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí vận hành.

Tại sao dung dịch đệm Tris/Acid acetic ở pH = 8,0 lại đạt hiệu quả tách tối ưu? Ở pH = 8,0, Amlodipin tích điện dương trong khi Perindopril tích điện âm hoàn toàn. Sự phân cực điện tích trái dấu này tạo nên sự chênh lệch lớn về độ linh động điện di, giúp hai hoạt chất tách rời nhau với diện tích pic cao (23,04 mV.s và 50,99 mV.s) mà không xảy ra hiện tượng chồng chập pic.

Quy trình chiết lỏng - lỏng (LLE) xử lý mẫu nước tiểu được tiến hành như thế nào? Quy trình sử dụng 5,0 ml nước tiểu được kiềm hóa về pH = 9,0 bằng dung dịch amoniac để chuyển Amlodipin về dạng phân tử tự do. Sau đó chiết với 3,0 ml n-butyl acetat trong 20 phút, ly tâm, thu hồi pha hữu cơ, thổi khô bằng khí nitơ và hòa tan lại trong 100 µl methanol trước khi phân tích.

Độ đúng và độ lặp lại của phương pháp CE-C4D có đạt tiêu chuẩn phân tích quốc tế không? Phương pháp hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của AOAC và Dược điển. Độ lặp lại có hệ số biến thiên %RSD luôn duy trì dưới 2,0% qua 6 lần tiêm mẫu, và độ thu hồi trong các mẫu thuốc đạt từ 98,5% đến 101,2%, chứng minh độ tin cậy và độ chính xác rất cao.

Hệ thiết bị CE-C4D sử dụng trong nghiên cứu có thể ứng dụng tại hiện trường không? Hệ thống được thiết kế dạng module xách tay nhỏ gọn, tích hợp bộ tạo thế cao mini Spellman công suất tối đa 20 kV và đầu đo dẫn C4D kích thước micro. Thiết bị tiêu thụ ít điện năng, dễ dàng vận hành lưu động phục vụ công tác thanh tra dược phẩm tại hiện trường.

Kết luận

  • Xây dựng thành công quy trình phân tích đồng thời Amlodipin besilat và Perindopril tert-butylamin bằng kỹ thuật CE-C4D với thời gian phân tách nhanh dưới 200 giây.
  • Xác lập điều kiện tối ưu gồm hệ đệm Tris/Acid acetic 10 mM ở pH = 8,0, điện thế tách -15 kV và kỹ thuật nạp mẫu xiphông 20 cm trong 30 giây.
  • Phương pháp đạt độ tin cậy phân tích cao với hệ số tương quan $R^2 > 0,999$, độ lặp lại %RSD < 2,0% và hiệu suất thu hồi trên mẫu thuốc đạt 98,5% - 101,2%.
  • Hoàn thiện quy trình chiết lỏng - lỏng với n-butyl acetat tại pH = 9,0, đạt hiệu suất thu hồi trên 85,0% đối với Amlodipin trong mẫu nước tiểu bệnh nhân.
  • Khẳng định tính khả thi vượt trội của hệ thiết bị CE-C4D xách tay trong việc hiện đại hóa và "xanh hóa" công tác kiểm nghiệm dược phẩm tại Việt Nam.

Trong lộ trình 6 đến 12 tháng tới, các cơ sở kiểm nghiệm và viện nghiên cứu nên đẩy mạnh việc chuẩn hóa quy trình phân tích này thành tiêu chuẩn cơ sở và nhân rộng ứng dụng thiết bị CE-C4D trên toàn quốc. Các đơn vị quan tâm có thể liên hệ bộ môn Hóa phân tích hoặc nhóm nghiên cứu để nhận chuyển giao quy trình kỹ thuật chi tiết.