Nghiên cứu tổng hợp hydrogel chitosanβglycerophosphate cho việc nạp diclofenac sodium và cao trầu

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật hóa học tổng hợp hydrogel chitosanβglycerophosphate định hướng nạp diclofenac sodium và, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phạm Hưng Thịnh
• Người hướng dẫn: TS. Hà Cẩm Anh
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa Học
• Đề tài: Tổng Hợp Hydrogel Chitosan-β-Glycerophosphate Định Hướng Nạp Diclofenac Sodium Và Cao Trầu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Dẫn truyền thuốc
• 1.1.1. Khái niệm về dẫn truyền thuốc
• 1.1.2. Những ưu điểm và những mặt hạn chế của hệ dẫn truyền
• 1.1.3. Một số hệ dẫn truyền thuốc tiêu biểu
• 1.1.4. Phương pháp dẫn truyền thuốc của chất mang
• 1.2. Tổng quan về hydrogel
• 1.2.1. Khái quát về hydrogel
• 1.2.2. Phân loại hydrogel
• 1.2.3. Cross-linking trong hydrogel
• 1.2.4. Hydrogel tiêm ứng dụng trong việc dẫn truyền thuốc
• 1.3. Nạp và giải phóng thuốc
• 1.3.1. Nạp thuốc vào hệ hydrogel
• 1.3.2. Tương tác giữa hoạt chất và hydrogel
• 1.3.3. Cơ chế giải phóng hoạt chất ra khỏi hệ hydrogel
• 1.4. Tổng quan về hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 1.4.1. Khái quát về chitosan
• 1.4.2. Hydrogel có nguồn gốc từ chitosan
• 1.4.3. β-glycerophosphate và cơ chế của quá trình sol-gel
• 1.4.4. Ứng dụng hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 1.5. Lá trầu và hoạt chất flavonoid
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu, đối tượng và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng
• 2.2.1. Hóa chất sử dụng
• 2.2.2. Thiết bị sử dụng
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Tổng hợp hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 2.3.2. Kiểm tra cấu trúc của hydrogel chitosan-β-glycerophosphate thu được thông qua phổ FT-IR
• 2.3.3. Phân tích hình thái học của chitosan/ β-glycerophosphate hydrogel thông qua phổ SEM
• 2.3.4. Khảo sát quá trình sol-gel của hệ hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 2.3.5. Lập đường chuẩn của Diclofenac Sodium
• 2.3.6. Lập đường chuẩn cao trầu
• 2.3.7. Phương pháp đo độ ẩm
• 2.3.8. Định lượng hàm lượng flavonoid theo phương pháp aluminum chloride - AlCl3 và lập đường chuẩn flavonoid
• 2.3.9. Nạp hoạt chất vào hệ hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 2.3.10. Khảo sát tốc độ, tỷ lệ giải phóng hoạt chất từ hydrogel CS-β-GP
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tổng hợp hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 3.1.1. Cấu trúc hydrogel chitosan-β-glycerophosphate thu được theo phổ hồng ngoại FT-IR
• 3.1.2. Đặc điểm hình thái của hydrogel chitosan-β-glycerophosphate quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét
• 3.2. Khả năng chuyển pha sol-gel của hydrogel nhạy nhiệt chitosan-β-glycerophosphate thu được
• 3.2.1. Khảo sát thời gian chuyển pha sol-gel của hydrogel chitosan-β-glycerophosphate ở nhiệt độ 37 °C và 39 °C
• 3.2.2. Khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel của hydrogel chitosan-β-glycerophosphate theo nhiệt độ
• 3.3. Nạp hoạt chất vào hệ hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 3.3.1. Đặc điểm hình thái của hydrogel chitosan-β-glycerophosphate sau khi nạp hoạt chất quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét
• 3.3.2. Khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel của hydrogel chitosan-β-glycerophosphate đã nạp hoạt chất theo nhiệt độ
• 3.4. Giải phóng hoạt chất ra khỏi hệ hydrogel chitosan-β-glycerophosphate
• 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hoạt chất được nạp ban đầu đến tốc độ giải phóng hoạt chất từ hydrogel
• 3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến tốc độ giải phóng hoạt chất từ hydrogel
• 3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ β-GP trong hydrogel đến tốc độ giải phóng hoạt chất từ hydrogel
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tổng hợp hydrogel chitosan β glycerophosphate

Hydrogel chitosan-β-glycerophosphate là một trong những hệ thống dẫn truyền thuốc tiên tiến, được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực dược phẩm. Hệ hydrogel này không chỉ có khả năng nạp thuốc mà còn có tính năng gel hóa nhạy cảm với nhiệt độ, giúp giải phóng hoạt chất một cách hiệu quả. Việc tổng hợp hydrogel này bao gồm nhiều bước quan trọng, từ lựa chọn nguyên liệu đến điều chỉnh các điều kiện tổng hợp để đạt được cấu trúc mong muốn.

1.1. Khái niệm về hydrogel chitosan β glycerophosphate

Hydrogel chitosan-β-glycerophosphate là một loại polymer sinh học, được tạo thành từ chitosan và β-glycerophosphate. Chitosan là một polysaccharide tự nhiên, trong khi β-glycerophosphate là một chất liên kết ngang giúp tạo ra cấu trúc gel. Sự kết hợp này mang lại nhiều ưu điểm trong việc nạp và giải phóng thuốc.

1.2. Tính chất vật lý của hydrogel chitosan β glycerophosphate

Hydrogel chitosan-β-glycerophosphate có cấu trúc xốp với nhiều lỗ rỗng, cho phép nạp thuốc hiệu quả. Kích thước lỗ rỗng và tính chất gel hóa của hydrogel phụ thuộc vào tỉ lệ giữa chitosan và β-glycerophosphate, cũng như các điều kiện tổng hợp khác.

II. Vấn đề và thách thức trong tổng hợp hydrogel

Mặc dù hydrogel chitosan-β-glycerophosphate có nhiều ưu điểm, nhưng việc tổng hợp và tối ưu hóa hệ thống này vẫn gặp phải một số thách thức. Các yếu tố như nồng độ chitosan, nồng độ β-glycerophosphate và điều kiện phản ứng có thể ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả của hydrogel.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

Nồng độ chitosan và β-glycerophosphate là hai yếu tố quan trọng quyết định đến cấu trúc và tính chất của hydrogel. Việc điều chỉnh các yếu tố này cần được thực hiện cẩn thận để đạt được sản phẩm tối ưu.

2.2. Thách thức trong việc nạp thuốc vào hydrogel

Quá trình nạp thuốc diclofenac sodium vào hydrogel cũng gặp phải nhiều khó khăn. Cần phải tìm ra phương pháp nạp hiệu quả để đảm bảo hoạt chất được giải phóng một cách kiểm soát và hiệu quả.

III. Phương pháp tổng hợp hydrogel chitosan β glycerophosphate

Phương pháp tổng hợp hydrogel chitosan-β-glycerophosphate thường bao gồm các bước như hòa tan chitosan, thêm β-glycerophosphate và thực hiện quá trình gel hóa. Các điều kiện như nhiệt độ và thời gian phản ứng cũng cần được tối ưu hóa để đạt được sản phẩm tốt nhất.

3.1. Quy trình tổng hợp hydrogel

Quy trình tổng hợp hydrogel chitosan-β-glycerophosphate bao gồm việc hòa tan chitosan trong dung môi thích hợp, sau đó thêm β-glycerophosphate và thực hiện phản ứng gel hóa. Điều này giúp tạo ra cấu trúc gel với tính chất mong muốn.

3.2. Đánh giá cấu trúc hydrogel

Cấu trúc của hydrogel được đánh giá thông qua các phương pháp như phổ FT-IR và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Những phương pháp này giúp xác định tính chất vật lý và hóa học của hydrogel.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hydrogel chitosan β glycerophosphate

Hydrogel chitosan-β-glycerophosphate có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y tế, đặc biệt là trong việc nạp và giải phóng thuốc. Hệ thống này có thể được sử dụng để điều trị các bệnh lý khác nhau nhờ vào khả năng giải phóng thuốc có kiểm soát.

4.1. Ứng dụng trong điều trị bệnh

Hydrogel chitosan-β-glycerophosphate có thể được sử dụng để nạp các hoạt chất như diclofenac sodium, giúp điều trị các bệnh viêm và đau nhức. Việc giải phóng thuốc có kiểm soát giúp tăng hiệu quả điều trị.

4.2. Tiềm năng trong nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu về hydrogel chitosan-β-glycerophosphate vẫn đang tiếp tục mở rộng, với nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như dược phẩm, mỹ phẩm và công nghệ sinh học.

V. Kết luận và tương lai của hydrogel chitosan β glycerophosphate

Hydrogel chitosan-β-glycerophosphate là một hệ thống hứa hẹn trong việc nạp và giải phóng thuốc. Nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các hệ thống dẫn truyền thuốc mà còn góp phần nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hydrogel chitosan-β-glycerophosphate có khả năng nạp và giải phóng diclofenac sodium hiệu quả. Kết quả cho thấy hệ thống này có tiềm năng lớn trong ứng dụng y tế.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của hydrogel chitosan-β-glycerophosphate trong các lĩnh vực khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực y dược hiện đại, khoảng 40% đến 60% các hoạt chất dược lý mới phát hiện gặp rào cản lớn về độ hòa tan kém, tính ổn định sinh học thấp và sự đào thải nhanh chóng khi đi vào hệ tuần hoàn. Các phương pháp đưa thuốc truyền thống qua đường uống hoặc tiêm tĩnh mạch thường phân bố thuốc toàn thân, khiến chỉ khoảng 5% đến 10% nồng độ thuốc tiếp cận được mô đích, đồng thời gây ra nhiều tác dụng phụ độc hại cho các cơ quan nội tạng. Nhằm giải quyết thách thức này, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học (Mã số: 8520301) của học viên Phạm Hưng Thịnh, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Hà Cẩm Anh tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM, đã thực hiện thành công đề tài nghiên cứu tổng hợp hệ hydrogel chitosan-β-glycerophosphate định hướng nạp diclofenac sodium và cao trầu.

Được triển khai thực hiện từ tháng 02 năm 2022 đến tháng 12 năm 2022 và bảo vệ thành công vào tháng 01 năm 2023, nghiên cứu hướng đến mục tiêu tổng hợp thành công hệ hydrogel tiêm nhạy nhiệt có khả năng chuyển pha sol-gel linh hoạt tại nhiệt độ cơ thể 37 °C. Hệ vật liệu này được định hướng để nạp đồng thời hoạt chất kháng viêm hóa dược Diclofenac Sodium (DS) và flavonoid chiết xuất từ cao lá trầu (Piper betle L.) theo phương pháp in situ. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện qua việc tạo ra một hệ chất mang có khả năng duy trì giải phóng dược chất có kiểm soát kéo dài liên tục suốt 7 ngày (168 giờ). Đặc biệt, hệ có cơ chế tự tăng tốc độ giải phóng thêm 8% đối với DS và 6% đối với flavonoid khi nhiệt độ môi trường tăng lên mức 39 °C (nhiệt độ sốt hoặc viêm cục bộ), mở ra giải pháp điều trị trúng đích an toàn, bền vững và hiệu quả cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của hai học thuyết chính trong lĩnh vực hóa lý polymer và bào chế dược phẩm:

Thứ nhất là lý thuyết chuyển pha sol-gel nhạy nhiệt (thermo-responsive phase transition theory). Chitosan là một polyelectrolyte cation tự nhiên có nguồn gốc từ vỏ giáp xác, mang các nhóm amine tự do có thể ion hóa. Khi kết hợp với muối hữu cơ β-glycerophosphate (β-GP), hệ duy trì ở trạng thái dung dịch lỏng (sol) tại nhiệt độ thấp (từ 5 °C đến 25 °C) nhờ lớp vỏ hydrat hóa bao quanh các nhóm amine. Khi nhiệt độ tăng lên ngưỡng sinh lý 37 °C, các phân tử nước bị tách ra, làm gia tăng tương tác kỵ nước giữa các chuỗi polymer Chitosan và kích hoạt liên kết hydro nội phân tử, tạo nên mạng lưới không gian 3 chiều bền vững ở trạng thái gel.

Thứ hai là lý thuyết khuếch tán và động học giải phóng dược chất qua ma trận polymer (Fickian diffusion and matrix degradation). Tốc độ phóng thích hoạt chất từ mạng lưới hydrogel phụ thuộc trực tiếp vào tỷ lệ giữa kích thước mắt lưới và kích thước phân tử thuốc (r lưới / r thuốc), độ trương nở của ma trận và mật độ các liên kết chéo ion trong cấu trúc.

Các khái niệm then chốt được phát triển trong luận văn gồm: hydrogel tiêm tại chỗ (in situ injectable hydrogel), liên kết ngang vật lý (physical cross-linking), hiệu ứng tăng cường tính thấm và lưu giữ (EPR effect), và phương pháp nạp hoạt chất in situ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm thu thập từ việc tổng hợp và khảo sát hai nhóm mẫu Chitosan gồm: Chitosan khối lượng phân tử cao CSH (Mw = 324 kDa) và Chitosan khối lượng phân tử trung bình CSM (Mw = 272 kDa). Tỷ lệ chất liên kết ngang β-GP được khảo sát biến thiên ở các nồng độ 3%, 4% và 5%. Toàn bộ các thử nghiệm giải phóng in vitro được tiến hành lặp lại độc lập 3 lần (n=3) trong môi trường đệm phosphate PBS pH 7.4 ở hai mốc nhiệt độ 37 °C và 39 °C. Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm có kiểm soát đa yếu tố được áp dụng nhằm đánh giá độc lập ảnh hưởng của khối lượng phân tử polymer, nồng độ chất liên kết ngang và nhiệt độ môi trường.

Các phương pháp phân tích hiện đại được lựa chọn nhờ độ chính xác cao:

• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR Alpha II, Bruker) ghi nhận trong dải số sóng từ 4000 cm⁻¹ đến 400 cm⁻¹ nhằm xác định cấu trúc liên kết ion và các nhóm chức đặc trưng giữa Chitosan và β-GP.
• Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM Hitachi S4800) được sử dụng để phân tích hình thái bề mặt và cấu trúc vi xốp của vật liệu đông khô ở nhiệt độ -50 °C.
• Quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (Thermo Genesys 10S) được dùng để lập đường chuẩn và định lượng chính xác nồng độ Diclofenac Sodium tại bước sóng 277 nm, cao trầu tại bước sóng 416 nm, và định lượng hàm lượng flavonoid bằng phương pháp tạo phức màu với nhôm clorua (AlCl3) tại bước sóng 425 nm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã xác lập 4 phát hiện khoa học quan trọng:

Thứ nhất, hydrogel Chitosan-β-glycerophosphate sở hữu cấu trúc vi xốp 3 chiều phân bố đồng nhất. Ảnh FE-SEM cho thấy kích thước lỗ rỗng trung bình giảm dần từ các cấu trúc lớn xuống mức 55.71 µm khi tăng nồng độ muối liên kết ngang β-GP từ 3% lên 5%, chứng minh khả năng kiểm soát mật độ mắt lưới thông qua hàm lượng chất tạo gel.

Thứ hai, hệ vật liệu thể hiện khả năng chuyển pha sol-gel nhạy nhiệt xuất sắc. Dung dịch polymer duy trì trạng thái lỏng linh động ở 25 °C nhưng nhanh chóng chuyển thành khối gel đồng nhất trong khoảng thời gian từ 5 đến 15 phút khi tiếp xúc với nhiệt độ 37 °C. Các mẫu sử dụng CSH (324 kDa) có thời gian tạo gel nhanh hơn và nhiệt độ chuyển pha thấp hơn rõ rệt so với mẫu sử dụng CSM (272 kDa).

Thứ ba, phương pháp nạp hoạt chất in situ cho phép mang đồng thời Diclofenac Sodium và flavonoid trong cao trầu mà không làm thay đổi khả năng chuyển pha của hệ. Hoạt chất được giải phóng chậm rãi, đều đặn và đạt lượng giải phóng cực đại sau 7 ngày (168 giờ), hoàn toàn không xảy ra hiện tượng giải phóng ồ ạt mất kiểm soát trong 24 giờ đầu.

Thứ tư, hệ hydrogel có khả năng tự điều chỉnh tốc độ giải phóng theo nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ dung dịch đệm tăng từ 37 °C lên 39 °C, tốc độ giải phóng DS tăng 8% và flavonoid trong cao trầu tăng 6%, thể hiện khả năng phản ứng thông minh trước các phản ứng viêm sốt sinh lý.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo gel nhạy nhiệt được giải thích thông qua sự tương tác phức hợp giữa lực đẩy tĩnh điện, liên kết hydro và tương tác kỵ nước. Sự hiện diện của các nhóm phosphate mang điện tích âm từ β-GP giúp trung hòa điện tích dương của nhóm amine trên mạch Chitosan. Khi gia nhiệt lên 37 °C, năng lượng dao động làm suy yếu các liên kết hydro giữa polymer và nước, thúc đẩy quá trình tách vỏ hydrat hóa và làm lộ ra các đoạn mạch kỵ nước. Các đoạn mạch này liên kết chặt chẽ với nhau, biến cấu trúc lỏng thành mạng gel 3D vững chắc. Khi tăng nồng độ β-GP lên 5%, mật độ liên kết ngang gia tăng khiến kích thước mắt lưới co hẹp, tạo lực cản khuếch tán lớn hơn và làm giảm tốc độ giải phóng hoạt chất so với mẫu chứa 3% β-GP.

So sánh với các công bố quốc tế, kết quả giải phóng kéo dài 7 ngày của hệ nạp in situ trong nghiên cứu này vượt trội hơn hẳn so với nghiên cứu của Sheila Maiz-Fernández và cộng sự năm 2020 (nạp DS sau khi tạo gel chỉ duy trì giải phóng tối đa trong 8 giờ, tức hệ in situ kéo dài gấp 21 lần). Kết quả này cũng tương đồng với nghiên cứu của Yong Zhao và cộng sự năm 2018 trên hệ hydrogel chitosan nạp curcumin (đạt 64% sau 7 ngày). Toàn bộ dữ liệu động học giải phóng có thể được trình bày trực quan qua đồ thị biểu diễn tỷ lệ giải phóng tích lũy (Cumulative Drug Release) theo thời gian từ 0 đến 168 giờ, kết hợp cùng bảng thống kê so sánh đường kính lỗ xốp vi mô tại các nồng độ β-GP khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa hiệu quả thực tế và sớm thương mại hóa hệ hydrogel thông minh này, 4 giải pháp cụ thể được đề xuất:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình chiết xuất và tinh chế cao lá trầu. Áp dụng phương pháp chiết xuất hỗ trợ bằng sóng siêu âm nhằm nâng cao hàm lượng flavonoid tổng số đạt độ tinh sạch trên 85%, đồng thời kiểm soát độ ẩm dưới 5% trong vòng 3 đến 6 tháng do nhóm nghiên cứu Công nghệ Chiết xuất và Hợp chất Thiên nhiên thực hiện.

Thứ hai, tối ưu hóa tỷ lệ nạp kép giữa dược chất tổng hợp và cao chiết tự nhiên. Tiến hành tinh chỉnh nồng độ Diclofenac Sodium từ 1.0 mg/mL đến 2.5 mg/mL kết hợp cùng cao trầu để đạt hiệu suất bao gói trên 90%, đồng thời rút ngắn thời gian tạo gel xuống dưới 3 phút tại 37 °C trong lộ trình 6 tháng bởi các kỹ sư Hóa sinh và Bào chế Dược phẩm.

Thứ ba, triển khai đánh giá an toàn sinh học và thử nghiệm in vivo. Thực hiện các phép thử độc tính tế bào trên dòng nguyên bào sợi và khảo sát đáp ứng sinh học trên mô hình động vật thí nghiệm trong thời gian 12 tháng, hướng tới mục tiêu duy trì tỷ lệ sống sót của tế bào trên 95% do Viện Nghiên cứu Dược lý và Y sinh chủ trì.

Thứ tư, nâng cấp quy trình tổng hợp lên quy mô bán công nghiệp (pilot). Mở rộng mẻ tổng hợp hydrogel từ 100 mL trong phòng thí nghiệm lên quy mô từ 5 đến 10 lít mỗi mẻ, đảm bảo độ đồng đều cấu trúc xốp đạt sai số dưới 5% trong vòng 18 tháng thực hiện bởi các doanh nghiệp sản xuất vật liệu y sinh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

Thứ nhất, các nhà khoa học, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Y sinh và Khoa học Vật liệu. Luận văn cung cấp quy trình chi tiết về tổng hợp hydrogel nhạy nhiệt từ polymer tự nhiên, kỹ thuật phân tích phổ FT-IR và ảnh FE-SEM chuẩn xác.

Thứ hai, chuyên gia R&D tại các doanh nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm sinh học và thiết bị y tế. Tài liệu là cẩm nang hữu ích để nghiên cứu phát triển các dạng thuốc tiêm giảm đau khớp cục bộ, thuốc dán thông minh và màng phủ vết thương kháng khuẩn giải phóng kéo dài suốt 7 ngày.

Thứ ba, bác sĩ và chuyên gia điều trị lâm sàng chuyên khoa Cơ Xương Khớp và Chấn thương Chỉnh hình. Việc tìm hiểu cơ chế kết hợp giữa hoạt chất kháng viêm không steroid (Diclofenac) và thảo dược tự nhiên (cao trầu) giúp mở rộng phác đồ điều trị giảm đau tại chỗ, giảm thiểu nguy cơ biến chứng viêm loét dạ dày cho bệnh nhân.

Thứ tư, giảng viên và sinh viên các trường đại học khối ngành Hóa Dược và Công nghệ Sinh học. Luận văn đóng vai trò là tài liệu tham khảo chất lượng cao cho các môn học về Vật liệu Y sinh, Kỹ thuật Bào chế và Động học Phóng thích Dược chất.

Câu hỏi thường gặp

Hệ hydrogel chitosan-β-glycerophosphate có ưu điểm gì vượt trội so với các dạng thuốc tiêm thông thường? Hệ hydrogel này tồn tại ở thể lỏng tại nhiệt độ phòng nên dễ dàng tiêm qua kim tiêm mà không gây đau đớn, sau đó tự đông tụ thành dạng gel bền vững tại nhiệt độ cơ thể 37 °C. Điều này giúp định vị thuốc chính xác tại ổ viêm, duy trì giải phóng ổn định liên tục suốt 7 ngày (168 giờ) và giảm thiểu lượng thuốc phân tán vào tuần hoàn máu.

Tại sao tốc độ giải phóng hoạt chất lại tăng thêm khi nhiệt độ cơ thể chuyển từ 37 °C lên 39 °C? Khi cơ thể bị sốt hoặc viêm cục bộ ở mức 39 °C, năng lượng nhiệt làm gia tăng dao động của các chuỗi phân tử polymer, làm tăng độ linh động của ma trận và hệ số khuếch tán. Nhờ đó, tốc độ giải phóng Diclofenac Sodium tăng thêm 8% và flavonoid tăng thêm 6%, giúp đáp ứng kịp thời nhu cầu dập tắt ổ viêm của cơ thể.

Vai trò then chốt của muối β-glycerophosphate trong cấu trúc hydrogel là gì? Muối β-GP hoạt động như chất liên kết ngang ion giúp trung hòa các điện tích dương trên mạch Chitosan ở pH sinh lý từ 6.2 đến 7.4. Cấu trúc glycerol của muối giúp ổn định các phân tử nước ở nhiệt độ thấp, và khi được gia nhiệt, nước thoát ra kích hoạt tương tác kỵ nước giữa các chuỗi Chitosan để hình thành cấu trúc gel 3D.

Phương pháp nạp hoạt chất in situ mang lại lợi ích gì so với phương pháp nạp sau post-loading? Phương pháp in situ cho phép hoạt chất phân tán đồng đều ngay trong dung dịch polymer trước khi quá trình gel hóa diễn ra. Điều này giúp các phân tử thuốc được bao bọc sâu bên trong các mắt lưới vi mô có kích thước khoảng 55.71 µm, kéo dài thời gian giải phóng lên 7 ngày thay vì chỉ duy trì được 8 giờ như phương pháp ngâm nạp sau.

Ý nghĩa của việc phối hợp giữa hoạt chất Diclofenac Sodium và cao lá trầu là gì? Diclofenac Sodium là chất kháng viêm tổng hợp giúp giảm đau nhanh, trong khi flavonoid từ cao trầu cung cấp khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn và làm dịu mô tự nhiên. Sự kết hợp hiệp đồng này vừa nâng cao hiệu quả điều trị tổn thương cục bộ, vừa giúp giảm bớt liều lượng hóa dược cần sử dụng, hạn chế độc tính lâu dài.

Kết luận

• Tổng hợp thành công hệ hydrogel nhạy nhiệt Chitosan-β-glycerophosphate có khả năng tự chuyển pha từ thể lỏng sang thể gel vững chắc tại nhiệt độ sinh lý 37 °C.
• Xác lập cấu trúc vi xốp không gian 3 chiều với kích thước lỗ rỗng điều chỉnh được từ 3% đến 5% nồng độ chất liên kết ngang β-GP, đạt đường kính trung bình khoảng 55.71 µm.
• Nạp thành công đồng thời Diclofenac Sodium và flavonoid từ cao lá trầu theo phương pháp in situ, duy trì giải phóng dược chất có kiểm soát ổn định kéo dài suốt 7 ngày (168 giờ).
• Chứng minh khả năng tự thích ứng thông minh với phản ứng sốt/viêm, tự động tăng tốc độ giải phóng thêm 8% đối với DS và 6% đối với flavonoid khi nhiệt độ môi trường đạt mức 39 °C.
• Hoàn thiện bộ thông số tối ưu về nồng độ polymer Chitosan khối lượng phân tử cao CSH (324 kDa) phục vụ định hướng ứng dụng làm chất mang thuốc tiêm tại chỗ.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã làm chủ quy trình công nghệ chế tạo vật liệu y sinh thông minh từ nguồn polymer sinh học tự nhiên kết hợp với dược liệu truyền thống Việt Nam. Trong lộ trình 12 đến 24 tháng tới, việc triển khai thử nghiệm tiền lâm sàng in vivo và mở rộng quy mô pilot là bước đi then chốt. Các nhà khoa học, tổ chức y tế và doanh nghiệp sản xuất dược phẩm hãy cùng hợp tác đầu tư khai thác toàn văn công trình nghiên cứu để sớm đưa sản phẩm hydrogel tiêm điều trị kháng viêm vào ứng dụng lâm sàng thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Dẫn truyền thuốc 1.1 Khái niệm về dẫn truyền thuốc Dẫn truyền thuốc là một phương pháp hay còn được gọi là một quá trình đưa hoạt chất vào cơ thể nhằm đạt được hiệu quả điều trị tại một điểm cụ thể [1]. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu về một số vật liệu mới hoặc hệ thống chất mang để tăng tính hiệu quả và giảm tác dụng phụ của thuốc nhờ vào việc đưa hoạt chất đúng vị trí, đúng thời điểm và đúng liều lượng [1]. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc điều trị một số bệnh, ví dụ như tiểu đường, ung thư.[2] Lĩnh vực này được bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1952 khi Smith Klein Beecham giới thiệu hệ dẫn truyền đầu tiên có khả năng kiểm soát quá trình giải phóng thuốc Dexedrine®. Sản phẩm này bao gồm các hạt dạng macro được phủ một lớp hỗn hợp glyceryl monostearate và sáp ong có độ dày khác nhau để kiểm soát sự hòa tan và đạt được hiệu quả giải phóng hoạt chất trong 12 giờ [3].

Công nghệ này, được gọi là công nghệ Spansule, cho phép kiểm soát quá trình giải phóng thuốc. Thập niên 70 – 80, các nhà khoa học tập trung vào các công trình nghiên cứu về polymer phân hủy sinh học ứng dụng trong dẫn truyền thuốc. Vào những năm 1970, Don Cowser và Danny Lewis hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Alabama ở Birmingham đã phát triển và thử nghiệm lâm sàng steroid - nạp vi hạt PLGA để tải thuốc tránh thai [4]. Vào cuối những năm 1970, Lynda Saunders và John Kent tại Syntex đã được cấp bằng sáng chế về nghiên cứu ứng dụng các vi hạt PLGA cho việc giải phóng leutinizing hormone-releasing hormone (LHRH) [5].

Năm 1971, Alza đã đưa ra định nghĩa về các thành phần chính của hệ thống dẫn truyền thuốc. Các sản phẩm dẫn truyền thuốc có kiểm soát đầu tiên được thiết kế ở dạng macro với lượng thuốc ban đầu có nồng độ không đổi được bao bọc trong các màng kiểm soát tốc độ giải phóng làm bằng polymer, chẳng hạn như Silastic hoặc poly(ethylene-co-vinyl acetate) [6]. Các hệ dẫn truyền thuốc thế hệ đầu tiên này đã ứng dụng các cơ chế giải phóng thuốc khác nhau, bao gồm các cơ chế hòa 2 ` tan, khuếch tán, thẩm thấu và trao đổi ion [3]. Vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990, các hệ dẫn truyền nanoparticle, bao gồm các hạt micelle polyme PEGylated và liposome được nghiên cứu rộng rãi.

Năm 1989, Alexander Kabanov ở Nebraska đã phát triển hệ micelle PEGylated chứa thuốc dựa trên các copolymer ba khối PEO-PPO-PEO được gọi là Pluronics [7]. Năm 1995, Martin Woodle và Frank Martin đã phát triển liposome-doxorubicin PEGylated có tên Doxil® đã được FDA chấp thuận cho sử dụng lâm sàng [8]. Hiện nay, trên thế giới vẫn đang nghiên cứu về các hệ dẫn truyền thuốc điển hình như copolymer nhạy nhiệt poly(ethylene glycol)-poly(lactic-co-glycolic acid) biến tính acid folic (FA-PEG-PLGA) để tải đồng thời cisplatin và paclitaxel mà có thể tương tác đặc hiệu với thụ thể trên tế bào ung thư (2015) [9]. Jin và cộng sự công bố hệ nanocapsule mang paclitacel kết hợp liagand là peptide iRGD tăng cường xuyên thấm màng tế bào ung thư (2016) [10].

Faisal Raza và cộng sự đã tổng hợp thành công hệ peptide hydrogel FER-8 nhạy pH load paclitaxel để nhắm trực tiếp lên tế bào ung thư (2019) [12].2 Những ưu điểm và những mặt hạn chế của hệ dẫn truyền Với các phương pháp dẫn truyền thuốc truyền thống như uống và tiêm, việc đưa thuốc vào cơ thể thường đối mặt với việc thuốc đi vào tuần hoàn máu và được phân phối toàn thân. Điều đó dẫn đến những tác dụng phụ không mong muốn do thuốc được phân phối khắp cơ thể hoặc không đạt được liều lượng chữa bệnh vì chỉ một phần nhỏ thuốc đến cơ quan cần điều trị, bên cạnh đó thuốc có để bị lichuyển hóa ở gan dẫn đến giảm khả năng điều trị [13]. Để giải quyết được những vấn đề nêu trên, năm 1952 các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu hệ dẫn truyền thuốc nhằm mục đích duy trì liên tục nồng độ thuốc ở phạm vi điều trị (mô hoặc tế bào) giúp tăng hiệu quả điều trị. Việc đưa hoạt chất tới “đúng chỗ” góp phần giảm tác dụng phụ của thuốc với cơ thể.

Hệ dẫn truyền thuốc 3 ` cũng giúp bảo vệ những hoạt chất có thời gian bán hủy ngắn như peptide và protein [14]. Cho đến nay mặc dù đã phần nào thực hiện được mục tiêu ban đầu đặt ra, tuy nhiên vẫn có một số lưu ý khi nghiên cứu vật liệu dẫn truyền thuốc như: độc tính của nguyên liệu và sản phẩm chuyển hóa của nó sau khi đưa vào cơ thể; những phản ứng của hệ thống miễn dịch đối với hệ gây nên sự phân hủy và khả năng nhắm đích của hệ thống. Tốc độ giải phóng thuốc, độ bền hệ thống chất mang, tránh trường hợp giải phóng thuốc quá nhanh trong thời gian ngắn. Sự khó chịu và bất tiện gây ra bởi hệ dẫn truyền thuốc.

Chi phí, độ khó khăn khi thực hiện và lưu trữ, khả năng sản xuất ở quy mô lớn [15].3 Một số hệ dẫn truyền thuốc tiêu biểu Hiện nay, các nghiên cứu trong việc dẫn truyền thuốc đã có sự phát triển rõ rệt và tập trung vào một số hệ dẫn truyền tiêu biểu sau: a) Liposome Được nghiên cứu từ những năm 1963 (Bangham) và trở nên phổ biến vào những năm 2000 (Manosroi). Liposome là một túi hình cầu có ít nhất một lớp lipid kép (gồm 2 phân tử phospholipid với đuôi kị nước hướng vào nhau) bao bọc hoạt chất hoặc hoạt chất được phân tán vào lớp lipid kép. Liposome được tập trung nghiên cứu nhằm để kiểm soát được quá trình giải phóng thuốc vào đúng vị trí bệnh [16, 17].1 Cấu trúc của liposome [18] Do có thành phần chính là phospholipid và cholesterol nên liposome có khả năng tương thích sinh học, chuyển hóa trong cơ thể và có tiềm năng trong việc ứng dụng làm chất mang thuốc [19]. Tùy thuộc vào tính ưa dầu hay ưa nước của dược chất cũng như tương tác hóa lý mà dược chất có thể phân bố trong lõi của liposome hoặc phân bố giữa lớp phospholipid, gắn với đầu không phân cực hoặc hấp phụ trên bề mặt của liposome [20].

Ưu điểm của liposome là khả năng tương thích sinh học cao, chuyển hóa dễ trong cơ thể con người. Liposome đã được thử nghiệm lâm sàng trong chữa ung thư (Rahman 1990, Janoff 1992), kháng khuẩn và dùng làm chất bổ trợ trong các vaccine [21]. Liposome có khả năng bảo vệ thuốc khỏi quá trình đào thải của cơ thể, đưa thuốc đến vị trí cần tác động và giảm độc tính của thuốc đối với cơ thể. Tuy nhiên, liposome có những hạn chế nhất định, đó là lượng thuốc mang được thấp, sự giải phóng mất kiểm soát của các loại thuốc thân nước khi có mặt các thành phần máu và độ ổn định lưu trữ kém [22].

b) Nanogel Nanogel được định nghĩa là các hạt hydrogel có kích thước nano được hình thành bởi các mạng polymer (liên kết bằng tương tác vật lý hay hóa học) và không 5 ` gian bên trong nó, do đó có được tính chất của cả hydrogel và nano [23]. Kích thước hạt nanogel khoảng từ 20 - 200 nm có thể thay đổi để tránh quá trình thực bào, cho phép dẫn truyền theo hướng chủ động và thụ động.2 Cấu trúc của Nanogel [23] Lượng thuốc tải được tương đối cao mà không cần phản ứng hóa học do đó không làm thay đổi hoạt tính của thuốc [24]. Tuy nhiên, việc đạt được kích thước nano và giữ cho hệ nano ổn định cùng với việc các chất hoạt động bề mặt hay các monomer ban đầu còn dư lại sau quá trình tổng hợp có nguy cơ gây độc cho cơ thể là mặt hạn chế của hệ dẫn truyền này [25]. c) Polymer Hiện nay, các vật liệu polymer đã được nghiên cứu và phát triển các ứng dụng y sinh.

Các polymer, dù là tổng hợp (ví dụ như polylactide-co-glycolide hoặc PLG) hoặc có nguồn gốc tự nhiên (ví dụ alginate, chitosan, v.), đều có khả năng bao bọc các phân tử sinh học và dược chất, mang lại lợi thế trong việc điều trị như giải phóng thuốc có kiểm soát, giảm độc tính và bảo vệ thuốc khỏi sự chuyển hóa và mất hoạt tính [26]. Hoạt chất được tải vào bên trong của một polymer sau đó được cấy hoặc tiêm vào cơ thể. Các nghiên cứu ban đầu của các hệ dẫn truyền này là các polymer không phân hủy, có thể giải phóng thuốc ưa dầu có phân tử lượng nhỏ trong một thời gian dài. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không thể giải phóng các thuốc 6 ` có trọng lượng phân tử lớn và các polymer không phân hủy có thể gây độc cho cơ thể [3].

Để giải quyết vấn đề này một số hệ polymer có khả năng phân hủy sinh học và giải phóng thuốc có phân tử lượng lớn đang được nghiên cứu và phát triển [27].4 Phương pháp dẫn truyền thuốc của chất mang Nhìn chung, hệ dẫn truyền thuốc có thể tác động đến tế bào bệnh theo hai cơ chế thụ động và chủ động. a) Dẫn truyền hướng thụ động Ngày nay bệnh ung thư ngày càng trở nên phổ biến và có xu hướng trẻ hóa, do đó việc thiết kế các hệ dẫn truyền để tăng hiệu quả điều trị ung thư là xu hướng đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu. Cơ chế dẫn truyền thụ động không liên quan đến receptor và các tính chất bề mặt tế bào mà chỉ dựa vào tính chất bệnh lý của tế bào (nhiệt độ, pH…). Điển hình là các khối u và tế bào ung thư.

Cơ sở để thiết kế các hệ dẫn truyền thuốc là khả năng tăng tính thấm và tăng thời gian bán hủy của dược chất ở tế bào bệnh (EPR), hiệu ứng này được sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế các thuốc chống tế bào ung thư [28]. Hiệu ứng EPR cho phép các hệ dẫn truyền thuốc nhắm mục tiêu thụ động đến các khối u. Tại các mô ung thư, do sự phát triển bất thường của tế bào ung thư gây nên sự tăng sinh mạch máu. Các vi mạch máu mới được hình thành có kích thước 600 nm đến 800 nm.

Do đó, hệ dẫn truyền mang thuốc trong tuần hoàn máu dễ dàng vượt qua đi vào mô ung thư, khi gặp các khối u thì tự nhả thuốc và thuốc phát huy tác dụng [29]. Một trong những tính chất bệnh lý được quan tâm và ứng dụng trong lĩnh vực dẫn truyền thuốc là kích thước khe hở giữa các tế bào. Ở hầu hết các mô khỏe mạnh, kích thước các khe hở lớp nội mô của thành mạch máu thường nhỏ hơn 2 nm.