Khóa luận tốt nghiệp: Trƣơng thị thanh thảo nghiên cứu gắn peg lên tiểu

Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ nghiên cứu gắn PEG lên tiểu phân nano titan dioxid làm phức hợp mang thuốc của Trương Thị Thanh Thảo năm 2018 tại Hà Nội.

• Tác giả: Trương Thị Thanh Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Bảo Tùng
• Trường học: Trường Đại Học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Nghiên Cứu Gắn PEG Lên Tiểu Phân Nano Titan Dioxid Làm Phức Hợp Mang Thuốc Khóa Luận Tốt Nghiệp Dược Sĩ Hà Nội 2018
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khóa luận nghiên cứu gắn PEG lên tiểu phân nano Titan Dioxide

Khóa luận tốt nghiệp của Trương Thị Thanh Thảo từ Trường Đại học Dược Hà Nội năm 2018 tập trung vào nghiên cứu gắn PEG lên tiểu phân nano TiO2 để tạo phức hợp mang thuốc hướng đích. Đây là một công trình nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực bào chế dược phẩm hiện đại. Hướng dẫn khóa luận là TS. Phạm Bảo Tùng, thuộc Bộ môn Bào Chế. Nghiên cứu này nhằm phát triển một hệ thống mang thuốc tiên tiến sử dụng nanoparticles để tăng hiệu quả điều trị. Phức hợp TiO2 gắn PEG có tiềm năng ứng dụng lớn trong ngành dược và công nghệ sinh học. Công trình này đã được hoàn thành với sự hỗ trợ của các phòng ban, bộ môn khác nhau tại trường.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu chính

Mục tiêu chính là xây dựng quy trình tổng hợp tiểu phân nano TiO2 và phức hợp TiO2 gắn PEG với các đặc tính tối ưu. Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như tỷ lệ TTIP, pH dung dịch, thời gian siêu âm. Mục đích là tạo ra một hệ mang thuốc hiệu quả với khả năng gắn PEG cao, giúp cải thiện tiên dụng của dược chất.

1.2. Ý nghĩa khoa học và ứng dụng

Nghiên cứu gắn PEG lên nano TiO2 mang ý nghĩa lớn trong phát triển công nghệ nanoparticles mang thuốc. PEG giúp cải thiện tương thích sinh học và giảm tính độc tính của nanoparticles. Ứng dụng trong điều trị ung thư, bệnh nhiễm trùng và các bệnh mãn tính khác.

II. Phương pháp bào chế và khảo sát nghiên cứu

Phương pháp bào chế phức hợp TiO2 gắn PEG sử dụng Titan tetra isopropoxid (TTIP) làm nguyên liệu xuất phát. Quá trình nghiên cứu bao gồm khảo sát tỷ lệ thể tích TTIP hòa tan trong isopropanol, khảo sát tỷ lệ phân tán dung dịch vào dung dịch HNO3 với pH 2. Thời gian siêu âm được khảo sát để xác định ảnh hưởng lên kích thước tiểu phân (KTTP) và chỉ số đa phân tán (PDI). Các yếu tố này quyết định chất lượng của nanoparticles được tạo thành. Người thực hiện đã sử dụng các kỹ thuật hiện đại để đánh giá đặc tính của tiểu phân nano.

2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị sử dụng

Nghiên cứu sử dụng Titan tetra isopropoxid (TTIP), Polyethylen glycol (PEG), isopropanol, HNO3 và các chất hóa học khác. Thiết bị chính bao gồm kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ TGA, phổ FTIR, phổ UV-Vis. Các thiết bị này được cung cấp bởi Viện Công Nghệ Dược Phẩm Quốc Gia.

2.2. Các bước khảo sát yếu tố ảnh hưởng

Khảo sát tỷ lệ TTIP/isopropanol để xác định nồng độ tối ưu. Khảo sát pH dung dịch HNO3 ở mức pH 2 để kiểm soát quá trình thủy phân TTIP. Khảo sát thời gian siêu âm để xác định ảnh hưởng lên KTTP và PDI của tiểu phân. Mỗi yếu tố được kiểm soát để đạt hiệu suất tối ưu.

III. Kết quả đánh giá đặc tính tiểu phân nano

Hình dạng và kích thước tiểu phân được đánh giá qua SEM cho thấy nanoparticles TiO2 có hình cầu đều đặn với kích thước phù hợp. Phổ TGA cho thấy sự tương tác giữa PEG và TiO2 thông qua các đặc tính nhiệt. Phổ FTIR xác nhận sự gắn PEG lên TiO2 bằng cách phát hiện các liên kết hóa học mới. Phổ UV-Vis đo lường khả năng hấp thụ của dung dịch PEG ở nồng độ 6 µg/ml. Các kết quả cho thấy hiệu suất gắn PEG cao và ổn định trong điều kiện thí nghiệm.

3.1. Phân tích hình dạng và kích thước qua SEM

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy hình ảnh chi tiết của tiểu phân nano TiO2 và TiO2 gắn PEG. Các hạt có kích thước nhất quán từ 20-50 nm với hình dạng cầu đều đặn. Việc gắn PEG không thay đổi đáng kể hình dạng nhưng cải thiện khả năng tương thích của nanoparticles.

3.2. Đánh giá tương tác PEG TiO2 bằng TGA và FTIR

Phân tích TGA cho thấy sự mất khối lượng ở các nhiệt độ khác nhau, chứng minh sự kết hợp bền vững giữa PEG và TiO2. Phổ FTIR phát hiện các nhóm chức năng mới trên bề mặt hạt sau khi gắn PEG. Các kết quả này xác nhận thành công quá trình hóa học.

3.3. Đánh giá khả năng gắn PEG bằng UV Vis

Phổ hấp thụ UV-Vis được sử dụng để định lượng lượng PEG gắn trên bề mặt tiểu phân TiO2. Dung dịch PEG 6 µg/ml cho thấy độ hấp thụ cao ở bước sóng cụ thể. Phương pháp này cho phép tính toán hiệu suất gắn với độ chính xác cao.

IV. Kết luận và kiến nghị từ nghiên cứu

Nghiên cứu gắn PEG lên tiểu phân nano TiO2 của Trương Thị Thanh Thảo đã thành công trong việc xây dựng quy trình tổng hợp và đánh giá đặc tính của phức hợp mang thuốc hướng đích. Kết quả cho thấy khả năng gắn PEG cao và ổn định của tiểu phân TiO2. Ứng dụng tiềm năng trong điều trị ung thư, bệnh nhiễm trùng và các bệnh mãn tính khác. Nghiên cứu này góp phần phát triển công nghệ nanoparticles trong ngành dược và sinh học phân tử. Kiến nghị tiếp tục nghiên cứu khả năng gắn thuốc và đánh giá sinh động học của phức hợp này.

4.1. Những thành tựu chính của nghiên cứu

Thành tựu chính là thành công trong quy trình tổng hợp nano TiO2 với kích thước ổn định và khả năng gắn PEG cao. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến KTTP và PDI. Phát triển phương pháp đánh giá hiệu quả sử dụng TGA, FTIR, UV-Vis. Các kết quả này mở đường cho nghiên cứu tiếp theo về gắn dược chất.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng tương lai

Kiến nghị gắn dược chất khác nhau như Doxorubicin, Paclitaxel lên phức hợp TiO2-PEG. Đánh giá sinh động học và độc tính của phức hợp mang thuốc. Thử nghiệm lâm sàng trên mô hình bệnh động vật. Tối ưu hóa quy trình sản xuất quy mô lớn cho ứng dụng công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Các thuốc điều trị ung thư hiện nay tuy có hoạt tính mạnh nhưng thường đi kèm với nhiều tác dụng không mong muốn trên cả mô và tế bào lành, vì thế chúng đã được nghiên cứu bào chế gắn trong hệ mang thuốc hướng đích có cấu trúc nano. Phức hợp mang thuốc hướng đích là một hệ mang thuốc với chất mang có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ có gắn các thụ thể hướng đích trên bề mặt, tuy nhiên, các hệ này lại dễ bị phá hủy bởi hệ thực bào của cơ thể. Do đó, cần thiết phải tiến hành các biện pháp bảo vệ các hệ mang thuốc nhằm tăng thời gian lưu của thuốc trong hệ tuần hoàn và hướng thuốc tới đích tác dụng để làm tăng hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ. Trong khi các tiểu phân nano hữu cơ đã được nghiên cứu nhiều, các tiểu phân nano vô cơ với ưu điểm như ổn định, bền vững với nhiều tác nhân, đồng thời thể hiện một số tính chất quang, điện, từ đặc biệt cũng được ứng dụng trong lĩnh vực y dược: tiêu diệt tế bào ung thư (nano vàng), chẩn đoán hình ảnh (nano oxid sắt từ), hệ mang thuốc tác dụng tại đích (nano silica)… với một số sản phẩm đã được thương mại hóa như CriPec®, Silver Biotics®, Resovist®… Tiểu phân nano titan dioxid (TiO2) là tiểu phân nano vô cơ có nhiều ưu điểm nổi bật: ổn định hóa học cao, độc tính thấp, có thể bào chế được thành dạng sợi, dạng ống, dạng rỗng, dạng xốp để mang thuốc trên bề mặt hoặc trong lòng chất mang.

Vì thế, để tiếp nối nghiên cứu trên, đề tài "Nghiên cứu gắn PEG lên tiểu phân nano titan dioxid làm phức hợp mang thuốc" được thực hiện với các mục tiêu như sau: 1. Nghiên cứu bào chế phức hợp tiểu phân TiO2 gắn PEG 2. Đánh giá một số đặc tính của tiểu phân TiO2 và phức hợp TiO2 – PEG bào chế được 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Phức hợp mang thuốc hƣớng đích 1.

Khái niệm Phức hợp mang thuốc hướng đích có cấu trúc nano là các hệ đưa thuốc kích cỡ từ vài chục đến vài trăm nanomet, trong đó, dược chất được gắn vào chất mang có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ nhằm mục đích che chở, bảo vệ dược chất, kéo dài tác dụng của dược chất và hướng dược chất tới đích tác dụng [3]. Cấu trúc chung Cấu trúc chung của một phức hợp mang thuốc hướng đích thường bao gồm 3 thành phần chính: dược chất, chất mang và chất chức năng hóa bề mặt (chất hướng đích, chất bảo vệ). Ngoài ra, hệ này còn có thể được gắn thêm một số chất giúp tăng khả năng thấm vào tổ chức, tế bào, hoặc các chất phát tín hiệu hình ảnh giúp kiểm soát sự phân bố của hệ trong cơ thể. Cấu trúc chung của một phức hợp mang thuốc hướng đích 1.

Dược chất Hiện nay, việc nghiên cứu các dược chất, hoạt chất mới ngày càng trở nên khó khăn và tốn kém, vì thế, các nhà khoa học có xu hướng ứng dụng công nghệ khoa học mới, tiên tiến trong nghiên cứu và phát triển ra dạng bào chế, cách dùng mới cho những dược chất sẵn có, đặc biệt là những dược chất có vấn đề về SKD như thuốc điều trị bệnh về thần kinh, mắt…, thuốc có bản chất protein (insulin…) hoặc những thuốc có độc tính cao như thuốc điều trị ung thư… Một trong những khó khăn lớn nhất của thuốc điều trị bệnh về mắt, thần kinh là thuốc khó đi qua các hàng rào sinh học của cơ thể. Nghiên cứu của Nagarwal R. và cộng sự (2009) cho thấy, thông thường chỉ < 5% thuốc nhỏ mắt sử dụng tại chỗ thâm 2 nhập được qua giác mạc và vào đến các mô nội nhãn, còn lại một phần lớn liều được hấp thu vào tuần hoàn chung qua kết mạc và đường ống mũi – tuyến lệ gây nên tác dụng không mong muốn toàn thân như tăng huyết áp, nhịp tim nhanh [27]. Do đó, cần thiết phải bào chế các hệ tiểu phân nano mang thuốc nhằm kiểm soát giải phóng dược chất, hướng dược chất tới đích tác dụng, tăng khả năng thấm của dược chất vào tổ chức, nội bào, qua đó làm tăng SKD của dược chất.

Trong khi đó, thuốc điều trị ung thư thường có hoạt tính mạnh nhưng cùng với đó là tác dụng không mong muốn trên cả mô và tế bào lành. và cộng sự (2006) đã bào chế thành công hệ tiểu phân nano định hướng đến tế bào ung thư gan chứa PTX sử dụng polyme phối hợp gồm acid poly γ-glutamic và polylactid, sau đó gắn thêm galactosamin. Nghiên cứu in vivo trên chuột "không lông" (nude mice) được cấy ghép khối u gan đã chứng minh hệ nano này khi vào cơ thể tập trung chủ yếu ở vị trí khối u thông qua tương tác receptor – ligand và giải phóng PTX. Kết quả cũng chỉ ra rằng nhóm chuột được tiêm dạng bào chế này có hoạt lực làm giảm kích thước khối u lớn hơn đáng kể so với nhóm đối chứng được tiêm dung dịch đệm phosphat 7,4 (p < 0,05) [25].

Chất mang Dựa vào bản chất, có thể chia chất mang thành 2 loại: chất mang có nguồn gốc hữu cơ và chất mang có nguồn gốc vô cơ.  Chất mang có nguồn gốc hữu cơ Các giá mang dược chất có bản chất hữu cơ thường dùng trong hệ đưa thuốc có cấu trúc nano là các polyme, với nhiều mục đích khác nhau như che chở, bảo vệ dược chất, quyết định mô hình giải phóng, tốc độ giải phóng, vị trí giải phóng dược chất trong cơ thể. Yêu cầu chung đối với các loại polyme này là tính tương hợp sinh học cao, đồng thời là khả năng phân giải sinh học lớn hoặc được loại bỏ hoàn toàn ra khỏi cơ thể trong thời gian ngắn và không có nguy cơ tích lũy, không độc và không gây phản ứng miễn dịch cho cơ thể, có khả năng mang dược chất lớn và giải phóng dược chất theo ý đồ thiết kế [38]. Một số loại polyme hay dùng làm chất mang được trình bày trong bảng 1.

Các loại polyme hay dùng làm giá mang dược chất Loại polyme Ví dụ Đặc điểm Ứng dụng - Tương hợp sinh học cao - Bào chế nhiều - Ít độc loại nano, gồm Chitosan - Khả năng bám dính sinh học cả siêu vi nang, tốt siêu vi cầu - Tương hợp sinh học cao - Bào chế nhiều Polyme Cyclodextrin - Bề mặt thân nước, làm tăng loại nano thiên nhiên độ tan của dược chất sơ nước - Thành phần của máu nên - Bào chế nhiều không bị đại thực bào thanh loại nano Albumin thải, không tạo ra đáp ứng miễn dịch của cơ thể - Tương hợp sinh học cao - Thường dùng Polyeste - Không độc trong bào chế (PLGA, PLA, - Dễ giải phóng dược chất liposome, vi cầu PGA) trong cơ thể khi cắt dây nối Polyme este tổng hợp - Tương hợp sinh học cao - Thích hợp cho Polyaldehyd - Không độc thuốc giải phóng (PCL, Eudragit, - Dễ phối hợp với polyme kéo dài HPMC) khác - Giải phóng dược chất từ từ - Tương hợp sinh học cao - Bào chế nano Sáp, acid béo, - Khả năng mang dược chất lipid rắn Lipid rắn alcol béo cao, dầu cao mỡ hydrogel hóa - Giải phóng dược chất theo cơ chế ăn mòn và tan chảy 4  Chất mang có nguồn gốc vô cơ Các chất vô cơ phổ biến và có tính ứng dụng cao hay được sử dụng làm chất mang trong hệ đưa thuốc nano là: kim loại (vàng Au, bạc Ag…), oxid kim loại (kẽm oxid ZnO, titan dioxid TiO2, oxid sắt từ Fe3O4…) và chất bán dẫn (cadimi sulfid CdS, chấm lượng tử.  Ưu điểm Tiểu phân nano vô cơ có nhiều ưu điểm nổi bật, như có diện tích bề mặt lớn khi xét trên một đơn vị khối lượng. Chúng có thể dễ dàng tổng hợp với chỉ số đa phân tán thấp, có thể được chức năng hóa bề mặt với các mục đích khác nhau: làm giá mang dược chất, đưa thuốc tác dụng tại đích, chuẩn đoán hình ảnh… Khi đó, vùng lõi tiểu phân vô cơ thể hiện tính ổn định khi liên kết, trong khi lớp bên ngoài có thể giúp cải thiện điện tích và tính sơ nước của tiểu phân. Đồng thời, tiểu phân nano vô cơ còn thể hiện tính chất điện, từ, quang đặc biệt [28], [35] và có thể được điều chỉnh tùy mục đích bằng cách kiểm soát kích thước, hình dạng, bề mặt của tiểu phân nano.

Khi đóng vai trò là hệ chất mang đưa thuốc, tiểu phân nano vô cơ cho phép hiệu quả điều trị tốt hơn đường uống thông thường với liều thấp hơn và giảm tác dụng phụ [35], tăng SKD của thuốc, tăng nồng độ thuốc ở mô đích.  Nhược điểm Tuy vậy, cùng với những ưu điểm trên thì tiểu phân nano vô cơ cũng có những nhược điểm nhất định, đó là tiểu phân nano kim loại thường có độc tính cao hơn dạng muối cùng loại [3]; chúng không có khả năng phân hủy sinh học, dẫn đến nguy cơ tích lũy tại một số cơ quan, tổ chức trong cơ thể gây nên nhiều tác dụng không mong muốn tại các vị trí này; nhiều tiểu phân khá trơ về mặt lý hóa, nên việc chức năng hóa bề mặt tiến hành khá phức tạp, cần nhiều hóa chất và thiết bị đặc biệt… Trong đó, thách thức lớn nhất là tìm phương pháp liên kết các tiểu phân nano vô cơ với các dược chất hoặc các tác nhân hướng đích. Chất hướng đích Với kích thước siêu nhỏ (cỡ nanomet), hệ đưa thuốc có cấu trúc nano có thể dễ dàng qua được thành mạch máu bị giãn bất thường của tế bào tổn thương và vào trong tế bào thông qua hiệu ứng tăng cường tính thấm và lưu giữ (enhanced permeation and retention effect EPR), trong khi nó khó vào được tế bào lành [15]. Do đó, hệ nano này tự bản thân đã có khả năng hướng đích thụ động.

Tuy nhiên, để cải thiện hơn nữa tính 5 hướng đích của hệ đưa thuốc, có thể tiến hành đa chức năng hóa bề mặt tiểu phân nhằm mục đích dẫn thuốc tới đích một cách chủ động theo 3 phương pháp dưới đây: Phương pháp 1: Sử dụng tương tác đồng hóa trị và/hoặc liên kết cộng hóa trị Đây là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất để liên kết tiểu phân nano vô cơ với các chất khác (phân tử thuốc hoặc tác nhân chức năng hóa bề mặt), nhờ tận dụng được một nhóm chức năng cụ thể của phân tử thuốc/tác nhân để tạo liên kết tương tác đồng hóa trị (covalent – like interaction) và/hoặc liên kết cộng hóa trị. Khi đó, tiểu phân được chức năng hóa có tính ổn định cao hơn và dễ dàng kiểm soát tính hướng đích.