THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG THỨC NƯỚC MẮT NHÂN TẠO

Với mô hình thí nghiệm, 19 công thức nước mắt nhân tạo đã được thiết kế bằng phần mềm chuyên dụng DesignExpert. Mô hình yếu tố phân đoạn D. Optimal cho phép khảo sát ảnh hưởng của thành phần công thức bao gồm thể tích natri borat 0,05 M, khối lượng HPMC và khối lượng NaCl. Các thành phẩm được kiểm nghiệm về các chỉ tiêu chất lượng: độ pH, chỉ số khúc xạ, độ nhớt và áp suất thẩm thấu. Qua luyện mạng, 15 nhóm mô hình liên quan nhân quả đã được thiết lập với giá trị R2 luyện và giá trị R2 thử > 90%. Sự chọn nhóm thử bằng công cụ Smart Selection, thuật toán và hàm truyền phù hợp có ý nghĩa quan trọng đối với sự thành công về luyện mạng. Dựa trên mô hình liên quan nhân quả tốt, 15 công thức tối ưu của nước mắt nhân tạo đã được xây dựng bởi phần mềm thông minh INForm 3.0. Công thức tối ưu của nước mắt nhân tạo cho sản phẩm với tính chất đạt các yêu cầu về chất lượng như mong muốn. Các giá trị thực nghiệm của tính chất sản phẩm được chứng minh là có tính lặp lại và không khác các giá trị cho bởi INForm 3.0 về mặt thống kê. Cũng dựa trên mô hình liên quan nhân quả, ngoài kết quả tối ưu hóa các thành phần công thức, phần mềm thông minh INForm cũng cho một số dự đoán về xu hướng và tình huống của yi (độ pH hay áp suất thẩm thấu) khi thay đổi lần lượt từng biến xi (thể tích natri borat 0,05 M hay lượng NaCl). Các tính huống theo dự kiến đã được kiểm chứng qua thực nghiệm là đúng. Nói chung, các kết quả dự đoán của INForm có sai số khoảng 510%. Theo kết quả của đề tài này, phần mềm INForm đã chứng tỏ khả năng mạnh mẽ trong thiết lập mô hình, tối ưu hóa và dự đoán. Thông thường với một dữ liệu đầu vào, nhà bào chế chỉ cần hy vọng có được một kết quả tối ưu thay vì 15 công thức tối ưu gần giống nhau. Vì tính phổ biến của bệnh khô mắt và là bệnh cần phải điều trị trong thời gian dài nên việc sản xuất nước mắt nhân tạo trên quy mô lớn là điều cần thiết. Đề tài này cần được tiếp tục nghiên cứu về tác dụng in vivo, tác dụng lâm sàng, tiêu chuẩn hóa sản phẩm… trước khi nghiên cứu triển khai sản xuất.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA DƯỢC

Phạm Thị Mai Xuân

THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG THỨC

NƯỚC MẮT NHÂN TẠO

Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ đại học

Khóa 1998 - 2003

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA DƯỢC

Phạm Thị Mai Xuân

THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG THỨC

NƯỚC MẮT NHÂN TẠO

Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ đại học

Khóa 1998 - 2003

Thầy hướng dẫn:

PGS TS Đặng Văn Giáp ThS Huỳnh Văn Hóa

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2003

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ này được thực hiện tại Khoa Dược – Trường Đại học Y Dược TP HCM trong thời gian từ 24 tháng 3 đến 21 tháng 7 năm 2003, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Đặng Văn Giáp – Trưởng Phân môn Vi Tính Dược và ThS Huỳnh Văn Hóa – Phó Chủ nhiệm Bộ môn Bào Chế.

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Đặng Văn Giáp về sự quan tâm dạy bảo tận tình cũng như những tình cảm động viên trong suốt thời gian làm nghiệm chế viên và khóa luận tốt nghiệp.

Xin gởi lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Huỳnh Văn Hóa đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu để khóa luận có thể được thực hiện và hoàn thành tốt đẹp.

Xin chân thành biết ơn PGS TS Lê Quan Nghiệm đã dành nhiều thời gian xem và góp nhiều ý kiến quý báu để luận văn thêm hoàn chỉnh.

Xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Trần Thanh Nhãn và quý thầy cô đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thực nghiệm tại Bộ môn Sinh Hóa.

Trân trọng cảm ơn DS Lê Thanh Sử - Giám đốc CTCP Dược Phẩm 3/2, cùng tập thể phòng kiểm nghiệm đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ về trang thiết bị để đề tài này có thể hoàn thành tốt đẹp

Chân thành biết ơn TS Phan Thị Danh, cùng anh Vũ Ngọc Hiếu và anh Huỳnh Lê Hoàng Vương khoa xét nghiệm Sinh Hóa – Bệnh viện Chợ Rẫy đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài

Chân thành cảm ơn BS Võ Thị Hoàng Lan - giảng viên khoa mắt Trường Đại Học Y Dược TP HCM đã cung cấp nhiều tài liệu và kiến thức quý báu giúp đề tài thêm phong phú.

Xin bày tỏ lòng biết ơn sự hỗ trợ về hóa chất của các đơn vị: CTCP Dược phẩm 3/ 2, XN Dược Phẩm TW 24, XN Dược Phẩm TW 25, Bộ môn Kiểm Nghiệm và Bộ môn Bào Chế

Chân thành cảm ơn các anh: ThS Đỗ Quang Dương và DS Chung Khang Kiệt – Phân môn Vi Tính Dược đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên trong suốt thời gian qua.

Vô cùng biết ơn Ban Chủ Nhiệm Khoa Dược và Quý Thầy Cô đã tận tâm dạy dỗ và truyền đạt nhiều kiến thức quý giá trong 5 năm học.

Thân ái cảm ơn các bạn lớp Dược 98 đã giúp đỡ, động viên và gắn bó trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện khóa luận này.

Phạm Thị Mai Xuân

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Đôi mắt là cửa sổ tâm hồn, giúp con người nhận biết thế giới xungquanh, đưa đến những cảm xúc vô cùng phong phú về vạn vật và làcách thể hiện tình cảm một cách sâu sắc nhất Tuy nhiên, khi đôi mắt

bị bệnh hoặc có cảm giác khó chịu như cay mắt, khô rát mắt, cảm giáccó sạn trong mắt, chảy nước mắt, ngứa mắt hay mỏi mắt,… điều đó sẽõlàm cho cửa sổ tâm hồn trở nên kém nhạy cảm hơn Vì vậy, việc bảovệ đôi mắt là rất quan trọng và việc tìm hiểu các bệnh về mắt cũng cầnthiết, đặc biệt là bệnh khô mắt Khô mắt là tình trạng thường được ghinhận ở các nước phát triển, đặc biệt là các nước có môi trường bị ônhiễm hay những người tiếp xúc thường xuyên với môi trường máy lạnh,lò sưởi Nghề nghiệp và tuổi tác cũng là một yếu tố thuận lợi cho việckhởi phát và tiến triển của tình trạng rối loạn này

Một nghiên cứu về nguy cơ khô mắt của nhân viên y tế đã được thựchiện ở bệnh viện Chợ Rẫy và bệnh viện Đại Học Y Dược TP HCM Kếtquả nghiên cứu có 22% số người thật sự khô mắt, 73,9% số người cóthời gian vỡ màng phim nước mắt (BUT) <10 giây và chỉ có 3,1% sốngười tham gia nghiên cứu có tình trạng nước mắt hoàn toàn bình thường

trong tổng số 207 nhân viên y tế Hiện nay, việc sử dụng nước mắt nhântạo (làm giảm đáng kể các triệu chứng khô mắt) là hay sử dụng nhất sovới các phương pháp chữa trị khác như đề phòng sự bốc hơi nước mắt,sử dụng chất EGF, ARI và Vitamin A, và liệu pháp miễn dịch.

Việc thành lập công thức cho các sản phẩm là công việc thường xuyênđối với Phòng Nghiên cứu - Phát triển của mỗi nhà sản xuất thuốc bởivì: a) Mỗi sản phẩm đều có một vòng đời nhất định, gồm các giai đoạn:bắt đầu, tiến triển, đỉnh cao, suy giảm và kết thúc b) Việc cạnh tranhgiữa các nhà sản xuất đòi hỏi sự mở rộng thị trường song lâu dài vẫn làsự đổi mới về sản phẩm Theo truyền thống, công thức thuốc đượcthành lập theo kinh nghiệm hay tối ưu hóa bằng phương pháp toánthống kê Gần đây, trên thế giới có xu hướng nghiên cứu công thứcthuốc mới với phần mềm thông minh Thí dụ: sự kết hợp Design-Expert(thiết kế) với INForm (tối ưu hóa) Việc nghiên cứu và phát triển thuốcthông qua con đường thiết kế (bằng vi tính) và tối ưu hóa (bằng phầnmềm thông minh) không những tiết kiệm được thời gian và công sứcmà còn góp phần nâng cao chất lượng của các sản phẩm

Nhằm mục đích áp dụng phương pháp mới trong việc thành lập côngthức thuốc đồng thời góp phần nghiên cứu nước mắt nhân tạo để trị

bệnh khô mắt ở nước ta, đề tài “Thiết kế và tối ưu hoá công thức nước

mắt nhân tạo” được thực hiện với mục tiêu:

- Xác định các thông số tối ưu của thành phần công thức sao cho sảnphẩm đạt các yêu cầu chất lượng của nước mắt nhân tạo

- Dự đoán sự ảnh hưởng trên tính chất của nước mắt nhân tạo khithay đổi một vài thành phần của công thức tối ưu.

- Nhận xét và rút kinh nghiệm trong việc luyện mạng và tối ưu hóa bởiphần mềm thông minh INForm

2 TỔNG QUAN

2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẮT

2.1.1 Giải phẫu tổng quát [11,13]

Nhìn từ phía ngoài, con ngươi của mắt có màu đen ở chính giữa, chungquanh con ngươi là mống mắt màu sắc có thể là màu nâu hoặc màuxanh, phía ngoài mống mắt là màng kết mạc Màng phía ngoài bao checon ngươi và mống mắt là màng giác mạc trong suốt nối liền với màngkết mạc trắng đục bằng một làn đậm chung quanh gọi là bờ giác mạc.Nơi màng kết mạc xếp gấp vào góc mí mắt gọi là màng gấp bánnguyệt, tiếp đến là màng non và cục lệ Đặc điểm giải phẫu tổng quátcủa mắt được minh họa bởi Hình 1 và Hình 2

Nếp bán nguyệt

Nhú lệ dưới và điểm lệ

Nhú lệ trên và điểm lệ

Cục lệ trong hố lệ

Kết mạc mí mắt trên

Con ngươi

Giác mạc

Bờ giác mạc

Vòm kết mạc mắt

dưới

Kết mạc

Hình 1 Cấu tạo bên ngoài của mắt

Kết mạc mí mắt dưới

2.1.2 Thành phần nước mắt [13, 21]

Thành phần của nước mắt gần giống với huyết tương, chỉ có ion K+ gấp

4-6 lần, hơi lỏng hơn, có tới 98,2% là nước; tương đối ít đạm chỉ có 0,9%(albumin và globulin chỉ bằng 1 phần 10 trong huyết tương) nhưng đủ làmgiảm sức căng bề mặt dẫn đến sự làm ướt dễ dàng biểu mô bề mặt; có

pH gần giống pH của máu; áp suất thẩm thấu gần bằng 0,9% muối Nhờcó chất tan trong nước mắt (lysozym, lactoferin, globulin miễn dịch IgA,IgG, IgM ) và bạch cầu nên màng phim nước mắt có tác dụng diệtkhuẩn

Xương hốc mắt

Cơ ngoài mắt

Thần kinh mắt

Xương hốc mắt

Bảng 1 Thành phần của nước mắt sinh lý

Tốc độ bay hơi 10,1 x 10-7 mg/ cm2/ giây 2,2-3,7 μL/ cm2/ h

Lưu lượng 1,2 μL/ phút

-Chỉ số khúc xạ 1,336 1,336-1,337

Sức căng bề mặt 40,1 ± 1,5 mN/ m 41,5 - 46,2 mN/ m

Độ nhớt 1.3-5.9 mPas

-Nước mắt được tuyến lệ tiết liên tục cả ngày trừ lúc ngủ, có chức nănggiúp cho bề mặt nhãn cầu luôn ẩm ướt và được bôi trơn cho phép cửđộng mắt và chớp mắt dễ dàng Đồng thời còn có tác dụng bảo vệ mắt,chống nhiễm khuẩn và khô mắt Trong điều kiện bình thường, nước mắtđược tiết ra với mức độ khoảng 1,2 μl trong 1 phút và có khoảng 20 μlnước mắt được chứa ở vùng kết mạc, một phần bị mất đi từ sự bốc hơi

ở bề mặt nhãn cầu (lượng nước mắt bốc hơi chiếm 7,8% tổng lượngđược sản xuất nhưng ở những bệnh nhân khô mắt là 47,5-78% [15]),chỉ phần thừa nước mắt chảy xuống mũi theo ống lệ mũi

Màng phim nước mắt là lớp màng mỏng chất lỏng nằm trên bề mặt giácmạc nhãn cầu, dày khoảng 9-10 μm gồm [13,16]:

- Lớp nhầy dày 0,02-0,05 μm ở sát giác mạc, do những tế bào hình đàicủa kết mạc tiết ra và có tính ưa nước nên làm cho lớp nước trải đềutrên bề mặt biểu mô giác mạc Điều đó giúp màng phim nước mắtbám vào bề mặt nhãn cầu nếu không có lớp này nước mắt sẽ trôi đi

- Lớp nước ở giữa dày nhất 7 μm do tuyến lệ tiết ra, chứa nhiều chấtdinh dưỡng và là nguồn cung cấp protein và chất sát trùng quantrọng giúp bảo vệ mắt

- Lớp dầu ở ngoài cùng dày 1 μm do tuyến Meibomius tiết ra, có tácdụng làm chậm sự bốc hơi của lớp nước bên dưới, tăng tính ổn địnhcủa màng phim nước mắt và giúp bôi trơn mi mắt (thiếu lớp này,nước mắt sẽ bốc hơi nhanh hơn 20 lần và hình thành điểm khô trênbề mặt nhãn cầu)

Màng phim nước mắt có tầm quan trọng quyết định đến chất lượng thịgiác Tính ổn định kém của màng phim này không chỉ gây ra các triệuchứng khô mắt mà còn có thể gây ra những tác hại đến các chức năngthị giác và làm cho đôi mắt ngày càng yếu đi.

2.1.3 Bệnh khô mắt [18]

Bề mặt nhãn cầu luôn giữ được độ trơn bóng và giác mạc luôn đượctrong suốt là do có sự tồn tại của màng phim nước mắt Màng phimnước mắt gồm 3 lớp: lớp nhầy, lớp nước và lớp dầu (Hình 3)

Mỗi lớp của màng nước mắt có thể bị những trạng thái bệnh lý khácnhau dẫn đến khô mắt hoặc viêm kết mạc khô (keratoconjuctivitis sicca).Triệu chứng chung của những bệnh nhân khô mắt: chảy nước mắt, có

Màng phim nước mắt

Tuyến lệLớp

dầu

Lớp nước

Lớp nhầøy

Tuyến Meibomius

Hình 3 Minh họa màng phim nước mắt

cảm giác dị vật, khô rát và giảm thị lực Các triệu chứng này thườngnặng hơn về cuối ngày và xuất hiện do tuổi càng cao lượng nước mắt tiết

ra càng giảm; tiếp xúc nhiều với máy vi tính, ti vi, kính hiển vi hay làmviệc nhiều bằng mắt; hoặc do môi trường sống bị ô nhiễm bởi khói xe,bụi bặm hay làm việc trong phòng máy lạnh, hoặc làm việc ngoài trờitiếp xúc thường xuyên với nắng và các nguồn sáng nhân tạo

Nguyên nhân khô mắt do thiếu 1 trong 3 thành phần (nước, nhầy, hoặclipid) của màng phim nước mắt; trong đó, thiếu nước là nguyên nhânthường gặp nhất của bệnh khô mắt (Hình 4)

Khô mắt do thiếu nước: bẩm sinh hay mắc phải.

- Bẩm sinh: hội chứng Riley-Day không có tuyến lệ, loạn sản ngoại bìgiảm tiết mồ hôi; hội chứng Shy-Drager

- Mắc phải: hội chứng Sjogren; do tuyến lệ (viêm, chấn thương); domột số thuốc (kháng histamin, kháng β-adrenergic, thuốc ngủ…) làmgiảm tiết nước mắt

Biểu mô giác mạc

Lớp nướcĐiểm khôLớp dầu Lớp nhày

Hình 4 Mắt thiếu hụt màng phim nước mắt

Khô mắt do thiếu nhầy: thiếu vitamin A; những bệnh làm tổn thương kết

mạc ảnh hưởng đến chức năng của tế bào tiết chất nhầy (bỏng mắt,bệnh dạng pemphigut, hội chứng Stevens-Johnson, bệnh mắt hột…)

Khô mắt do thiếu lipid: tổn thương tuyến Meibomius (bệnh trứng cá đỏ),

tăng tiết bã nhờn kèm viêm mi mãn tính Khi lớp lipid ở người thiếu hoặckhông có, có thể làm cho màng phim nước mắt không ổn định và dẫnđến sự bay hơi nước mắt tăng gấp 4 lần

2.1.4 Điều trị bệnh khô mắt [16]

2.1.4.1 Đề phòng nước mắt bốc hơi

Đây là phương pháp thường dùng và có khả năng làm giảm những triệuchứng khô mắt Để đề phòng sự bốc hơi nước mắt người ta sử dụngkính tiếp xúc mềm bởi vì sự bốc hơi của nước mắt phụ thuộc vào độẩm Nếu độ ẩm xung quanh bằng 0% thì sự bốc hơi sẽ ở mức độ caonhất và bằng 0 nếu độ ẩm là 100%

2.1.4.2 Sử dụng nước mắt nhân tạo

Sử dụng nước mắt nhân tạo để làm giảm các triệu chứng khô mắt bằngcách kéo dài thời gian vỡ của màng phim nước mắt và đồng thời làmtăng tính ổn định của màng phim nước mắt trên bề mặt nhãn cầu.Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng lớp nhầy có vai trò rất quan

Polymer liên kết với MucinPolymer bị hút dính vào giác mạc

Lớp Lipid nguyên vẹn

Hình 5 Lớp màng phim nước mắt được phục hồi

trọng trong việc gìn giữ sự toàn vẹn của nước mắt Màng phim nướcmắt được phục hồi sau khi sử dụng nước mắt nhân tạo (Hình 5)

2.1.4.3 Sử dụng chất EGF, ARI và Vitamin A

Sự tiết nước mắt ít ở bệnh nhân khô mắt có thể dẫn đến các thay đổivề bệnh lý trong biểu mô giác mạc và giảm độ nhạy cảm của giác mạc.Cần thiết phải nhanh chóng chữa trị bệnh khô mắt để duy trì cơ chếbình thường bảo vệ màng giác mạc EGF là yếu tố phát triển biểu môvà ARI là chất ức chế aldose reductase Những chất này không trựctiếp điều trị khô mắt, nhưng nó giúp bảo vệ biểu mô giác mạc Khi biểumô giác mạc bị tổn thương thì sẽ xuất hiện các triệu chứng rát cộm, vàchảy nước mắt Sự vận động của mắt khô rất khó nên cần phải điều trịcả biểu mô giác mạc Ở những bệnh nhân khô mắt thường có sự thiếuhụt vitamin A, đặc biệt trong hội chứng Sjogren Vì vậy, việc sử dụngnước mắt nhân tạo có retinol (500 UI/ ml) đem lại kết quả trị liệu tốt

2.1.4.4 Liệu pháp miễn dịch

Mặc dù cơ chế chủ yếu của khô mắt là do sự thay đổi về số lượng cũngnhư chất lượng của màng phim nước mắt Song trong một số trườnghợp lại do cơ chế miễn dịch như sự thâm nhiễm của lympho bào vàotuyến lệ và kết mạc (hội chứng Sjogren) Trong những trường hợp nàyviệc sử dụng những thuốc điều chỉnh miễn dịch (Cyclosporin A,Interferon α) lại cho kết quả tốt hơn nước mắt nhân tạo

2.2 THUỐC NHỎ MẮT

2.2.1 Thuốc nhãn khoa [21]

Bao gồm nhiều hệ thống khác nhau:

- Các dung dịch vô khuẩn, thường là các dung dịch nước, đôi khi làdung dịch dầu dùng để nhỏ vào túi cùng kết mạc

- Các hỗn dịch vô khuẩn có chứa các tiểu phân chất rắn được phânchia đặc biệt nhỏ, cũng dùng để nhỏ vào túi cùng kết mạc

- Các thuốc mỡ vô khuẩn, thường được điều chế với các tá dược vaselintrắng và dầu khoáng, để tra vào bờ mí mắt Dạng này có ưu điểm khó

bị rửa trôi bởi nước mắt nên thời gian tiếp xúc với niêm mạc mắt lâunhưng có nhược điểm làm mờ khả năng nhìn của mắt mỗi khi tra thuốc

- Dạng thuốc đặt vào mắt (ocusert) thực chất đây là một hệ điều trịdùng trong nhãn khoa Thường có dạng hình đĩa mỏng và nhỏ đượcthiết kế để đặt vào trong túi cùng kết mạc Nó gồm 1 nhân (core) có

chứa pilocarpin và acid alginic, nhân này được bao bởi một màngpolyme etylenvinyl acetat, màng này sẽ điều khiển sự khuếch tánpilocarpin từ nhân vào dịch nước mắt Một đĩa như vậy có thể duy trìđủ nồng độ thuốc trong một tuần Các thuốc kháng sinh, kháng virusvà corticosteroid dạng này đã và đang được phát triển.

- Một hướng đang được nghiên cứu phát triển là sử dụng các siêu vinang và siêu vi hạt như là các hệ điều trị trong nhãn khoa

2.2.2 Thuốc nhỏ mắt [21]

2.2.2.1 Khái niệm

Thuốc nhỏ mắt là thông dụng nhất Thuốc nhỏ mắt là dung dịch nước,dung dịch dầu hoặc hỗn dịch vô khuẩn của một hay nhiều hoạt chất đểnhỏ vào mắt Khi có yêu cầu, chế phẩm được pha chế ở dạng khô, vôkhuẩn để có thể hoà tan hoặc làm thành huyền phù trong một chất lỏngvô khuẩn thích hợp trước khi dùng

Khi nhỏ một giọt thuốc nhỏ mắt tức là đưa một tác nhân lạ vào mắt, đặcbiệt là khi thuốc có pH khác xa với pH nước mắt hoặc là không đẳngtrương hoặc do bản thân hoạt chất gây kích ứng niêm mạc mắt Nướcmắt tiết nhiều sẽ pha loãng thuốc, làm cho quá trình vận chuyển thụđộng của thuốc qua giác mạc bị giảm gradient nồng độ Thêm vào đó,thuốc bị rửa trôi khỏi mắt một cách nhanh chóng, làm cho thời gian tiếpxúc của mắt với thuốc giảm Vì vậy, tăng tiết nước mắt sẽ làm giảm

sinh khả dụng của thuốc Để làm tăng tính sinh khả dụng của các thuốcnhãn khoa, cần phải thiết kế các công thức thuốc sao cho ít gây kíchứng nhất đối với mắt, đồng thời kéo dài thời gian lưu thuốc trong mắt vàlàm tăng tính thấm của hoạt chất với niêm mạc mắt bằng cách thêmcác chất phụ thích hợp vào công thức thuốc Sau đây là một số yếu tốcần xem xét khi thiết kế và pha chế thuốc nhỏ mắt:

2.2.2.2 Độ vô trùng

Mặc dù trong thành phần của nước mắt có chứa men lysozym là một mencó tác dụng kháng khuẩn nhẹ, nhưng khả năng ngăn ngừa sự nhiễmkhuẩn từ môi trường bên ngoài vào mắt cũng rất hạn chế Nếu nhỏ vàomắt một thuốc nhỏ mắt không vô khuẩn có thể gây ra những viêm nhiễmrất nghiêm trọng Có nhiều loại vi khuẩn có thể gây nhiễm khuẩn nặng

cho mắt như Staphylococcus aureus, Proteus vulgaris, Bacillus subtilus, nấm Aspergillus fumigatus và nguy hiểm nhất là trực khuẩn mủ xanh

Pseudomonas aeruginosa vì vi khuẩn này có khả năng phát triển ngay ở

môi trường có ít chất dinh dưỡng và gây loét giác mạc trong vòng 24 đến

48 giờ và có thể dẫn đến mù Vì vậy thuốc nhỏ mắt phải đảm bảo vô trùngnhư đối với thuốc tiêm Các phương pháp tiệt trùng thường dùng là tiệttrùng bằng nồi hấp ở 115oC trong 30 phút hoặc 121oC trong 15 phút haylọc tiệt trùng với màng lọc có kích thước ≤ 0,22 μm

2.2.2.3 Độ trong

Mắt, đặc biệt khi bị viêm, rất nhạy với các tiểu phân lạ có trong dungdịch thuốc nhỏ mắt Các tiểu phân này có thể làm tổn thương biểu môgiác mạc, tạo điều kiện cho các vi khuẩn gây bệnh xâm nhập vào mắt

Do đó, các dung dịch thuốc nhỏ mắt sau khi pha chế phải được lọctrong qua các màng lọc thích hợp (sử dụng lọc thủy tinh hay màng lọc0,45-1,2 μm) để loại bỏ các tiểu phân lạ và các sợi có trong dung dịchthuốc Vì vậy, yêu cầu về độ trong của dung dịch thuốc nhỏ mắt phảitrong suốt và không có bụi, cặn, xơ bông hay tạp chất cơ học khác khiquan sát bằng mắt thường

2.2.2.4 Độ pH

Độ pH của thuốc nhỏ mắt là một trong những yếu tố quyết định tínhsinh khả dụng của thuốc nhỏ mắt

Một thuốc nhỏ mắt có pH thích hợp sẽ đáp ứng 3 yêu cầu sau:

- Giảm tối đa sự kích ứng mắt Khi nhỏ một dung dịch có pH khác xavới pH nước mắt, làm nước mắt không thể trung hòa một cách nhanhchóng pH của thuốc Vì vậy, mắt sẽ bị kích ứng rất mạnh, buộc mắtphải tăng tiết nước mắt để thiết lập trạng thái sinh lý bình thường.Tuy nhiên, điều này dẫn đến giảm tính sinh khả dụng của thuốc Bởivậy, tốt nhất thuốc nhỏ mắt nên có pH trung tính hoặc gần trung tínhvà lý tưởng nhất là có pH bằng pH của nước mắt

- Tăng độ ổn định của hoạt chất Khi điều chỉnh pH của thuốc nhỏmắt còn phải xem xét đến khía cạnh ổn định của hoạt chất sao chotại giá trị pH đó thuốc có độ ổn định cao nhất.

- Tăng độ hấp thu của hoạt chất Trong dung dịch, hoạt chất luôn tồntại ở 2 dạng ion hóa/ không ion hóa và ở một trạng thái cân bằng nàođó Trạng thái cân bằng này phụ thuộc vào pH của dung dịch Vì vậy,cần phải điều chỉnh pH của dung dịch sao cho hoạt chất ở dạng ionhóa càng thấp có thể dễ dàng thấm qua hàng rào biểu mô giác mạc

Tóm lại, pH của thuốc nhỏ mắt phải được điều chỉnh sao cho dung hòacả 3 yếu tố trên Trong trường hợp không thể dung hòa cả 3 yếu tố trênthì độ ổn định của thuốc phải được ưu tiên

2.2.2.5 Độ đẳng trương

Trước đây, vấn đề đẳng trương của thuốc nhỏ mắt rất được coi trọng vìđược xem là một trong những nguyên nhân gây khó chịu cho mắt Ngàynay, người ta đã chứng minh rằng các dung dịch natri clorid có nồng độtừ 0,5 đến 2% không gây khó chịu hoặc đau đớn cho mắt, có nghĩa làmắt có thể chịu đựng được các dung dịch có áp suất thẩm thấu khác xavới áp suất thẩm thấu của một dung dịch đẳng trương Mặt khác, mắtngười chịu được các dung dịch ưu trương tốt hơn là các dung dịchnhược trương, vì với một lượng nhỏ thuốc nhỏ mắt (khoảng 50 μl) sẽnhanh chóng được pha loãng với nước mắt Nhưng khi bị tổn thương,mắt sẽ trở nên nhạy cảm hơn Đa số các hoạt chất trong thuốc nhỏ mắt

thường được dùng với nồng độ thấp và nhược trương hơn so với nướcmắt Vì vậy, việc đẳng trương hóa thuốc nhỏ mắt là cần thiết.

2.2.2.6 Độ nhớt

Tăng độ nhớt của các dung dịch hay hỗn dịch nhỏ mắt sẽ làm tăng thờigian tiếp xúc của thuốc với niêm mạc mắt và làm giảm tốc độ rút thuốckhỏi mắt theo đường mũi lệ, do đó làm tăng sinh khả dụng của thuốc

Có hàng loạt các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng tăng độ nhớt củathuốc nhỏ mắt làm tăng thời gian tiếp xúc và tác dụng dược lý củathuốc Theo Chrai và Robison khi nghiên cứu trên mắt thỏ đã chỉ rarằng hằng số tốc độ rút thuốc giảm đi 3 lần khi độ nhớt của dung dịchtrong khoảng từ 1-12,5 cP và giảm đi khoảng 3 lần nữa khi độ nhớt củadung dịch trong khoảng 12,5-100 cP

2.2.3 Nước mắt nhân tạo

2.2.3.1 Khái niệm [30]

Nước mắt nhân tạo được bào chế đặc biệt để thay thế nước mắt trongtrường hợp mắt bị khô hay thiếu hụt nước mắt Vì vậy, chúng có tácdụng làm ướt mắt và chống lại hiện tượng khô mắt Các chế phẩmthuốc nhỏ mắt nhân tạo nói chung phải có độ nhớt cao hơn nước mắt

bình thường Độ nhớt cao giúp bôi trơn mí mắt khô, giảm cảm giác đaurát giác mạc, giảm khô mí mắt và làm chậm quá trình bay hơi nước mắt,đồng thời làm tăng thời gian lưu giữ của màng phim nước mắt tự nhiênvà tạo một lớp bảo vệ mắt Yêu cầu của nước mắt nhân tạo khôngđược chứa các chất phá hủy lớp màng phim nước mắt này Nước mắtnhân tạo cần phải:

- Tái tạo môi trường bảo vệ và cho phép các tế bào giác mạc phụchồi và phát triển bình thường,

- Bù đắp sự thiếu hụt chất nhầy mucin của màng phim nước mắt,

- Không ảnh hưởng đến thị lực,

- Không có hoặc có rất ít tác động dị ứng hay độc hại đối với các tếbào giác mạc

2.2.3.2 Chế phẩm

Có nhiều loại chế phẩm thuốc nhỏ mắt dùng cho bệnh khô mắt vàđược phân loại theo độ nhớt thấp, trung bình hay cao

Nước mắt nhân tạo có độ nhớt thấp:

- GenTeal Mild (Novartis Ophthalmics) – dạng đa liều

- GenTeal (Novartis Ophthalmics) - dạng đa liều

- HypoTears PF (Novartis Ophthalmics) - dạng đơn liều

- Moisture Eyes (Bausch & Lomb) - dạng đơn liều

- Refresh Plus (Allergan) - dạng đơn liều

- Refresh Tears (Allergan) – dạng đa liều

- Tears Naturale II (Alcon) - dạng đơn liều và đa liều

- Tears Naturale Forte (Alcon) - dạng đa liều

- TheraTears (Advanced Vision Research) - dạng đơn liều và đa liều

Nước mắt nhân tạo có độ nhớt trung bình:

- Bion Tears (Alcon)

- OcuCoat PF (Bausch & Lomb Pharmaceuticals)

Nước mắt nhân tạo có độ nhớt cao:

- AquaSite (Novartis Ophthalmics)

- Refresh Celluvisc (Allergan)

- Refresh Liquigel (Allergan)

- Murocel (Bausch & Lomb Pharmaceuticals)

Trên thị trường quốc tế có trên 30 chế phẩm dạng nước mắt nhân tạođược sản xuất bởi một số hãng:

- Allergan: Liquifilm Tears, Refresh Celluvisc, Refresh Liquigel

(Cellufresh), Refresh Plus, Refresh Tears, Refresh và Tears Plus

Tears Naturale Free, Tears Naturale II và Tears Naturale PM

Eye Protect, Moisture Eyes, Murocel và Ocucoat PF

Hypo Tears PF, Oculotect Fluid, Oculotect Fluid Sine, Tear Drops vàViva Drops

- Pfizer: Visine Tears

Trong các chế phẩm trên thì có một số biệt dược được bán nhiều trênthị trường nước ta như Oculotect Fluid, Oculotect Fluid Sine, TearsNaturale II, Tears Naturale Free, Refresh, Poly Tears

2.3 TỐI ƯU HÓA CÔNG THỨC

2.3.1 Mối liên quan nhân quả [7]

Khi thành lập công thức cho sản phẩm, nhà bào chế cần xem xét ảnhhưởng của thành phần công thức hay điều kiện điều chế trên tính chấtcủa sản phẩm Các mối liên quan này được gọi là mối liên quan nhânquả và chúng có thể được thiết lập một cách định lượng Thí dụ: côngthức thuốc nhỏ mắt có thể gặp các mối liên quan nhân quả trong Hình 6

Hình 6 Mối liên quan nhân quả

Công thức Tính chất sản phẩm

Chất tăng độ nhớt

Hệ đệm

Các chất điện giải

Độ nhớt Độ pH Áp suất thẩm thấu Chỉ số khúc xạ

Nếu các yếu tố trong mô hình thí nghiệm được thiết kế, nhà nghiên cứu cóthể áp dụng phần mềm thông minh (thí dụ INForm) để thiết lập mô hình liênquan nhân quả rồi tối ưu hóa các thông số về thành phần công thức hayđiều kiện điều chế Trong thực tế, khi thành lập công thức ở trong phòng thínghiệm, nhà bào chế có thể chỉ tối ưu hóa các thành phần công thức.

2.3.2 Mô hình thực nghiệm

Với F yếu tố với L mức thì mô hình thí nghiệm cần LF Thí dụ: mô hình 2yếu tố 2 mức: n = 22 = 4; mô hình 3 yếu tố 2 mức: n = 23 = 8; mô hình 4yếu tố 2 mức: n = 42 = 16 Mô hình yếu tố đầy đủ có ưu điểm là chophép sự khảo sát ảnh hưởng của các yếu cũng như tương tác của chúng.Tuy nhiên mô hình yếu tố đầy đủ cần có số thí nghiệm rất lớn khi số yếutố tăng lên Mô hình yếu tố phân đoạn cho phép giảm bớt rất nhiều số thínghiệm mà vẫn khảo sát được sự ảnh hưởng của các yếu tố Một vài môhình yếu tố phân đoạn thường gặp gồm là mô hình Taguchi (mô hìnhthiết kế trực giao, chỉ khảo sát các ảnh hưởng chính mà không xem xétcác tương tác) và mô hình D-Optimal (mô hình thiết kế tùy ý, kết hợpnhiều yếu tố mà số mức của mỗi yếu tố có số mức khác nhau)

2.3.3 Phần mềm thông minh

2.3.3.1 Mạng thần kinh

Mạng thần kinh nhân tạo là sự mô phỏng cấu trúc của mạng thần kinhsinh học, được tạo thành bởi sự liên kết giữa rất nhiều đơn vị thần kinh(perceptron) Chúng có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu, xác định trọngsố, tính tổng số và chuyển các tín hiệu ấy sang đơn vị thần kinh khác.Trong ngành Dược, cấu trúc mạng nhiều lớp với một lớp ẩn là thôngdụng nhất [7].

Nhằm thực hiện sự luyện mạng thần kinh người ta thường dùng thuậttoán lan truyền ngược Trong quá trình luyện mạng, thuật toán cố gắnggiảm thiểu sai số giữa giá trị quan sát và giá trị dự đoán Với mỗi vònglặp, các trọng số được điều chỉnh sao cho sai số giảm dần Hai thôngsố gồm yếu tố momen và tốc độ luyện cần dùng để kiểm soát sự điềuchỉnh trọng số và hãm sự dao động giữa các vòng lặp

(Trọng số)t = - {(Tốc độ luyện)(dE/dW)t} +

{(Yếu tố momen)(Thay đổi trọng số)t-1} (Biểu thức 1)

Lớp ẩn

Lớp ra

Hình 7 Cấu trúc mạng đa lớp đơn giản

Cho đến nay có nhiều loại thuật toán lan truyền ngược đã được sửdụng Thí dụ, phần mềm thông minh INForm 3.0 có 5 loại thuật toán:

- Standard Incremental (SI): các trọng số mới được tính mỗi khi một

trường hợp dữ liệu (data record) được trình bày cho mạng thần kinh

- Standard Batch (SB): các trọng số mới chỉ được tính khi nào tất cả dữ

liệu đã được trình bày cho mạng thần kinh

- RPROP (RP): yếu tố momen và tốc độ luyện được tính tự động.

quy tắc đã định

tính trong quá trình luyện mạng

Đầu ra của lớp ẩn được truyền bởi hàm truyền hay hàm hoạt hóa Đầu

ra của lớp ra được truyền bởi hàm truyền đầu ra hay hàm hoạt hóa.Các dạng hàm truyền có thể gặp gồm có:

- Symmetric sigmoid (S): sigma đối xứng

- Hyperbolic tangent Tanh (T): tanh

Hàm sigma (Biểu thức 2)

Hàm tanh (Biểu thức 3)

Mạng thần kinh đã và đang được áp dụng để thiết lập các mô hình liênquan nhân quả với nhiều ưu điểm: không giới hạn về số biến xi, có thểtối ưu đồng thời nhiều biến yi, không phụ thuộc mô hình toán học màdựa vào khả năng luyện mạng với sự lựa chọn nhiều thông số phù hợp;dự đoán chính xác quả (yi) từ nhân (xi) biết trước dựa trên mô hình liênquan nhân quả đã được thiết lập; phù hợp với nhiều loại dữ liệu phứctạp, phi tuyến, định tính hay thiếu trị số

Tuy nhiên, nhược điểm của mạng thần kinh là nó có thể bị “luyện quámức” Đó là khi mạng thần kinh tuy được luyện tốt như nó dự đoán kémchính xác Muốn tránh hiện tượng này người ta có thể áp dụng cáchchia dữ liệu đầu vào làm 2 nhóm: nhóm luyện và nhóm thử Đây làcách đánh giá chéo: mô hình từ nhóm luyện sẽ dự đoán cho nhóm thử.Giá trị R2 luyện sẽ được dùng để đánh giá tính tương thích; giá trị R2 thửsẽ được dùng để đánh giá khả năng dự đoán của mô hình

(Biểu thức 4)

yi = giá trị quan sát

100y

y

y

y1

1 i

2 i

n 1 i

2 i i 2

)ˆ(

u

e 1

1 u



 ) (

u u

u u

ee

ee

u 





)(tanh

yâi = giá trị dự đoán của nhóm luyện (R2 luyện) hay nhóm thử (R2 thử)

y = giá trị trung bình của y

Trong thực tế với phần mềm thông minh, người ta có thể:

- Áp dụng công cụ chọn thông minh để có nhóm thử (10-15%): cânnhắc giá trị R2 luyện và R2 thử đều không quá thấp

- Sử dụng công cụ dừng thông minh khi luyện mạng: tự chọn điểmdừng mà không cần luyện mạng đến số vòng lặp tối đa

2.3.3.2 Thuật toán di truyền

Ý tưởng áp dụng nguyên tắc tiến hóa tự nhiên đã được đề cập cáchđây khoảng 3 thập niên Đến sau 1970 thuật toán di truyền (geneticalgorithms) chính thức được giới thiệu bởi John Holland Ngày nay, nóđược sử dụng để giải quyết nhiều vấn đề phức: tối ưu hóa, lập trình tựđộng, máy học

Số vòng lặp

Hình 9 Minh họa chức năng của công cụ

Smart Stop

Logic cổ điển đã được sử dụng cách đây khoảng 3000 Logic mờ mớiđược giới thiệu bởi GS Lotfi A Zadeh năm 1965 Nó được ứng dụngđầu tiên ở Nhật và được phổ biến ở Mỹ và các nước Châu Âu trong cáclãnh vực kiểm soát tự động, tối ưu hóa, dự đoán, nhận dạng

2.3.3.4 Phần mềm INForm 3.0

INForm 3.0 [7] là phần mềm thông minh trong đó có ba công cụ gồmmạng thần kinh, logic mờ và thuật toán di truyền (Hình 10)

 Mạng thần kinh: thiết lập mô hình liên quan nhân quả và dự đoán

quả từ nhân biết trước

- Thuật toán di truyền: tối ưu hóa dựa trên mô hình liên quan nhân quả

đã được thiết lập bởi mạng thần kinh

- Logic mờ: làm cho mạng thần kinh có hiệu quả hơn đối với các dữ

liệu phức tạp đồng thời giúp cho thuật toán di truyền tối ưu hóa vớicác hàm mục tiêu trực quan

3 PHƯƠNG PHÁP

3.1 NGUYÊN LIỆU & HÓA CHẤT

Các nguyên liệu gồm hoạt chất cho việc điều chế nước mắt nhân tạođược liệt kê trong Bảng 3

Bảng 3 Danh sách các nguyên liệu và hóa chất

Tên nguyên liệu/ hoá chất Tiêu chuẩn Nguồn cung cấpBenzalkonium clorid BP 2000 Merck

Hydroxypropyl methylcellulose

(HPMC) mã số n USP 23 Nhật

Acid boric DĐVN III Trung Quốc

Natri borat DĐVN III Trung Quốc

Natri clorid (NaCl) DĐVN III Trung Quốc

Kali clorid (KCl) DĐVN III Trung Quốc

Calci clorid (CaCl2) DĐVN III Trung Quốc

Nước cất DĐVN III Việt Nam

3.2 PHẦN MỀM & DỤNG CỤ

Các phần mềm thiết kế và tối ưu hóa được liệt kê trong Bảng 4

Bảng 4 Danh sách các phần mềm vi tính chuyên dụng

Tên phần mềm Công dụng Nguồn cung cấp

INForm 3.0 (2002) Tối ưu hóa công thức Intelligensys Ltd., UKDesign-Expert 6.0.6 (2002) Thiết kế công thức Stat-Ease Inc., USA

Các thiết bị kiểm nghiệm nước mắt nhân tạo được liệt kê trong Bảng 5

Bảng 5 Danh sách các thiết bị kiểm nghiệm và định lượng

Tên thiết bị đo mẫu Mã số Nguồn cung cấp

Máy đo pH Mettle delta 320 Anh

Máy đo độ nhớt Brookfield LV DV - II Mỹ

Máy đo chỉ số khúc xạ Atago model 1T Nhật

Máy đo áp suất thẩm thấu Vapro 5520 Viescor-CanadaMáy định lượng Na+/ K+/ Cl+ EasyLyte Plus Medica

Máy định lượng Ca2+ Map lab Plus Ý

a Khúc xạ kế Atago- Model 1T

b Máy đo độ nhớt Brookfield LV DV – II

c Máy đo áp suất thẩm thấu Vapro 5520

d Máy định lượng Na + / K + / Cl + EasyLyte Plus

e Máy định lượng Ca 2+ Map lab Plus

3.3 QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ

Quy trình điều chế nước mắt nhân tạo gồm các giai đoạn chính:

a Pha các dung dịch mẹ: dung dịch benzalkonium clorid 10%, dungdịch calci clorid (CaCl2 6,7%) và dung dịch muối T 22,41%

b Pha hệ đệm:

- Pha dung dịch acid boric 0,2 M: hòa tan 12,404 g acid boric vào

1000 ml nước cất

- Pha dung dịch natri borat 0,05 M: hòa tan 19,108 g natri borat vào

1000 ml nước cất

c Hòa tan hoạt chất

- Lấy dung dịch natri borat 0,05 M cho vào bercher 1000 ml

- Cho tiếp dung dịch acid boric 0,2 M vào bercher đến khoảng 900 ml

- Thêm 1 ml dung dịch benzalkonium clorid 10%

- Hoà tan tiếp lần lượt kali clorid và natri clorid

- Thêm tiếp 1 ml dung dịch calci clorid 6,7% và 1 ml dung dịch muối T22,41%

- Cho từ từ HPMC vào và khuấy đều cho đến khi tạo thành một dungdịch có độ nhớt đồng nhất (để yên trong 8 giờ, thỉnh thoảng khuấy).

- Thời điểm: sau khi pha chế xong

- Số mẫu: 1 mẫu

- Thể tích: 50ml/ mẫu

b Thử nghiệm

Xác định độ pH của thuốc bằng máy Mettler delta 320 Tất cả cácphép đo đều cần phải được tiến hành trong cùng điều kiện nhiệt độkhoảng từ 20oC đến 25oC

Hiệu chỉnh máy: dùng dung dịch đệm chuẩn pH 7 là chuẩn thứ nhất,

đo và chỉnh máy Dùng dung dịch đệm chuẩn pH 4 thứ hai để chỉnhthang đo Sau đó, máy sẽ cho biết độ dốc:

- 90-100%: máy cân chỉnh tốt, cho phép sử dụng

- 85-90%: tiến hành rửa lại điện cực

- 100%: phải kiểm tra hiệu lực của dung dịch đệm

c Đánh giá

Tính giá trị pH trung bình của 3 lần đo