bao cao he thong tri lieu

Về mặt thiết kế, MN sử dụng để phân phối thuốc qua da được chia làm hai loại: MN đặc và MN rỗng [3].. MN đặc có thể được sử dụng với các miếng dán thuốc để tăng tỷ lệ khuếch tán; phương

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA DƯỢC -oOo -

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC

HỆ THỐNG TRỊ LIỆU MỚI

TÊN ĐỀ TÀI TĂNG THẤM THUỐC DÁN QUA DA BẰNG KĨ THUẬT MICRONEEDLE

Học viên: Nguyễn Thị Mai

Đinh Vũ Yến Nguyễn Thị Tuyết Mai Phan Cảnh Trình Nguyễn Quỳnh Anh

Lớp: Cao Học CN Dược Phẩm - Bào Chế Thuốc Niên khóa: 2017 - 2019

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thiện Hải

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH v

Mở đầu 1

NỘI DUNG 2

1 Microneedle 2

1.1 Khái niệm 2

1.2 Phân loại 2

1.3 Cơ chế tác dụng 3

1.4 Ưu nhược điểm 4

1.4.1 Ưu điểm 4

1.4.2 Nhược điểm 4

2 Phương pháp sản xuất 5

2.1 MN đặc tiền trị liệu da 5

2.1.1 MN silicon 6

2.1.2 MN kim loại 6

2.1.3 MN polymer 6

2.2 MN phủ 7

2.2.1 Phương pháp bao MN 7

2.2.2 Công thức bao 7

2.3 MN hòa tan 8

2.3.1 Phương pháp chế tạo MN hòa tan 8

2.3.2 Thiết kế MN hòa tan 8

2.4 MN rỗng 10

3 Đánh giá sản phẩm 11

3.1 Hình thể học MN 11

3.5 Giới hạn an toàn 12

3.6 Thử nghiệm thâm nhập / khuếch tán 13

3.7 Thử nghiệm in vivo 14

3.8 Mất nước qua biểu bì da 15

3.9 Kiểm tra an toàn sinh học 15

4 Ứng dụng 15

4.1 Chuyển thuốc qua da 15

4.1.1 Vi kim tăng tính thấm qua da 15

4.1.2 Phối hợp vi kim với các kỹ thuật khác 16

4.2 Vaccines 17

4.3 Thiết bị lấy mẫu dịch sinh học 17

4.4 Ứng dụng khác 18

4.4.1 Chuyển giao thuốc ở mắt 18

4.4.2 Ứng dụng mỹ phẩm 19

4.4.3 Chuyển giao các chất sinh học trong tế bào sống 19

4.4.4 Nha khoa 20

4.4.5 Chẩn đoán dị ứng 20

4.4.6 Nhận dạng động vật 20

4.4.7 Các ứng dụng khác 20

5 Một số sản phẩm vi kim trên thị trường 21

5.1 Con lăn vi kim Dermaroller® 21

5.2 AdminPen™ 21

5.3 Miếng dán phủ vi kim MicroHyala® 22

5.4 Micronjet® 22

5.5 Vi kim Soluvia® 22

5.6 Miếng dán vi kim insulin: V-GoTM ……… 22

6 Kết luận 22 Tài liệu tham khảo

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BCG Bacille Calmette – Guerin Vắc - xin chủng ngừa lao

ICP Inductively Coupled Plasma Plasma cao tần cảm ứng

MN / MNs Microneedle / Microneedles Vi kim

TEWL Transepidermal water loss Mất nước qua biểu bì da

US – FDA Food and Drug Administration Cơ quan quản lí thực phẩm

và dược phẩm Hoa Kì

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Cơ chế MN khác nhau phân phối thuốc qua da 3

Hình 2 Chế tạo vi kim polymer bằng kĩ thuật vi đúc 6

Hình 3 Sơ đồ chế tạo MN hòa tan 9

Hình 4 Sơ đồ chế tạo MN rỗng 10

Hình 5 Mô hình của Gonnelli và McAllister với thiết kế vi kim rỗng có nút đậy 10

Hình 6 Máy Enduratec đo giới hạn an toàn 12

Hình 7 MN phủ vitamin B, calcein trước và sau khi đâm xuyên vào da lợn 13

Hình 8 Hình ảnh da người sau khi dán MN in vitro và in vivo 14

1 Microneedle

1.1 Khái niệm

Microneedle (MN – vi kim) là cái kim ở kích thước micron như tên gọi của nó [3],

có thể là ống rắn hoặc ống rỗng với chiều dài xấp xỉ 50 – 900 µm và đường kính ngoài không quá 300 µm MN có thể được đặt trong một miếng dán để phân phối thuốc qua da Các miếng dán chứa MN này được nghiên cứu để chuyển giao thuốc, dược phẩm sinh học hay vắc-xin, … MN đâm xuyên và phá vỡ lớp sừng để mang lại một đáp ứng nhanh [5]

MN được đề xuất vào năm 1976, nhưng công nghệ để tạo ra cái kim có kích thước micron chưa được phổ biến cho đến những năm 2000

Với sự phát triển của công nghệ trong ngành vi điện tử thì việc sản xuất hàng loạt sản phẩm với chi phí thấp đã cho phép chế tạo ra các MN silicon, kim loại hoặc các vật liệu khác MN có thể xuyên qua lớp biểu bì với độ sâu 70 - 200 µm MN thì mảnh, ngắn, không thâm nhập vào lớp hạ bì - nơi chứa nhiều dây thần kinh; do đó thường không gây đau và có thể tăng cường khả năng vận chuyển thuốc qua da [5]

1.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại MN Về mặt thiết kế, MN sử dụng để phân phối thuốc qua

da được chia làm hai loại: MN đặc và MN rỗng [3]

Về công dụng và cơ chế tác dụng, MN có thể được chia làm 4 loại [3],[8]:

- MN đặc sử dụng trong tiền trị liệu cho da Sau khi lăn kim sẽ để lại các lỗ rỗng trên bề mặt da, thuốc được bôi lên da và cho phép khuếch tán vào bên trong thông qua lỗ rỗng và đi vào cơ thể

- MN phủ (coated MN) là MN được phủ bởi một lớp bao bởi công thức thân nước

có chứa hoạt chất Sau khi tiêm vào da, lớp bao chứa hoạt chất sẽ hòa tan ra khỏi vi kim và đi vào da, MN được rút ra sau đó

- MN hòa tan được chế tạo từ polymer tan trong nước hoặc phân hủy sinh học bao bọc lấy hoạt chất Khi sử dụng, MN được hòa tan hoặc phân hủy để giải phóng ra hoạt chất

- MN rỗng dùng để đưa thuốc vào trong da hoặc khuếch tán thuốc vào da thông qua

lỗ rỗng trên kim

1.3 Cơ chế tác dụng

Cơ chế tác động phụ thuộc vào thiết kế MN (hình 1) MN thường gồm hàng trăm vi kim trên một đế nền MN đặc ép lên da hoặc cọ xát trên da để tạo ra lỗ nhỏ, làm tăng tính thấm của da lên đến 4 lần so với miếng dán hoặc công thức tại chỗ chứa thuốc hoặc vắc xin Các lỗ còn sót lại sau khi loại bỏ MN có kích thước micron và có thời gian tồn tại hơn một ngày khi được băng kín nhưng ít hơn 2 giờ khi không được băng kín Phương thức thứ hai là sử dụng MN phủ Lớp phủ này có thể hòa tan trong vòng 1 phút sau khi dán lên da, sau đó MN có thể được rút ra và loại bỏ Dạng này là một thay thế cho microneedles kim loại hoặc polymer không hòa tan, MN chế tạo từ các polymer tan trong nước hoặc phân hủy sinh học thay thế cho MN kim loại hay polymer không hòa tan Thuốc được nang hóa trong MN polycactic co- glycolic acid để phóng thích có kiểm soát trong nhiều giờ đến vài tháng hoặc trong carboxymethylcellulose, polyvinylpyrolidin, maltose để giải phóng nhanh trong vòng vài phút MN rỗng đâm thủng da sau đó truyền dịch lỏng thông qua các lỗ khoan kim theo cách tương tự như tiêm dưới da

Hình 1 Cơ chế MN khác nhau phân phối thuốc qua da:

1.4 Ưu nhược điểm

1.4.1 Ưu điểm

Cơ chế vận chuyển không dựa trên sự khuếch tán qua lớp sừng như trong các sản phẩm phân phối thuốc qua da khác

Thuốc hoặc vắc-xin nhanh chóng được chuyển giao đến vị trí tác động trong biểu bì

MN được chế tạo bằng kim loại, silicon, polymer, thủy tinh và các vật liệu khác, được sản xuất hàng loạt và chi phí sản xuất giảm đi

MN được chế tạo có độ dài vừa đủ để vừa thâm nhập vào da mà vừa không chạm vào dây thần kinh

Sử dụng MN làm giảm nguy cơ đau, nhiễm trùng và chấn thương

MN đặc có thể được sử dụng với các miếng dán thuốc để tăng tỷ lệ khuếch tán; phương pháp để tăng tính thẩm thấu bao gồm tạo lỗ và cọ xát trên da hoặc phủ kim tiêm với thuốc MN rỗng có thể chế tạo thành miếng dán thuốc và bơm được chỉnh thời gian để cung cấp thuốc tại những thời điểm cụ thể

MN rất nhỏ có thể cung cấp thuốc nhắm mục tiêu cao cho các tế bào cụ thể

Trong nhiều trường hợp, MN mang đến sự hài lòng của bệnh nhân, không gây đau hoặc chảy máu (đặc biệt là trong tiêm chủng cho trẻ em và cho bệnh nhân có hội chứng sợ hãi kim tiêm)

Sử dụng MN tránh hiệu ứng vượt qua gan lần đầu, không cần sử dụng thường xuyên

MN cho phép thuốc thâm nhập nhanh chóng vào hệ thống tuần hoàn, có thể cung cấp trực tiếp các phân tử nhỏ, đại phân tử, vắc xin, hoặc axit nucleic vào biểu bì

Có thể điều trị vùng da tương đối lớn

MN dùng một lần dễ dàng loại bỏ và có khả năng phân huỷ sinh học

Thuốc có thể được phóng thích với tốc độ không đổi trong một thời gian dài

2 Phương pháp sản xuất

Trong nhiều thập kỷ, những cây kim nhỏ riêng rẽ được chế tác thủ công với mục đích để nghiên cứu và có triển vọng phát triển MNs trong việc phân phối thuốc vào những năm 1970 Tuy nhiên, phải đến những năm 1990 khi mà ngành công nghiệp

vi điện tử cung cấp các công cụ vi chế tạo cần thiết để làm cho MNs phù hợp cho ứng dụng dược phẩm Với sự khởi đầu của công nghệ vi điện tử, MNs đầu tiên được chế tạo từ silicon Và sau đó, MNs đã được chế tạo từ nhiều vật liệu như kim loại, polymer, thủy tinh và gốm với nhiều hình dạng, kích thước cho các ứng dụng khác nhau Hầu hết phương pháp chế tạo MN dựa trên công nghệ vi chế tạo (microfabrication, microelectromechanical systems (MEMS) – vi cơ điện tử) bao gồm kỹ thuật thêm, loại bỏ và sao chép vi cấu trúc sử dụng các quá trình quang điện, khắc silicon, cắt laser, mạ kim loại, đánh bóng điện hóa kim loại và vi đúc [8]

Quá trình MEMS cơ bản có thể được chia trong ba phần: lắng đọng, tạo khuôn và

ăn mòn [5], [6] Quá trình lắng đọng là sự hình thành của màng phim mỏng một vài nanomet đến khoảng 100 micromet Tạo khuôn là việc chuyển một khuôn mẫu lên lớp phim Trong quá trình này sử dụng kĩ thuật lito (in thạch bản) Cụ thể có thể là

kĩ thuật quang khắc, khắc chùm điện tử, khắc chùm ion, khắc tia X Quá trình ăn mòn sử dụng axit mạnh hoặc tác nhân ăn mòn để cắt vào các phần không được bảo

vệ của bề mặt vật liệu để tạo ra thiết kế mong muốn và có thể được chia thành hai loại: ướt khắc hoặc khắc khô Tùy thuộc vào vật liệu và loại MN mà lựa chọn các kĩ thuật phù hợp [5]

2.1 MN rắn tiền trị liệu da

MN tạo nên những lỗ trên da Những MN sắc bén có thể đâm xuyên qua da hoặc cào trên da để tạo thành lỗ rỗng mà từ đó thuốc được vận chuyển đi Tác dụng thuốc

có thể là tại chỗ trên da hoặc toàn hệ thống khi được hấp thụ bởi mao mạch da Thuốc dùng cho trường hợp này thông thường là thuốc dán hoặc thuốc bán rắn như thuốc mỡ, kem, gel,…

Yêu cầu cơ bản của dạng MN đặc là tạo vi kim có độ bền cơ học ( phụ thuộc vào lựa chọn vật liệu và hình dạng thiết kế) và giảm lực cần thiết để chèn vào mô da (tăng

độ sắc nét cho đầu vi kim) Vật liệu được sử dụng để chế tạo MN đặc bao gồm silicon; polymer không phân hủy sinh học như epoxy quang khắc, co-polymer của

methylvinylether và maleic anhydride, polycarbonate, polymethylmethacrylate; polymer phân hủy sinh học như poly-lactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid, polylactic acid; hợp chất tan trong nước như maltose; kim loại như thép không gỉ, titanium, tantalum, nickel; ceramic

2.1.1 MN silicon

Qui trình chế tạo MN phụ thuộc vào vật liệu và hình dạng Qui trình khắc khô (ăn mòn khô) để tạo MN silicon ngắn dựa trên khắc ion phản ứng (reactive ion etching) trên mặt nạ crom hoặc khắc ICP (inductively coupled plasma – plasma cao tần cảm ứng) Qui trình khắc ướt sử dụng KOH cũng được dùng để chế tạo MN đặc Kĩ thuật khắc ướt ít tốn kém hơn so với kĩ thuật khắc khô

2.1.2 MN kim loại

Chế tạo MN kim loại bằng các phương pháp cắt laser, cắt laser 3 chiều, ăn mòn ướt,

mạ kim loại Với MN kim loại chỉ có một hàng có thể cắt trực tiếp từ tấm kim loại

là thép không gỉ hoặc tấm titan, với MN kim loại hai chiều (nhiều hàng) thì dùng kĩ thuật mạ kim loại lên khuôn MN

2.1.3 MN polymer

Kĩ thuật phổ biến nhất được sử dụng là vi đúc (micromolding) thông qua một cấu trúc mẫu (master structure) Polymer như SU-8 thường được sử dụng để tạo cấu trúc mẫu Sau đó, polymer silicon (như polydimethylsiloxan) được rót vào trong cấu trúc mẫu để tạo nên một khuôn ngược Ngoài ra còn có thể sử dụng polyvinyl alcohol hoặc aluminium thay cho silicon để tạo khuôn ngược Sau đó, polymer ở nhiệt độ cao được đưa vào khuôn ngược để tạo thành vi kim polymer [2] Có thể minh họa quá trình bằng hình 2

Hình 2: Chế tạo vi kim polymer bằng kĩ thuật vi đúc Ngoài ra, ceramid cũng là vật liệu chế tạo MN đặc

2.2 MN phủ (coated MN)

MN đặc không chỉ dùng để tạo lỗ trên da mà còn là phương tiện để mang thuốc vào

da hoặc mô bằng cách phủ với một loại thuốc Sau khi tiêm vào da, thuốc cần phải nhanh chóng phân phối vào mô Liều thuốc có thể được dùng theo cách này bị giới hạn bởi lượng thuốc có thể phủ lên đầu và trục của MN, thường nhỏ hơn 1 mg

2.2.1 Phương pháp bao MN

Thông qua quá trình nhúng vi kim vào dịch và làm khô để tạo thành vi kim phủ Dịch này có độ nhớt đủ để công thức thuốc được lưu giữ lại trong quá trình làm khô Ngoài ra, cần có chất diện hoạt để làm ướt bề mặt vi kim, chất ổn định để bảo vệ hoạt chất khỏi tác động của nhiệt và thời gian bảo quản Quá trình bao phủ có thể thực hiện thông qua việc nhúng một lần hoặc nhiều lần vào dịch bao Phân tử ADN hoặc protein có thể được phủ lên MN kim loại hoặc polymer bằng cách nhúng luân phiên vào hai dịch tích điện trái dấu (ví dụ như dịch ADN tích điện âm và dịch polymer tích điện dương) để tạo nên nhiều lớp điện tích Một phương pháp khác có thể sử dụng là dịch bao được phun lên MN silicon

2.2.2 Công thức bao

Công thức bao nên đáp ứng các đặc tính sau:

- Dịch bao có khả năng thấm ướt và dàn trải để tạo lớp phủ đồng nhất lên bề mặt vi kim; có độ nhớt cao và góc tiếp xúc giữa dịch bao và vi kim thấp để tạo được lớp phủ có độ dày cần thiết

- Dịch bao tan trong nước để đảm bảo tính hòa tan nhanh và hòa tan hoàn toàn khi được đưa vào da

- Độ bám dính của dịch bao tốt để đảm bảo duy trì lớp phủ này khi xuyên vào da

- Tá dược và dung môi an toàn khi dùng cho người và không làm hỏng hoạt chất

- Quá trình bao không gây hại hoạt chất và phù hợp với sản xuất công nghiệp

Các chất diện hoạt thường dùng như Lutrol F-68, Tween 20, Poloxamer 188, Quil-

A, … để tăng tính dàn trải trên bề mặt vi kim Các chất làm đặc như natri carboxymethylcellulose, methylcellulose, sucrose, acid hyaluronic, natri alginat, polyvinylpyrrolidon, glycerol, acid alginic, gum xanthan, … Các chất ổn định như trehalose, sucrose, glucose, inulin, dextran, …

Ngoài ra, hình dạng vi kim cũng ảnh hưởng đến sự phân bố lớp phủ khi bao Vi kim khía cạnh ba chiều tăng độ phủ của lớp bao

Các hoạt chất dùng trong MN phủ tương đối rộng Hoạt chất phân tử nhỏ như flourescein, sulforhodamine, calcein, vitamin B, pilocarpine, lidocaine

Hoạt chất đại phân tử như insulin, desmopressin, hoc-mon parathyroid PTH, bovine pancreatic ribonuclease, ovalbumine, bovine serum albumin, …

Vaccine như kháng thể bề mặt hepatitis B, virus cúm bất hoạt, tiểu phân giả virus cúm, papillomavirus người bất hoạt, …

Các ADN như ADN plasmid mã hóa protein GFP (Green fluorescent protein), các tiểu phân micro như BaSO4 cũng bao được lên vi kim

2.3 MN hòa tan

MN khi đưa vào da có nguy cơ gãy và lưu lại trong da, do đó MN được thiết kế bằng các vật liệu có thể hòa tan hoặc phân hủy sinh học để đảm bảo an toàn hơn cho người sử dụng

2.3.1 Phương pháp chế tạo MN hòa tan

MN hòa tan được chế tạo chủ yếu băng phương pháp đổ vi khuôn (micromold) với polymer nóng chảy và hóa rắn được trong khuôn hoặc từ monomer có thể polymer

hóa in situ ngay trong khuôn Ngoài ra, phương pháp này cũng được dùng với

polymer/ đường nóng chảy hoặc dung dịch polymer/đường Nguyên liệu được hòa tan vào nước, đổ vào các vi khuôn, để khô (có thể dùng chân không hoặc li tâm) [8]

Ví dụ như maltose nóng chảy đổ vào vi khuôn và hóa rắn khi để lạnh N- vinylpyrrolidone và/hoặc acid methacrylic cho vào khuôn ở dạng monomer lỏng và polymer hóa dưới tác dụng của bức xạ UV

2.3.2 Thiết kế MN hòa tan

Thiết kế các MN hoà tan bằng maltose có kích thước từ 2-150 m, được đúc khuôn

ở nhiệt nóng chảy 140 C, tá dược nung chảy được phối hợp với hoạt chất và làm mát ở nhiệt độ phòng Hỗn hợp được đúc khuôn tạo vi kim khoảng nhiệt độ 95 C

Sử dụng kỹ thuật này, các tác giả đã chế tạo các vi kim chứa ascorbate-2-glycoside, natri calcein và natri salicylate Phương pháp này đơn giản và yêu cầu thuốc ổn định

ở nhiệt độ cao và tải thuốc dưới 10% trọng lượng vi kim [7]

Các hoạt chất nhạy cảm với nhiệt như protein hoặc kháng thể nên được nang hóa và hóa rắn ở điều kiện vừa phải như ở nhiệt độ phòng, áp suất thường hoặc áp suất chân không Như hoc-mon tăng trưởng được nang hóa bằng natri chondroitin sulfate ở điều kiện chân không; erythropoietin và insulin được nang hóa bằng dextrin và chondroitin Vi kim được chế tạo trong điều kiện li tâm để tránh hình thành các bọt khí nhỏ làm yếu cấu trúc kim

Hầu hết MN thông thường phải sau ít nhất 5 phút sau khi tiêm vào da thì hòa tan hoàn toàn Để rút ngắn thời gian này, phần đầu của MN được thiết kế tách riêng khỏi phần thân và khi xuyên vào da, chúng được giữ lại và sau đó hòa tan Ngược lại, các MN phân hủy sinh học cần được lưu lại ở da trong vài ngày hoặc hơn để phóng thích hoạt chất có kiểm soát trong thời gian dài đến hàng tháng

Do MN có thể gãy khi chúng chưa xuyên hết vào da, do đó các nang thuốc thường được thiết kế nằm ở đầu vi kim bằng cách tạo vi kim nhiều lớp sử dụng nhiều dịch polymer khác nhau Và để hạn chế sự khuếch tán hoạt chất thì có thể tạo một bóng khí ở phần nền của vi kim trong quá trình chế tạo Quá trình chế tạo polymer hòa tan có thể được minh họa bằng hình 3

Hình 3: Sơ đồ chế tạo MN hòa tan