Xây dựng mô hình điều chế micropshere ethyl cellulose chứa metformin hydroclorid phóng thích kéo dài

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Xây dựng và thẩm định quy trình định lượng metformin hydroclorid trongmicrosphere và trong dịch thử hòa tan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ UV.Xác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH

-Phan Thị Kim Phụng

XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU CHẾ MICROPSHERE ETHYL CELLULOSE CHỨA METFORMIN HYDROCLORID PHÓNG THÍCH KÉO DÀI

Ngành: Công Nghệ Dược Phẩm & Bào Chế Thuốc

Mã số: 8720202

Luận văn Thạc sĩ Dược học

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ MINH QUÂN

Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trongbất kỳ công trình nào khác

Phan Thị Kim Phụng

Luận văn Thạc sĩ - Khóa: 2018 - 2020 Chuyên ngành: Công nghệ dược phẩm và Bào chế thuốc Mã số: 8720202

XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU CHẾ MICROPSHERE ETHYL CELLULOSE CHỨA METFORMIN HYDROCLORID PHÓNG THÍCH KÉO DÀI

Phan Thị Kim Phụng Người hướng dẫn: TS Lê Minh Quân Đặt vấn đề

Trong thời gian gần đây, microsphere nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu vìkích thước hàng micron và khả năng kiểm soát sự phóng thích hoạt chất Một sốnghiên cứu đã sử dụng ethyl cellulose trong điều chế microsphere, tuy nhiên chưa đềcập đến sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến tính chất microsphere tạo thành

Do đó, đề tài “Xây dựng mô hình điều chế micropshere ethyl cellulose chứametformin hydroclorid phóng thích kéo dài” được thực hiện nhằm kiểm soát các yếu

tố công thức và quy trình điều chế ảnh hưởng đến tính chất microsphere tạo thành,qua đó, điều chế các microsphere có kích thước và tỉ lệ tải khác nhau định trước

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Xây dựng và thẩm định quy trình định lượng metformin hydroclorid trongmicrosphere và trong dịch thử hòa tan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ UV.Xác định các yếu tố công thức và quy trình điều chế ảnh hưởng đến tính chất tỉ lệ tải,kích thước và độ cầu microsphere điều chế bằng phương pháp tách loại dung môi sửdụng polyme ethyl cellulose Từ đó nghiên cứu tối ưu hóa công thức và quy trìnhnhằm điều chế microsphere có các tính chất tỉ lệ tải và kích thước khác nhau Đánhgiá khả năng giải phóng hoạt chất của microsphere tạo thành

Kết quả

Quy trình định lượng metformin hydroclorid trong microsphere và trong dịch thử hòatan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ UV đã được thẩm định Các thông số tỉ lệdược chất/polyme, tốc độ và thời gian khuấy trong giai đoạn nhũ hóa ảnh hưởng mạnhđến tỉ lệ tải và kích thước theo xu hướng biến thiên phức tạp Xác định được xu hướng

ảnh hưởng của các yếu tố, mô hình tối ưu hóa được thiết kế và điều chế thành côngmicrosphere có tỉ lệ tải và kích thước khác nhau Kết quả thử hòa tan cho thấy các hệmicrosphere đều có khả năng kiểm soát phóng thích hoạt chất kéo dài.

Kết luận

Đề tài đã xác định được xu hướng ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất củamicrosphere ethyl cellulose Từ đó, xây dựng mô hình các thông số ảnh hưởng nhằmđiều chế microsphere có tỉ lệ tải và kích thước khác nhau Xác định được ảnh hưởngcủa tỉ lệ tải và kích thước đến khả năng phóng thích hoạt chất

Master’s thesis - Academic course: 2018 - 2020 Speciality: Pharmaceutical technology and Pharmaceutics Speciality code: 8720202 FORMULATION MODEL FOR THE PREPARATION OF METFORMIN HYDROCHLORIDE LOADED ETHYL CELLULOSE EXTENDED

RELEASE MICROPSHERES Phan Thi Kim Phung Supervisor: Minh Quan Le, Ph.D Introduction

Microsphere has been an area of research interest due to its microns size and sustaineddrug release characteristic However, there have been few studies on ethyl cellulose aspolymeric material through microsphere preparation while the formulation andpreparation process-related factors affecting microsphere properties are not fullyevaluated Thus, the study of "Formulation model for the preparation of metforminhydrochloride loaded ethyl cellulose extended release micropsheres" was conducted toevaluate the effect of the formulation factors and process parameters on microsphereproperties in order to prepare microspheres with different loading capacity andparticle size

Materials and methods

Ethyl cellulose microspheres was prepared by solvent evaporation method.Formulation factors and process parameters on microspheres properties includingdrug loading, particle size were evaluated Microspheres formulation was optimizedusing response surface methodology in order to prepare microspheres with different

loading capacity and particle size In vitro drug release from resultant microspheres

were carried out using USP apparatus The content of metformin hydrochloride inmicrospheres and in dissolution solution was determined by ultravioletspectrophotometric method

The drug loading capacity and size distribution of microspheres were influencedsignificantly by formulation factors (polymer type, drug-to-polymer ratio) andprocess parameters (emulsification time, stirring speed) The optimized formulation

resulted in microspheres with different loading capacity and particle distribution In vitro dissolution studies revealed drug release from microspheres within 24 hours.

The analytical method of metformin hydrochloride determination using ultravioletspectrophotometry in microsphere and dissolution test sample solution wasdeveloped and validated

Conclusion

The study successfully identified the factors influencing on ethyl cellulosemicrospheres properties and applied response surface methodology to optimizeformulation to prepare the microsphere plot with the expected properties The studydetermined the impact of the drug loading and mean size of microspheres ondrug release

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 MICROSPHERE 3

1.2 METFORMIN HYDROCLORID 14

1.3 CÁC MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC PHÓNG THÍCH HOẠT CHẤT 17

1.4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MICROSPHERE ETHYL CELLULOSE 20

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 22

2.2 THẨM ĐỊNH QUY TRÌNH ĐỊNH LƯỢNG METFORMIN HCL BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ UV 24

2.3 XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CÔNG THỨC VÀ QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ĐẾN TÍNH CHẤT MICROSPHERE 29

2.4 ĐIỀU CHẾ MICROSPHERE CÓ ĐẶC TÍNH ĐỊNH TRƯỚC 35

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ TẢI VÀ KÍCH THƯỚC ĐẾN KHẢ NĂNG PHÓNG THÍCH METFORMIN HCL TỪ MICROSPHERE 37

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39

3.1 KẾT QUẢ THẨM ĐỊNH QUY TRÌNH ĐỊNH LƯỢNG METFORMIN HCL BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ UV 39

3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CÔNG THỨC VÀ QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ĐẾN TÍNH CHẤT MICROSPHERE 46

3.3 KẾT QUẢ ĐIỀU CHẾ MICROSPHERE CÓ ĐẶC TÍNH ĐỊNH TRƯỚC 56

3.4 KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ TẢI VÀ KÍCH THƯỚC ĐẾN KHẢ

NĂNG PHÓNG THÍCH METFORMIN HCL TỪ MICROSPHERE 63

CHƯƠNG 4 BÀN LUẬN 71

4.1 THẨM ĐỊNH QUY TRÌNH PHÂN TÍCH 71

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CÔNG THỨC VÀ QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ĐẾN TÍNH CHẤT MICROSPHERE 72

4.3 ĐIỀU CHẾ MICROSPHERE CÓ ĐẶC TÍNH ĐỊNH TRƯỚC 74

4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ TẢI VÀ KÍCH THƯỚC ĐẾN KHẢ NĂNG PHÓNG THÍCH METFORMIN HCL TỪ MICROSPHERE 77

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 80

5.1 KẾT LUẬN 80

5.2 ĐỀ NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC PL.1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết vắt Từ nguyên gốc Nghĩa tiếng Việt

BCS Biopharmaceutics

classification system

Hệ thống phân loại sinh dược học

BJH Barrett - Joyner - Halenda

BP British Pharmacopoeia Dược điển Anh

HPLC High - Performance Liquid

Chromatography

Sắc kí lỏng hiệu năng cao

RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối

SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét

USP United States Pharmacopeia Dược điển Mỹ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các sản phẩm microsphere trên thị trường 4

Bảng 1.2 Ưu nhược điểm của các phương pháp điều chế microsphere 8

Bảng 1.3 Các đặc điểm của dung môi bay hơi 12

Bảng 1.4 Sự phân hủy metformin HCl trong các điều kiện khắc nghiệt 16

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn metformin HCl trong các dược điển 16

Bảng 1.6 Bậc n của hàm mũ theo mô hình Korsmeyer - Peppas 19

Bảng 2.7 Danh mục nguyên liệu 22

Bảng 2.8 Danh mục thiết bị điều chế, kiểm nghiệm 23

Bảng 2.9 Pha mẫu xác định tính tuyến tính (định lượng metformin HCl trong microsphere) 25

Bảng 2.10 Pha mẫu xác định tính tuyến tính (trong thử hòa tan) 28

Bảng 2.11 Các biến độc lập trong thiết kế thực nghiệm (sàng lọc) 30

Bảng 2.12 Các biến phụ thuộc trong thiết kế thực nghiệm (sàng lọc) 30

Bảng 2.13 Các biến độc lập trong thiết kế thực nghiệm (tối ưu hóa) 36

Bảng 2.14 Các biến phụ thuộc trong thiết kế thực nghiệm (tối ưu hóa) 36

Bảng 3.15 Kết quả thẩm định tính tuyến tính (định lượng metformin HCl trong microsphere) 40

Bảng 3.16 Kết quả xử lý thống kê bằng công cụ Regression 41

Bảng 3.17 Kết quả thẩm định độ đúng (định lượng metformin HCl trong microsphere) 41

Bảng 3.18 Kết quả thẩm định độ chính xác (định lượng metformin HCl trong microsphere) 42

Bảng 3.19 Kết quả thẩm định tính tuyến tính (trong thử hòa tan) 43

Bảng 3.20 Kết quả xử lý thống kê bằng công cụ Regression 44

Bảng 3.21 Kết quả thẩm định độ đúng (trong thử hòa tan) 45

Bảng 3.22 Kết quả thẩm định độ chính xác (trong thử hòa tan) 45

Bảng 3.23 Thông số thiết kế thực nghiệm sàng lọc 47

Bảng 3.24 Phân tích ảnh hưởng của các biến độc lập đến tỉ lệ tải bằng Anova 49

Bảng 3.25 Mức độ ảnh hưởng của các biến độc lập đến tỉ lệ tải 50

Bảng 3.26 Phân tích ảnh hưởng của các biến độc lập đến kích thước bằng Anova 51 Bảng 3.27 Mức độ ảnh hưởng của các biến độc lập đến kích thước 52

Bảng 3.28 Phân tích ảnh hưởng của các biến độc lập đến độ cầu bằng Anova 53

Bảng 3.29 Mức độ ảnh hưởng của các biến độc lập đến độ cầu microsphere 54

Bảng 3.30 Tổng hợp mức độ ảnh hưởng của các biến độc lập 55

Bảng 3.31 Thông số thiết kế thực nghiệm tối ưu hóa 57

Bảng 3.32 Các ràng buộc đối với biến đầu vào 62

Bảng 3.33 Các thông số điều chế theo thiết kế và kết quả đầu ra dự đoán 63

Bảng 3.34 Tính chất của các microsphere 63

Bảng 3.35 Kết quả thử hòa tan của các công thức khác nhau về tỉ lệ tải 65

Bảng 3.36 Mô hình động học GPHC của công thức CT01 - CT04 66

Bảng 3.37 Độ xốp microsphere 68

Bảng 3.38 Kết quả thử hòa tan của các công thức khác nhau về kích thước 69

Bảng 3.39 Mô hình động học GPHC công thức CT05, CT02, CT06 70

DANH MỤC HÌNH

Hình thái học của microsphere 3

Nguyên lý điều chế microsphere theo kỹ thuật tách loại dung môi 5

Các bước điều chế theo phương pháp tách pha đông tụ 7

Công thức cấu tạo của ethyl cellulose 9

Công thức cấu tạo của metformin hydroclorid 14

Lưu đồ điều chế microsphere theo phương pháp tách loại dung môi 32

Phổ UV (a) mẫu trắng, (b) mẫu placebo, (c) mẫu chuẩn, (d) mẫu thử 39

Đồ thị biểu diễn tương quan giữa nồng độ và độ hấp thụ 40

Phổ UV (a) mẫu trắng, (b) mẫu placebo, (c) mẫu chuẩn, (d) mẫu thử 43

Đồ thị biểu diễn tương quan giữa nồng độ và độ hấp thụ 44

Biến thiên tỉ lệ tải ở (a) tốc độ nhũ hóa thấp, (b) tốc độ nhũ hóa cao 58

Biến thiên tỉ lệ tải theo tương tác AC 59

Biến thiên kích thước ở (a) tốc độ nhũ hóa thấp, (b) tốc độ nhũ hóa cao 60 Biến thiên kích thước theo tốc độ nhũ hóa 61

Biến thiên độ cầu theo tương tác AC 62

Ảnh hiển vi điện tử quét của (a) CT01, (b) CT02, (c) CT03, (d) CT04 64 Đồ thị GPHC của công thức CT01 - CT04 66

Ảnh hưởng của cơ chế khuếch tán và bào mòn đối với CT01 (hệ số tác động F và R lần lượt đặc trưng cho cơ chế khuếch tán và bào mòn) 67

Ảnh hiển vi điện tử quét của (a) CT05, (b) CT02, (c) CT06 68

Đồ thị GPHC của công thức CT05, CT02, CT06 70

MỞ ĐẦU

Ngành dược hiện nay phát triển theo hai xu hướng chính là nghiên cứu các hoạt chấtmới hoặc cải tiến các hệ thống phân phối thuốc từ hoạt chất đã biết [2] Trong đó,mục tiêu chính của cải tiến hệ thống phân phối thuốc là kiểm soát vị trí và thời giantác dụng của thuốc, tăng hiệu quả điều trị Microsphere là một hệ thống trị liệu mới,trong thời gian gần đây, microsphere nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu củacác nhà bào chế trên thế giới vì chúng có kích thước nhỏ đồng thời kiểm soát tốt sựphóng thích hoạt chất nhờ cấu trúc khung polyme

Nhiều phương pháp có thể được sử dụng để điều chế microsphere như phương pháptách pha, phương pháp phun sấy và phương pháp tách loại dung môi Trong đó,phương pháp tách loại dung môi được sử dụng phổ biến vì tính đơn giản, khả năngkiểm soát quy trình điều chế và có thể triển khai trên quy mô lớn Một số chế phẩmđiều chế bằng phương pháp này đã được thương mại hóa trên thị trường như LeupronDepot® (leuprolide), Vivitrol® (naltrexon) và Risperdal®Consta® (risperidon)

Các loại polyme sử dụng trong điều chế microsphere khá đa dạng tùy thuộc mục đíchchuyên biệt như kéo dài thời gian tác dụng của thuốc, nổi trong dạ dày, cải thiện độnghọc hoặc che giấu mùi vị Ethyl cellulose với khả năng kéo dài thời gian phóngthích, không độc, không gây kích ứng, tương thích sinh học, tương thích với hầu hếtcác loại tá dược và chất hóa dẻo, đã được nghiên cứu áp dụng trong nhiều dạng bàochế phóng thích kéo dài Một số nghiên cứu đã sử dụng ethyl cellulose trong điều chếmicrosphere, tuy nhiên chưa đề cập đến sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đếntính chất microsphere tạo thành

Ngoài ra, đặc tính độ tan của hoạt chất cũng chi phối quá trình điều chế Đối với hoạtchất có độ tan trong nước cao, việc kiểm soát được tốc độ phóng thích hoạt chất có ýnghĩa cải thiện sinh khả dụng, giảm số lần dùng thuốc Meformin hdroclorid là hoạtchất dễ tan trong nước, được chọn làm hoạt chất mô hình [1]

Từ thực tế đó, đề tài “Xây dựng mô hình điều chế micropshere ethyl cellulose chứametformin hydroclorid phóng thích kéo dài” được thực hiện nhằm mục tiêu cụ thể:

1 Xây dựng và thẩm định quy trình định lượng metformin hydroclorid trongmicrosphere và trong dịch thử hòa tan.

2 Xác định ảnh hưởng của thành phần công thức và quy trình điều chế đến tính chấtmicrosphere chứa metformin hydroclorid

3 Điều chế microsphere chứa metformin hydroclorid có đặc tính định trước

4 Đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ tải và kích thước đến độ hòa tan metforminhydroclorid từ microsphere

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 MICROSPHERE

Khái niệm và đặc điểm microsphere

Microsphere là các tiểu phân hình cầu với kích thước từ 1 µm - 1000 µm, trong đó hoạtchất được phân tán đồng nhất trong khung polyme [27] Về hình thái học, tùy thuộcphương pháp điều chế và tá dược phối hợp có thể tạo thành các microsphere đặc (solidmicrosphere), microsphere xốp (porous microsphere) hoặc microsphere rỗng (hollowmicrosphere) Hình thái học của các microsphere được mô tả ở Hình 1.1

Hình thái học của microsphere

Ưu nhược điểm của microsphere

Nhờ vào đặc tính của polyme thích hợp, microsphere có khả năng kiểm soát nồng độthuốc trong máu, kéo dài thời gian tác dụng vì thế giảm số lần dùng thuốc, tăng sựtuân thủ của bệnh nhân và cải thiện hiệu quả điều trị [24] Năm 2010, M Jelvehgari

và cộng sự đã xác định thời gian phóng thích natri tolmelin từ microsphere ethyl

cellulose điều chế bằng phương pháp tách loại dung môi N/D/D có thể kéo dài đến

24 giờ theo cơ chế khuếch tán và bào mòn [23]

Microsphere có kích thước nhỏ, diện tích tiếp xúc của microsphere với môi trườngdịch thể lớn giúp cải thiện độ hòa tan của hoạt chất Phân phối thuốc qua đường tiêuhóa bằng microsphere có ưu điểm là hoạt chất được phân tán trong polyme giúp bảo

vệ hoạt chất tránh sự phân hủy bởi enzym và tác động của các yếu tố môi trường bênngoài Bên cạnh đó, microsphere còn giảm thiểu tác động kích thích đườ ng tiêu hóacủa một số hoạt chất [24]

Tuy nhiên, sinh khả dụng đường uống bị ảnh hưởng bởi thức ăn và nhu động dạ dày

- ruột, qua đó làm thay đổi tỉ lệ phóng thích thuốc từ microsphere Ngoài ra, bất kì sai

(b) Microsphere xốp (c) Microsphere rỗng(a) Microsphere đặc

sót trong quá trình điều chế và bảo quản microsphere có thể dẫn đến sự quá liều khi

sử dụng Một bất lợi khác của microsphere là hiệu quả tải hoạt chất thấp và khó khănkhi nâng quy mô sản xuất công nghiệp Sự ổn định và hiệu quả tải hoạt chất củamicrosphere bị chi phối bởi công thức và điều kiện bào chế như thay đổi nhiệt độ,

pH, quá trình bổ sung và tách loại dung môi [24]

Ứng dụng của microsphere

Hiện nay, microsphere được ứng dụng với mục đích phóng thích có kiểm soát, nổitrong dịch dạ dày, che giấu vị đắng hoặc giúp giảm liều dùng của thuốc Các hoạtchất dễ bay hơi, dạng dầu hoặc dịch chiết từ dược liệu cũng được đưa vào cácmicrosphere trước khi dập viên với mục đích tránh các hạt bị dính và cải thiện độchảy của hạt Ngoài ra, microsphere còn được ứng dụng để bảo vệ hoạt chất khỏi cácảnh hưởng của môi trường như độ ẩm, ánh sáng, sự oxy hóa, nhiệt độ và sự phân hủysinh học tại đường tiêu hóa [5], [39]

Một số sản phẩm microsphere có trên thị trường được trình bày trong Bảng 1.1 [5]

Bảng 1.1 Các sản phẩm microsphere trên thị trường

STT Hoạt chất Tên thương mại Kỹ thuật áp dụng

1 Buserelin acetat Suprecur® Phun sấy

2 Bromocriptin Parlodel® LARTM Phun sấy

3 Lanreotid Somatuline® LA Phun sấy/Tách pha đông tụ

4 Leuprolid Leupron Depot® Tách loại dung môi (N/D/N)

5 Minocyclin Arestin® Tách pha đông tụ

6 Naltrexon Vivitrol® Tách loại dung môi (D/N)

7 Octreotid Sandostatin® LAR Tách pha đông tụ

8 Risperidon Risperdal®Consta® Tách loại dung môi (N/D/N)

9 Somatropin Nutropin® Phun sấy

Phương pháp điều chế microsphere

Microsphere có thể được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau như phươngpháp tách loại dung môi, phương pháp tách pha đông tụ hoặc phương pháp phun sấy

1.1.4.1 Phương pháp tách loại dung môi

Phương pháp tách loại dung môi được thực hiện dựa trên nguyên tắc tách loại và bayhơi dung môi hữu cơ trong nhũ tương bằng cách khuấy Thông thường, polyme đượchòa tan trong dung môi dễ bay hơi tạo pha dầu, hoạt chất ở dạng rắn hoặc dung dịchđược hòa tan, phân tán hoặc nhũ hóa vào dung dịch polyme Hỗn hợp thu được tiếptục được nhũ hóa vào pha nước chứa chất ổn định để tạo thành nhũ tương Dạng bàochế tạo thành có thể là nhũ tương đơn nếu hoạt chất tan trong pha dầu; nhũ tương képhoặc hỗn nhũ tương nếu hoạt chất được nhũ hóa, phân tán trong pha dầu Sau khi nhũtương ổn định, khuấy tách loại dung môi thu được microsphere [33]

Các bước cơ bản của quá trình điều chế được mô tả ở Hình 1.2

Nguyên lý điều chế microsphere theo kỹ thuật tách loại dung môi

(1) hoạt chất (dạng rắn hoặc dung dịch) + polyme + dung môi bay hơi, (2) pha nước chứa chất

nhũ hóa, (3) tạo nhũ tương, (4) tách loại dung môi, (5) các microsphere rắn.

Tùy thuộc vào tính chất của hoạt chất và polyme, các kỹ thuật điều chế microspherebao gồm kỹ thuật nhũ tương đơn và kỹ thuật nhũ tương kép.

Kỹ thuật nhũ tương đơn áp dụng cho các hoạt chất thân dầu Đối với kỹ thuật nhũtương đơn Dầu/Nước (D/N), các polyme được hòa tan trong dung môi hữu cơ dễ bayhơi và không hỗn hòa với nước như cloroform, ethyl acetat, dicloromethan Hoạt chấtđược hòa tan trong dung dịch polyme trên sau đó được phân tán vào pha nước chứachất nhũ hóa bằng cách khuấy với tốc độ cao hoặc siêu âm tạo microsphere Bổ sungnước và tiếp tục khuấy trong vài giờ để tách loại dung môi hữu cơ Microsphere tạothành được lọc, rửa và sấy khô [18]

Ngược lại, kỹ thuật nhũ tương kép thường áp dụng cho cả hoạt chất thân nước và thândầu Với hoạt chất thân nước, hòa tan hoạt chất trong nước sau đó phối hợp với phadầu là dung dịch polyme để tạo thành nhũ tương đặc Nước/Dầu (N/D) Đồng nhấthóa hoặc siêu âm nhũ tương đặc trong thời gian ngắn Tiếp theo, phân tán nhũ tươngđặc vào một pha nước thứ hai chứa chất nhũ hóa bằng cách khuấy với tốc độ cao tạonhũ tương kép hoàn chỉnh Nước/Dầu/Nước (N/D/N) Tiếp tục khuấy tách loại dungmôi để thu được microsphere dạng rắn Tương tự, dạng nhũ tương kép Dầu/Nước/Dầu(D/N/D) được áp dụng với các hoạt chất thân dầu Việc sử dụng kỹ thuật nhũ tươngkép N/D/N có thể dẫn đến sự thất thoát hoạt chất thân nước vào pha ngoại Kỹ thuậttạo nhũ tương kép Nước/Dầu/Dầu (N/D/D) hoặc hỗn nhũ tương Rắn/Dầu/Nước(R/D/N) được nghiên cứu để cải thiện hiệu suất bắt giữ hoạt chất Eiichi Toorisaka

và cộng sự (2018) nghiên cứu điều chế microsphere PLGA tải theophyllin bằng

kỹ thuật tách loại dung môi R/D/N, kết quả tỉ lệ bắt giữ hoạt chất được cải thiện,đạt 54,2% so với kỹ thuật tách loại dung môi N/D/N (19,7%) [9]

1.1.4.2 Phương pháp tách pha đông tụ

Nguyên tắc của phương pháp tách pha đông tụ là sự tách pha của dung dịch polymeđồng nhất thành hai pha, một pha giàu polyme gọi là giọt đông tụ (coacervate) và mộtpha có nồng độ polyme thấp hơn Tùy thuộc vào số lượng polyme sử dụng, phươngpháp tách pha đông tụ có thể đơn giản hoặc phức tạp Kỹ thuật tách pha đông tụ đơngiản chỉ sử dụng một loại polyme và sự đông tụ có thể xảy ra do thay đổi nhiệt độ, sự

hóa muối hoặc thêm một dung môi thứ hai không hỗn hòa Kỹ thuật tách pha đông tụphức tạp liên quan đến việc bổ sung polyme mang điện tích trái dấu vào dung dịchpolyme làm xảy ra quá trình tương tác tạo pha giàu polyme Các tương tác tĩnh điện,thay đổi pH đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành pha đông tụ Đối với phươngpháp tách pha đông tụ, cần phải bổ sung chất có khả năng liên kết chéo (crosslinking)

để thu được các microsphere [5], [24]

Các bước điều chế microsphere theo phương pháp tách pha đông tụ được thực hiệntheo sơ đồ Hình 1.3 [24]

Các bước điều chế theo phương pháp tách pha đông tụ

1.1.4.3 Phương pháp phun sấy

Nguyên tắc chung của phương pháp phun sấy là hòa tan polyme trong dung môi dễbay hơi như dicloromethan, aceton sau đó phân tán hoạt chất ở dạng rắn vào dungdịch polyme này và đồng nhất hóa ở tốc độ cao Phun hỗn dịch tạo thành qua đầuphun vào trong dòng khí nóng tạo các giọt nhỏ và dung môi bay hơi ngay lập tức hìnhthành cấu trúc microsphere có kích thước từ 1 µm - 100 µm Microsphere tạo thành

Hoạt chất Dung dịch polyme

Hoạt chất phân tán/hòa tan trong dung dịch polyme

Phân tán/nhũ hóa

Tách pha bằng các tác nhân khác nhau

Các giọt giàu polyme (polyme rich globules)

Microsphere

Microsphere dạng rắn

Hóa rắn

Lọc, rửa, sấy

được tách khỏi dòng khí nóng bằng thiết bị xoáy tách (cyclone) và loại bỏ dung môitồn dư bằng cách sấy chân không [24].

Mỗi phương pháp điều chế microsphere có các ưu nhược điểm riêng Một số ưunhược điểm nổi bật của các phương pháp được trình bày ở Bảng 1.2 [5]

Bảng 1.2 Ưu nhược điểm của các phương pháp điều chế microsphere

Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm

Có thể kiểm soát kích thước

Quy trình phức tạp

Có thể xảy ra sự kết tụ các hạtPhải có chất kết nối (crosslinking)Phun sấy Có thể áp dụng ở quy mô

công nghiệpQuy trình đóng, cho phép sảnxuất các sản phẩm vô trùng

Có thể xảy ra sự chuyển dạngNồng độ polyme giới hạn vì không phunđược dịch có độ nhớt cao

Polyme

Polyme được sử dụng trong công thức để tạo cấu trúc khung bắt giữ hoạt chất Các yếu

tố cần được cân nhắc khi chọn lựa polyme gồm không độc, phân hủy sinh học hoặctương thích sinh học, khả năng bắt giữ và giải phóng hoạt chất, giá thành và sẵn có [5].Một số polyme tổng hợp hay được sử dụng là các lactic, glycolic và dẫn xuất,polyanhydrit, polycynoacrylat, polymethyl methacrylat, glycidyl methacrylat, acrolein,epoxy Các polyme nguồn gốc tự nhiên gồm chitosan, gelatin, cellulose và alginat [39].Ethyl cellulose (EC) sử dụng rộng rãi trong công nghệ dược phẩm, chủ yếu trong điềuchế các thuốc đường uống nhờ các ưu điểm trơ, không độc, không gây kích ứng,không màu, không mùi, tương thích sinh học, tương thích với hầu hết các tá dược vàcác chất hóa dẻo sử dụng trong các công thức điều chế thuốc, giá thấp [20] EC là tádược thường được sử dụng với mục đích kéo dài tác dụng của thuốc, nâng cao sinh khảdụng so với dạng bào chế cổ điển Cụ thể là tá dược tạo khung matrix kéo dài tác dụngtrong các dạng viên nén, hỗn dịch, microsphere, nanosphere [21], [35]

EC có công thức phân tử C12H23O6(C12H22O5)n-2C12H23O5, danh pháp IUPAC làcellulose ethyl ether và công thức cấu tạo được trình bày ở Hình 1.4 [35].

Công thức cấu tạo của ethyl cellulose

EC được điều chế từ cellulose ở dạng ethyl ether, dạng bột, màu trắng sáng đến nâu.Các chuyên luận trong Dược điển Châu Âu và Hoa Kỳ mô tả EC chứa cellulose O-ethylated có mức độ oxy hóa nhóm ethoxy từ 44% đến 51% và thể hiện mức độ ổnđịnh cao Tùy thuộc chiều dài chuỗi polyme hoặc mức độ trùng hợp hoặc số lượngcủa các đơn vị anhydroglucose, các sản phẩm thương mại EC trên thị trường có độnhớt khác nhau, ví dụ Ethocel ™ Standard 4 Premium, 7 Premium, 10 Premium, 20Premium, 45 Premium, 100 Premium Có thể coi độ nhớt EC là thước đo gián tiếpcủa trọng lượng phân tử và có ảnh hưởng đến tỉ lệ giải phóng hoạt chất [19]

EC thực tế không tan trong glycerin, propylen glycol và nước, tan trong nhiều dungmôi hữu cơ như etanol, eter, ceton và ester Mặc dù không tan trong nước nhưng EC

có thể phân tán trong nước do khả năng tạo liên kết hydro với nước nhờ vào sự phâncực giữa oxy nguyên tử và nhóm ethyl Độ xốp của khung EC đóng vai trò giúpkhuếch tán giải phóng hoạt chất [19]

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất microsphere điều chế bằng phương pháp tách loại dung môi

Theo các nghiên cứu đã công bố, các tính chất như tỉ lệ tải, kích thước và phân bốkích thước, hình dạng của microsphere điều chế bằng phương pháp tách loại dungmôi phụ thuộc các thông số công thức và quy trình điều chế Một số yếu tố có thể kểđến như phương thức phối hợp hoạt chất, loại polyme, nồng độ, tỉ lệ hoạt chất/polyme,bản chất dung môi, loại nhũ tương, nồng độ và thể tích pha ngoại

1.1.6.1 Phương thức phối hợp hoạt chất

Tùy thuộc tính chất của hoạt chất mà có các cách phối hợp khác nhau:

Các hoạt chất thân dầu có thể được đồng hòa tan với polyme trong dung môi nhưdicloromethan hoặc ethyl acetat

Với hoạt chất thân nước, ví dụ như protein có thể được phân tán ở dạng rắn vào dungmôi hữu cơ hoặc có thể được nhũ hóa vào dung dịch polyme trong dung môi hữu cơtạo nhũ tương N/D [22] Một số nghiên cứu chỉ ra rằng áp dụng kỹ thuật R/D/N chohoạt chất dễ tan trong nước sẽ làm tăng tỉ lệ tải hoạt chất hơn so với phương phápN/D/N nhờ hạn chế được quá trình thất thoát hoạt chất vào pha nước thứ hai [9]

1.1.6.2 Loại polyme

Chao Pi và cộng sự (2018) đã nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nồng độ EC, acid

citric, curcumin và độ nhớt EC đến đặc tính lý hóa và khả năng giải phóng hoạt chấtcủa microsphere EC tải curcumin Nghiên cứu đã sử dụng các loại EC có độ nhớtkhác nhau gồm EC 100 cps, 45 cps, và 20 cps Khi sử dụng EC 100 cps không thuđược sản phẩm vì độ nhớt cao, không thể phân tán thành các hạt nhỏ trong quá trìnhnhũ hóa với cùng lực khuấy Trong khi đó EC 45 cps và EC 20 cps đều tạo đượcmicrosphere với kích thước đồng đều và tỉ lệ tải của microsphere EC 45 cps cao hơnmicrosphere EC 20 cps Kết quả thử nghiệm độ phóng thích hoạt chất giảm khi phân

tử lượng và độ nhớt EC tăng [7] Nghiên cứu của Amolkumar B Lokhande và cộng

sự (2013) xác định tốc độ giải phóng metformin hydroclorid từ nanoparticle kéo dài

hơn khi sử dụng EC có độ nhớt cao hơn và tuân theo động học bậc không [3]

Năm 2012, Prakash N Kendre và Pravin D Chaudhari đã nghiên cứu ảnh hưởng củanồng độ polyme đến sự bắt giữ và phóng thích telmisartan từ microsphere EC Kếtquả cho thấy hiệu quả bắt giữ hoạt chất biến thiên đồng biến với nồng độ polyme.Các microsphere với tỉ lệ hoạt chất/polyme 1:1 và 1:2 có động học phóng thích hoạtchất theo mô hình động học bậc một Ngược lại, động học phóng thích cácmicrosphere điều chế với công thức tỉ lệ hoạt chất/polyme 1:5 phù hợp với mô hìnhKorsemeyer - Peppas [38].

1.1.6.4 Loại dung môi

Các đặc tính cần thiết của một dung môi được chọn lựa trong điều chế microspherebằng phương pháp tách loại dung môi bao gồm:

- Hòa tan tốt polyme để tăng tỉ lệ bắt giữ hoạt chất

- Hòa tan hoạt chất kém nhằm giảm thiểu sự thất thoát hoạt chất vào pha ngoại

- Nhiệt độ sôi thấp tạo thuận lợi cho quá trình bay hơi dung môi

- Không hỗn hòa nhưng có độ tan hữu hạn với pha liên tục tạo điều kiện cho quá trìnhtách loại dung môi xảy ra

- Không phân hủy hoạt chất

- Được chấp thuận sử dụng cho người

Dicloromethan (DCM) được sử dụng rộng rãi nhất trong phương pháp tách loại dungmôi DCM có nhiệt độ sôi là 40°C, có khả năng hòa tan được hầu hết các polyme.Tuy nhiên, nhược điểm của DCM là có khả năng gây ung thư [33]

Ethyl acetat (EA) là dung môi thay thế cho DCM vì độc tính thấp hơn, sử dụng đượctrong các dạng thuốc uống và dùng ngoài Nhiệt độ sôi của EA khoảng từ 76 °C đến

78 °C EA có thể hỗn hòa với aceton, cloroform, DCM, ethanol (95%), ether và hầuhết các chất lỏng hữu cơ khác Tổ chức y tế thế giới cho phép sử dụng EA hằng ngàyvới hàm lượng lên đến 25 mg/kg cân nặng [35]

Loại dung môi còn ảnh hưởng đến khả năng giải phóng hoạt chất Mufassir và cộng

sự (2014) đã điều chế microsphere EC tải rizatriptan benzoat điều chế bằng phương

pháp tách loại dung môi sử dụng dung môi bay hơi DCM và EA Kết quả microspheređiều chế bằng dung môi DCM có thời gian giải phóng hoạt chất nhanh hơn (70% hoạt

chất phóng thích sau 6 giờ) so với microsphere sử dụng EA (60% hoạt chất phóngthích sau 6 giờ) với công thức điều chế cùng tỉ lệ hoạt chất/polyme (1:2) [29].

Một số đặc tính của dung môi được trình bày ở Bảng 1.3 [31]

Bảng 1.3 Các đặc điểm của dung môi bay hơi

Sujata D Bansode và cộng sự (2012), tỉ lệ tải hoạt chất telmisartan biến thiên đồng

biến với lượng polyme sử dụng Cụ thể, tỉ lệ tải hoạt chất tăng từ 13,62% đến 24,69%

và 31,61% khi tăng tỉ lệ telmisartan/EC từ 0,2 lên 0,5 và 1 tương ứng [41]

Tỉ lệ tải hoạt chất tăng tỉ lệ thuận với tỉ lệ hoạt chất/polyme đã được chứng minh trong

nghiên cứu của Sanjay Dey và cộng sự (2011) Cụ thể, hiệu suất tải tăng từ 47% lên

64% tương ứng với tỉ lệ hoạt chất/polyme là 1:1 và 1:3 [44]

1.1.6.6 Pha ngoại

Pha ngoại phải đảm các bảo yêu cầu như không độc, không hỗn hòa với pha nội làdung môi bay hơi và giá rẻ Nước là dung môi duy nhất đáp ứng được các yêu cầunày Ngoài ra, các dung môi khác như dầu thực vật, dầu khoáng, dung môi hữu cơcũng được sử dụng để nâng cao hiệu quả bắt giữ hoạt chất Tuy nhiên, các dung môinày có nhược điểm là một số nguy cơ có thể xảy ra khi không loại bỏ hoàn toàn dungmôi tồn dư trong sản phẩm cuối cùng [33] Lưu ý thể tích pha ngoại tối thiểu cầndùng phải đảm bảo phù hợp với độ tan của dung môi bay hơi nhằm tách loại đượcdung môi từ microsphere

1.1.6.7 Tỉ lệ pha dầu/nước

Tỉ lệ pha dầu/nước cũng ảnh hưởng đến khả năng tạo nhũ tương và tốc độ hóa rắncủa polyme, vì thế ảnh hưởng đến các tính chất microsphere tạo thành

M Jelvehgari và cộng sự (2010) nghiên cứu ảnh hưởng của thể tích pha ngoại khi

điều chế microsphere EC bằng phương pháp tách loại dung môi N/D/D Kết quả hiệusuất bắt giữ tolmetin và kích thước microsphere giảm tỉ lệ thuận với sự giảm thể tíchpha ngoại Cụ thể, hiệu suất bắt giữ tolmetin khoảng 99%, 81%, 51% và kích thướctrung bình của microsphere là 209 µm, 140 µm, 135 µm tương ứng với thể tích phangoại 50 mL, 100 mL, 200 mL [23] Như vậy, thể tích pha ngoại lớn làm giảm rõ rệt

tỉ lệ tải và kích thước microsphere

Tuy nhiên, theo nhóm nghiên cứu của Minh-Quan Le và cộng sự (2018), khi tăng thể

tích pha ngoại từ 40 mL đến 160 mL, không nhận thấy sự thay đổi có ý nghĩa về hìnhdạng microsphere tạo thành [28]

1.1.6.8 Chất ổn định

Chất nhũ hóa có vai trò ổn định nhũ tương, ngăn chặn sự kết tụ do sự bay hơi sớmcủa dung môi Khi sự tách loại dung môi xảy ra, màng nhũ hóa giúp duy trì dạng hìnhcầu của các giọt đến khi hóa rắn Lựa chọn chất nhũ hóa có chỉ số HLB thích hợp cóthể kiểm soát được hình dạng, kích thước và hiệu quả bắt giữ hoạt chất củamicrosphere Các chất diện hoạt thường được sử dụng gồm polyvinyl alcohol (PVA),poly (vinylpyrrolidon), polysorbat 80 [33]

Jyotsana Madan và cộng sự (2013) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ

PVA đến kích thước của microsphere tải ropinirol hydroclorid điều chế bằng phươngpháp tách loại dung môi N/D/N Kết quả cho thấy tăng nồng độ PVA làm giảm kíchthước microsphere tạo thành Nguyên nhân có thể do khi tăng nồng độ PVA sẽ cónhiều phân tử PVA tập trung trên bề mặt các giọt giúp các giọt không bị kết tụ, kếtquả tạo ra các microsphere có kích thước nhỏ hơn [16]

Kết quả nghiên cứu của Minh-Quan Le và cộng sự (2018) cũng cho thấy sự tương

đồng, sự gia tăng nồng độ chất ổn định nhũ tương sẽ làm giảm rõ rệt kích thước củatiểu phân [28]

1.1.6.9 Tốc độ khuấy trong giai đoạn nhũ hóa

Nhũ hóa là một giai đoạn quan trọng trong điều chế microsphere bằng phương pháptách loại dung môi Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xác định ảnh hưởng củatốc độ nhũ hóa đến quá trình hình thành microsphere cũng như đặc tính củamicrosphere tạo thành

Nghiên cứu của Jyotsana Madan và cộng sự năm 2013 chỉ ra rằng khi tăng tốc độ

khuấy trong giai đoạn nhũ tương hóa làm giảm kích thước microsphere nhưng đồngthời cũng làm giảm hiệu suất bắt giữ hoạt chất Ở tốc độ khuấy từ 600 vòng/phút,hiệu suất bắt giữ ropinorol và kích thước trung bình tương ứng là 42,7% và 33,4 µm.Khi tăng tốc độ khuấy lên 1000 vòng/phút, hiệu suất bắt giữ ropinorole giảm còn26,2% và kích thước trung bình là 10,99 µm [16] Theo nhóm nghiên cứu của Minh-

Quan Le và cộng sự (2018), sự gia tăng tốc độ khuấy trong giai đoạn nhũ tương hóa

từ 550 vòng/phút đến 1000 vòng/phút sẽ làm giảm rõ rệt kích thước của tiểu phân từ64,2 μm ± 1,2 μm xuống còn 39,6 μm ± 1,1 μm [28] Các nghiên cứu đã công bốcũng cho thấy tốc độ khuấy tỉ lệ nghịch với hiệu suất bắt giữ hoạt chất, nghĩa là khităng tốc độ khuấy, kích thước hạt giảm dẫn đến hiệu suất bắt giữ hoạt chất giảm [44]

1.2 METFORMIN HYDROCLORID

Cấu trúc phân tử

Tên khoa học: 1,1-dimethylbiguanide monohydrochloride [8]

Công thức phân tử: C4H11N4.HCl Phân tử lượng: 165,62 g/mol

Công thức cấu tạo:

Công thức cấu tạo của metformin hydroclorid

Metformin HCl được xếp vào nhóm 3 theo phân loại BCS Độ tan của metformin HClkhoảng 300 mg/mL ở khoảng pH từ 1,2 đến 6,8 tại 25 °C Metformin HCl có sinhkhả dụng đường uống thấp (50 - 60%) và thời gian bán thải ngắn từ 1,5 giờ đến 4,5giờ, để đạt nồng độ điều trị cần sử dụng 2 - 3 lần/ngày [25].

Độ ổn định

V P Patil và cộng sự đã thực hiện các thử nghiệm về độ ổn định của metformin HCl

trong các điều kiện khắc nghiệt (stress condition) để theo dõi sự phân hủy củametformin HCl:

Thủy phân trong môi trường acid: cho 10 mg metformin HCl vào 10 mL dung dịch

acid HCl 0,01 N; đun hồi lưu hỗn hợp ở 80 °C trong 2 giờ Để nguội dung dịch đếnnhiệt độ phòng, trung hòa đến pH 7,0 bằng NaOH 0,01 N Lấy 1 mL dung dịch nàypha loãng bằng nước cất đến nồng độ 10 µg/mL, tiến hành đo quang

Thủy phân trong môi trường kiềm: cho 10 mg metformin HCl vào 10 mL dung

dịch NaOH 0,01 N; đun hồi lưu hỗn hợp ở 80 °C trong 2 giờ Để nguội dung dịch đếnnhiệt độ phòng, trung hòa đến pH 7,0 bằng HCl 0,01 N Lấy 1 mL dung dịch này phaloãng bằng nước cất đến nồng độ 10 µg/mL, tiến hành đo quang

UV: lấy 10 mg metformin HCl cho tiếp xúc với tia UV có bước sóng ngắn và dài (lần

lượt là 254 nm và 366 nm) Sau đó hòa tan trong nước cất tạo dung dịch nồng độ 1mg/mL Lấy 1 mL dung dịch này pha loãng bằng nước cất đến nồng độ 10 µg/mL,tiến hành đo quang

Nhiệt: lưu 10 mg metformin HCl ở 80 °C trong 2 ngày Sau đó hòa tan trong nước

cất được dung dịch nồng độ 1 mg/mL Lấy 1 mL dung dịch này pha loãng bằng nướccất đến nồng độ 10 µg/mL, tiến hành đo quang

Tác nhân oxy hóa: cho 10 mg metformin HCl vào 3 mL H2O2, lấy 1 mL pha loãngbằng nước cất đến nồng độ 10 µg/mL, tiến hành đo quang

Kết quả thử nghiệm được trình bày ở Bảng 1.4

Bảng 1.4 Sự phân hủy metformin HCl trong các điều kiện khắc nghiệt

Điều kiện Độ hấp thụ Phần trăm Quan sát

Metformin HCl (ban đầu) 0,998 100,00

Base 2 giờ 0,809 81,06 Không bị phân hủyNhiệt 24 giờ 0,965 96,69 Không bị phân hủy

48 giờ 1,029 103,10 Không bị phân hủy

Kết luận: metformin HCl bền trong môi trường base, bền với nhiệt và tác nhân oxyhóa Metformin HCl bị phân hủy bởi tia UV ở bước sóng 254 nm và 366 nm [42]

Kiểm nghiệm nguyên liệu

Tiêu chuẩn nguyên liệu metformin HCl có trong các dược điển Mỹ 43 (USP) [8],dược điển Anh 2019 (BP) [10], và dược điển Việt Nam V (DĐVN) [1]

Tiêu chuẩn của metformin HCl trong các dược điển được so sánh ở Bảng 1.5

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn metformin HCl trong các dược điển

Chỉ tiêu Dược điển

Phổ hồng ngoạiPhản ứng của Cl-

Chỉ tiêu Dược điển

dự đoán và thiết kế công thức phù hợp Hiện nay, các mô hình động phổ biến được

sử dụng gồm mô hình động học bậc không, bậc một, Higuchi, Hixson - Crowell,Korsmeyer - Peppas [36]

hệ thống bơm thẩm thấu [36]

Phương trình động học bậc không đơn giản được trình bày như sau:

Trong đó Qt : tổng lượng hoạt chất giải phóng tại thời điểm t

Qo : lượng hoạt chất phóng thích ban đầu

học này có thể dùng mô tả phóng thích của hệ thống khung xốp chứa hoạt chất dễ tantrong nước [36] Phương trình được viết như sau:

1

K tlogQ logQ

2,303Trong đó Q : tổng lượng hoạt chất giải phóng tại thời điểm t

Q0 : lượng hoạt chất ban đầu trong dạng bào chếK1 : hằng số tốc độ phóng thích động học bậc một

Mô hình động học Higuchi

Mô hình toán học higuchi mô tả sự giải phóng hoạt chất từ hệ thống khung xốp bằngcon đường khuếch tán Mô hình này có thể dùng để mô tả phóng thích hoạt chất trongcác trường hợp như hệ thống trị liệu qua da, hệ thống khung xốp chứa hoạt chất dễ tantrong nước [36] Phương trình Higuchi đơn giản được mô tả như sau:

1/2 H

Trong đó Q : tổng lượng hoạt chất giải phóng tại thời điểm t

t : thời gian

KH : hằng số tốc độ phóng thích động học Higuchi

Mô hình động học Hixson - Crowell

Mô tả giải phóng hoạt chất hòa tan khi có sự thay đổi diện tích bề mặt hay đườngkính tiểu phân hay viên nén [36]

Hixson và Crowell (1931) đã đưa ra phương trình như sau:

Trong đó Qt : tổng lượng hoạt chất giải phóng tại thời điểm t

Qo : lượng hoạt chất ban đầu trong dạng bào chế

t : thời gianKHC : hằng số tốc độ phóng thích động học Hixson - Crowell

Mô hình động học Korsmeyer - Peppas

Mô hình này mô tả cơ chế giải phóng hoạt chất từ khung xốp polyme khi cơ chế giảiphóng chưa rõ ràng hay có nhiều cơ chế [36]

Phương trình được mô tả như sau:

N : bậc động học phóng thích

Trong mô hình này, giá trị n đặc trưng cho cơ chế giải phóng hoạt chất, giúp ngoạisuy cơ chế phóng thích thuốc Tùy theo giá trị n, hoạt chất có thể phóng thích từ dạngthuốc theo một trong ba cơ chế: (i) khuếch tán tuân theo định luật Fick, (ii) khuếchtán theo cơ chế hỗn hợp (vừa khuếch tán theo định luật Fick, vừa giải phóng do sựdãn duỗi và bào mòn của polyme), hoặc (iii) khuếch tán theo cơ chế bào mòn Giá trị

n tương ứng với các cơ chế giải phóng hoạt chất của dạng thuốc hình cầu được trìnhbày ở Bảng 1.6 [37]

Bảng 1.6 Bậc n của hàm mũ theo mô hình Korsmeyer - Peppas

Bậc n của hàm mũ Cơ chế giải phóng hoạt chất (GPHC)

0,430,43 < n < 0,850,85

Theo định luật Fick

Cơ chế hỗn hợp không theo định luật FickBậc không

Trong trường hợp thuốc được phóng thích tuân theo hỗn hợp hai cơ chế (vừa khuếchtán, vừa do bào mòn polyme), mức độ tác động của mỗi cơ chế có thể được xác địnhthông qua phương trình Peppas - Sahlin Cụ thể:

Trong đó k1 : hằng số tốc độ phóng thích theo định luật Fick

k2 : hằng số tốc độ phóng thích theo cơ chế bào mòn

m : lũy thừa đặc trưng cho cơ chế phóng thích hoạt chấtDựa trên giá trị của tham số m, hệ số k1 và k2, hệ số tác động F của quá trình khuếchtán và R của quá trình bào mòn polyme được xác định theo phương trình [15]:

2 1

1

F

k t k





2 1

m k

k

 

Trong đó F : lượng hoạt chất phóng thích theo cơ chế khuếch tán

R : lượng hoạt chất phóng thích theo cơ chế dãn duỗik1 : hằng số tốc độ phóng thích theo định luật Fickk2 : hằng số tốc độ phóng thích theo cơ chế bào mòn

m : lũy thừa đặc trưng cho cơ chế phóng thích hoạt chất

1.4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ MICROSPHERE ETHYL CELLULOSE

Hiện nay, có khá nhiều tài liệu đã được công bố liên quan đến điều chế microsphere

từ polyme ethyl cellulose

James R K và cộng sự (2019) đã nghiên cứu tối ưu hóa quy trình điều chế

microsphere phối hợp polyme Methocel K15M và Ethocel Standard 45 Premium tảiacyclovir bằng phương pháp tách loại dung môi Mục tiêu của nghiên cứu là điều chếmicrosphere có khả năng bám dính sinh học và phóng thích kéo dài hơn 8 giờ Cácbiến độc lập gồm lượng Methocel K15M (X1), lượng Ethocel Standard 45 Premium(X2) và tốc độ nhũ hóa (X3) Công thức tối ưu phóng thích 68,99% hoạt chất sau 8giờ đạt được khi X1 = 600 mg, X2 = 500 mg và X3 = 336,57 vòng/phút [14]

Để nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung môi đến tốc độ hóa rắn tạo microsphere EC,phân bố của các giọt nhũ tương và độ cứng của microsphere trong quá trình điều chếbằng phương pháp tách loại dung môi N/D/N, Muhaimin và Roland Bodmeier (2017)

đã điều chế microsphere bằng cách sử dụng các dung môi khác nhau gồm DCM, DCM

- methanol (1:1), EA và cloroform Tốc độ hóa rắn tạo microsphere khi sử dụng dungmôi DCM, EA và DCM - methanol (1:1) xảy ra trong vòng từ 10 phút đến 12 phút saukhi cho nhũ tương vào môi trường phân tán, ngược lại khi sử dụng cloroform thì xảy

ra trong 90 phút [30]

Gokul Khairnar và cộng sự (2017) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ polyme

(50 mg/mL, 70 mg/mL, 90 mg/mL) và nồng độ chất nhũ hóa span 80 (0,6%; 0,8%;1,0%) đến khả năng tải và phóng thích losartan từ microsphere điều chế bằng phương

pháp tách loại dung môi D/D Kết quả, tăng nồng độ chất diện hoạt làm giảm khả năngbắt giữ hoạt chất do làm tăng độ tan của hoạt chất trong pha ngoại Sự bắt giữ losartan

tỉ lệ nghịch với nồng độ polyme sử dụng Tỉ lệ bắt giữ losartan tương ứng với nồng độpolyme 50 mg/mL và 90 mg/mL lần lượt là 22,27% và 15,32% [12]

Riêng đối với hoạt chất metformin HCl, cũng có một số nghiên cứu đã được công bố

Asha Patel và cộng sự (2006) đã nghiên cứu điều chế microsphere nổi dạ dày chứa

metformin HCl nhằm kéo dài thời gian tác dụng của thuốc Microsphere được điềuchế bằng phương pháp tách loại dung môi sử dụng polyme EC (18 cps và 22 cps).Kết quả thử hòa tan trong môi trường HCl 0,1 N thực hiện theo phương pháp giỏ quaytrong USP 38 cho thấy có 47% đến 87% metformin HCl giải phóng sau 8 giờ [4]

Cùng mục đích kéo dài tác dụng của thuốc, Hina Raza và cộng sự (2020) đã nghiên

cứu điều chế microsphere tải metformin HCl từ polyme EC phối hợp với PEG Kếtquả thử phóng thích hoạt chất cho thấy 70% đến 90% metformin HCl giải phóng sau

12 giờ trong môi trường pH 6,8 và động học phóng thích phù hợp với mô hìnhHiguchi, cơ chế giải phóng tuân theo định luật khuếch tán Fick [13]

Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình điều chế microsphere tải metformin HCl đã được

Sihem Bouriche và cộng sự (2019) nghiên cứu bằng cách sử dụng mô hình Box

-Behnken Công thức điều chế tối ưu là 25 mg metformin HCl, pha ngoại có pH = 4

và nồng độ PVA là 1,5%, tốc độ khuấy 400 vòng/phút Kết quả, microsphere thuđược có hiệu suất đạt 77,05% và kích thước trung bình 271,41 µm [40]

Tuy nhiên, các nghiên cứu vẫn chưa kiểm soát hết tất cả các yếu tố công thức và quytrình điều chế ảnh hưởng đến đặc tính microsphere, cũng như xác định ảnh hưởngcủa tính chất micropshere đến khả năng kiểm soát sự phóng thích hoạt chất Sự phóngthích metformin từ microsphere ở cả hai nghiên cứu kéo dài khoảng 8 giờ đến 12 giờ.Như vậy, phương pháp tách loại dung môi có thể áp dụng để điều chế microsphere từpolyme EC tải metformin HCl nhằm mục đích kéo dài tác dụng của thuốc

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là microsphere có bản chất EC Mục tiêu của đề tài là điều chếmicrosphere có khả năng kéo dài thời gian tác dụng của hoạt chất dễ tan trong nước,

vì thế, chọn metformin HCl có độ tan 300 mg/mL làm hoạt chất mô hình

Nguyên liệu

Các hóa chất, dung môi và nguyên vật liệu sử dụng được trình bày ở Bảng 2.7

Bảng 2.7 Danh mục nguyên liệu

STT Tên nguyên liệu Tiêu chuẩn Nhà sản xuất

1 Dicloromethan TCCS Vina Chemsol, Việt Nam

2 Polyvinyl alcol 1500 TCCS Duksan Reagents, Hàn Quốc

3 Ethanol 96% TCCS Vina Chemsol, Việt Nam

4 Ethyl cellulose 20 cps TCCS Colorcon Asia Pacific, Singapore

5 Ethyl cellulose 45 cps TCCS Colorcon Asia Pacific, Singapore

6 Ethyl acetat TCCS Vina Chemsol, Việt Nam

7 Metformin hydroclorid USP 40 Vistin Pharma, Na Uy

8 Nước cất Dược dụng Việt Nam

9 Span 80 TCCS Guangdong Guanghua, Trung Quốc

10 Tween 80 TCCS Xilong Scientific, Trung Quốc

Trang thiết bị

Các loại thiết bị, máy móc được sử dụng trong quá trình nghiên cứu điều chế, kiểmnghiệm được trình bày ở Bảng 2.8

Bảng 2.8 Danh mục thiết bị điều chế, kiểm nghiệm

STT Tên thiết bị Nhà sản xuất

1 Bể rửa siêu âm S180H Elma®, Đức

2 Bộ dụng cụ lọc dưới áp suất giảm Việt Nam

3 Cân kỹ thuật TE412 Sartorius®, Đức

4 Cân phân tích CP225D Sartorius®, Đức

5 Giấy lọc định lượng 202 New Star®, Trung Quốc

6 Kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM-6400 (Mỹ)

7 Kính hiển vi quang học Olympus, Anh

8 Máy đo kích thước hạt Mastersizer MS 3000 Malvern Panalytical®, Anh

9 Máy đo quang phổ UV-vis UV1601PC Shimadzu®, Nhật Bản

10 Máy khuấy HS 120A Daisan Wise Stir®, Hàn Quốc

11 Máy khuấy từ MIX6 2MAG® Magnetic Emotion, Đức

12 Máy nghiền mẫu đồng thể IKA T25 Ultra-Turrax®, Đức

13 Máy thử độ hòa tan LABINDIA DS1400, Ấn Độ

2.2 THẨM ĐỊNH QUY TRÌNH ĐỊNH LƯỢNG METFORMIN HCL BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ UV

Thẩm định quy trình định lượng metformin HCl trong microsphere

2.2.1.1 Quy trình định lượng

Dung môi pha mẫu: hỗn hợp dung môi ethanol 96%:nước tỉ lệ 9:1 theo thể tích Chuẩn bị mẫu chuẩn: cân chính xác khoảng 62,5 mg metformin HCl chuẩn cho vào

bình định mức 25,0 mL, thêm khoảng 15 mL dung môi pha mẫu, siêu âm khoảng

5 phút để metformin HCl tan hoàn toàn, thêm dung môi pha mẫu đến vạch thu đượcdung dịch chuẩn (1) Lấy chính xác 1,0 mL dung dịch chuẩn (1) vào bình định mức50,0 mL, bổ sung dung môi pha mẫu đến vạch thu được dung dịch chuẩn (2) Phaloãng 3,0 mL dung dịch chuẩn (2) thành 25,0 mL với dung môi pha mẫu thu đượcdung dịch chuẩn có nồng độ 6 µg/mL

Chuẩn bị mẫu thử: cân chính xác một lượng microsphere vào bình định mức 100,0 mL

để tạo dung dịch 6 µg/mL, thêm khoảng 25 mL dung môi pha mẫu, siêu âm khoảng 5phút, bổ sung dung môi pha mẫu vừa đủ 100,0 mL Pha loãng nếu cần

Dung dịch placebo: chuẩn bị tương tự như dung dịch thử với microsphere placebo

không chứa hoạt chất

Điều kiện tiến hành: đo độ hấp thụ của các dung dịch ở bước sóng 236 nm bằng cốc

đo thạch anh, mẫu trắng là dung môi pha mẫu

Hàm lượng metformin HCl trong mẫu thử được tính theo công thức:

100 : thể tích dung môi pha mẫu (mL)

D : độ pha loãng (nếu có)

m : khối lượng mẫu microsphere đã cân (mg)

2.2.1.2 Thẩm định quy trình định lượng metformin trong microsphere

Các chỉ tiêu thẩm định gồm tính đặc hiệu, khoảng tuyến tính, độ đúng và độ chính xác

Yêu cầu: dung dịch mẫu trắng và mẫu placebo không có cực đại hấp thụ tương tựmẫu chuẩn, phổ hấp thụ của dung dịch mẫu thử tương tự phổ hấp thụ của mẫu chuẩn

bổ sung dung môi pha mẫu đến vạch

Bảng 2.9 Pha mẫu xác định tính tuyến tính (định lượng metformin HCl trong microsphere) Nồng độ (µg/mL) Thể tích dung dịch chuẩn (2) (mL) Dung môi vừa đủ (mL)

Yêu cầu: Hệ số tương quan R2 không nhỏ hơn 0,999.

Độ đúng

Tiến hành khảo sát độ đúng bằng cách thêm một lượng chất chuẩn tương ứng với80%, 100% và 120% so với hàm lượng metformin HCl trong mẫu thử vào dung dịchplacebo Mỗi nồng độ chuẩn bị ba mẫu riêng biệt, đo độ hấp thụ của dung dịch, xử lýkết quả và xác định tỉ lệ hồi phục trung bình theo công thức:

Yêu cầu: tỉ lệ hồi phục trung bình nằm trong khoảng từ 98,0% đến 102,0% Độ lệchchuẩn tương đối (RSD) của mỗi mức nồng độ không lớn hơn 2,0%

Độ chính xác

Đo độ hấp thụ của 6 mẫu thử khác nhau ở bước sóng 236 nm Xác định tỉ lệ tải hoạtchất trong mẫu, tỉ lệ tải trung bình và tính RSD

Yêu cầu: RSD không lớn hơn 2,0%

Thẩm định quy trình định lượng metformin HCl trong dịch thử hòa tan

2.2.2.1 Quy trình thử hòa tan

Thử nghiệm giải phóng hoạt chất được thực hiện dựa trên tham khảo chuyên luận thửhòa tan viên nén metformin HCl tác dụng kéo dài trong USP 43 - test 9

Thiết bị : kiểu giỏ quay

Môi trường hòa tan : khảo sát

F(%) = Khối lượng hoạt chất tìm lại

Khối lượng hoạt chất cho vào×100

Lượng metfomin HCl phóng thích được xác định bằng phương pháp đo quang phổhấp thụ UV ở bước sóng 232 nm Nồng độ phóng thích tại mỗi thời điểm được xácđịnh theo công thức:

Ac : độ hấp thụ của mẫu chuẩn

Ci : nồng độ của mẫu thử tại mỗi thờ i điểm i (mg/mL)

Cc : nồng độ của mẫu chuẩn (mg/mL)

D : độ pha loãng của dịch thử từ bình hòa tan ta ̣i mỗi thời điểm iVmt : thể tích bình hòa tan (mL)

Vs : thể tích lấy mẫu ta ̣i mỗi thời điểm i (5 mL)

p : hàm lượng hoa ̣t chất trong microsphere (mg)

2.2.2 Thẩm định quy trình định lượng metformin HCl trong dịch thử hòa tan

Các chỉ tiêu thẩm định gồm tính đặc hiệu, tính tuyến tính, độ đúng và độ chính xác

Chuẩn bị mẫu chuẩn: cân chính xác khoảng 62,5 mg metformin HCl chuẩn cho vào

bình định mức 25,0 mL, thêm khoảng 15 mL nước cất, lắc metformin HCl tan hoàntoàn, bổ sung nước cất đến vạch thu được dung dịch chuẩn (1) Lấy chính xác 1,0 mLdung dịch chuẩn (1) vào bình định mức 50,0 mL, bổ sung nước cất đến vạch thu đượcdung dịch chuẩn (2) Pha loãng 3,0 mL dung dịch chuẩn (2) thành 25,0 mL với nướccất thu được dung dịch chuẩn có nồng độ 6 µg/mL

Dung dịch thử: tiến hành thử nghiệm độ hòa tan Tại thời điểm lấy mẫu, lấy 5 mL

dịch thử hòa tan Lọc qua màng lọc 0,45 µm

Dung dịch placebo: tiến hành tương tự thử nghiệm hòa tan của mẫu thử với

microsphere placebo không chứa hoạt chất