Việc ứng dụng công nghệ này đã mở ra cơ hội sản xuất thuốc với khả năng tạo ra các dạng bào chế phức tạp, có thể phối hợp 2 hoặc nhiều dược chất, linh động điều chỉnh liều và động học gi
TỔNG QUAN
LEVODOPA VÀ CARBIDOPA
- Levodopa tồn tại ở dạng tinh thể hoặc bột kết tinh màu trắng hoặc trắng ngà, không mùi, không vị [4]
- Độ hòa tan: Dễ dàng hòa tan trong acid hydrochloric 1M và acid formic; thực tế không tan trong ethanol 96%, benzen, chloroform, ethyl acetat [4]
- Độ tan trong nước: 5,0 mg/ml ở 20 o C [4]
- Độ ổn định: Levodopa bị oxy hóa và sẫm màu nhanh khi tiếp xúc với ẩm Màu thay đổi chứng tỏ thuốc đã mất tác dụng Levodopa phải được bảo quản trong đồ đựng kín, tránh ánh sáng, tránh hơi ẩm, nhiệt độ 15 - 30 o C Tránh để các viên nén giải phóng chậm ở nhiệt độ > 30 o C [4]
- Levodopa hòa tan dễ dàng trong điều kiện môi trường acid dịch vị và dễ bị oxy hóa trong pH kiềm [5]
- Carbidopa tồn tại ở dạng bột trắng hoặc trắng ngà [6]
- Độ hòa tan: Hơi tan trong methanol, khó tan trong nước, rất khó tan trong ethanol
96 %, thực tế không tan trong dicloromethan và diethyl ether, tan trong các dung dịch acid vô cơ loãng [6]
- Bảo quản: tránh ánh sáng [6]
Levodopa được hấp thu nhanh ở ống tiêu hóa, chủ yếu là ở ruột non, rất ít ở dạ dày Do sự khử carboxyl xảy ra ở thành dạ dày là nơi có chứa thức ăn, nhất là thức ăn có nhiều protein nên sẽ làm giảm lượng levodopa hấp thu Ở ruột, gan, thận, levodopa nhanh chóng bị L-amino acid decarboxylase khử carboxyl trở thành dopamin, sau đó dopamin lại được chuyển hóa thành acid dihydroxyphenylacetic và acid homovanilic [4]
Các con đường chuyển hóa khác là con đường O-methyl hóa, chuyển amin, oxy hóa tạo thành nhiều chất chuyển hóa trong đó có noradrenalin, 3-O-methyldopa Chất này có thể được tích tụ trong hệ thần kinh trung ương do có thời gian bán thải tương đối decarboxylase (như carbidopa), con đường chuyển hóa chính của levodopa là tạo thành 3-O- methyldopa nhờ enzym catechol-O-methyltransferase [4]
Sinh khả dụng của levodopa là 30% khi không có carbidopa Carbidopa làm tăng gấp 4 - 5 lần nồng độ huyết tương của levodopa [4]
Thời gian bán thải của levodopa là khoảng 1 giờ, của carbidopa là 1 - 2 giờ; nhưng khi phối hợp levodopa và carbidopa thì thời gian bán thải của levodopa tăng lên đến 1,5
- 2 giờ Khoảng 80% liều levodopa uống được thải theo nước tiểu trong vòng 24 giờ, chủ yếu dưới dạng dihydroxyphenylacetic và acid homovanilic Một lượng nhỏ levodopa được thải theo phân dưới dạng không bị thay đổi [4]
1.1.3 Chỉ định, liều lượng, cách dùng
Viên nén carbidopa - levodopa được chỉ định trong điều trị triệu chứng bệnh Parkinson, hội chứng Parkinson sau viêm não, hội chứng Parkinson sau nhiễm độc carbon monoxyd và nhiễm độc mangan [4]
1.1.3.2 Liều lượng, cách dùng a, Cách dùng:
Dùng chế phẩm kết hợp cho phép uống liều levodopa thấp hơn [4]
Trong điều trị lâu dài, những chất chuyển hóa độc hại của levodopa có thể làm bệnh trầm trọng thêm và do đó điều quan trọng là giữ liều carbidopa - levodopa càng thấp càng tốt Khi điều trị kết hợp với bromocriptin, pergolid hoặc selegilin có thể cho phép dùng liều thấp hơn Nếu bệnh tiến triển, có thể cần liệu pháp phụ thêm với một thuốc ức chế MAO-B hoặc một thuốc chủ vận của dopamin để làm giảm tần suất những dao động do loạn động hoặc loạn trương lực cơ gây nên Carbidopa làm bão hòa dopa decarboxylase ngoại vi với liều khoảng 70 - 100 mg một ngày Những người bệnh dùng liều carbidopa ít hơn có nhiều khả năng hay bị buồn nôn và nôn Liều dùng carbidopa - levodopa cần được lựa chọn cẩn thận theo tình trạng bệnh, đáp ứng và dung nạp thuốc của từng bệnh nhân Phải bắt đầu từ liều ban đầu thấp nhất có tác dụng [4]
Bệnh Parkinson là bệnh tiến triển từ từ nên cần định kỳ đánh giá tình trạng bệnh để điều chỉnh trị liệu Theo dõi thật chặt chẽ bệnh nhân khi phải giảm liều đột ngột hoặc phải ngừng thuốc do có nguy cơ xuất hiện phức hợp triệu chứng giống như hội chứng an thần kinh ác tính [4] b, Liều lượng:
- Liều bắt đầu thông thường: 10 mg carbidopa/100 mg levodopa /lần x 3-4 lần/ngày; hoặc 25 mg carbidopa/100 mg levodopa /lần x 3 lần/ngày Khi cần thiết có thể tăng liều mỗi lần thêm 25 mg carbidopa/100 mg levodopa hàng ngày hoặc hai ngày một lần, cho tới khi đạt liều hàng ngày tối đa là 200 mg carbidopa/800 mg levodopa [4]
- Liều duy trì: Xác định liều lượng theo từng người bệnh và điều chỉnh tùy theo tác dụng điều trị mong muốn Mỗi ngày nên dùng ít nhất 70 đến 100 mg carbidopa/280 đến 400 mg levodopa Dùng viên nén giải phóng chậm: Sinh khả dụng của viên nén giải phóng chậm thấp hơn, đòi hỏi phải tăng trung bình 25% liều hàng ngày của levodopa so sánh với viên nén carbidopa - levodopa không giải phóng chậm [4].
HỆ PHÂN PHỐI THUỐC NỔI
1.2.1 Giới thiệu về hệ phân phối thuốc nổi
Hệ phân phối thuốc nổi trong dạ dày là dạng bào chế được phát triển nhằm mục đích tăng thời gian lưu thuốc trong dạ dày và thường ứng dụng cho các hoạt chất có cửa sổ hấp thu hẹp ở phần đầu ruột non hoặc có tác dụng tại chỗ ở dạ dày
Với tỷ trọng thấp (dưới 1,004 g/cm 3 ), dạng bào chế này sẽ nổi trong dịch vị và ít ảnh hưởng đến sự tháo rỗng dạ dày [7] Đặc tính này cho phép hệ đưa thuốc này nổi trong dịch dạ dày trong một thời gian dài trong khi thuốc giải phóng với tốc độ mong muốn Các hệ đưa thuốc này có thể nổi trong dạ dày thông qua một trong hai cơ chế, đó là tỷ trọng thấp hoặc tạo khí khi tiếp xúc với dịch dạ dày Kỹ thuật này cũng có thể giúp kéo dài thời gian giải phóng thuốc dẫn đến giảm số lần sử dụng thuốc trong ngày nhằm nâng cao tuân thủ điều trị của bệnh nhân Tuy nhiên, hạn chế chính của hệ phân phối thuốc nổi là khả năng thay đổi liều lượng thuốc, động học giải phóng thuốc, lực nổi và thời gian phù hợp đối với từng bệnh nhân
1.2.2 Phân loại hệ phân phối thuốc nổi sử dụng công nghệ in 3D
Trong vài năm qua, nhiều dạng thiết kế mới của hệ phân phối thuốc nổi trong dạ dày được phát triển bằng công nghệ in 3D Công nghệ này có thể khắc phục những hạn chế của các chế phẩm khi được bào chế bằng các kỹ thuật sản xuất dược phẩm truyền thống, ví dụ như những khó khăn trong việc điều chỉnh liều lượng do không thể bẻ viên thuốc và khả năng kiểm soát động học giải phóng thuốc Hơn nữa, thuốc được hấp thu chủ yếu ở phần đầu ruột non nên sinh khả dụng của thuốc có thể dao động lớn giữa các cá thể do thời gian tháo rỗng dạ dày có thể rất khác nhau Tạo mô hình bằng bồi đắp liên kết (Fused deposition modeling- FDM) là kỹ thuật in 3D phổ biến nhất được ứng dụng trong phát triển các dạng bào chế tăng thời gian lưu thuốc tại dạ dày dó các ưu điểm vốn có của nó như an toàn, đơn giản, dễ thực hiện, thiết bị nhỏ gọn, chi phí thấp
Có 2 cách tiếp cận phổ biến để tạo ra các hệ phân phối thuốc nổi trong dạ dày bằng công nghệ in 3D-FDM, đó là: chế tạo các đơn vị hỗ trợ nổi riêng biệt không chứa dược chất (floating devices) và in trực tiếp dạng bào chế nổi dựa trên cơ chế tỷ trọng thấp [7]
1.2.2.1 Tạo các đơn vị hỗ trợ nổi không mang dược chất
Phương pháp này áp dụng công nghệ in 3D để tạo ra các thiết bị riêng biệt nổi trên dịch vị có thể mang các chế phẩm thuốc truyền thống Mục đích của cách tiếp cận là phải làm cho tỷ trọng toàn bộ hệ phân phối thuốc thấp hơn tỷ trọng môi trường trong dạ dày Một số cấu trúc và hình thức thiết bị in 3D đã được nghiên cứu theo cách tiếp cận này [8] Jeong và cộng sự (2020) đã bào chế thiết bị dạng viên nang để tạo ra một hệ phân phối thuốc mới qua đường uống giúp giải phóng thuốc bền vững trong dạ dày Kỹ thuật in 3D-FDM được sử dụng để chế tạo và in vỏ nang, sau đó viên baclofen thương mại được đưa vào trong nang (Hình 1.1) Hệ thuốc mới này có thể kiểm soát tốc độ giải phóng dược chất, đồng thời duy trì khả năng nổi của chế phẩm trong môi trường dạ dày [9] Charoenying và cộng sự (2020) cũng đã sử dụng công nghệ in 3D để thiết kế một cấu trúc vỏ nang có khả năng nổi, bên trong chứa viên thương mại Sia-Mox® (amoxicillin) Sản phẩm phối hợp này có thời gian nổi hơn 10 giờ trong dạ dày thỏ và động học giải phóng amoxicillin tuân theo mô hình Higuchi [10]
Hình 1.1 Đơn vị hỗ trợ nổi dạng vỏ nang [9]
Hệ phân phối thuốc nổi được in 3D trong đó cửa giải phóng dược chất được tạo ra để kiểm soát và điều chỉnh tốc độ giải phóng thuốc được phát triển bởi Huanbutta và cộng sự (2019) [11] Theo phương trình Noyes–Whitney, nếu vùng giải phóng thuốc (lỗ đáy) được cố định, thuốc sẽ giải phóng liên tục Việc giải phóng thuốc tuân theo động học bậc 0 và hệ phân phối thuốc có thể nổi trong hơn 4 giờ (Hình 1.2a) Tuy nhiên, mô hình này có thể xuất hiện hiện tượng lộn ngược trong dạ dày của bệnh nhân, gây cản trở quá trình giải phóng thuốc Vì vậy, mô hình phân phối thuốc nổi lấy cảm hứng từ phao cứu hộ đã ra đời (Hình 1.2b) Từ mô hình đã phát triển thuốc được giải phóng liên tục khỏi vỏ viên trong 8-9 giờ với trạng thái nổi ổn định [12]
Khoang khí Lõi dược chất
Khoang khí Lỗ giải phóng thuốc
Hình 1.2 Hệ phân phối thuốc nổi in 3D với (a) mô hình giải phóng thuốc theo động học bậc không [11]; (b) cơ chế chống lật [12]
Bộ phận di động Lõi thuốc giải phóng ngay
1.2.2.2 Các dạng bào chế nổi trên dịch vị
Một cách tiếp cận khác trong phát triển hệ phân phối thuốc nổi là phối hợp dược chất với vật liệu in (thường là polymer) thành sợi in Tiếp sau đó, sợi in chứa dược chất được dùng để in dạng bào chế theo hình dạng và cấu trúc đã thiết kế Các vật liệu in và quy trình in khác nhau có thể được sử dụng để điều chỉnh thời gian nổi của dạng bào chế cũng như động học giải phóng dược chất [8] Bằng cách kết hợp kỹ thuật đùn nóng chảy với in 3D FDM, Giri và cộng sự (2020) đã phát triển viên nổi chứa dược chất theophylline Phương pháp đùn nóng chảy được ứng dụng để tạo ra các sợi chứa theophylline trong cốt polymer hydroxypropyl cellulose Cấu trúc rỗng bên trong viên thuốc tạo lực nổi và ảnh hưởng đến quá trình giải phóng dược chất Tất cả các viên thuốc nổi trong dạ được bào chế đều có thể nổi trong 10 giờ và có động học giải phóng bậc không [13] Vo và cộng sự (2020) đã sử dụng phương pháp đùn nóng chảy để kết hợp hydroxypropyl cellulose và vinylpyrrolidone vinyl acetate với dược chất cinnarizine Viên đã được thiết kế dạng hình trụ rỗng để tạo nên dạng bào chế có tỷ trọng thấp Quá trình giải phóng thuốc từ các viên nổi tuân theo động học giả bậc không và động học giải phóng thuốc có thể được điều chỉnh lên đến 12 giờ [14].
PHƯƠNG PHÁP IN 3D-FDM
Phần lớn các nghiên cứu gần đây về in 3D cho các dạng bào chế rắn dùng đường uống đều dựa trên kỹ thuật FDM Đây là kỹ thuật in 3D được phát triển đầu tiên và được cấp bằng sáng chế vào năm 1989 [15] Quá trình phát triển công nghệ in 3D-FDM được tóm tắt qua Hình 1.3 [16]
Hình 1.3 Lịch sử phát triển của công nghệ in 3D trong ngành dược phẩm [ 1 6 ]
Từ khi được cấp bằng sáng chế cho đến khi bằng sáng chế hết hạn vào năm 2010, hầu như không có nghiên cứu hay công bố nào về nghiên cứu phát triển dược phẩm bằng công nghệ in 3D-FDM Sau năm 2014, với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ và máy in 3D ngày càng phổ biến hơn, dẫn đầu bởi Replicator 1 của MakerBot; điều này cũng dẫn tới sự gia tăng nhanh số lượng các công bố về phát triển các dạng bào chế dựa trên quy trình in 3D-FDM
Các nghiên cứu in 3D FDM ban đầu tương đối đơn giản, thường liên quan đến việc tích hợp dược chất vào sợi in có sẵn bằng cách ngâm các sợi in có sẵn trên thị trường trong dung dịch chứa dược chất [17] Tuy nhiên, cả quá trình tích hợp dược chất lên sợi và quá trình giải phóng thuốc đều bị hạn chế bởi cơ chế khuếch tán nội tại Các nghiên cứu sau đó tập trung nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc hình học của dạng bào chế tới đặc điểm giải phóng thuốc Song song với đó, xuất hiện nghiên cứu nhằm tìm giải pháp tích hợp dược chất lên sợi in tốt hơn, với hàm lượng dược chất cao hơn bằng phương pháp đùn nóng chảy [18], [19] Tuy nhiên, vì thành phần sợi in là cố định, việc tự do điều chỉnh liều lượng thuốc hoặc phối hợp nhiều dược chất trong một chế phẩm vẫn còn là hạn chế đáng kể Những nghiên cứu gần đây đã cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cách sản xuất viên nén cấu trúc dạng nhân-vỏ và sử dụng đầu in kép [20] Mặc dù vậy, việc thêm nhiều đầu in có thể làm tăng đáng kể độ phức tạp cơ học cũng như đòi hỏi thời gian xử lý vật thể sau in để tạo thành dạng bào chế hoàn chỉnh
Một cách tiếp cận khác để có thể tạo ra mô hình giải phóng phức tạp đã được nghiên cứu bởi Sun và Soh vào năm 2015 [21] Các tác giả sử dụng phối hợp 2 công nghệ in 3D FDM và công nghệ đúc để tạo chế phẩm có cấu trúc phức tạp và mô hình giải phóng dược chất đặc biệt Mặc dù phương pháp này có thể đạt được các kiểu giải phóng dược chất độc đáo, nhưng sự phối hợp nhiều giai đoạn sẽ làm giảm các lợi thế chính của in 3D, chẳng hạn như tính linh hoạt và sản xuất hợp lý [15]
In 3D FDM là quá trình làm nóng chảy vật liệu in, bồi đắp từng lớp để tạo thành cấu trúc chi tiết 3 chiều Hình 1.4 minh họa chi tiết máy in 3D [22] Quá trình in 3D FDM bao gồm các giai đoạn: 1) Tạo filament (tên gọi khác: sợi in, “mực in 3D”) từ các vật liệu thích hợp; 2) Thiết kế vật thể; 3) Chuyển định dạng tệp hình ảnh 3 chiều sang định dạng tệp chứa các thông tin về vị trí theo từng lớp; 4) Nạp nguyên liệu dưới dạng sợi in; 5) In vật thể theo mô hình; và 6) Hoàn thiện sản phẩm [23]
* Tạo filament (sợi in): Yêu cầu quan trọng nhất của quá trình in 3D FDM là chuẩn bị sợi in Việc định hình các vật liệu tiêu chuẩn dược phẩm thành các sợi có thể in được là thách thức lớn nhất khi áp dụng công nghệ này để sản xuất các dạng bào chế
Có thể bào chế sợi in bằng phương pháp sau:
- Bào chế sợi in bằng phương pháp đùn nóng chảy (HME- hot melt extrusion): xuất phát từ các nguyên liệu dược chất và các tá dược ở dạng bột, hạt hoặc pellets Hỗn hợp vật lý của công thức bào chế filament được chuyển liên tục vào máy đùn nóng chảy để sản xuất các sợi in theo quy trình gồm các bước: 1) Tạo hỗn hợp vật lý của các nguyên liệu có trong công thức 2) Cấp từ từ hỗn hợp vật lý vào máy đùn nóng chảy 3) Nguyên liệu nóng mềm (molten state) sẽ được trục vít đùn ép qua khuôn tạo ra các filament
* Thiết kế vật thể và chuyển định dạng file thiết kế: Việc thiết kế vậy thể có thể đạt được bằng cách sử dụng nhiều phần mềm máy tính khác nhau như autoCAD (thiết kế có sự trợ giúp của máy tính), 3D Slash, SketchUp, Fusion 360 và Solidworks Bước tiếp theo là mẫu thiết kế được cắt thành từng lớp bằng các phần mềm như KISSlicer, Slic3r, OctoPrint, Simplify3D và Cura Các phần mềm cắt lớp này sẽ chuyển đổi tệp thiết kế 3D (tệp STL) thành mã G cho phép máy in 3D có thể đọc được Phần mềm cắt lớp được sử dụng để thiết lập các thông số in như phần trăm infill, độ cao offset ban đầu giữa đầu máy in và bàn in, bề dày lớp in, tốc độ in, nhiệt độ in…Sau đó, mã G được tải lên máy in 3D và với lệnh in, máy sẽ tiến hành in và tạo thành một vật thể có kích thước và hình dạng như thiết kế
* In vật thể theo mô hình: Để thực hiện quá trình in, trước tiên, bàn in phải được cân bằng và filament phải được nạp vào máy in thông qua một ống dẫn nhờ bộ phận đùn sợi được tạo bởi hai bánh răng quay ngược chiều nhau Khi hoàn tất việc cài đặt các thông số in, thiết bị in 3D sẽ khởi động và cần một khoảng thời gian để đạt cân bằng nhiệt độ của đầu in, bàn in Sau thời gian ổn định, đầu in sẽ tự hạ thấp đến khi cách bàn in một khoảng đúng bằng chiều cao của mỗi lớp in, sẵn sàng cho việc in lớp đầu tiên
Khi nhiệt độ đầu in đạt giá trị cài đặt, quá trình in bắt đầu với sự chuyển động ngược chiều nhau của 2 bánh răng trong bộ phận đùn giúp kéo filament vào máy in Tại phần kim loại của đầu in, filament được làm nóng chảy Dung dịch nóng chảy được đẩy qua đầu in kim loại tạo các lớp trên khay in với độ dày lớp in có thể cài đặt trong khoảng 50-400àm Nhiệt độ cao của mực in làm bề mặt lớp in cũ chảy lỏng và giỳp kết dớnh với lớp in mới Chúng sẽ nhanh chóng đông rắn lại ở nhiệt độ phòng hoặc có thêm sự trợ giúp của quạt làm mát Khi kết thúc mỗi lớp in, đầu in sẽ được nâng lên hoặc bàn in sẽ được hạ xuống một khoảng bằng chiều dày lớp in đã được cài đặt, sẵn sàng cho việc bồi đắp lớp in mới trên phần đã được in Quá trình cứ thế lặp lại cho đến khi tạo thành vật thể hoàn chỉnh
Hình 1.4 Sơ đồ mô tả cấu tạo của máy in 3D-FDM [22]
1.3.3 Ứng dụng của công nghệ in 3D trong sản xuất dược phẩm
Kể từ khi FDA chấp thuận thuốc in 3D Spritam® (levetiracetam) vào năm 2016, sự quan tâm của các nhà bào chế và các công ty dược phẩm đến công nghệ này đã tăng lên đáng kể [24] Tiến bộ trong nghiên cứu bộ gen của người đang nhanh chóng thúc đẩy sự phát triển của y học cá nhân hóa Khái niệm y học cá nhân hóa được hiểu là sử dụng hồ sơ di truyền của một cá nhân để hướng dẫn các quyết định liên quan đến việc phòng ngừa, chẩn đoán và điều trị bệnh Điều này có thể được chứng minh với việc triển khai dự án “The Precision Medicine Initiative” (PMI-Sáng kiến Y học Chính xác) của chính quyền Obama (Hoa Kỳ) tập trung vào chăm sóc cá nhân [25] Bên cạnh đó, công ty Triastek đã nhận được chấp thuận của tổ chức FDA cho Ứng dụng thuốc mới đang nghiên cứu cho thuốc T19 để điều trị viêm khớp dạng thấp đã được sản xuất bằng phương pháp in 3D Thiết kế phức tạp và hình học bên trong của sản phẩm này cho phép kiểm soát và điều chỉnh thời gian trễ, hàm lượng và mô hình giải phóng của chế phẩm Đó là những lý do để các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá những lợi thế của các công nghệ in 3D khác để tạo ra các công thức khó sản xuất bởi các phương pháp bào chế truyền thống Ngoài ra, với tầm quan trọng đối với y học cá nhân hóa, công nghệ này đã trở thành một giải pháp đầy hứa hẹn cho việc sản xuất dược phẩm một số lượng ít với hàm lượng thích hợp và kiểu giải phóng dược chất đa dạng Điều này được chứng minh qua các bài báo khoa học và số lượng nghiên cứu tăng lên theo thời gian
Hình 1.5 Tỷ lệ các công nghệ in 3D được ứng dụng và số lượng bài báo xuất bản năm 2015- 2019 ứng dụng trong nghiên cứu
(a) Tỷ lệ tương đối của các công nghệ in 3D được ứng dụng trong nghiên cứu dược đã được công bố trong 5 năm qua (2015-2019, tổng số 202 bài báo); (b) Số lượng Ép đùn (FDM,PAM)
In trên nền bột SLA
Số lượng cô ng bố bài báo khoa học đã xuất bản (nghiên cứu và tổng quan) trong giai đoạn từ 2015 đến
2019 báo cáo việc sử dụng kỹ thuật in 3D dựa trên ép đùn (tạo mô hình bằng bồi đắp liên kết hoặc có hỗ trợ áp suất (nguồn: cơ sở dữ liệu Scopus và PubMed) [16]
Sử dụng in 3D, có thể thiết kế và phát triển các dạng bào chế phức tạp phù hợp để điều chỉnh giải phóng dược chất In 3D đặc biệt phù hợp và có thể thay thế các kỹ thuật sản xuất truyền thống trong việc sản xuất thuốc cá nhân hóa, hoặc những trường hợp khó khăn trong tiếp cận với các sản phẩm dược phẩm sản xuất đại trà, và sản xuất thuốc theo yêu cầu được cho phép [26], [27]
In 3D cho phép tạo ra các viên nổi có lực nổi lớn và không có thời gian trễ Điều này rất quan trọng trong việc đảm bảo thuốc nổi được trên dịch vị do tránh được hiện tượng không thể tái nổi một khi bị chìm và tránh được sự nhấn chìm bởi dịch vị có độ nhớt cao và thức ăn dưới, tác động của nhu động dạ dày.Hệ thống phân phối thuốc nổi trong dạ dày sử dụng công nghệ in 3D [28] có thể làm giảm tỉ trọng của hệ thống và cung cấp đủ lực nổi để tạo ra khả năng nổi cho chế phẩm trong dịch dạ dày mà không làm ảnh hưởng đến nhu động bình thường của đường tiêu hóa, theo đó, dược chất được giải phóng liên tục trong một khoảng thời gian Các chế phẩm nổi truyền thống thường gặp các vấn đề về độ trễ thời gian nổi, làm rỗng dạ dày sớm, thời gian lưu giữ trong dạ dày không ổn định và tốc độ giải phóng dược chất [29], [30] Công nghệ in 3D cho phép tùy chỉnh, tạo ra các đơn vị mang thuốc có hình dạng và kích thước như mong muốn
1.3.4 Ưu điểm của dược phẩm sản xuất bằng công nghệ in 3D
1.3.4.1 Thuốc cá nhân hóa cho các nhóm dân số đặc biệt
Nguyên liệu, thiết bị
2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất
Bảng 2.1 Các nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
STT Nguyên liệu Nguồn gốc Tiêu chuẩn
3 Hydroxypropyl methylcellulose Mỹ USP/NF
4 Hydroxypropyl cellulose (Klucel) Mỹ USP/NF
5 Polyvinyl alcol (PVA) Trung Quốc Nhà sản xuất
6 Polyethylen glycol (PEG) 400 Singapore USP/NF
8 Các muối pha đệm Trung Quốc Phân tích
− Máy đùn nóng chảy đơn trục thiết kế và lắp đặt trong nước
− Máy in 3D FDM Creality Ender (Creality 3D Technology Ltd.,Trung Quốc)
− Thiết bị đo lực nổi được thiết kế và lắp đặt theo tham khảo tài liệu số 50
− Máy phân tích cơ lý The Brookfield CT-3 Texture Analyzer (Pháp)
− Kính hiển vi soi nổi EUROMEX SB.1903 (Hà Lan)
− Thước kẹp điện tử Stainless Hardened (Trung Quốc)
− Cân phân tích ES-2255M-DR (Mettler Toledo, Thụy sĩ)
− Hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao Agilent 1200 (Agilent Technologies, Đức)
− Hệ thống thử hòa tan RC6 Dissolution Tester (Trung Quốc)
− Máy phân tích nhiệt DSC 1 StarSystem (Mettler Toledo, Thụy Sĩ)
− Máy phân tích nhiệt TGA/DSC 1 StarSystem (Metler Toledo, Thụy Sĩ)
− Máy phân tích nhiễu xạ tia X XRD EQUINOX 5000 (ThermoFisher Scientifics Inc., Pháp).
− Thiết bị đo FTIR IRAffinity - 1S FT-IR Shimadzu (Nhật Bản)
2.1.3 Địa điểm thực hiện nghiên cứu
− Khoa Bào chế và công nghệ dược phẩm, Trường Đại học Dược Hà Nội
− Khoa Hóa phân tích và Kiểm nghiệm thuốc
− Khoa Dược liệu- Dược học cổ truyền
− Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học tự nhiên
− Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Bào chế sợi in chứa levodopa/carbidopa bằng phương pháp đùn nóng chảy a Nghiên cứu tiền công thức
− Đánh giá tương tác dược chất-tá dược
− Lựa chọn tá dược/ tỉ lệ phối hợp tá dược polyme phù hợp
− Kiểm soát một số thông số quy trình đùn sợi in b Đánh giá tính chất của sợi in:
− Hình thái, kích thước, tính chất bề mặt của sợi
− Tính chất cơ lý của sợi
− Độ đồng đều kích thước sợi
− Độ đồng đều hàm lượng dược chất trong sợi
2.2.2 Thiết kế mô hình và bào chế viên nổi chứa levodopa/carbidopa 100mg/25mg bằng công nghệ in 3D-FDM
− Thiết kế mô hình 3 chiều của viên nổi dựa trên nguyên lý tỷ trọng thấp
− Thực hiện in các mô hình thiết kế và so sánh sự sai khác của chế phẩm in với thiết kế của nó
− Đánh giá ảnh hưởng của thiết kế viên, cấu trúc viên và thông số in đến khả năng nổi của viên
2.2.3 Đánh giá một số đặc tính chất lượng quan trọng của chế phẩm
− Độ đồng đều kích thước, khối lượng viên, hình thái và tính chất bề mặt
− Đánh giá lực nổi và thời gian nổi của chế phẩm
− Định lượng hoạt chất và độ đồng đều hàm lượng dược chất trong viên
− Đánh giá khả năng giải phóng dược chất của viên.
Các phương pháp bào chế
2.3.1 Bào chế sợi in chứa levodopa/carbidopa bằng phương pháp đùn nóng chảy a Thiết bị đùn nóng chảy
Các sợi in được tạo ra trên thiết bị đùn nóng chảy đơn trục với sơ đồ cấu tạo thiết bị được trình bày như Hình 2.1:
Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị đùn nóng chảy đơn trục
Thiết bị bao gồm giá đỡ (1), mô tơ điện giảm tốc 1/50 (2), phễu cấp nguyên liệu (3) Trong quá trình hoạt động, nguyên liệu được làm nóng, mềm hóa nhờ nhiệt được truyền vào từ ống đùn (4), sau đó được dẫn đẩy nhờ lực quay và nén ép của trục vít (5) Nhiệt độ của ống đùn, khuôn và tốc độ đùn được cài đặt, tùy chỉnh thông qua bộ điều khiển (6) Tận cùng của trục vít được đặt một khuôn kim loại (7) với một lỗ tròn có đường kính khoảng 1,0- 2,0 mm Khi nguyên liệu nóng mềm được nén ép qua khuôn, sợi hình trụ được hình thành và được thu gom bởi băng chuyền (8) Tốc độ băng chuyền có thể điều chỉnh để thu được sợi in với kích thước mong muốn nhờ bộ điều khiển (9) Một số thông số kỹ thuật của thiết bị được trình bày ở Bảng 2.2
Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật thiết bị đùn nóng chảy đơn trục
Tên bộ phận Thông số Đơn vị Đường kính khuôn (7) Đường kính: 1,0; 1,5; 1,7; 2,0 mm
Bộ điều khiển nhiệt độ, tốc độ đùn (6) Nhiệt độ: 0 - 300 o C
Tốc độ đùn: 0 - 52 vòng/phút
Bộ điều khiển tốc độ băng chuyền (9) Tốc độ băng chuyền: 0 - 60 cm/phút b Quy trình bào chế sợi in Để chuẩn bị cho thí nghiệm, từng nguyên liệu được rây riêng biệt qua rây #35 mesh (0,5 mm) Hỗn hợp vật lý của các công thức bào chế sợi in được cân và trộn đồng nhất sử dụng chày cối sứ theo nguyên tắc trộn đồng lượng
Trước khi tiến hành đùn tạo sợi, cài đặt nhiệt độ của ống đùn, khuôn và khởi động gia nhiệt cho thiết bị Khi nhiệt độ đặt đến các giá trị cài đặt, chờ thêm khoảng 15 phút để hệ thống ổng định và đạt trạng thái cân bằng nhiệt Nguyên liệu được cấp từ từ qua phễu cấp liệu và di chuyển trong ống đùn đã được làm nóng Dưới tác động của nhiệt, nguyên liệu sẽ trở nên mềm hoặc nóng chảy và được nén ép qua khuôn Khi đi ra khỏi khuôn đùn, các các sợi đùn được làm nguội và hóa rắn Để có được các filament đồng nhất với đường kính mong muốn là 1,7 ± 0,5 mm, điều chỉnh đồng bộ tốc độ đùn, tốc độ cấp nguyên liệu và tốc độ băng chuyền cho phù hợp
Khoảng 20 g sợi đùn ban đầu được loại bỏ và sợi đùn đồng nhất được thu gom qua bộ phận băng chuyền khi quá trình đùn nóng chảy đang hoạt động ở trạng thái ổn định Các sợi in sẽ được bảo quản trong hai lần túi polyethylene (PE) hàn kín, đặt trong bình hút ẩm để ở nơi mát, tránh ánh sáng nhằm tránh sự hút ẩm và phân hủy dược chất trước khi thực hiện quá trình in 3D FDM
2.3.2 Phương pháp bào chế viên nổi levodopa/carbidopa 100mg/25mg
Thiết kế: Mô hình của các đơn vị bào chế được thiết kế với các hình dạng khác nhau trên phần mềm Autodesk Fusion 360 và lưu dưới định dạng tệp stl Tại đây, viên phối hợp levodopa-carbidopa sẽ được tùy chỉnh chi tiết cấu trúc bên trong để điều khiển động học giải phóng dược chất và các đặc tính của dạng bào chế
Cắt lớp và in: Mô hình được cắt lớp và in thông qua điều khiển của phần mềm
Ultimaker Cura 4.11.0, sử dụng máy in 3D FDM tiêu chuẩn được điều khiển bởi hệ điều hành nguồn mở (Marlin, Trung Quốc) Viên levodopa/carbidopa 100mg/25mg được in với các thông số được cài đặt tùy theo từng thí nghiệm với khoảng biến thiên như sau:
- Cấu trúc đường in: tùy chỉnh
- Bề dày lớp in: 0,1-0,5mm
Sau khi hoàn tất việc cài đặt, vật thể được cắt thành từng lớp và tín hiệu sẽ được truyền đến bộ phận điều khiển của máy in 3D Khi quá trình in khởi động, bàn in và đầu in sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ cài đặt Ngay sau đó, sợi in đã nạp sẵn từ trước sẽ được kéo-đẩy dần vào đầu in với tốc độ phù hợp để bắt đầu quá trình in Quá trình in diễn ra theo từng lớp, nguyên liệu của lớp in mới bồi đắp và kết dính với lớp in trước Các lớp in sẽ nhanh chóng đông rắn lại ở nhiệt độ phòng Quá trình cứ thế lặp lại cho đến khi tạo thành vật thể hoàn chỉnh Cuối cùng, chế phẩm được thu gom, đựng trong lọ thủy tinh nút kín và bảo quản trong bình hút ẩm, tránh ánh sáng.
Các phương pháp đánh giá
2.4.1 Đánh giá tiền công thức và trạng thái kết tinh của hoạt chất
2.4.1.1 Phương pháp xác định nhiệt độ mềm hóa của polyme
Nhiệt độ mềm hóa được xác định bằng cách sử dụng thiết bị cán nhiệt với cấu tạo thiết bị được trình bày như Hình 2.2
Hình 2.2 Sơ đồ các bộ phận chính của thiết bị cán nhiệt
Thiết bị cán nhiệt gồm 3 bộ phận chính: mô tơ, đĩa kép đồng trục, bộ gia nhiệt
Mô tơ (1) tạo và truyền động lực quay đến đĩa kép đồng trục Đĩa kép đồng trục cấu tạo gồm 2 đĩa, đĩa xoay (2) và đĩa tĩnh (3) Trong đó, đĩa tĩnh có thể ôm gọn đĩa xoay và cho phép đĩa trên xoay trượt tự do Bộ gia nhiệt có dạng bản mỏng (bản điện trở) (5) cuốn quanh toàn bộ mặt ngoài của đĩa tĩnh, nhiệt độ của đĩa tĩnh được điều khiển bởi một cảm biến nhiệt (4)
Tiến hành tạo hỗn hợp vật lý các công thức nghiên cứu bằng cách trộn đồng lượng Lấy khoảng 0,2 g hỗn hợp công thức, đặt vào chính tâm của thiết bị Nhiệt độ của hệ được nâng từ từ, đồng thời quay đĩa trên của bộ cán nhiệt Dưới tác động của nhiệt độ, khối bột chuyển từ thể rắn, rời rạc sang trạng thái mềm, các tiểu phân có thể dính kết lại với nhau Thể chất của khối bột được ghi lại theo sự tăng nhiệt độ là cơ sở để xác định nhiệt độ chuyển trạng thái Nhiệt độ mềm hóa xác định được sẽ là cơ sở để lựa chọn công thức và thông số đùn nóng chảy phù hợp
2.4.1.2 Phương pháp xác định hàm lượng levodopa và carbidopa bằng HPLC Định lượng đồng thời levodopa và carbidopa bằng phương pháp HPLC, tham khảo từ dược điển Mỹ (USP 43) chuyên luận viên nén carbidopa và levodopa, có điều chỉnh một số thông số và điều kiện cho phù hợp với điều kiện thiết bị Các mẫu định lượng levodopa/carbidopa được phân tích trên hệ thống sắc ký lỏng HPLC Infinity 1200 series (Agilent, Mỹ) với các thông số:
Pha động: Hỗn hợp gồm methanol và dung dịch đệm phosphat pH 3.0 (gồm 20mM
NaH2PO4 and 10mM Na2HPO4) với tỷ lệ 5: 95
Dung môi pha mẫu: dung dịch đệm KH2PO4 13.6 g/L; pH 3,0
Dung dịch chuẩn: Hoà tan chính xác một lượng levodopa và carbidopa tương ứng khoảng 100 mg và 25 mg trong dung môi pha mẫu và pha loãng đến nồng độ xác định
Dung dịch thử: Mẫu thử được cắt/nghiền nhỏ, chiết bằng pha động bằng cách siêu âm và pha loãng đến nồng độ thích hợp Điều kiện sắc ký:
Cột sắc ký: C18 (150 mm x 4,6 mm) hạt nhồi 5 m (packing L1)
Detector: DAD UV bước sóng 280 nm
Tốc độ dòng: 1,0 ml/phút
2.4.1.3 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
Phân tích nhiệt trọng lượng được thực hiện trên hệ thống TGA/DSC 1 Star System (Mettler Toledo, Thụy sĩ) Triệt tiêu trọng lượng của đĩa phân tích TGA làm bằng chất liệu zirconia (Metler Toledo) Chuyển một lượng mẫu khoảng 5-15 mg vào đĩa phân tích TGA Sau đó đặt đĩa chứa mẫu tại vào vị trí xác định của hệ thống và đóng kín buồng nhiệt Duy trì môi trường trơ trong buồng chứa mẫu bằng dòng khí nitơ lưu lượng
50 ml/phút Ổn định mẫu ở nhiệt độ 25 o C trong 5 phút Tiến hành gia nhiệt với khoảng nhiệt độ từ 25 o C – 300 o C Tốc độ gia nhiệt được giữ không đổi ở tốc độ 10 o C/phút Kết quả thu được là giản đồ nhiệt biểu thị sự biến thiên của khối lượng mẫu theo nhiệt độ, được dùng để đánh giá độ ổn định của mẫu theo nhiệt độ
2.4.1.4 Phân tích nhiệt vi sai (DSC)
Cân chính xác khoảng 5-15mg mẫu phân tích cho vào đĩa nhôm, hàn kín, đưa vào buồng phân tích Ổn định mẫu ở nhiệt độ 5 o C trong 3 phút Tiến hành gia nhiệt và làm lạnh một hay nhiều chu kỳ với tốc độ gia nhiệt được giữ không đổi ở tốc độ 10 o C/phút Kết quả thu được là giản đồ nhiệt biểu thị hiệu nhiệt lượng cung cấp cho mẫu thử và đĩa trống theo nhiệt độ Dựa trên các pic thu nhiệt, tỏa nhiệt và sự thay đổi nhiệt dung để xác định trạng thái kết tinh, nhiệt độ và nhiệt chuyển thể thủy tinh của mẫu Các thông số đo được dự kiến như sau:
+ Thiết bị: hệ thống DSC 1 StarSystem
(Mettler Toledo, Thụy sĩ) + Ổn định mẫu: Thời gian 3 phút ở nhiệt độ 5 o C
+ Tốc độ gia nhiệt: 10 o C/phút
+ Lưu lượng khí nitơ: 50 ml/phút
2.4.1.5 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD)
Các mẫu nguyên liệu và tá dược có trong thành phần công thức, hỗn hợp vật lý và mẫu bào chế được đưa vào bộ phận giữ mẫu Đưa mẫu vào buồng đo bằng thiết bị đưa mẫu tự động và tiến hành đo với thông số dự kiến sau đây
+ Thiết bị: hệ thống XRD EQUINOX 5000
+ Bức xạ tia X: Bức xạ Cu-K alpha1, bước sóng 1,54 A o
+ Khoảng đo: Góc đo 2 từ 5 o đến 45 o
2.4.1.6 Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
Trong phân tử, các nguyên tử ở mỗi liên kết dao động với một tần số đặc trưng nằm trong vùng hồng ngoại Khi bị chiếu một chùm tia bức xạ, liên kết đó hấp thụ bức xạ có bước sóng đúng bằng dao động giữa các nguyên tử của liên kết Phổ IR giúp xác định được các loại dao động đặc trưng của các liên kết hay các nhóm chức có trong phân tử Các mẫu nghiên cứu được quét phổ FTIR sử dụng kỹ thuật phản xạ toàn phần có thể đo các mẫu nguyên trạng, hầu như không cần chuẩn bị mẫu Tiến hành làm nhỏ hoặc nghiền mịn nhẹ nhàng tránh làm thay đổi trạng thái kết tinh của các thành phần Thực hiện quyét phổ hồng ngoại biến đổi Fourier trên thiết bị FTIR IRAffinity - 1S FT-IR Shimadzu (Nhật) Điều chỉnh cần nén mẫu sao cho mẫu cần đo tiếp xúc tối đa với bề mặt ATR với một lực ép vừa phải Tiến hành quét phổ IR trong dải số sóng 400 - 4000 cm -1 với độ phân giải 4 cm -1 và quét lặp lại 2 lần Dựa vào các dải hấp thụ đặc trưng để đánh giá thành phần hóa học và tương tác giữa các thành phần trong công thức
2.4.1.7 Đánh giá tương tác dược chất-tá dược
Các hỗn hợp vật lý của levodopa, carbidopa và các tá dược tiềm năng với tỷ lệ thích hợp được trộn đồng nhất Phân tích DSC các hỗn hợp vật lý để phát hiện các tương tác ở nhiệt độ cao nếu có
2.4.2 Phương pháp đánh giá sợi
Tính chất bề mặt của các mẫu sợi in được đánh giá bằng cách quan sát trên kính hiển vi quang học kết nối camera và kính hiển vi soi nổi Tính chất bề mặt của sợi in được quan sát ở các độ phóng đại khác nhau và hình ảnh được chụp lại
2.4.2.2 Tính chất cơ lý của sợi
Lực gây biến dạng sợi in theo phương vuông góc và phương song song được đánh giá bằng thiết bị Texture Analyzer CT3 (Brookfield Eng., USA) Thiết bị này cho phép ghi lại đồng thời lực tác động và đường đi của đầu chức năng
Xác định lực gây biến dạng sợi theo phương vuông góc
Sợi in được cắt thành từng đoạn dài khoảng 5-6 cm, đặt vuông góc với hai tấm đỡ mẫu và đầu dò kiểu dao cắt Tiến hành phép đo với các thông số: khoảng cách giữa
2 tấm gắn mẫu: 4,0 cm; tốc độ đầu đo trước, trong và sau khi chạm mẫu là 1,0 mm/s; quãng đường đầu đo di chuyển: 10mm; lực tối thiểu ghi nhận kết quả 0,05 N Lực uốn cong của sợi in được đánh giá thông qua lực gây tác động gây cong sợi in theo phương vuông góc
Xác định lực gây biến dạng sợi theo phương dọc
Sợi in được cắt thành từng đoạn có độ dài chính xác 5 cm, một đầu được gắn vào đầu dò, phần đầu sợi còn lại được đặt trên bàn đỡ mẫu Tiến hành phép đo với các thông số: tốc độ đầu đo trước, trong và sau khi chạm mẫu là 0,1 mm/s; quãng đường đầu đo di chuyển: 5 mm; lực tối thiểu ghi nhận kết quả 0,05 N Lực uốn cong của sợi in được ghi lại
2.4.2.3 Độ đồng đều kích thước sợi Đo đường kính sợi tại 10 vị trí khác nhau bằng thước kẹp điện tử và tính kết quả trung bình, độ lệch chuẩn
2.4.2.4 Độ đồng đều hàm lượng dược chất trong sợi
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Bào chế sợi in levodopa/carbidopa bằng phương pháp đùn nóng chảy
3.1.1 Khảo sát lựa chọn polyme
Nhiệt độ chuyển trạng thái của các nguyên liệu polyme không chỉ phụ thuộc vào bản chất hóa học, cấu trúc mạng phân tử mà còn bị ảnh hưởng bởi trọng lượng phân tử của chúng Các nguyên liệu polyme thông dụng thuộc loại polyme thân nước là hydroxypropylmethyl cellulose (HPMC), polyvinyl alcohol (PVA), hydroxypropyl cellulose (Klucel) với trọng lượng phân tử trung bình khác nhau được đánh giá nhiệt độ mềm hóa nhằm lựa chọn polyme phù hợp cho nghiên cứu Kết quả đánh giá được trình bày trong Bảng 3.1
Bảng 3.1 Nhiệt độ mềm hóa của các loại polyme Loại Polyme Nhiệt độ mềm hóa ( o C)
Nhìn chung, các mẫu nguyên liệu HPMC có nhiệt độ mềm hóa cao hơn so với các mẫu PVA và Klucel Với cùng loại polyme, trọng lượng phân tử càng cao thì nhiệt độ mềm hóa và độ nhớt khi nóng chảy càng lớn Nguyên liệu Klucel ở tất cả các trọng lượng phân tử đều cho nhiệt độ mềm hóa thấp, phù hợp sử dụng trong quá trình đùn tạo sợi
Tiến hành thí nghiệm thăm dò với 4 loại Klucel EF, LF, MF và HF, sử dụng hệ thống đùn đơn trục, đường kính khuôn 1,5mm Kết quả cho thấy Klucel HF và MF có thể đùn ở nhiệt độ tương ứng là 160 o C và 145 o C Tuy nhiên sợi bị xoắn vặn và có đường kính quá lớn (dao động trong khoảng 2,2-2,7 mm, tùy tốc độ đùn) Đối với Klucel
EF, nhiệt độ đùn thấp hơn nhiều so với Klucel HF và MF, khoảng 110-120 o C nhưng quá trình đùn diễn ra chậm do nguyên liệu dễ hút ẩm gây ra tình trạng bết dính, khối bột khó di chuyển trong lòng trục máy đùn nóng chảy Chỉ riêng Klucel LF có độ trơn chảy tốt, dễ cấp nguyên liệu và có nhiệt độ đùn thấp, do đó được lựa chọn để tiếp tục nghiên cứu
Từ các đánh giá trên, chúng tôi lựa chọn polyme chính để tạo thành sợi in là Klucel
LF Song song với đó, phối hợp thêm PVA 205 vào công thức để cải thiện tính chất cơ lý của sợi Tiến hành bào chế sợi in với thành phần gồm 2 loại polyme nêu trên và lần lượt đánh giá khả năng tạo thành sợi in khi tăng dần tỷ lệ PVA 205 Kết quả được trình bày trong Bảng 3.2
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát khả năng tạo thành sợi in
Klucel LF: PVA tỉ lệ 80:20
Klucel LF: PVA tỉ lệ
Khả năng tạo sợi in
Mô tả sợi Màu trắng, hơi đục, thể chất dẻo dai
Màu trắng, trong, khá dẻo dai
Màu trắng, hơi ngà, giòn, dễ gãy
Cả 3 tỉ lệ phối hợp đều có khả năng tạo thành sợi in dễ dàng bằng phương pháp đùn nóng chảy, quá trình đùn ổn định, phù hợp với các nghiên cứu đã tham khảo Kết quả đánh giá sơ bộ về tính chất cơ lý của các loại sợi tạo thành được trình bày trong Bảng 3.3
Bảng 3.3 Tính chất cơ lý của các loại sợi (n) Công thức Đường kính (mm)
Lực gây biến dạng sợi theo phương vuông góc (N)
Lực gây biến dạng sợi theo phương dọc (N)
Hình thái của sợi sau khi tác dụng lực F1 1,722 ± 0,012 4,4207 ±23,75 5,4131 ± 32,18 Bị uốn cong
Kết quả cho thấy đường kính của sợi không thay đổi quá nhiều khi thêm PVA với tỉ lệ tăng dần Đường kính của các sợi dao động trong khoảng hẹp với RSD = 0,57- 4,10% cho thấy quá trình đùn có độ lặp lại tốt
Trái lại, sự có mặt của PVA trong thành phần công thức có ảnh hưởng lớn tới tính chất cơ lý của sợi Sợi trở nên cứng - giòn, tùy thuộc vào tỷ lệ PVA được thêm trong công thức Lực gây biến dạng theo phương dọc của sợi cho thấy xu hướng chịu lực tăng dần khi tăng tỷ lệ PVA Với tỷ lệ 20% PVA, sợi F3 có lực biến dạng theo phương dọc tăng nhẹ so với ban đầu Tuy nhiên, khi tăng tỷ lệ PVA lên tới 50% (F4), lực biến dạng theo phương dọc tăng khoảng 1,5 lần Ảnh hưởng của PVA tới tính chất cơ lý sợi còn được thể hiện thông qua hình thái sợi thu được sau khi tác dụng lực Khi tác dụng lực lên sợi, F1 và F3 chỉ bị uốn cong Trong khi, sợi F4 bị đứt gãy hoàn toàn Điều đó cho thấy, phối hợp PVA tỷ lệ lớn sẽ khiến sợi giòn, và không phù hợp để ứng dụng cho quá trình in 3D do sợi dễ gãy trong quá trình dẫn đẩy vào máy in
Với mục đích nhằm tạo ra sợi in có độ cứng phù hợp, dẻo dai, chịu được lực tác động của sự kéo đùn sợi trong máy in 3D, đảm bảo sợi trong quá trình bảo quản, quá trình in, sợi không bị đứt gãy và biến dạng, khảo sát trên cho thấy F1 và F3 là 2 công thức tiềm năng để tiếp tục phát triển
3.1.2 Đánh giá tương tác dược chất- tá dược Để đánh giá sự tương tác giữa dược chất - tá dược và trạng thái kết tinh của dược chất, chúng tôi tiến hành các phân tích sau:
3.1.2.1 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Độ ổn định của dược chất, tá dược theo nhiệt độ được đánh giá thông qua phân tích TGA Các mẫu bao gồm: levodopa (LD), carbidopa (CD), hỗn hợp dược chất (HHDC) levodopa/carbidopa 4:1, Klucel LF, PVA 205, hỗn hợp vật lí (HHVL) chứa F1/HHDC = 5:5 và F3/HHDC =5:5, sợi (F1/HHDC = 5:5, F3/HHDC =5:5) và mẫu bào chế viên nổi (F1/HHDC = 5:5, F3/HHDC =5:5) Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của các mẫu trên được trình bày trong Hình 3.1a, Hình 3.1b và Hình 3.1c
Hình 3.1a Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của LD, CD và HHDC
Hình 3.1b Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của Klucel LF, PVA, HHVL
(F3/HHDC), sợi (F3/HHDC) và viên bào chế (F3/HHDC)
Hình 3.1c Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của Klucel LF, HHVL (F1/HHDC), sợi (F1/HHDC) và viên bào chế (F1/HHDC)
Nhận xét: Kết quả giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng cho thấy sự thay đổi về khối lượng của các mẫu khảo sát đều tương đối nhỏ, dưới 5% khi gia nhiệt đến 200 o C Mẫu nguyên liệu carbidopa có sự mất khối lượng rõ hơn các mẫu khác ở khoảng 100-
140 o C, có thể do nước hấp phụ trên nguyên liệu bay hơi, làm giảm độ ẩm của nguyên liệu Trên các giản đồ nhiệt cũng cho thấy dấu hiệu phân hủy nhiệt của carbidopa bắt đầu xuất hiện ở 200 o C, còn các mẫu khác đều có dấu hiệu phân hủy cao hơn nhiệt độ này Như vậy, các mẫu phân tích tương đối bền với nhiệt, ít nhất cho đến 200 o C
3.1.2.2 Quét nhiệt lượng vi sai (DSC) Để kiểm chứng kết quả phân tích TGA và xác định được nhiệt độ đùn và in 3D phù hợp, đảm bảo các nguyên liệu ổn định tại nhiệt độ bào chế, chúng tôi tiến hành xác định trạng thái vật lý của dược chất bằng thiết bị phân tích nhiệt vi sai, các mẫu bao gồm: dược chất LD, CD, HHDC, Klucel LF, PVA 205, HHVL (F1/HHDC = 5:5, F3/HHDC =5:5), sợi (F1/HHDC = 5:5, F3/HHDC =5:5) và mẫu bào chế viên nổi (F1/HHDC = 5:5, F3/HHDC =5:5) được trình bày ở Hình 3.2a và Hình 3.2b
Hình 3.2a Giản đồ quét nhiệt lượng vi sai của mẫu nguyên liệu, HHVL (F3/HHDC), sợi (F3/HHDC) và viên bào chế (F3/HHDC)
Chú thích: mẫu viên 3: viên F3/HHDC =5:5; mẫu sợi 2: sợi F3/HHDC =5:5, mẫu bột 1: hỗn hợp vật lý F3/HHDC =5:5
Hình 3.2b Giản đồ quét nhiệt lượng vi sai của mẫu nguyên liệu, HHVL (F1/HHDC), sợi (F1/HHDC) và viên bào chế (F1/HHDC)
Chú thích: mẫu HHVL 1: hỗn hợp vật lý F1/HHDC =5:5; mẫu sợi 2: sợi F1/HHDC =5:5, mẫu viên 3: viên F1/HHDC =5:5
Nhận xét: Trên giản đồ DSC của CD có sự xuất hiện đỉnh thu nhiệt tại khoảng
100-130 o C tương ứng với sự bay hơi nước Kết quả này phù hợp với sự giảm nhẹ khối lượng mẫu ở trong cùng khoảng nhiệt độ trong phân tích TGA ở trên Trên giản đồ nhiệt DSC của LD, CD lần lượt xuất hiện đỉnh thu nhiệt tại 295 o C và 204 o C, gợi ý rằng 2 dược chất này tồn tại ở dạng tinh thể và có nhiệt độ nóng chảy của nguyên liệu tương ứng là 295 o C và 204 o C Trên giản đồ quét nhiệt vi sai của mẫu nguyên liệu polyme, HHVL, mẫu sợi và viên không có các đỉnh thu nhiệt tương ứng với nhiệt độ nóng chảy của LD và CD, đồng thời cũng không phát hiện dấu hiệu bất thường của đỉnh phân hủy nhiệt Điều này gợi ý rằng các nguyên liệu tương đối bền với nhiệt và không có sự tương tác hóa học của các thành phần trong công thức trong khoảng nhiệt độ khảo sát
Bào chế viên nổi chứa levodopa/carbidopa hàm lượng 100mg/25mg bằng công nghệ in 3D- FDM
3.2.1 Thiết kế mô hình 3 chiều của viên nổi
Mô hình viên levodopa/carbidopa được thiết kế trên phần mềm Autodesk Fusion
360 và lưu dưới định dạng tệp stl Mô hình viên được in với các thông số in như sau: nhiệt độ đầu in 160 o C – 190 o C; chiều cao viên 4,0 – 10,0 mm; bề dày lớp in 0,1 mm (lớp đầu), 0,1 – 0,5 mm (lớp sau); tốc độ in 10,0 – 60,0 mm/s; độ lấp đầy (%infill) 50- 100%
Hình 3.7a Viên caplet qua các giai đoạn hoàn thiện
Hình dạng viên được thiết kế theo 2 kiểu: dạng caplet có khoang rỗng (Hình 3.6a) và dạng trụ có khoang rỗng (Hình 3.6b)
Hình 3.6a Mô hình thiết kế viên dạng caplet
Hình 3.6b Mô hình thiết kế viên dạng trụ
Hình ảnh thực tế quá trình in qua các giai đoạn tạo thành viên hình dạng caplet và trụ được mô tả lần lượt qua Hình 3.7a và Hình 3.7b
Hình 3.7b Viên trụ qua các giai đoạn hoàn thiện
3.2.2 So sánh chế phẩm in với thiết kế
3.2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ in Để đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ đầu in tới quá trình tạo viên, thí nghiệm được thực hiện khảo sát in viên từ 160 o C – 190 o C Các thông số in viên khác được cố định như: đường kính viên (d= 10,0mm), chiều cao viên (h= 4,0 mm); bề dày lớp in 0,3 mm (lớp đầu), 0,1 mm (lớp sau); tốc độ in 20,0 mm/s; độ lấp đầy (%infill) 100% Khả năng in viên, hình thức sản phẩm tạo thành được trình bày qua Bảng 3.15 và Hình 3.8
Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ in tới hình thức sản phẩm (n=3) Nhiệt độ in ( o C)
In đủ mực, viên khá nhẵn, các lớp in khá đồng nhất
In đủ mực, viên đẹp, nhẵn
In đủ mực, viên đẹp, nhẵn, màu vàng ngà hơn các viên cùng loại
In đủ mực, viên khá nhẵn, các lớp in khá đồng nhất
In đủ mực, viên đẹp, nhẵn
In đủ mực, vbề mặt hơi bị xém mực
In đủ mực, viên khá nhẵn, các lớp in khá đồng nhất
In đủ mực, viên đẹp, nhẵn
In đủ mực, viên đẹp, nhẵn, màu vàng ngà hơn các viên cùng loại
In đủ mực, các lớp in không đồng nhất, trơn nhẵn hơn các viên khác loại in ở cùng nhiệt độ, màu trắng hơn
In đủ mực, viên đẹp, nhẵn, màu trắng hơn các viên khác loại in cùng nhiệt độ
In đủ mực, viên đẹp, nhẵn, màu trắng hơn các viên khác loại in cùng nhiệt độ
Hình 3.8 Hình ảnh viên khi in ở các mức nhiệt độ khác nhau (theo thứ tự hàng từ trên xuống (F1, F3, CT1, CT2)
Nhận xét: Tất cả các sợi tiến hành khảo sát đều bắt đầu in được từ nhiệt độ 170 o C trở lên Tuy nhiên ở mức nhiệt tối thiểu in được là 170 o C, hầu hết các viên in được đều có lỗi chung là các lớp in không đồng nhất, viên bị xù xì, điều này có thể là do nhiệt độ đầu in chưa đủ để làm nóng chảy hoàn toàn sợi in, chỉ có sợi chứa tá dược là in khá tốt ở nhiệt độ này Tăng nhiệt độ giúp hình thức bên ngoài của viên được cải thiện hơn nhờ khả năng kết dính nóng của lớp in sau lên lớp in trước, giúp liên kết giữa các lớp in tốt và ổn định hơn Khi dùng các sợi in mang dược chất CT1 và CT2, sản phẩm in được có màu trắng đục, và trắng hơn các mẫu viên khác khi in ở cùng nhiệt độ 180 o C và
190 o C Bảng 3.16 dưới đây mô tả sự chênh lệch về kích thước viên so với thiết kế khi in ở các nhiệt độ khác nhau, sử dụng các sợi in có thành phần khác nhau
Bảng 3.16 Ảnh hưởng của nhiệt độ in tới sự sai lêch về kích thước viên so với thiết kế (dmm, h=4mm) (n=3)
Chênh lệch so với thiết kế (%)
(Đơn vị đường kính d: mm, đơn vị chiều cao h: mm)
Nhận xét: Khi in viên ở nhiệt độ 180 o C, các chế phẩm in từ các công thức sợi in khác nhau có độ chính xác về đường kính nằm trong khoảng 3,7-6,4% và chiều cao nằm trong khoảng 0,25-9,5% so với mẫu thiết kế Sự chênh lệch so với mô hình của các chế phẩm khi in ở 180 o C nhìn chung nhỏ hơn so với các mẫu chế phẩm in nhiệt độ 170 o C (độ lệch về d là 1,1-1,3% và độ lệch về h là 2,5-11,75%) hoặc 190 o C (độ lệch về d là 5,1-6,8% và độ lệch về h là 1,5-11,5%)
Từ những đánh giá về hình thức viên và độ chênh lệch về kích thước của sản phẩm so với mô hình thiết kế, nhiệt độ in 180 o C được lựa chọn để in các mẫu viên cho các thử nghiệm, đánh giá tiếp theo nhằm hạn chế tối đa khả năng dược chất bị phân hủy, đồng thời vẫn đảm bảo sản phẩm in ít bị sai khác nhất so với mô hình
3.2.2.2 Ảnh hưởng của chiều cao viên
Tiếp tục sử dụng sợi F3/HHDC = 5:5 cho đánh giá về ảnh hưởng của sự thay đổi chiều cao (h= 4,0 – 10,0 mm) đến hình dạng của viên khi in ở các mức nhiệt độ 180 o C (T) và 190 o C (T+10) Các thông số in khác tiếp tục được cố định: đường kính viên d10,0mm; bề dày lớp in 0,3 mm (lớp đầu), 0,1 mm (lớp sau); tốc độ in 20,0 mm/s; độ lấp đầy (%infill) 100% Hình thức về các viên sau khi in được trình bày trong Bảng 3.17 và Hình 3.9
Bảng 3.17 Ảnh hưởng của chiều cao viên tới hình thức sản phẩm (n=3) Nhiệt độ in ( o C)
T T+10 h=4 Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất
Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất h=7 Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất
Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất h Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất
Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất
Hình 3.9 Hình ảnh viên và lớp in khi in ở các chiều cao khác nhau
Nhận xét: Khi thực hiện ở 2 nhiệt độ in đã lựa chọn, các sản phẩm viên thu được đều có hình thức bên ngoài đồng nhất, nhẵn, không bị bong lớp in đầu, các lớp in tương đối mịn và đồng đều Ảnh hưởng của thông số chiều cao viên (h= 4,0- 10,0 mm) đến kích thước sản phẩm theo mô hình thiết kế được trình bày ở Bảng 3.18
Bảng 3.18 Ảnh hưởng của chiều cao viên tới kích thước viên so với thiết kế (n=3)
Nhiệt độ in Thông số h=4 mm h = 7 mm h mm d h d h d h
SD 0,095 0,067 0,160 0,055 0,081 0,168 RSD (sai số trong cùng mẫu, %) 0,882 1,631 1,497 0,792 0,768 1,659
Chênh lệch kích thước so với thiết kế
SD 0,03 0,082 0,087 0,154 0,111 0,222 RSD (sai số trong cùng mẫu, %) 0,281 2,057 0,825 2,228 1,041 2,225 Chênh lệch kích thước so với thiết kế
Nhận xét: Đối với tất cả các chiều cao viên khảo sát, khi in ở nhiệt độ 190 o C, viên có chiều cao chính xác, chênh lệch chiều cao so với kích thước theo thiết kế thấp (dưới 1,5%) Tuy nhiên, xét về chênh lệch kích thước tổng thể (đường kính, chiều cao) so với các viên trong cùng một mẫu, in ở nhiệt độ 180 o C cho các viên đồng đều về kích thước hơn với RSD thấp (dưới 1,7 %), trong khi ở nhiệt độ 190 o C, sự chênh lệch kích thước giữa các viên có thể lên tới 2,2 %
3.2.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ in viên Đánh giá sự ảnh hưởng của tốc độ in viên đến sai lệch của sản phẩm so với thiết kế được thực hiện ở các tốc độ lần lượt là v= 10,0; 20,0; 40,0 và 60,0 mm/s Các thông số khác như đường kính viên, chiều cao viên, bề dày lớp in đầu, lớp sau; độ lấp đầy (% infill) được cố định Thời gian in một viên và hình thức bên ngoài sản phẩm được trình bày qua Bảng 3.19 và Hình 3.10
Bảng 3.19 Ảnh hưởng của tốc độ in viên tới hình thức sản phẩm (n=3) Tốc độ in
(mm/s) Hình thức Thời gian in 1 viên (phút)
10 Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất 15 phút
20 Viên đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất 8 phút 30 giây
40 Nhìn rõ khoảng cách giữa các lớp in 6 phút 02 giây
60 Nhìn rõ khoảng cách giữa các lớp in 4 phút 32 giây
Hình 3.10 Hình ảnh viên và lớp in ở các tốc độ in khác nhau
Nhận xét: Nhìn chung, khi tăng tốc độ in viên giúp giảm thời gian in, tuy nhiên hình thức bên ngoài và độ hoàn thiện sản phẩm cũng giảm theo Khi tăng tốc độ in từ
10 mm/s lên 20 mm/s thời gian in để giảm gần một nửa, sản phẩm thu được vẫn có hình thức bên ngoài đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất Tiếp tục tăng tốc độ in thêm 20 mm/s, thời gian in tuy có giảm nhưng hình thức sản phẩm thu được không đẹp, nhìn rõ sự khác biệt giữa các đường in
Kết quả về sai số trong cùng mẫu và chênh lệch kích thước của sản phẩm thu được so với thiết kế của đánh giá được trình bày qua Bảng 3.20
Bảng 3.20 Ảnh hưởng của tốc độ in viên tới kích thước viên so với thiết kế (n=3)
Thông số v = 10 mm/s v = 20 mm/s v = 40 mm/s v = 60 mm/s d h d h d h d h
RSD (sai số trong cùng mẫu, %)
0,8198 1,8505 1,2183 3,3098 1,3286 4,6533 1,3319 3,4334 Độ lệch kích thước so với thiết kế (%)
Nhận xét: Khi thay đổi tốc độ in, hầu hết chiều cao viên bị chênh lệch khá ít, khoảng 0,4-1,5% so với thiết kế, trong khi đường kính viên chênh lệch khoảng 3,9- 5,46% so với thiết kế Viên in với tốc độ 20 mm/s cho sự chênh lệch về đường kính và chiều cao so với mô hình thiết kế thấp hơn so với các tốc độ khác
Như vậy, để đảm bảo sản phẩm thu được có kích thước gần đúng nhất theo mô hình thiết kế và hình thức sản phẩm đẹp mắt thì chúng tôi lựa chọn tốc độ in là 20 mm/s
3.2.2.4 Ảnh hưởng của bề dày lớp in
Đánh giá một số đặc tính chất lượng quan trọng của chế phẩm
Về mặt hình thức đánh giá bên ngoài, viên được hoàn thiện so với thiết kế, viên có bề mặt nhẵn, các đường in đồng đều nhau, không có hiện tượng bề mặt xù xì và mực in bị cháy Hình 3.18a và Hình 3.18b minh họa viên sau khi được in hoàn chỉnh và các góc độ của viên với độ lấp đầy 100% và 50%
Hình 3.18a Viên caplet hoàn chỉnh với độ lấp đầy 100%
Hình 3.18b Các góc độ của viên với độ lấp đầy 100% và 50%
3.3.2 Độ đồng đều kích thước, khối lượng Đánh giá này được thực hiện nhằm đảm bảo độ đồng đều về kích thước và khối lượng giữa các viên qua các lần in khác nhau Số liệu thu được được trình bày tại Bảng
Bảng 3.27 Kích thước, khối lượng của viên (n=5) Chiều dài
Nhận xét: Các viên có kích thước về chiều dài, chiều rộng, chiều cao và khối lượng tương đối giống với thiết kế đã sử dụng (F12) với các RSD về kích thước và khối lượng đều nằm trong giới hạn đề ra (RSD < 10%)
3.3.3 Định lượng dược chất và độ đồng đều hàm lượng dược chất trong viên
Tiến hành định lượng hàm lượng dược chất có trong viên và đánh giá đồng đều hàm lượng dược chất với số mẫu bằng 3, thu được kết quả lần lượt được trình bày tại
Bảng 3.28 Kết quả định lượng hàm lượng dược chất trong viên (n=3)
Khối lượng dược chất trong viên
Levodopa Carbidopa Levodopa Carbidopa Levodopa Carbidopa
Tỉ lệ dược chất trong viên (%)
Bảng 3.29 Độ đồng đều hàm lượng dược chất trong viên (n=3)
Nhận xét: Như vậy, với các công thức được đánh giá, khối lượng levodopa/carbidopa trong viên chiếm khoảng 50% tổng khối lượng viên, tỉ lệ dược chất cũng chiếm khoảng 50% Không có sự khác biệt quá nhiều về tỉ lệ giữa levodopa/carbidopa (4:1) trong các viên
3.3.4 Đánh giá lực nổi và thời gian nổi của chế phẩm
Lực nổi và thời gian nổi của chế phẩm được đánh giá qua các thời điểm cụ thể, bao gồm: 5 phút, 1h, 2h, 4h, 6h, với số lượng mẫu bằng 3 Kết quả thu được được trình bày trong Hình 3.19
Hình 3.19 Lực nổi qua các thời điểm đánh giá của chế phẩm (n=3)
Thời gian (giờ) viên 2 viên 3
Nhận xét: Lực nổi và thời gian nổi của các mẫu chỉ khác biệt tại thời điểm ban dầu khi thả mẫu (t= 5 phút), sau đó tại các thời điểm đánh giá tiếp theo, hầu như không có sự khác biệt quá nhiều Các mẫu đều nổi cho tới khi viên tan hết
3.3.5 Đánh giá khả năng giải phóng dược chất của viên
Thí nghiệm đánh giá khả năng giải phóng dược chất của viên với số lượng mẫu n=3, các thời điểm đánh giá tương tự như với thời điểm đánh giá lực nổi và khả năng nổi của viên Phần trăm levodopa và carbidopa giải phóng được thể hiện qua Hình 3.20a và Hình 3.20b a b
Hình 3.20 Phần trăm giải phóng levodopa qua các thời điểm (Hình a), phần trăm giải phóng carbidopa qua các thời điểm (Hình b) (n=3)
Nhận xét: Kết quả thu được cho thấy khả năng giải phóng levodopa và carbidopa của 3 mẫu tham gia đánh giá là tương tự nhau Tại thời điểm 4 giờ, cả 2 loại hoạt chất đều được giải phóng với tỉ lệ trên 80% Thời điểm cuối cùng (t=7h), viên được đánh giá bằng mắt thường là tan hết, kết quả phần trăm dược chất giải phóng lên tới hơn 99%.
Đánh giá độ ổn định của viên
Sau thời gian bảo quản 10 ngày, độ ổn định của viên được đánh giá dựa trên: thay đổi hàm lượng dược chất trong viên so với viên ban đầu (%) và tương tự về động học giải phóng dược chất
3.4.1 So sánh hàm lượng dược chất trong viên Đánh giá về sự thay đổi hàm lượng dược chất trong viên sau thời gian bảo quản thu được kết quả tại Bảng 3.30
% g iả i p hó ng d ư ợ c ch ất % d g ia r i p hó ng d ư ợ c ch ất
Bảng 3.30 Tỉ lệ tăng/giảm hàm lượng dược chất trong viên sau thời gian bảo quản
Tỷ lệ tăng/giảm hàm lượng dược chất trong viên so với viên ban đầu (%)
Nhận xét: Sau thời gian bảo quản 10 ngày, cả 2 nhiệt độ khảo sát đều cho thấy viên không có sự thay đổi về hình thức, hàm lượng LD và CD so với mẫu ban đầu không bị thay đổi
3.4.2 Đánh giá tương đồng về khả năng giải phóng dược chất
Tương đồng về khả năng giải phóng dược chất được đánh giá thông qua chỉ số f 2 theo công thức dưới đây (tham khảo Hướng dẫn đánh giá tương đương hòa tan của
US FDA) Kết quả phần trăm phóng dược chất sau thời gian 10 ngày tại nhiệt độ bảo quản lần lượt là 30 o C và 40 o C, thu được tại Bảng 3.31
Bảng 3.31 Phần trăm dược chất giải phóng sau thời gian bảo quan
Phần trăm giải phóng levodopa
Phần trăm giải phóng carbidopa
Nhận xét: Chỉ số f2 so sánh các đường hòa tan của từng dược chất ở từng điều kiện bảo quản so với thời điểm ban đầu đều > 50%, chứng tỏ có sự tương đương hòa tan của các mẫu trước và sau khi bảo quản 10 ngày ở cả 2 điều kiện Chỉ số f2 của LD và CD tại nhiệt độ bảo quản 30 o C là khá tốt, đều trên 85% Tuy nhiên chỉ số f2 của CD ở nhiệt độ 40 o C giảm xuống còn 78,3% Nhìn chung các chỉ số này đều đạt trên mức 50%, được coi là tương đương hòa tan với mẫu ban đầu.
BÀN LUẬN
Về bào chế sợi in
4.1.1 Về lựa chọn phương pháp và tá dược tạo sợi
Hiện nay, có 2 phương pháp chính được sử dụng để tạo ra sợi in chứa dược chất, bao gồm: ngâm tẩm và đùn nóng chảy Quá trình ngâm tẩm sợi in thương mại vào dung dịch hoặc hỗn dịch dược chất đã chuẩn bị sẵn trong một khoảng thời gian thích hợp Quá trình này chủ yếu dựa trên sự khuếch tán thụ động của dược chất lên bề mặt sợi in [53] Phương pháp này đem lại ưu điểm dễ thao tác và không sử dụng nhiệt tác động, do đó có thể tránh được sự phân hủy của các dược chất không bền với nhiệt Lượng thuốc được nạp vào sợi qua các nghiên cứu là khác nhau Tuy nhiên, do tải lượng thuốc thấp (khoảng 2% w/w) nên chỉ thích hợp với những thuốc có tác dụng điều trị ở liều thấp [54]
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp đùn nóng chảy để tạo sợi in Phương pháp được cho là giải pháp tốt hơn để sản xuất sợi in chứa dược chất cho các ứng dụng bào chế dược phẩm bằng cách sử dụng các polyme thay vì sử dụng các sợi in thương mại có sẵn [19], [55] Việc nạp dược chất vào sợi in được thao tác bằng cách phối trộn dược chất hoặc hỗn hợp dược chất vào tá dược polyme trước quá trình ép đùn Phương pháp này có thể phối trộn lượng lớn dược chất vào sợi nên kỹ thuật này đảm bảo tính linh hoạt về liều lượng cao hơn [56]
Mặc dù hầu hết các polyme đều có thể sử dụng cho quá trình đùn nóng chảy để chế tạo các sợi in [57], tuy nhiên việc lựa chọn cần phải xem xét dựa trên ứng dụng mong muốn cũng như các tính chất nhiệt và cơ học của chúng
Do vậy, khi thiết kế nghiên cứu, chúng tôi lựa chọn các polyme với tiêu chí: được FDA chấp thuận, có khả năng phân hủy sinh học, không tương kỵ với dược chất, có khả năng tạo thành sợi in với độ dẻo dai phù hợp Các polyme thường được sử dụng trong công nghệ in 3D là: polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidione (PVP), hydroxypropyl cellulose (Klucel LF), hydroxypropylmethyl cellulose (HPMC)
Dựa trên các tài liệu tham khảo [45], [47], [48], các polyme được đưa vào khảo sát bao gồm Klucel LF và PVA Klucel LF được lựa chọn là tá dược chính cho nghiên cứu do đặc tính dẻo, khả năng hoàn toàn trong nước và dung môi hữu cơ Bên cạnh đó, khả năng trương nở cao của Klucel LF là một đặc điểm phù hợp với các dược chất cần điều chỉnh về tốc độ giải phóng thuốc [58], [59]
Ba công thức được tạo thành từ 2 loại polyme trên được tiến hành khảo sát Kết quả cho thấy cả 3 công thức này đều có khả năng tạo thành sợi in bằng phương pháp đùn nóng chảy Trong đó, sợi với công thức F1 (100% Klucel LF) và công thức F3 (Klucel: PVA tỉ lệ 80:20) có khả năng chịu lực gây biến dạng tốt, có thể là do tính chất lưu biến của PVA, polyme này có tính mềm dẻo cũng như khả năng chịu độ bền kéo cao
4.1.2 Nghiên cứu tiền công thức
Phân tích sự tương tác giữa dược chất và tá dược là một bước quan trọng trước khi tiến hành bào chế Quá trình phân tích này có thể sử dụng một nhóm kỹ thuật trong đó một đặc tính vật lý (ví dụ: những thay đổi về năng lượng, nhiệt độ, khối lượng) của vật liệu được đo bằng cách đưa vật liệu vào một chương trình nhiệt độ được kiểm soát Các kỹ thuật này thường được sử dụng để theo dõi các quá trình thu nhiệt (ví dụ: nhiệt chuyển thủy tinh, nóng chảy, chuyển pha rắn - rắn) và các quá trình tỏa nhiệt (ví dụ: kết tinh, phân hủy hóa học) của nguyên liệu
DSC là một trong những kỹ thuật phân tích nhiệt được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong nghiên cứu vật lý chất rắn, khoa học vật liệu và hóa học Kỹ thuật này đo sự khác biệt về lưu lượng nhiệt của mẫu so với mẫu đối chứng theo thời gian hoặc nhiệt độ
Bên cạnh đó, TGA cũng là một kĩ thuật mạnh để đo độ ổn định nguyên liệu bằng cách đánh giá sự giảm khối lượng của nguyên liệu theo nhiệt độ
Nhiễu xạ tia X (XRPD) là một phương pháp phổ biến khác dùng để nghiên cứu trạng thái đa hình (polymorphism) của cả nguyên liệu và các chế phẩm thuốc, có thể được sử dụng để phân tích nhiều đặc điểm của cấu trúc vi mô của vật liệu, bao gồm các thông số mạng tinh thể, sự hiện diện của các điểm không hoàn hảo, định hướng tinh thể học và mức độ kết tinh [60]
Các phương pháp này có thể dự đoán sớm các tá dược phù hợp với dược chất cũng như xác định các tương tác tiềm ẩn giữa thành phần mang hoạt tính và các thành phần khác của chế phẩm [61]
4.1.2.1 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
Kết quả giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng cho thấy sự thay đổi về khối lượng của các mẫu khảo sát đều tương đối nhỏ, dưới 5% khi gia nhiệt đến 200 o C Như vậy, các mẫu phân tích tương đối bền với nhiệt, ít nhất cho đến 200 o C
4.1.2.2 Phân tích nhiệt vi sai (DSC)
Trên giản đồ nhiệt DSC của LD, CD lần lượt xuất hiện đỉnh thu nhiệt tại 295 o C và 204 o C, gợi ý rằng 2 dược chất này tồn tại ở dạng tinh thể và có nhiệt độ nóng chảy của nguyên liệu tương ứng là 295 o C và 204 o C Với phương pháp và thiết bị hiện tại sử dụng, không phát hiện được pic thu nhiệt tương ứng với nhiệt độ nóng chảy của LD và
CD trên giản độ nhiệt của HHVL Hiện tượng tương tự cũng xảy ra với mẫu sợi và mẫu viên, gợi ý rằng các nguyên liệu tương đối bền với nhiệt và không có sự tương kị của các thành phần trong công thức trong khoảng nhiệt độ khảo sát
Trên phổ nhiễu xạ tia X phổ nhiễu xạ tia X của cả 2 HHVL, 2 mẫu sợi và 2 mẫu viên hầu hết các đỉnh đặc trưng của LD và CD đã bị tín hiệu của các polyme bao trùm Điều này gợi ý rằng, thông qua quá trình phối trộn và bào chế, cả LD và CD đã chuyển từ trạng thái kết tinh sang trạng thái vô định hình
4.1.3 Về một số thông số quy trình đùn tạo sợi in
Về bào chế viên nổi
4.2.1 Về lựa chọn thiết kế
Có nhiều phương pháp để tạo ra lực nổi cho viên, tuy nhiên phương pháp đơn giản nhất là tạo ra cấu trúc viên với phần rỗng bên trong Cấu trúc này giúp viên giảm tỉ trọng, từ đó nổi được lâu hơn trong môi trường dịch vị Chúng tôi thiết kế viên nổi có cấu trúc rỗng, hình caplet và hình viên trụ bằng phần mềm Autodesk Fusion 360 Hai hình dạng này khá phổ biến, tiện sử dụng đối với các thuốc thương mại hiện nay
4.2.2 Về so sánh chế phẩm in với thiết kế
Sau khi có được thiết kế, chúng tôi tiến hành đánh giá ảnh hưởng của các thông số nhiệt độ, chiều cao, tốc độ in, bề dày lớp in đến chất lượng sản phẩm in so với thiết kế
Dưới tác động của nhiệt độ, sợi in sẽ chảy ra dưới dạng mực và tạo thành mẫu in theo thiết kế đã cài đặt Tuy nhiên, độ nhớt của sợi in phải đủ thấp để có thể chảy và hoàn thiện quy trình in, nhưng không quá thấp để ngăn dòng chảy dưới dạng chất lỏng Điều này có nghĩa là việc lựa chọn nhiệt độ là thông số ban đầu cần được đánh giá để bắt đầu quá trình in Tại mức nhiệt tối thiểu có thể in được (170 o C), sản phẩm có bề mặt xù xì, các lớp in không đồng nhất Điều này là do sợi in chưa được nóng chảy hoàn toàn Tại mức nhiệt 180 o C, sản phẩm nhẵn mịn, các lớp in có liên kết tốt Nếu tiếp tục nâng lên nhiệt cao hơn, có thể dẫn đến quá trình phân hủy tá dược và dược chất, đồng thời gây hao phí năng lượng không cần thiết Do vậy, chúng tôi lựa chọn mức nhiệt độ in là 180 o C
Tốc độ in cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình in Tăng tốc độ in sẽ giúp giảm thời gian in Ở tốc độ in 10 mm/s, sản phẩm thu được có hình thức bên ngoài tốt, tuy nhiên, các lớp in không được đồng đều nhau do tốc độ in quá chậm so với tốc độ làm chảy mực của máy khiến cho hiện tượng trên xảy ra Khi tăng tốc độ in từ 10 mm/s lên 20 mm/s, sản phẩm thu được vẫn có hình thức bên ngoài đẹp, nhẵn, các lớp in đồng nhất Nhưng khi tăng lên 40 mm/s, thời gian in tuy có giảm nhưng hình thức sản phẩm thu được không đẹp, nhìn rõ khoảng cách giữa các lớp in Do vậy, nghiên cứu lựa chọn mức tốc độ in là 20 mm/s
Bên cạnh đó, bề dày lớp in cũng ảnh hưởng đến thời gian in Bề dày càng lớn thì in viên càng nhanh, nhưng độ hoàn thiện của viên cũng kém hơn Khi bề dày lớp in tăng từ 0,1 mm lên 0,3 mm, khoảng cách giữa các lớp in bắt đầu xuất hiện, tiếp tục tăng lên 0.5 mm, thì các lớp in không có sự đồng nhất Do đó, chúng tôi lựa chọn bề dày lớp in là 0,1 mm
Ngoài ra, đối với chiều cao viên, chúng tôi nhận thấy thông số này trong khoảng 4-10mm ít ảnh hưởng đến chênh lệch kích thước so với thiết kế Do vậy chúng tôi lựa chọn chiều cao viên là 4 mm để viên có kích thước nhỏ, dễ sử dụng
4.2.3 Về ảnh hưởng của thiết kế viên, cấu trúc viên đến khả năng nổi, khả năng giải phóng dược chất của viên
Với mục tiêu của đề tài là tạo ra viên nổi chứa 100 mg levodopa và 25 mg carbidopa, chúng tôi đưa ra tiêu chí viên phải có khối lượng dự kiến khoảng 200 mg và thời gian nổi tối thiểu 4h
Kết quả khảo sát hình dạng viên cho thấy, 3/5 viên hình trụ không đạt tiêu chí về khối lượng và tất cả các viên hình trụ không đạt tiêu chí về khối lượng Trong khi đó, tất cả các viên hình dạng caplet đều đạt tiêu chí về khối lượng và thời gian nổi Đồng thời, thành phần của sợi in cũng ảnh hưởng đến khả năng nổi của viên Viên F11 (có thành phần là 100% Klucel LF phối hợp HHDC tỉ lệ 5:5, hình caplet) có thời gian nổi lâu nhất, lên đến 6h cho đến khi viên tan hết, vượt trội so với các mẫu còn lại
Nhìn chung, viên có độ lấp đầy càng thấp thì khả năng giải phóng dược chất càng nhanh Điều này có thể là do đối với các viên có cấu trúc ít đặc khít, môi trường hòa tan dễ thẩm thấu hơn, từ đó viên được hòa tan và giải phóng dược chất nhanh hơn tại cùng các thời điểm đánh giá
Với độ dày vỏ càng tăng thì khả năng giải phóng dược chất càng giảm Lí giải cho nhận xét này có thể là do với các viên có cấu trúc bền vững hơn khi có lớp vỏ bao bọc, môi trường hòa tan mất nhiều thời gian hơn để xâm nhập vào bên trong cấu trúc viên, do đó khả năng giải phóng dược chất bị trì hoãn hơn
Nhận thấy khiếm khuyết của viên F11 là các đường in bị xếp chồng một phần lên nhau, làm cho thiết kế chưa chính xác Nguyên nhân là đường kính của đầu in là 0,4 mm, nếu để kích thước không phải bội số của 0,4 thì sẽ gây hiện tượng đường in xếp chồng một phần lên nhau Do vậy, giảm kích thước phần rỗng xuống 5x2,8x2,4 mm (F12), sẽ làm cho thiết kế chính xác hơn Qua khảo sát, viên F12 cho khả năng nổi tương đương F11, đồng thời khắc phục được nhược điểm nêu trên của F11 Từ đó, chúng tôi lựa chọn F12 cho các khảo sát tiếp theo.
Về một số đặc tính chất lượng
Hiện nay, Dược Điển Việt Nam cũng như các nước khác trên thế giới đều chưa có chuyên luận về viên nổi levodopa – carbidopa Do vậy, trong quá trình kiểm tra một số đặc tính chất lượng cho chế phẩm này, chúng tôi đã tham khảo chuyên luận viên nén levodopa và carbidopa trong Dược điển Việt Nam V [2]
Khi quan sát chế phẩm bằng kính hiển vi soi nổi với độ phóng đại 10 lần, chúng tôi nhận thấy viên có màu trắng, bề mặt nhẵn, đường in đồng đều Điều này chứng tỏ viên được in tại nhiệt độ và tốc độ thích hợp
4.3.2 Về độ đồng đều kích thước, khối lượng
Hiện nay, Dược điển Việt Nam chỉ quy định về độ đồng đều khối lượng mà không quy định về độ đồng đều kích thước Điều này là do các viên được sản xuất theo phương pháp truyền thống thường không gặp vấn đề về độ đồng đều kích thước Tuy nhiên, đối với phương pháp in 3D, mỗi lần in được coi như 01 lô sản xuất Do vậy, chúng tôi đánh giá cả độ đồng đều kích thước lẫn khối lượng viên Đối với viên nổi bào chế bằng phương pháp in 3D, do hướng tới sản xuất quy mô nhỏ, độ chính xác cao, chúng tôi đề xuất đánh giá ngẫu nhiên kích thước, khối lượng
05 viên, và yêu cầu không có viên nào nằm ngoài giới hạn 10% so với kích thước, khối lượng trung bình Đánh giá 05 viên với thiết kế F12 cho thấy, các viên có kích thước về chiều dài, chiều rộng, chiều cao và khối lượng tương đối giống với thiết kế, đồng thời các RSD về kích thước và khối lượng đều nằm trong giới hạn đề ra (nhỏ hơn 10%)
4.3.3 Về định lượng hàm lượng dược chất và đánh giá độ đồng đều hàm lượng
Về định lượng hàm lượng dược chất, tham khảo Dược điển Việt Nam V [2], chúng tôi đưa ra tiêu chí hàm lượng levodopa từ 95-105% và carbidopa từ 90-110% so với lượng ghi trên nhãn Kết quả đánh giá cho thấy các viên đều đạt tiêu chí đã đề ra
Về đánh giá độ đồng đều hàm lượng, tương tự mục 4.4.2, chúng tôi đề xuất tiêu chí không viên nào có hàm lượng nằm ngoài giới hạn từ 95-105% Đánh giá 03 viên chế phẩm cho thấy, hàm lượng các viên nằm trong giới hạn đã đề ra (nhỏ hơn 5%).
Về độ ổn định
Với chế phẩm viên nổi bào chế bằng phương pháp in 3D, bệnh nhân thường sử dụng ngay hoặc trong một thời gian ngắn sau khi viên được sản xuất Đồng thời, do thời gian nghiên cứu hạn chế, nên chúng tôi chỉ đánh giá độ ổn định của viên sau 10 ngày Đánh giá về hình thức và sự thay đổi hàm lượng dược chất trong viên, kết quả cho thấy, ở cả 2 nhiệt độ đánh giá là 30 o C và 40 o C, hình thức, màu sắc viên không bị thay đổi, đồng thời hàm lượng LD và CD đều đạt trên 99% so với viên ban đầu Điều này cho thấy viên không thay đổi đáng kể về hàm lượng sau thời gian 10 ngày bảo quản ở cả hai điều kiện
Về khả giải phóng thuốc, theo Hướng dẫn đánh giá tương đương hòa tan của FDA, sự tương đồng về các đường giải phóng dược chất trước và sau bảo quản được đánh giá bằng chỉ số f2 Kết quả cho thấy, sau 10 ngày bảo quản ở cả 2 điều kiện, khi so sánh đường hòa tan của từng dược chất ở từng điều điều kiện bảo quản với đường hòa tan tại thời điểm ban đâu đều cho kết quả f2 tương đối cao (>78%), đạt yêu cầu > 50% để kết luận về sự tương đương hòa tan Như vậy, sau 10 ngày bảo quản, gần như không có sự thay đổi về động học hòa tan của các mẫu viên.