Nghiên cứu bào chế viên gliclazid 30 mg phóng thích kéo dài với sự trợ giúp của máy tính

Võ Thụy Cẩm Vy NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ VIÊN GLICLAZID 30 MG PHÓNG THÍCH KÉO DÀI VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH Chuyên ngành: Công nghiệp Dược & Bào chế Thuốc Mã số: 3 02 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ D

Võ Thụy Cẩm Vy

NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ VIÊN GLICLAZID 30 MG PHÓNG THÍCH KÉO DÀI VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – Năm 2009

Võ Thụy Cẩm Vy

NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ VIÊN GLICLAZID 30 MG PHÓNG THÍCH KÉO DÀI VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

Chuyên ngành: Công nghiệp Dược & Bào chế Thuốc Mã số: 3 02 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Đặng Văn Giáp

2 GS.TS Lê Quan Nghiệm

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – Năm 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

MỤC LỤC

2.2 KIỂM NGHIỆM VIÊN GLICLAZID SR 30 MG 512.3 THẨM ĐỊNH QUY TRÌNH ĐỊNH LƯỢNG GLICLAZID 542.4 ĐIỀU CHẾ VIÊN GLICLAZID SR 30 MG 582.5 ÁP DỤNG CÁC PHẦN MỀM MÁY TÍNH 592.6 NGHIÊN CỨU ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ TUỔI THỌ 622.7 THỬ NGHIỆM TƯƠNG ĐƯƠNG SINH HỌC 63

3.1 XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN CƠ SỞ VÀ THẨM ĐỊNH PHƯƠNG

3.2 NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ VIÊN GLICLAZID SR 30 MG VỚI SỰ

3.3 NGHIÊN CỨU ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ TUỔI THỌ 1013.4 THỬ NGHIỆM TƯƠNG ĐƯƠNG SINH HỌC 109

DANH MỤC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ASEAN Hiệp hội các nước khu vực Đông Nam Á

CADD Computer-Aided Drug Development (Phát triển thuốc với sự trợ

giúp vi tính)

CV Hệ số phân tán (Coefficient of variation)

EC Ethyl cellulose

ĐTĐ Đái tháo đường

FDA Cơ quan quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (United States

Food and Drug Administration) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High performance liquid

chromatography) HPMC Hydroxylpropylmethyl cellulose

HPC Hydroxylpropyl cellulose

IR Hồng ngoại (Infrared)

ICH Hội nghị Hài hòa Quốc tế (International Conference on

Harmonization) NTN Người tình nguyện

PTN Phòng thí nghiệm

R&D Nghiên cứu và phát triển (Research & Development)

SE Sai số chuẩn (Standard error of the mean)

SKD Sinh khả dụng

STT Số thứ tự

SR Sustained Release (Phóng thích kéo dài)

MR Modified Release (Phóng thích biến đổi)

TDKD Tác dụng kéo dài

TĐSH Tương đương sinh học

TLTK Tài liệu tham khảo

USP Dược điển Mỹ (The United States Pharmacopeia)

UV Tử ngoại (Ultraviolet)

WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organisation)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số điều kiện sắc ký và độ nhạy của phương pháp HPLC

dùng định lượng gliclazid trong dịch sinh học

11

Bảng 1.2 Một số polymer tạo khung xốp phóng thích kéo dài 13

Bảng 1.3 Quy định chung về điều kiện thử nghiệm độ ổn định 33

Bảng 1.4 Bảng phân tích phương sai cho mô hình chéo 2 x 2 42

Bảng 2.5 Danh mục các nguyên liệu điều chế viên Gliclazid SR 30 mg 49

Bảng 2.6 Danh mục các phần mềm chuyên dụng và thông minh 49

Bảng 2.7 Danh mục thiết bị bào chế và kiểm nghiệm viên Gliclazid SR 50

Bảng 2.8 Danh mục các hóa chất dùng trong kiểm nghiệm và nghiên

cứu TĐSH viên Gliclazid SR 30 mg

50

Bảng 2.9 Danh mục các thiết bị dùng trong nghiên cứu TĐSH 50

Bảng 2.10 Mô hình thử nghiệm tương đương sinh học 66

Bảng 3.11 Tương quan giữa độ hấp thu và nồng độ gliclazid chuẩn

Bảng 3.13 Kết quả thẩm định độ đúng và độ chính xác (pH = 1,2) 73

Bảng 3.14 Kết quả thẩm định độ đúng và độ chính xác (pH = 6,8) 73

Bảng 3.15 Tương quan giữa diện tích đỉnh và nồng độ gliclazid chuẩn 74

Bảng 3.16 Kết quả thẩm định độ đúng và độ chính xác trong hóa học 75

Bảng 3.17 Kết quả khảo sát độ đúng và độ chính xác trong ngày 77

Bảng 3.18 Kết quả thẩm định độ chính xác liên ngày 78

Bảng 3.19 Tương quan giữa nồng độ gliclazid chuẩn và diện tích đỉnh 78

Bảng 3.21 Độ ổn định của mẫu gliclazid trong huyết tương 80

Bảng 3.22 Các công thức thăm dò cho viên Gliclazid SR 30 mg

(hệ tá dược S)

81

Bảng 3.23 Độ hòa tan của các công thức thăm dò với hệ tá dược S 82

Bảng 3.24 Các công thức thăm dò cho viên Gliclazid SR 30 mg

(Hệ tá dược T)

83

Bảng 3.25 Độ hòa tan của các công thức thăm dò với hệ tá dược T 83

Bảng 3.26 So sánh độ ổn định của các công thức với hai hệ tá dược 84

Bảng 3.27 Mô hình công thức của viên Gliclazid SR 30 mg 86

Bảng 3.28 Dữ liệu thực nghiệm (công thức và độ hòa tan) 87

Bảng 3.29 Xu hướngvà mức độ liên quan giữa các tá dược với độ hòa tan 88

Bảng 3.30 Các giá trị R2 luyện và R2 thử của các mô hình chọn lọc 93

Bảng 3.31 Kết quả thực nghiệm kiểm chứng độ hòa tan 95

Bảng 3.32 So sánh độ hòa tan dự đoán và độ hòa tan thực nghiệm 95

Bảng 3.33 So sánh độ hòa tan viên Gliclazid SRvới viên DiamicronMR 96

Bảng 3.34 Sự thay đổi độ hòa tan khi thay đổi x1 và cố định x2 97

Bảng 3.35 Sự thay đổi độ hòa tan khi thay đổi x2 và cố định x1 97

Bảng 3.36 Hàm lượng và độ hòa tan (%) gliclazid của 3 lô pilot 100

Bảng 3.37 So sánh tính chất viên Gliclazid SR 30 mg quy mô PTN với

quy mô pilot

100

Bảng 3.38 Sự thay đổi hình thức cảm quan ở nhiệt độ 25 oC/ độ ẩm 60% 102

Bảng 3.39 Sự thay đổi hàm lượng gliclazid ở nhiệt độ 25 oC/ độ ẩm 60% 102

Bảng 3.40 Sự thay đổi độ hòa tan ở nhiệt độ 25 oC/ độ ẩm 60% 103

Bảng 3.41 Sự thay đổi hình thức cảm quan ở nhiệt độ 30 oC/ độ ẩm 75% 104

Bảng 3.42 Sự thay đổi hàm lượng gliclazid ở nhiệt độ 30 oC/ độ ẩm 75% 104

Bảng 3.43 Sự thay đổi độ hòa tan ở nhiệt độ 30 oC/ độ ẩm 75% 105

Bảng 3.44 Sự thay đổi hình thức cảm quan ở nhiệt độ 40 oC/ độ ẩm 75% 106

Bảng 3.45 Sự thay đổi hàm lượng gliclazid ở nhiệt độ 40 oC/ độ ẩm 75% 106

Bảng 3.46 Sự thay đổi độ hòa tan ở nhiệt độ 40 oC/ độ ẩm 75% 107

Bảng 3.47 Hàm lượng gliclazid trung bình ở 30 oC và 40 oC (độ ẩm 75%) 108

Bảng 3.48 Độ hòa tan của viên Diamicron MR 30 mg ở pH 1,2 110

Bảng 3.49 Độ hòa tan của viên Gliclazid SR 30 mg ở pH 1,2 110

Bảng 3.50 Độ hòa tan của viên Diamicron MR 30 mg ở pH 4,5 111

Bảng 3.51 Độ hòa tan của viên Gliclazid SR 30 mg ở pH 4,5 111

Bảng 3.52 Độ hòa tan của viên Diamicron MR 30 mg ở pH 6,8 112

Bảng 3.53 Độ hòa tan của viên Gliclazid SR 30 mg ở pH 6,8 112

Bảng 3.54 Nồng độ gliclazid (μg/ ml) trong huyết tương tại các thời điểm

(giờ) sau khi uống viên Diamicron MR 30 mg

115

Bảng 3.55 Nồng độ gliclazid (μg/ ml) trong huyết tương tại các thời điểm

(giờ) sau khi uống viên Gliclazid SR 30 mg

116

Bảng 3.56 Các thông số dược động học sau khi uống liều đơn (60 mg/

người) của thuốc thử và thuốc đối chiếu (TB ± SE, n = 24)

116

Bảng 3.57 Phân tích yếu tố ảnh hưởng dựa trên giá trị AUC0-∞ (μg/

ml.giờ)

117

Bảng 3.58 Phân tích yếu tố ảnh hưởng dựa trên giá trị Cmax (μg/ ml) 117

Bảng 3.59 Trắc nghiệm t dựa trên giá trị AUC0-∞ (μg/ ml.giờ) 118

Bảng 3.60 Trắc nghiệm t dựa trên giá trị Cmax (μg/ ml) 118

Bảng 3.61 Tóm tắt kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng 118

Bảng 3.62 Kết quả so sánh tương đương sinh học trung bình 119

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử của hoạt chất gliclazid 7

Hình 1.2 Cơ chế gây phóng thích insulin của gliclazid trên

người ĐTĐ týp 2

9

Hình 1.3 Nguyên lý vận hành của công nghệ logic mờ- thần kinh 26

Hình 1.4 Chu trình mô hình hóa, tối ưu hoá và dự đoán 28

Hình 1.5 Minh họa các hàm mục tiêu trong tối ưu hóa 30

Hình 1.6 Nguyên lý vận hành của mạng thần kinh phối hợp với

thuật toán di truyền

30

Hình 3.7 Sự liên quan tuyến tính giữa nồng độ gliclazid và độ hấp

thu trong môi trường pH = 1,2

71

Hình 3.8 Sự liên quan tuyến tính giữa nồng độ gliclazid và độ hấp

thu trong môi trường pH = 6,8

72

Hình 3.9 Sự liên quan tuyến tính giữa diện tích đỉnh và nồng độ

gliclazid

74

Hình 3.10 Sắc ký đồ của huyết tương trắng (a), huyết tương chứa

thuốc thử (b) và gliclazid chuẩn (c) ở nồng độ 1 μg/ ml

76

Hình 3.11 Đường biểu diễn sự tương quan giữa nồng độ gliclazid

trong huyết tương với diện tích đỉnh

79

Hình 3.12 Ảnh hưởng của polymer I và polymer II trên:

a Độ hòa tan 1 giờ c Độ hòa tan 3 giờ

b Độ hòa tan 2 giờ d Độ hòa tan 6 giờ

e Độ hòa tan 12 giờ

91

Hình 3.13 Độ hòa tan của viên Gliclazid SR vs viên Diamicron MR 96

Hình 3.14 Sự giảm hàm lượng gliclazid ở 30 oC và 40 oC (độ ẩm

Hình 3.16 Độ hòa tan của viên Gliclazid SR 30 mg so với

Diamicron MR 30 mg trong môi trường pH 1,2

113

Hình 3.17 Độ hòa tan của viên Gliclazid SR 30 mg so với

Diamicron MR 30 mg trong môi trường pH 4,5

113

Hình 3.18 Độ hòa tan của viên Gliclazid SR 30 mg so với

Diamicron MR 30 mg trong môi trường pH 6,8

114

Hình 3.19 Đường cong nồng độ thuốc trung bình trong huyết tương

của Gliclazid SR so với Diamicron MR

120

Sơ đồ 3.1 Quy trình điều chế viên nén Gliclazid SR 30 mg 99

MỞ ĐẦU

Đái tháo đường (ĐTĐ) là một trong những bệnh không lây, phát triển nhanh nhất vào những năm cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 [60] Theo WHO, năm

2000 có 177 triệu người mắc bệnh ĐTĐ và dự báo năm 2025 con số này sẽ là

300 triệu người [148] Đó là hậu quả của quá trình đô thị hóa, chế độ ăn không hợp lý, tuổi thọ tăng và ít hoạt động thể lực Riêng tại Việt Nam có h n 2 triệu người mắc bệnh ĐTĐ (chiếm tỷ lệ 2,7% dân số) Tuy nhiên vấn đề nguy hiểm không nằm ở bệnh mà là sự diễn biến âm thầm của nó, khiến nhiều người không hay biết mình đã và đang mắc bệnh Đây là một trong những nguyên nhân khiến người bệnh dễ bị mù lòa, tàn phế, đột quị, bất lực, suy thận… Do đó vấn đề đặt ra là cần có một hệ thống tầm soát bệnh để phát hiện sớm bệnh ĐTĐ, đặc biệt là ĐTĐ không phụ thuộc insulin (ĐTĐ týp 2) Tuy tốc độ mắc bệnh nhanh chóng và có các biến chứng nguy hiểm nhưng bệnh hoàn toàn có thể phòng chống ở các cấp độ khác nhau Việc kiểm tra đường huyết thường xuyên, kết hợp sử dụng thuốc hợp lý sẽ làm giảm các biến chứng ảnh hưởng đến chất lượng sống

Các thuốc uống trị ĐTĐ týp 2 có mặt trên thị trường khá đa dạng về số lượng, chủng loại để phù hợp với các trạng thái bệnh lý khác nhau Dù ra đời cách đây gần hơn nửa thế kỷ, nhóm thuốc sulfonylurea uống trị ĐTĐ týp 2 vẫn luôn được lựa chọn trong đơn trị liệu hay kết hợp với các nhóm thuốc khác [26], [73] Gliclazid là một dược chất thuộc nhóm sulfonylurea thế hệ II được sử dụng nhiều do tính chất an toàn và hiệu quả [21] Đặc biệt khi được bào chế dưới dạng phóng thích kéo dài, gliclazid cho phép kiểm soát hiệu quả đường huyết

của người ĐTĐ týp 2 trong suốt thời gian 24 giờ [45], [47] Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có viên chứa gliclazid 30 mg phóng thích kéo dài được nghiên cứu và sản xuất trong nước

Dạng thuốc phóng thích kéo dài đã được nghiên cứu từ lâu trên thế giới với nhiều chế phẩm hiện đang có mặt trên thị trường Việt Nam Ở nước ta, dạng bào chế này đã và đang thu hút nhiều sự chú ý của các nhà bào chế trong nước, thông qua nhiều công trình nghiên cứu về các dạng thuốc có chứa diclofenac, nifedipin, theophylin…[3], [5], [89] phóng thích kéo dài Đẩy mạnh nghiên cứu sản xuất các chế phẩm phóng thích kéo dài, đặc biệt dùng trong điều trị các bệnh mãn tính, là một xu thế của công nghệ dược phẩm Việt Nam, nhằm đáp ứng nhu cầu chữa bệnh cho cộng đồng

Thành lập công thức bào chế và xây dựng quy trình sản xuất là giai đoạn quan trọng trong quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc Đây là một công việc đòi hỏi phải có phương pháp khoa học và công cụ hỗ trợ ngoài kinh nghiệm thực tiễn Giữa thành phần công thức/ điều kiện sản xuất và tính chất sản phẩm có mối liên quan nhân quả Nếu nhà bào chế không biết rõ mối liên quan ấy thì có thể khảo sát các thông số không cần thiết mà bỏ sót các thông số quan trọng Chính vì sự phức tạp của các bài toán nhân quả này mà các phương pháp thống kê truyền thống đã trở nên không phù hợp để giải quyết các vấn đề phức tạp trong thực tế Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính, đặc biệt là sự ứng dụng các công nghệ thông minh, quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả hơn

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu bào chế viên gliclazid 30 mg phóng thích kéo dài với sự trợ giúp máy tính” là thành lập công thức và quy trình sản xuất viên chứa gliclazid 30 mg phóng thích kéo dài dưới sự trợ giúp của các phần mềm thông minh và phần mềm vi tính ứng dụng Đề tài nghiên cứu đã được thực hiện với các nội dung cơ bản:

a) Xây dựng và thẩm định tiêu chuẩn kiểm nghiệm sản phẩm:

− Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở viên Gliclazid SR 30 mg

− Thẩm định quy trình định lượng gliclazid trong hóa học

− Thẩm định quy trình định lượng gliclazid trong sinh học

b) Nghiên cứu bào chế viên Gliclazid SR 30 mg:

− Nghiên cứu thăm dò các hệ tá dược phóng thích kéo dài

− Nghiên cứu liên quan nhân quả bằng phần mềm FormRules

− Tối ưu hoá công thức bằng phần mềm INForm

− Dự đoán tình huống xấu bằng phần mềm INForm

− Nâng cấp cỡ lô pilot

c) Theo dõi độ ổn định và ước tính tuổi thọ của viên Gliclazid SR 30 mg

d) Thử nghiệm tương đương sinh học đối chiếu với Diamicron MR 30 mg

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG

1.1.1 ĐỊNH NGHĨA

Đái tháo đường (ĐTĐ) là một bệnh lý mãn tính gây ra bởi sự suy giảm tiết insulin từ tuyến tụy do di truyền hay mắc phải, hoặc do bị mất hoạt tính của insulin Hậu quả của sự suy giảm này làm gia tăng nồng độ đường huyết và gây

ra các tổn hại cho nhiều cơ quan trong cơ thể, đặc biệt là trên mạch máu và thần kinh [10] Theo WHO, bệnh ĐTĐ có 2 loại chính:

- ĐTĐ týp 1 (thường gọi là ĐTĐ phụ thuộc insulin): do tuyến tụy mất khả năng sản xuất ra insulin, là dạng phổ biến ở trẻ em và thanh thiếu niên, phải điều trị bằng insulin

- ĐTĐ týp 2 (thường gọi là ĐTĐ không phụ thuộc insulin): do cơ thể thiếu tác động của insulin vì những nguyên nhân khác nhau, dạng này phổ biến nhất (chiếm 90 %), thường gặp ở người trưởng thành

Ngoài ra còn phân biệt các nhóm khác như ĐTĐ thai kỳ, ĐTĐ tự miễn tiềm tàng

ở người lớn, ĐTĐ ở người trẻ tuổi do khuyết tật di truyền…[10], [148]

1.1.2 TRIỆU CHỨNG, BIẾN CHỨNG VÀ CHẨN ĐOÁN

Các triệu chứng của ĐTĐ có thể rất dễ thấy, đôi khi mờ nhạt, hay thậm chí không có biểu hiện ra bên ngoài Trên người bị ĐTĐ týp 1 có các hội chứng cổ

điển như uống nhiều, tiểu nhiều, sụt cân, suy nhược Các triệu chứng trên có thể ít biểu hiện rõ trên người bị ĐTĐ týp 2, phần lớn trường hợp bệnh chỉ được chẩn đoán sau vài năm, khi mà hầu hết các biến chứng đã xuất hiện [128]

Các biến chứng của bệnh ĐTĐ thường gặp [10]:

- Biến chứng cấp tính: hạ đường huyết (thường do điều trị), nhiễm toan ceton, hôn mê tăng thẩm thấu và nhiễm toan lactic

- Biến chứng mãn tính: có ảnh hưởng đến hệ mạch máu các mô thận và mắt là những mô phụ thuộc insulin Kết quả là làm dày lớp nội mạc, tăng tính thấm, tăng các mảng xơ vữa và rối loạn chức năng tế bào beta gây ra bệnh lý võng mạc, bệnh tim mạch, biến chứng thận do ĐTĐ, xuất hiện những tổn thương

thần kinh không thể phục hồi

Chẩn đoán bệnh dựa trên nồng độ đường huyết vượt quá mức cho phép theo các thông số tiêu chuẩn do WHO đề nghị như sau [148]: đường huyết lúc đói ≥ 7,0 mmol/ L hay ≥ 126 mg/ dL, đường huyết hai giờ sau khi uống glucose≥ 11,1 mmol/ L hay ≥ 200 mg/ dL

1.1.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ HÓA TRỊ LIỆU ĐÁI THÁO ĐƯỜNG TÝP 2

ĐTĐ týp 2 có các đặc điểm sau: thiếu insulin và kháng insulin, không có sự phá hủy tự miễn các tế bào bêta, tỷ lệ béo phì cao, không có triệu chứng trong nhiều năm, có nguy cơ tăng các biến chứng mạch máu, nồng độ insulin bình thường hoặc cao, không cần thiết dùng insulin trong nhiều năm, hiếm khi có toan ceton tự phát và chưa được xác định về mặt di truyền [10]

ĐTĐ týp 2 thường được phát hiện tình cờ trên các nhóm nguy cơ như:

- Rối loạn lipid máu (HDL < 0,35 g/ L và/ hoặc triglycerid > 2 g/ L)

- Dư cân, béo phì vùng bụng

- Phụ nữ sinh con nặng hơn 4 kg hay có tiền sử ĐTĐ thai kỳ

- Cao huyết áp, bệnh mạch máu (> 140/ 90)

- Bệnh tâm thần phân liệt

- Tuổi từ 40 đến 70

- Tiền sử gia đình bị ĐTĐ (trực hệ cấp 1)

- Tiền sử rối loạn dung nạp glucose hay rối loạn đường huyết khi đói [85]

Các thuốc uống trị ĐTĐ được sử dụng trong trị liệu ĐTĐ týp 2 (không phụ thuộc insulin) Chúng chỉ được kê toa khi tình trạng bệnh không có đáp ứng thích đáng sau ít nhất 3 tháng ăn kiêng và tập thể dục Các thuốc này chỉ sử dụng để làm tăng thêm hiệu quả chứ không thay thế được chế độ ăn kiêng và vận động [128] Có thể sử dụng đơn lẻ hay phối hợp các thuốc có cơ chế tác động khác nhau để phù hợp với thể trạng người bệnh và kiểm soát đường huyết hiệu quả [73]

- Sulphonylurea: Tác động chủ yếu bằng cách gia tăng tiết insulin nên chỉ có hiệu quả khi hoạt tính của tế bào beta tụy vẫn còn; sử dụng lâu dài có thể có tác động ngoài tụy Nhóm sulfonylurea bao gồm các dược chất như tolbutamid, tolazamid, acetohexamid, chlopropamid, glyburid, glipizid, gliclazid, glimepirid…

- Biguanid: Metformin là biguanid duy nhất hiện nay, có cơ chế tác động khác với các sulphonylurea và không thể hoán đổi cho nhau Thuốc tác động chủ yếu theo cơ chế làm giảm sự hình thành glucose trong cơ thể và gia tăng sử dụng glucose ở ngoại biên Metformin là thuốc lựa chọn hàng đầu cho người béo phì khi chế độ ăn kiêng không kiểm soát được tình trạng bệnh lý

- Các nhóm thuốc khác: Acarbose (ức chế men alpha glucosidase ở ruột, làm chậm sự tiêu hoá và hấp thu tinh bột và đường); nhóm glinid (kích thích tiết insulin); thiazolidinedion (giảm kháng insulin ngoại biên) [4], [128]

1.2 TỔNG QUAN VỀ HOẠT CHẤT GLICLAZID

1.2.1 TÍNH CHẤT LÝ HÓA

Gliclazid có tên khoa học:

1-(3-Azabicyclo[3,3,0]oct-3-yl)-3-p-tolylsulphonylurea, công thức phân tử: C15H21N3O3S, khối lượng phân tử: 323,4 [131] Gliclazid khác với các thuốc khác trong cùng nhóm sulfonylurea thế hệ thứ II về mặt cấu trúc do có chứa vòng azabicyclo-octyl

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử của hoạt chất gliclazid

Gliclazid là một acid yếu có tính thấm cao (pKa = 5,8; hệ số phân bố logP (octanol/ nước) = 2,1) Hoạt chất này được xếp vào nhóm II của Bảng phân loại sinh dược học (BCS- biopharmaceutical classification systems), là nhóm mà tốc độ hòa tan quyết định sự hấp thu thuốc Đối với gliclazid, tốc độ hòa tan phụ thuộc vào thời gian làm rỗng dạ dày và tốc độ hòa tan trong ruột non nơi thuốc tan được Sự biến thiên trong hấp thu của gliclazid cũng có thể có liên quan đến sự hòa tan sớm trong dạ dày dẫn đến biến thiên lớn về độ hấp thu tại ruột [45]

1.2.2 DƯỢC LÝ HỌC

Cơ chế tác dụng

Gliclazid kích thích sự tiết insulin bằng cách đóng kênh kali nhạy cảm ATP (KATP) trên màng tế bào β tuyến tụy Kênh này có vai trò to lớn trong việc kiểm soát điện thế màng tế bào β tuyến tụy và qua đó kiểm soát sự phóng thích insulin Khi glucose huyết tương có nồng độ thấp, các kênh KATP mở ra và K+

thoát ra ngoài làm cho màng tế bào β có điện thế phân cực cao Điều này không làm tiết insulin Ngược lại, sự đóng kênh KATP do glucose máu tăng cao hoặc do gliclazid sẽ gây khử cực màng tế bào β, làm mở kênh Ca2+ Ca2+ đi vào và sự tăng Ca2+ nội bào sẽ làm kích thích hiện tượng xuất bào, kết quả là insulin được tiết ra [29] Cơ chế gây phóng thích insulin của gliclazid trên người bệnh ĐTĐ týp 2 được trình bày trong Hình 1.2 [64]

Gliclazid có khá nhiều ưu điểm so với các sulfonylurea khác như:

- An toàn và hiệu quả [21]

- Chỉ tác động chọn lọc trên KATP của tế bào β (Kir 6.2 SUR 1), kết hợp có ái lực cao nhưng lại dễ dàng tách rời, trả lại trạng thái bình thường của tế bào β sau khi ngưng thuốc, tránh gây hiện tượng hạ đường huyết quá mức [21]

- Có khả năng loại trừ các gốc tự do, đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa một số bước chủ chốt trong quá trình sinh xơ vữa [75], [80], [100], [102], [124]

- Gây đáp ứng tiết insulin hai pha với đỉnh sớm xảy ra đúng lúc và không tăng insulin huyết trong pha thứ hai nên giảm số lần xuất hiện hạ đường huyết, tỉ lệ thất bại thứ phát thấp, tác dụng trung tính đối với cân nặng [145]

- Có khả năng làm giảm sự gia tăng kết tập và kết dính tiểu cầu, giảm phóng thích các yếu tố tiểu cầu do đó làm giảm nguy cơ xơ vữa động mạch [144]

- Tác động trên mạch máu độc lập với tác động trên đường huyết [74], [123]

- Có khả năng giảm albumin niệu kèm với cải thiện nồng độ glucose và

cholesterol máu [154]

Glucose

Chuyển hoá glucose

Thụ thể SUR1

Ca2+

5 Phóng thích insulin

2 Đóng kênh

KATP (KIR 6.2)

3 Khử cực màng tế bào

1 Gắn gliclazid vào

tại mô; chuyển hóa chủ yếu tại gan; bài tiết chủ yếu qua thận (60-70%); độ thanh thải 0,96 L/ giờ; thể tích dịch phân bố từ 22-30 lít [128], [133]

Chỉ định

Điều trị ĐTĐ không phụ thuộc insulin ở người lớn (ĐTĐ týp 2), phối hợp với chế độ dinh dưỡng và thể dục liệu pháp, khi mà những biện pháp trên đơn thuần không đủ để kiểm soát đường huyết Liều ban đầu thường là 40-80 mg mỗi ngày, tăng dần lên đến 320 mg khi cần thiết Liều lớn hơn 160 mg/ ngày được chia làm hai liều nhỏ dùng trong ngày [128]

1.2.3 KIỂM NGHIỆM GLICLAZID

Kiểm nghiệm chế phẩm chứa gliclazid

Các chế phẩm chứa 80 mg gliclazid dạng phóng thích tức thời đã được mô tả trong các dược điển của Châu Âu và dược điển Anh với các chỉ tiêu kiểm nghiệm như sau [24], [52]:

- Định tính: so sánh phổ hồng ngoại của gliclazid thử với phổ hồng ngoại của gliclazid chuẩn

- Độ tinh khiết: xác định giới hạn các chất liên quan, tạp chất octahydro-cyclopenta[c]pyrrole bằng HPLC

2-nitroso Độ hòa tan: định lượng bằng phương pháp đo UV

- Định lượng gliclazid trong chế phẩm: bằng phương pháp HPLC

Kiểm nghiệm gliclazid trong mẫu sinh học

Nhiều phương pháp phân tích khác nhau, bao gồm sắc ký khí, HPLC chiết tách pha rắn, HPLC nhựa trao đổi ion, phương pháp tạo dẫn chất đã được sử dụng để định lượng gliclazid trong dịch sinh học (huyết tương hoặc huyết thanh) [37], [81], [92], [107] Tuy nhiên, phương pháp HPLC pha đảo, phát hiện bằng UV được xem là chuyên biệt và nhạy nhất để định lượng gliclazid [105]

Bảng 1.1 Một số điều kiện sắc ký và độ nhạy của phương pháp HPLC dùng

định lượng gliclazid trong dịch sinh học

Phương pháp Điều kiện tiến hành Giới hạn

phát hiện

HPLC chiết

xuất pha rắn

Rửa giải bằng đệm phosphat pH 7,5, nước và methanol Cột: Bond Elut C18

Pha động: KH2PO4 0,04 M-ACN-isopropyl alcohol (5:4:1) Phát hiện: UV 227 nm

Chiết xuất pha rắn cặp ion, dùng ống Oasis® HLB Cột: C18 Supelco (250mm×4.6 mm, 5)

Pha động: KH2PO4 0,02 M- CAN (62,5: 37,5) Phát hiện: UV 225 nm

20 ng/ml [101]

22,5 ng/ml [12]

Chiết mẫu bằng dichloromethan và hexan Cột: RP18, 5 mm

Pha động: đệm acetat 0,02M-ACN (50:50), Phát hiện : UV 229 nm

Chiết mẫu bằng ACN-ethyl acetat-dichloromethan (6:3:1) Cột: Nova-pak Phenyl (5 mm, 3.9mm x 150mm)

Pha động: ACN-KH2PO4 50mM (42:58), pH 3 Phát hiện: UV 229 nm

0,1 μg/ml [105]

0,05 mg/ml [45]

0,20 μg/ml [105]

Chiết mẫu bằng benzen- isopropanol (98:2) Cột: C18ODS, 5μm, 200mm×4.6mm Pha động: ACN-nước (49:51), pH 2,8 Phát hiện: UV 229 nm

0,05 μg/ml [155]

HPLC pha thường chiết xuất lỏng-lỏng

Chiết mẫu bằng toluen Cột: C8

Pha động: ACN-nước (45:55), pH 3 Phát hiện: UV 230 nm

75 ng/ml [117]

HPLC pha đảo, cột đơn lớp

Chiết mẫu bằng ACN Cột: Chromolith Performance (RP-18e, 100mm×4.6 mm) Pha động: đệm Na2HPO4 0,01M- ACN (52:48), pH 4 Phát hiện: UV 230 nm

10 ng/ml [56]

1.3 VIÊN NÉN PHÓNG THÍCH KÉO DÀI 1.3.1 VIÊN NÉN PTKD KIỂU KHUNG XỐP

Trong những năm gần đây các nhà bào chế đã phát triển hệ thống trị liệu mà sau khi uống sẽ phóng thích một liều hoạt chất từ từ trong thời gian 12-24 giờ Hệ thống trị liệu với sự phóng thích hoạt chất như thế được gọi với nhiều tên khác nhau: phóng thích kéo dài (prolonged release), phóng thích chậm (sustained release), phóng thích có kiểm soát (controlled release) Ngày nay,

dược điển Mỹ dùng một từ thống nhất cho các tên gọi trên đây là phóng thích kéo dài (extended release) [140]

Việc nghiên cứu phát triển các hệ thống PTKD dùng đường uống là một thách thức lớn cho các nhà bào chế do khó có thể điều chỉnh và kiểm soát chúng tại các điểm đích trong hệ tràng vị [78]

Các hệ thống PTKD đường uống thường dựa trên các hệ thống cơ bản [32]:

- Khung xốp không tan, bào mòn hay trương nở

- Viên nén, vi hạt hay cốm bao bằng polymer

- Hệ thống thẩm thấu

- Hệ thống trao đổn ion

- Kết hợp các hệ thống trên

Các khung xốp đơn lớp (monolithic matrices) vẫn luôn được sử dụng cho dạng PTKD đường uống do tính chất đơn giản và dễ sản xuất từ các thiết bị thông dụng Hệ thống thường bao gồm hoạt chất hòa tan hay phân tán trong một khung xốp được tạo thành từ một hay nhiều polymer Sự phóng thích thuốc ra khỏi hệ thống sẽ bao gồm sự xâm nhập của nước vào trong khung xốp, hydrat hóa, trương nở, khuếch tán thuốc đã hòa tan và/ hoặc bào mòn lớp polymer [78]

Bảng 1.2 Một số polymer tạo khung xốp phóng thích kéo dài

Chất tạo khung Hoạt chất Phương pháp điều chế khung

Dẫn chất của cellulose

guaifenesin theophylin xanthin, captopril natri diclofenac phenylpropanolamin

Xát hạt ướt [35]

Dập thẳng [38]

Xát hạt ướt [77]

Dập thẳng [30], [63], [65], [120]

Xát hạt ướt [58]

Xát hạt tầng sôi [112]

Xát hạt nóng chảy [103]

Dập thẳng, ép đùn nóng chảy [43] Dập thẳng [99]

Hệ phân tán rắn [118]

Dập thẳng [115]

Dẫn chất methacrylat

Xát hạt ướt [82]

Dập thẳng [19]

Dập thẳng [94]

Xát hạt ướt [54]

Tinh bột biến tính

- Tinh bột carboxy hóa

- Tinh bột acetat

acetaminophen saccharides, propanolol

Dập thẳng [84]

Dập thẳng [111]

Dập thẳng hay xát hạt ướt [14]

Gôm thiên nhiên

- Guar

- Xanthan và Guar

- Xanthan

- Guar và Locust

- Konjac glucomannan/ Xanthan

trimetazidin tramadol pentoxifyllin theophyllin cimetidin

Xát hạt ướt [83]

metformin propranolol theophyllin salbutamol glipizid nicorandil theophyllin

Xát hạt ướt [152]

Khác

- Natri alginat

- Pectin

- Sáp carnauba

- Nhựa cánh kiến

- Dầu thầu dầu hydrogen hóa

- Glyceryl behenat

- Poly(vinyl acetat)

- Poly(d,l-lactic acid)

chlorpheniramin theophyllin theophyllin

metronidazol naproxen tramadol natri ferulat propranolol theophylin propranolol

Dập thẳng [34]

Dập thẳng [125]

Bốc hơi dung môi, phun sấy, dập thẳng [13]

Xát hạt ướt [87]

Xát hạt khô [15]

Xát hạt nóng chảy [132]

Dập thẳng [86]

Dập thẳng [113] [126]

Đun chảy, dập thẳng [109]

Phương pháp điều chế các viên nén cấu trúc khung xốp này rất linh hoạt, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau từ dập thẳng, đùn ve, xát hạt ướt, xát hạt khô đến xát hạt nóng chảy, tạo hệ phân tán rắn Trong số đó, phương pháp dập thẳng được ưa chuộng bởi các nhà sản xuất thuốc generic nhờ các ưu điểm [16]:

- Đơn giản, kinh tế

- Ít công đoạn điều chế, giảm số lượng thiết bị sử dụng nên không mất nhiều thời gian thẩm định quy trình

- Không trải qua giai đoạn sấy khô nên giảm nguy cơ hoạt chất tiếp xúc nhiệt

- Phóng thích hoạt chất nhanh hơn sau khi tan rã

Ngoài các tá dược tạo khung xốp nêu trên, phương pháp dập thẳng cũng cần có sự góp mặt của các tá dược dùng cho dập thẳng Nhóm các tá dược này thường được phân thành 6 nhóm nhỏ [16]:

Cellulose và dẫn chất cellulose

- Cellulose vi tinh thể (Avicel®, Emcocel®) được sử dụng làm tá dược dập thẳng từ năm 1964 Đây là tá dược được sử dụng phổ biến nhất, với kích thước tiểu phân thay đổi trong khoảng khá rộng (20-200 μm)

- Cellulose dạng bột mịn có khả năng tạo viên cứng nhưng lưu tính và khả năng pha loãng kém

- Cellulose vi tinh thể silic hóa (Prosolv®) là một hỗn hợp giữa cellulose vi tinh thể với 2% silic keo khan để cải thiện độ trơn chảy

Các chất vô cơ

Thường sử dụng các calci phosphat, trong đó phổ biến nhất là dạng dibasic dihydrat (CaHPO4.2H2O) không nghiền mịn (Di-Tab®, Emcompress®, Dicafos®) Ngoài ra còn có thể sử dụng Calci phosphat dibasic khan, calci triphosphat, calci phosphat

Dẫn chất của tinh bột

Tinh bột tiền gelatin hóa (Starch 1500®, Lycatab C®) chứa 80% tinh bột nguyên thủy, 5% amylose tự do và 15% amylopectin tự do Dược điển Châu Âu quy định tinh bột sử dụng phải là tinh bột bắp, khoai tây hay gạo [52]

Các sản phẩm phối hợp

Mặc dù có khá nhiều tá dược độn có thể dùng cho dập thẳng nhưng vẫn chưa có một tá dược nào lý tưởng nhất Trong những năm gần đây, trên thị trường xuất hiện một số phối hợp sẵn các tá dược độn dùng cho dập thẳng với mục tiêu kết hợp các ưu điểm của chúng như: lactose khan-lactiol khan (Pharmatose DCL40®), lactose-cellulose (Cellatose®), lactose-tinh bột (Starlac®), lactose-povidon (Ludipress®)…

1.3.2 THỬ NGHIỆM ĐỘ HOÀ TAN

Thử nghiệm độ hòa tan là phép thử nhằm đánh giá tốc độ giải phóng và hòa tan dược chất ngoài cơ thể, là bước khởi đầu để sàng lọc, định hướng đánh giá SKD của thuốc nhằm giảm bớt mẫu thử cũng như chi phí Trong một số nghiên cứu về sự hòa tan của thuốc trong những điều kiện nhất định có thể là chỉ thị cho SKD của thuốc Người ta cũng xác định được tốc độ hòa tan của thuốc có liên quan

tuyến tính với SKD in vivo Vì vậy, phép thử độ hòa tan được chọn là phương

pháp thử phổ biến hiện nay, có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm đặc tính và chất lượng chế phẩm, nhất là dạng thuốc PTKD [140]

Phương pháp thử độ hòa tan

Các thiết bị sử dụng thử nghiệm độ hòa tan đã được đưa vào dược điển Mỹ (USP) và dược điển nhiều nước Hai loại thường được sử dụng nhất là:

- Thiết bị kiểu giỏ quay (rotating basket)

- Thiết bị kiểu cánh khuấy (paddle)

Sự lựa chọn phương pháp và thiết bị phù hợp cho từng loại sản phẩm là công việc rất quan trọng và được dựa trên các yếu tố [140], [143]:

- Phương pháp thử: giỏ quay hay cánh khuấy

- Số lượng viên thử: thông thường là 6 viên cho mỗi mẫu nghiên cứu

- Tốc độ quay: 50, 75 hay 100 vòng/ phút

- Môi trường hòa tan: được chỉ dẫn trong từng chuyên luận riêng, thường là các hệ đệm có pH thích hợp hoặc các dung môi hòa tan hoạt chất, cũng có thể dịch vị hoặc dịch ruột nhân tạo, tùy đặc tính của dạng thuốc thử nghiệm

- Thể tích môi trường: 500, 750, 900, 1000 ml, có khi lên đến 2000 ml (đối với hoạt chất ít tan) Nói chung, lượng dung môi không nên vượt quá 3 lần lượng dung môi để tạo ra một dung dịch bão hòa

- Thời gian thử nghiệm: tùy yêu cầu từng dạng khác nhau

- Vị trí lấy mẫu: ở khoảng giữa bề mặt môi trường hòa tan và mặt trên của giỏ hay cạnh trên của cánh khuấy, điểm này cách thành bình ≥ 10 mm

So sánh độ hoà tan

Tính tương tự trong biểu đồ hòa tan được sử dụng để kiểm soát quá trình sản xuất, làm bằng chứng đảm bảo chất lượng sản phẩm cũng như dùng để đánh giá

tốc độ phóng thích in vitro giữa hai công thức thuốc thử và thuốc đối chiếu

Đường biểu diễn độ hòa tan có thể được đánh giá tương tự nhau trên tổng thể hay tại từng thời điểm lấy mẫu Phương pháp so sánh độ hòa tan bằng cách dùng mô hình độc lập sẽ sử dụng hai yếu tố là yếu tố khác biệt (f1) và yếu tố tương tự (f2) [57]

Yếu tố khác biệt (f1) tính toán phần trăm khác nhau giữa hai đường biểu diễn độ hoà tan tại mỗi thời điểm và là một phép đo sai số tương đối giữa hai đường biểu diễn về độ hòa tan:

1001

1

R

T R

50

5 , 0 1

2 2

trong đó:

n: số thời điểm

Rt : độ hòa tan của thuốc đối chiếu tại thời điểm t

Tt: độ hòa tan của thuốc thử tại thời điểm t

Thông thường, giá trị f1 lên đến 15 (0 < f1 < 15) chứng tỏ hai đường biểu diễn độ hòa tan không khác nhau và giá trị f2 lớn hơn 50 (50 < f2 < 100) đã đủ đảm bảo sự tương tự nhau của hai đường biểu diễn độ hòa tan của hai chế phẩm

Đánh giá tính tương tự dựa trên các điều kiện sau [50],[137]:

- Tiến hành trên 3 môi trường có pH nằm trong khoảng 1-6,8

- Lấy mẫu ít nhất tại 3 thời điểm (trừ thời điểm 0)

- 12 đơn vị tại mỗi thời điểm cho mỗi công thức

- Không được có quá một đơn vị có độ hòa tan > 85% cho mỗi công thức

- Độ lệch chuẩn của mỗi công thức kể từ thời điểm thứ hai trở đi phải < 10%

1.3.3 VIÊN CHỨA GLICLAZID PHÓNG THÍCH KÉO DÀI

Trên bệnh nhân ĐTĐ týp 2, đường huyết có một nhịp ngày đêm đặc trưng qua thời gian 24 giờ Nồng độ đường huyết trong thời gian ăn uống ban ngày cao hơn

so với thời gian nhịn đói ban đêm Do đó, các thuốc trị ĐTĐ týp 2 khi được thiết kế dưới dạng PTKD sẽ giúp duy trì nồng độ đường huyết theo nhịp ngày đêm, đồng thời cải thiện sự tuân trị của bệnh nhân Cho đến nay chỉ mới có ba hoạt chất trị ĐTĐ týp 2 được điều chế dạng PTKD là glipizid, metformin và gliclazid [22], [76], [147]

Chế phẩm Diamicron MR 30 mg của hãng Servier (Pháp) là dạng bào chế chứa

30 mg gliclazid PTKD đầu tiên trên thị trường thế giới Đây là một dạng bào chế có cấu trúc dạng khung xốp, kiểm soát sự phóng thích hoạt chất dựa trên sự phối hợp giữa hai loại polymer thân nước có độ nhớt khác nhau với maltodextrin do Huet De Barochez và cộng sự sáng chế năm 2004 [67] Quy trình điều chế như sau: trộn đều gliclazid, maltodextrin và canxi hydrophosphat, xát hạt ướt với dung môi là nước; cốm được trộn với HPMC và tá dược trơn bóng rồi dập viên với độ cứng 60-100 N Chế phẩm này đã được nghiên cứu khá kỹ về dược lý và dược động học dựa trên nhiều nghiên cứu lâm sàng tại nhiều địa điểm trên thế giới:

- Viên chứa gliclazid PTKD là sự kết hợp hoàn hảo giữa tính chất dược lý và dạng bào chế để có thể đảm bảo tính tuân thủ trị liệu cho bệnh nhân mà vẫn kiểm soát hiệu quả đường huyết [42], [66]

- Delrata và cộng sự cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa trong các dữ liệu dược động học (tmax, t1/2 và AUC) của gliclazid sau khi uống viên gliclazid 30 mg PTKD ở trạng thái no và đói Nói cách khác, gliclazid được

hấp thu hoàn toàn trong tình trạng đói cũng như no [45]

- Khi nghiên cứu mối liên quan giữa dược động học và dược lực học của gliclazid dạng PTKD trên một dân số lớn người bệnh ĐTĐ týp 2, Frey và cộng sự kết luận rằng biến thiên nội thể phần lớn có liên quan đến tình trạng bệnh tật; tính biến thiên nội thể (intrasubject variability) thấp (16%) và tính biến thiên giữa các cá thể (intersubject variability) ở mức trung bình (41%) Kết quả này nhấn mạnh thêm việc trong lâm sàng, người ta cho tăng liều gliclazid PTKD tương ứng với đáp ứng trị liệu để có thể đạt được sự kiểm soát đường huyết hiệu quả [59]

- Theo một nghiên cứu đa trung tâm, mù đôi, ngẫu nhiên của McGavin và cộng sự [91], gliclazid dạng PTKD (liều từ 30-120 mg, dùng 1 lần trong ngày) cho hiệu quả tương tự với gliclazid dạng phóng thích tức thời (liều 80-320 mg/ ngày) sau 10 tháng điều trị

- Drouin và cộng sự [48] sau 2 năm nghiên cứu trên bệnh nhân ĐTĐ týp 2 đã nhận thấy rằng việc sử dụng gliclazid PTKD một mình hay kết hợp với thuốc khác trên bệnh nhân ĐTĐ týp 2 đã cải thiện đáng kể đường huyết ở mức độ dung nạp tốt, đặc biệt trên người già và trên người bị thiểu năng thận

Không chỉ được nghiên cứu lâm sàng tại các nước phát triển, gliclazid dạng PTKD cũng đã được đánh giá tác dụng lâm sàng tại Ấn Độ [110], Trung Quốc

[90] Một số quốc gia đang phát triển cũng bắt đầu nghiên cứu dạng bào chế này và tiến hành đánh giá TĐSH so với Diamiron MR 30 mg [156]

Liều gliclazid dạng PTKD khởi đầu được khuyến cáo là 30 mg/ ngày vào bữa ăn sáng Nếu đường huyết được kiểm soát tốt, liều này có thể sử dụng duy trì Ngược lại, liều dùng có thể tăng lên từng bước một đến 60, 90, hay 120 mg mỗi ngày Khoảng cách mỗi lần tăng liều ít nhất là 1 tháng trừ khi đường huyết không giảm sau hai tuần điều trị Liều tối đa mỗi ngày là 120 mg [133]

1.4 PHÁT TRIỂN THUỐC VỚI SỰ TRỢ GIÚP MÁY TÍNH 1.4.1 CÔNG NGHỆ THÔNG MINH

Con người tích lũy kinh nghiệm hay kiến thức trong cuộc sống hằng ngày của họ bằng cách thực hiện nhiều hoạt động như nhận dạng, nhận thức, giải quyết và học tập từ môi trường xung quanh Kiến thức được xem như hình thức thông tin kết hợp với sự giải quyết vấn đề qua rút kinh nghiệm và quy luật Thông qua máy tính, con người có thể bắt chước các hoạt động, khả năng thông minh của bộ não, đó là trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence) Một số công nghệï thông minh được ứng dụng trong nghiên cứu phát triển thuốc bao gồm [2], [116]:

- Mạng thần kinh nhân tạo (artificial neural networks): Hệ thống phần mềm vi

tính với tính năng học dựa trên dữ liệu thực nghiệm, từ đó có khả năng khám phá các mối liên quan nhân quả giữa thành phần công thức và/ hoặc điều kiện sản xuất với các tính chất của sản phẩm; dự đoán chính xác ảnh hưởng

trên các tính chất sản phẩm từ sự thay đổi của thành phần công thức và/ hoặc

điều kiện sản xuất

- Thuật toán di truyền (genetic algorithms): xuất phát từ ý tưởng áp dụng các

nguyên tắc của sự tiến hóa trong tự nhiên vào hệ thống trí tuệ nhân tạo Thuật toán di truyền được sử dụng để giải quyết các vấn đề phức tạp trong nhiều lĩnh vực trong đó có tối ưu hóa thành phần công thức/ điều kiện sản xuất Thuật toán di truyền cần được kết hợp với mạng thần kinh vì nó đòi hỏi sự phản hồi các giá trị thích hợp một cách nhanh chóng

- Logic mờ (fuzzy logic): Với logic cổ điển (crisp logic) hàm thành viên chỉ có

giá trị là 1 hay 0 (ví dụ “nóng” hay “lạnh”) Với logic mờ, hàm thành viên có thêm các giá trị ở giữ 0 và 1 (giữa “nóng” và “lạnh” có “ấm”) Logic mờ cung cấp một phương cách đơn giản để rút ra những quy luật hay kết luận từ

cơ sở dữ liệu mơ hồ hay kém chính xác

- Kỹ thuật logic mờ- thần kinh (neurofuzzy logic technology): là một công nghệ

thông minh có được các ưu điểm của logic mờ (có thể rút ra các quy luật từ số liệu) và mạng thần kinh (với khả năng luyện và thích ứng) Nhờ đó, công nghệ này có khả năng tự động rút ra các quy luật từ dữ liệu thực nghiệm, trình bày các quy luật dưới dạng ngôn ngữ để giúp cho nhà bào chế quyết định nên làm gì tiếp theo Công nghệ này đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển thuốc

Nhiều công trình nghiên cứu công thức và quy trình điều chế dạng PTKD đã được công bố, trên nhiều hoạt chất và sử dụng nhiều hệ tá dược khác nhau [33], [49], [68], [69], [70], [88], [95], [108], [121], [127], [129], [153], [157] theo khuynh hướng ứng dụng công nghệ thông minh trong việc tìm hiểu các thông số thành phần công thức và/ hoặc quy trình tác động như thế nào lên hệ phóng thích

có kiểm soát đồng thời tối ưu hóa các thông số đó Hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ thông minh trong việc thiết kế và phát triển hệ thống phóng thích có kiểm soát sẽ tăng lên trong tương lai gần khi mà các phần mềm thông minh mạnh hơn và thân thiện với người dùng hơn Để thu được một mô hình đáng tin cậy, nhà bào chế cần nhiều dữ liệu luyện và thời gian để máy tính luyện Những việc ban đầu như thiết kế thí nghiệm, thu thập dữ liệu có thể tốn nhiều thời gian hơn phương pháp truyền thống so với các nhà bào chế theo kinh nghiệm Hơn nữa nhà bào chế cần phải nhận thức rõ là không có phần mềm hoặc thuật toán nào có thể giải quyết tất cả các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình nghiên cứu phát triển một thuốc

Phần mềm thông minh (intelligent software) là các hệ thống phần mềm vi tính sử dụng các công nghệï thông minh Ví dụ:

- Phần mềm thông minh FormRules [55]: sử dụng công nghệ logic mờ-thần kinh, có khả năng nghiên cứu, phân tích các mối liên quan nhân quả

- Phần mềm thông minh INForm [72]: áp dụng mạng thần kinh để lập các mô hình liên quan nhân quả, dự đoán về tính chất khi thay đổi công thức; phối hợp thuật toán di truyền với logic mờ để tạo công cụ tối ưu hóa công thức có tính trực quan và tiện dụng

Nhà bào chế có thể áp dụng phần mềm thông minh FormRules trong giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc để nghiên cứu liên quan nhân quả và định hướng cho việc thực nghiệm tiếp theo Sau khi thu thập đủ dữ liệu, nhà bào chế sẽ áp dụng phần mềm thông minh INForm để tối ưu hoá công thức và quy trình

1.4.2 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Giữa thành phần công thức và/ hoặc điều kiện sản xuất với các tính chất của sản phẩm có các mối liên quan nhân quả, do đó nhà bào chế nên có mô hình thực nghiệm để có thể thu thập thông tin tối đa với số thí nghiệm tối thiểu Các phần mềm thiết kế công thức/ quy trình thường được sử dụng gần đây là Design-Expert 6.0.6 (Stat-Ease Inc., Minneapolis-2002), FormData v2 (Intelligensys Ltd., UK -2003) [2]

Trong ngành Dược có thể gặp 3 nhóm mô hình thực nghiệm:

- Mô hình công thức (formulation designs) hay mô hình hỗn hợp (mixture

designs) giúp khảo sát các thành phần nguyên liệu trong công thức, đây là loại mô hình có ràng buộc Một công thức bào chế có thể được xem như một

“hỗn hợp” có n thành phần với tỷ lệ x1, x2, và xn; x1 + x2 + + xn = 1 (hay 100%) và 0 ≤ xi ≤ 1 Không gian yếu tố (factor space) được thiết kế như khoảng không gian bên trong của một hình có n đỉnh và (n-1) chiều để biểu thị mọi khả năngï phối hợp

- Mô hình quy trình (process designs) hay mô hình yếu tố (factorial designs):

xem xét các điều kiện tiến hành, đây là loại mô hình không ràng buộc Mô hình yếu tố đầy đủ có ưu điểm là cho phép người nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố cũng như tương tác của chúng nhưng cần có số thí nghiệm rất lớn khi số yếu tố tăng lên Mô hình yếu tố giản lược (fractional factorial design) cho phép giảm bớt rất nhiều số thí nghiệm mà vẫn khảo sát được một số ảnh hưởng của các yếu tố Hai mô hình yếu tố đặc biệt hay gặp là D-Optima và Taguchi OA

- Mô hình kết hợp (combined designs): áp dụng mô hình công thức kết hợp với

mô hình quy trình

1.4.3 NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN NHÂN QUẢ

Khám phá tri thức (knowledge discovery) là một kỹ thuật mới đang được áp dụng trong lãnh vực nghiên cứu thị trường, phân tích tài chính, nghiên cứu phát triển thuốc Trong Công nghiệp Dược, nó giúp cho nhà bào chế khám phá tri thức (khi còn ít kinh nghiệm) hoặc hiểu vấn đề sâu hơn (đối với tri thức hiện có) Trước đây các kỹ thuật khám phá tri thức gồm có toán thống kê và mạng thần kinh Ngày nay, logic mờ - thần kinh có nhiều triển vọng hơn

Phần mềm thông minh FormRules (Intelligensys Ltd., UK) [55] có khả năng rút

ra những quy luật nhân quả (automatic rule generation), có thể được gọi là kiến thức nông (shallow knowledge) từ dữ liệu thực nghiệm là những con số Các bộ hàm logic-thần kinh từ đơn giản đến phức tạp bao gồm 2 thành phần (low, high),

3 thành phần (low, medium, high) hay 5 thành phần (low, med-low, medium, med-high, high)

Mơ ho a

Bộ hàm mờQuy luật mờ

Cơ sở tri thức

Cấu trúc quy luật nhân quả

A (thấp, cao) + B (thấp, trung bình, cao) C (thấp, cao)

Ví dụ:

Mệnh đề nguyên nhân

Nếu A thấp và B thấp thì C thấp (xác suất p)

Nếu A cao và B thấp thì C cao (xác suất p)

Nếu A thấp và B trung bình thì C thấp (xác suất p)

Mệnh đề kết quả

1.4.4 TỐI ƯU HÓA THÔNG SỐ

Việc tối ưu hóa các thông số của công thức hay quy trình có liên quan đến 2 loại biến số: biến số độc lập (X = nhân) gồm các thành phần công thức/ điều kiện sản xuất, và biến số phụ thuộc (Y = quả) là các tính chất của sản phẩm Giả sử biến số phụ thuộc Y chỉ có một giá trị y, nhà bào chế có thể chọn các giá trị xi

của biến số độc lập X sao cho y được tối đa (maximum) hay tối thiểu (minimum) Trong thực tế mỗi sản phẩm có rất nhiều tính chất, tức biến phụ thuộc Y có nhiều giá trị yj Do đó, nhà bào chế phải tối ưu hóa nhiều biến số phụ thuộc (multiple optimization), tức là dung hòa các giá trị x1, x2, x3 sao cho các giá trị y1, y2, y3 đạt được tối ưu (optimum) thay vì tối đa hay tối thiểu Trong nghiên cứu phát triển, khi mong muốn thay đổi một tính chất nào đó của sản phẩm thì có nghĩa là sẽ phải thay đổi các thông số đầu vào và ngược lại, điều này làm tốn nhiều thời gian và công sức Vì vậy, nhà bào chế cần có mô hình để

dự đoán điều gì sẽ xảy ra với tính chất sản phẩm nếu họ thay đổi thành phần công thức và/ hoặc quy trình sản xuất

Công thức/

Xác lập mô hình

Tối ưu hóa

Điều gì xảy ra

Làm sao đạt được

Hình 1.4 Chu trình mô hình hóa, tối ưu hóa và dự đoán

Trước đây, việc tối ưu hóa thường được thực hiện bởi các phương pháp truyền thống như toán thống kê, đơn hình Ngày nay người ta có xu hướng áp dụng phần mềm thông minh để tối ưu hóa các thông số, gọi là tối ưu hóa thông minh

Khi luyện mạng bởi phần mềm INForm (Intelligensys Ltd., UK) [72] có thể chọn các thuật toán lan truyền ngược bao gồm:

- Standard Incremental (SI): dùng yếu tố momen và tốc độ luyện, điều chỉnh

trọng số sau mỗi mô hình được luyện;

- Standard Batch (SB): dùng yếu tố momen và tốc độ luyện, điều chỉnh trọng

số sau khi tất cả mô hình được luyện;

- RPROP (RP): không dùng yếu tố momen và tốc độ luyện, luyện mạng nhanh

nhất nên được ấn định mặc nhiên;

- QuickProp (QP): không cần yếu tố momen mà chỉ dùng tốc độ luyện, có tính

năng vừa luyện vừa rút kinh nghiệm;

- Angle Driven Learning (ADL): dùng yếu tố momen và tốc độ luyện, điều

chỉnh trọng số trong quá trình luyện mạng

Về phía hàm truyền, ngoài hàm truyền tuyến tính (Linear) còn có hàm truyền phi tuyến dạng sigmoid bất đối xứng (Asymmetric sigmoid) hay sigmoid đối xứng (Symmetric sigmoid) và dạng hyperpol (Tanh = Hyperbolic tangent)

Nhược điểm của mạng thần kinh là có thể bị “luyện quá mức” Khi đó mạng thần kinh tuy được luyện tốt nhưng nó dự đoán kém chính xác Muốn tránh hiện tượng này người ta chia dữ liệu đầu vào làm nhóm luyện và nhóm thử; mô hình từ nhóm luyện sẽ dự đoán nhóm thử Giá trị R2 luyện sẽ được dùng để đánh giá tính tương thích, thường ≥ 90% ; giá trị R2 thử sẽ được dùng để đánh giá khả năng dự đoán của mô hình, nên ≥ 70%

( ) (y ) 100

y

y 1

100 TSS

yâ: giá trị dự đoán:

Sự kết hợp mạng thần kinh và logic mờ làm tăng sự hiệu quả trong việc thiết lập mô hình nhân quả và dự đoán, đặc biệt đối dữ liệu phi tuyến và rất phức tạp, dữ liệu định tính (25 oC hay 80 oC) hay dữ liệu thiếu trị số (nhập số -99999 thay vì số 0) Thuật toán di truyền có khả năng tối ưu hóa dựa trên mô hình nhân quả

nên nó được kết hợp chặt chẽ với mạng thần kinh Logic mờ làm hàm mục tiêu giúp cho việc tối ưu hóa có thể được thực hiện một cách dễ dàng và trực quan:

.

a b c d e

Hình 1.5 Minh họa các hàm mục tiêu trong tối ưu hóa: (a) Tent (đúng

một trị số); (b) Up (càng cao càng tốt); (c) Down (càng thấp càng tốt) và (d) Flat (từ min đến max) (e) Flat Tent (trong một khoảng)

Dữ liệu thực nghiệm (đầu vào)

Mạng thần kinh

Thiết lập mô hình

Chưa

Đánh giá Đạt

Công thức tối ưu (đầu ra)

Hình 1.6 Nguyên lý vận hành của mạng thần kinh phối hợp với

thuật toán di truyền