bao cao he thong tri lieu

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA DƯỢC oOo - BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC HỆ THỐNG TRỊ LIỆU MỚI TÊN ĐỀ TÀI TĂNG THẤM THUỐC DÁN QUA DA BẰNG KĨ THUẬT MICRONEEDLE Học viên: Nguyễn Thị Mai Đinh Vũ Yến Nguyễn Thị Tuyết Mai Phan Cảnh Trình Nguyễn Quỳnh Anh Lớp: Cao Học CN Dược Phẩm - Bào Chế Thuốc Niên khóa: 2017 - 2019 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thiện Hải Tp Hồ Chí Minh, 07/2018 i MỤC LỤC MỤC LỤC ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH v Mở đầu NỘI DUNG Microneedle 1.1 Khái niệm 1.2 Phân loại 1.3 Cơ chế tác dụng 1.4 Ưu nhược điểm 1.4.1 Ưu điểm 1.4.2 Nhược điểm Phương pháp sản xuất 2.1 MN đặc tiền trị liệu da 2.1.1 MN silicon 2.1.2 MN kim loại 2.1.3 MN polymer 2.2 MN phủ 2.2.1 Phương pháp bao MN 2.2.2 Công thức bao 2.3 MN hòa tan 2.3.1 Phương pháp chế tạo MN hòa tan 2.3.2 Thiết kế MN hòa tan 2.4 MN rỗng 10 Đánh giá sản phẩm 11 3.1 Hình thể học MN 11 3.2 Kiểm tra dung tích chứa 11 3.3 Khả đâm xuyên 11 3.4 Đo lực bẻ gãy 12 ii 3.5 Giới hạn an toàn 12 3.6 Thử nghiệm thâm nhập / khuếch tán 13 3.7 Thử nghiệm in vivo 14 3.8 Mất nước qua biểu bì da 15 3.9 Kiểm tra an toàn sinh học 15 Ứng dụng 15 4.1 Chuyển thuốc qua da 15 4.1.1 Vi kim tăng tính thấm qua da 15 4.1.2 Phối hợp vi kim với kỹ thuật khác 16 4.2 Vaccines 17 4.3 Thiết bị lấy mẫu dịch sinh học 17 4.4 Ứng dụng khác 18 4.4.1 Chuyển giao thuốc mắt 18 4.4.2 Ứng dụng mỹ phẩm 19 4.4.3 Chuyển giao chất sinh học tế bào sống 19 4.4.4 Nha khoa 20 4.4.5 Chẩn đoán dị ứng 20 4.4.6 Nhận dạng động vật 20 4.4.7 Các ứng dụng khác 20 Một số sản phẩm vi kim thị trường 21 5.1 Con lăn vi kim Dermaroller® 21 5.2 AdminPen™ 21 5.3 Miếng dán phủ vi kim MicroHyala® 22 5.4 Micronjet® 22 5.5 Vi kim Soluvia® 22 5.6 Miếng dán vi kim insulin: V-GoTM ………………………………………… 22 Kết luận 22 Tài liệu tham khảo iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ nguyên AND Acid DeoxyriboNucleic ARN Axid RiboNucleic BCG Bacille Calmette – Guerin Nghĩa tiếng Việt Vắc - xin chủng ngừa lao Nồng độ tối đa Cmax cs Cộng FITC-dextrans Fluorescein Isothiocyanate – dextrans Protein phát huỳnh quang GFP Green fluorescent protein HPV Human Papilloma Virus ICP Inductively Coupled Plasma Plasma cao tần cảm ứng MN / MNs Microneedle / Microneedles Vi kim PTH Parathyroid hormone Hoc - mon tuyến cận giáp TEWL Transepidermal water loss Mất nước qua biểu bì da xanh Thời gian đạt nồng độ tối đa Tmax US – FDA Food and Drug Administration UV UltraViolet Cơ quan quản lí thực phẩm dược phẩm Hoa Kì Tử ngoại iv DANH MỤC HÌNH Hình Cơ chế MN khác phân phối thuốc qua da Hình Chế tạo vi kim polymer kĩ thuật vi đúc Hình Sơ đồ chế tạo MN hòa tan Hình Sơ đồ chế tạo MN rỗng 10 Hình Mơ hình Gonnelli McAllister với thiết kế vi kim rỗng có nút đậy 10 Hình Máy Enduratec đo giới hạn an tồn 12 Hình MN phủ vitamin B, calcein trước sau đâm xuyên vào da lợn 13 Hình Hình ảnh da người sau dán MN in vitro in vivo 14 MỞ ĐẦU Sự thành công thuốc phân phối qua da bị giới hạn thuốc khó vào da nồng độ trị liệu Nhưng gần đây, việc sử dụng microneedle giúp làm tăng tính thấm cho thấy tăng đáng kể phân phối thuốc qua da, đặc biệt đại phân tử Microneedle chế tạo nhiều hình dạng, kích thước vật liệu khác nhờ công cụ ngành công nghiệp điện tử Bên cạnh đó, việc sử dụng microneedle cho thấy khơng đau Từ kết đó, microneedle mang lại nhiều triển vọng để phát triển việc phân phối hợp chất qua da với nhiều ứng dụng khác Những ứng dụng nghiên cứu việc phân phối gen trúng đích, vaccin, tiêm thuốc vào thể hay lấy mẫu dịch thể Tuy nhiên, công nghệ cần khai thác, nghiên cứu thêm tính hiệu đặc tính microneedle vật liệu chế tạo để chắn độ an toàn cho bệnh nhân Báo cáo thực nhằm để tổng quan tài liệu công nghệ microneedle ứng dụng tăng thấm thuốc dán hấp thu qua da Các khái niệm, kĩ thuật điều chế, ứng dụng sản phẩm thực tế microneedle đề cập phân tích 1 Microneedle 1.1 Khái niệm Microneedle (MN – vi kim) kim kích thước micron tên gọi [3], ống rắn ống rỗng với chiều dài xấp xỉ 50 – 900 µm đường kính ngồi khơng q 300 µm MN đặt miếng dán để phân phối thuốc qua da Các miếng dán chứa MN nghiên cứu để chuyển giao thuốc, dược phẩm sinh học hay vắc-xin, … MN đâm xuyên phá vỡ lớp sừng để mang lại đáp ứng nhanh [5] MN đề xuất vào năm 1976, công nghệ để tạo kim có kích thước micron chưa phổ biến năm 2000 Với phát triển công nghệ ngành vi điện tử việc sản xuất hàng loạt sản phẩm với chi phí thấp cho phép chế tạo MN silicon, kim loại vật liệu khác MN xuyên qua lớp biểu bì với độ sâu 70 - 200 µm MN mảnh, ngắn, khơng thâm nhập vào lớp hạ bì - nơi chứa nhiều dây thần kinh; thường khơng gây đau tăng cường khả vận chuyển thuốc qua da [5] 1.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại MN Về mặt thiết kế, MN sử dụng để phân phối thuốc qua da chia làm hai loại: MN đặc MN rỗng [3] Về công dụng chế tác dụng, MN chia làm loại [3],[8]: - MN đặc sử dụng tiền trị liệu cho da Sau lăn kim để lại lỗ rỗng bề mặt da, thuốc bôi lên da cho phép khuếch tán vào bên thông qua lỗ rỗng vào thể - MN phủ (coated MN) MN phủ lớp bao công thức thân nước có chứa hoạt chất Sau tiêm vào da, lớp bao chứa hoạt chất hòa tan khỏi vi kim vào da, MN rút sau - MN hịa tan chế tạo từ polymer tan nước phân hủy sinh học bao bọc lấy hoạt chất Khi sử dụng, MN hòa tan phân hủy để giải phóng hoạt chất - MN rỗng dùng để đưa thuốc vào da khuếch tán thuốc vào da thông qua lỗ rỗng kim 1.3 Cơ chế tác dụng Cơ chế tác động phụ thuộc vào thiết kế MN (hình 1) MN thường gồm hàng trăm vi kim đế MN đặc ép lên da cọ xát da để tạo lỗ nhỏ, làm tăng tính thấm da lên đến lần so với miếng dán công thức chỗ chứa thuốc vắc xin Các lỗ cịn sót lại sau loại bỏ MN có kích thước micron có thời gian tồn ngày băng kín khơng băng kín Phương thức thứ hai sử dụng MN phủ Lớp phủ hòa tan vòng phút sau dán lên da, sau MN rút loại bỏ Dạng thay cho microneedles kim loại polymer khơng hịa tan, MN chế tạo từ polymer tan nước phân hủy sinh học thay cho MN kim loại hay polymer không hịa tan Thuốc nang hóa MN polycactic coglycolic acid để phóng thích có kiểm sốt nhiều đến vài tháng carboxymethylcellulose, polyvinylpyrolidin, maltose để giải phóng nhanh vịng vài phút MN rỗng đâm thủng da sau truyền dịch lỏng thơng qua lỗ khoan kim theo cách tương tự tiêm da Hình Cơ chế MN khác phân phối thuốc qua da: A) MN đặc B) MN phủ C) MN hòa tan D) MN rỗng 1.4 Ưu nhược điểm 1.4.1 Ưu điểm Cơ chế vận chuyển không dựa khuếch tán qua lớp sừng sản phẩm phân phối thuốc qua da khác Thuốc vắc-xin nhanh chóng chuyển giao đến vị trí tác động biểu bì MN chế tạo kim loại, silicon, polymer, thủy tinh vật liệu khác, sản xuất hàng loạt chi phí sản xuất giảm MN chế tạo có độ dài vừa đủ để vừa thâm nhập vào da mà vừa không chạm vào dây thần kinh Sử dụng MN làm giảm nguy đau, nhiễm trùng chấn thương MN đặc sử dụng với miếng dán thuốc để tăng tỷ lệ khuếch tán; phương pháp để tăng tính thẩm thấu bao gồm tạo lỗ cọ xát da phủ kim tiêm với thuốc MN rỗng chế tạo thành miếng dán thuốc bơm chỉnh thời gian để cung cấp thuốc thời điểm cụ thể MN nhỏ cung cấp thuốc nhắm mục tiêu cao cho tế bào cụ thể Trong nhiều trường hợp, MN mang đến hài lịng bệnh nhân, khơng gây đau chảy máu (đặc biệt tiêm chủng cho trẻ em cho bệnh nhân có hội chứng sợ hãi kim tiêm) Sử dụng MN tránh hiệu ứng vượt qua gan lần đầu, không cần sử dụng thường xuyên MN cho phép thuốc thâm nhập nhanh chóng vào hệ thống tuần hồn, cung cấp trực tiếp phân tử nhỏ, đại phân tử, vắc xin, axit nucleic vào biểu bì Có thể điều trị vùng da tương đối lớn MN dùng lần dễ dàng loại bỏ có khả phân huỷ sinh học Thuốc phóng thích với tốc độ khơng đổi thời gian dài 1.4.2 Nhược điểm Nồng độ thuốc da lớn gây phản ứng viêm chỗ Kích ứng da dị ứng da nhạy cảm MN khó sử dụng; bác sĩ lâm sàng phải huấn luyện kỹ thuật sử dụng Kim nhỏ mảnh nhiều so với đường kính tóc, đầu kim MN bị gẫy để lại da Phương pháp sản xuất Trong nhiều thập kỷ, kim nhỏ riêng rẽ chế tác thủ cơng với mục đích để nghiên cứu có triển vọng phát triển MNs việc phân phối thuốc vào năm 1970 Tuy nhiên, phải đến năm 1990 mà ngành công nghiệp vi điện tử cung cấp công cụ vi chế tạo cần thiết để làm cho MNs phù hợp cho ứng dụng dược phẩm Với khởi đầu công nghệ vi điện tử, MNs chế tạo từ silicon Và sau đó, MNs chế tạo từ nhiều vật liệu kim loại, polymer, thủy tinh gốm với nhiều hình dạng, kích thước cho ứng dụng khác Hầu hết phương pháp chế tạo MN dựa công nghệ vi chế tạo (microfabrication, microelectromechanical systems (MEMS) – vi điện tử) bao gồm kỹ thuật thêm, loại bỏ chép vi cấu trúc sử dụng trình quang điện, khắc silicon, cắt laser, mạ kim loại, đánh bóng điện hóa kim loại vi đúc [8] Quá trình MEMS chia ba phần: lắng đọng, tạo khn ăn mịn [5], [6] Quá trình lắng đọng hình thành màng phim mỏng vài nanomet đến khoảng 100 micromet Tạo khuôn việc chuyển khuôn mẫu lên lớp phim Trong trình sử dụng kĩ thuật lito (in thạch bản) Cụ thể kĩ thuật quang khắc, khắc chùm điện tử, khắc chùm ion, khắc tia X Q trình ăn mịn sử dụng axit mạnh tác nhân ăn mịn để cắt vào phần khơng bảo vệ bề mặt vật liệu để tạo thiết kế mong muốn chia thành hai loại: ướt khắc khắc khô Tùy thuộc vào vật liệu loại MN mà lựa chọn kĩ thuật phù hợp [5] 2.1 MN rắn tiền trị liệu da MN tạo nên lỗ da Những MN sắc bén đâm xuyên qua da cào da để tạo thành lỗ rỗng mà từ thuốc vận chuyển Tác dụng thuốc chỗ da toàn hệ thống hấp thụ mao mạch da Thuốc dùng cho trường hợp thông thường thuốc dán thuốc bán rắn thuốc mỡ, kem, gel,… Yêu cầu dạng MN đặc tạo vi kim có độ bền học ( phụ thuộc vào lựa chọn vật liệu hình dạng thiết kế) giảm lực cần thiết để chèn vào mô da (tăng độ sắc nét cho đầu vi kim) Vật liệu sử dụng để chế tạo MN đặc bao gồm silicon; polymer không phân hủy sinh học epoxy quang khắc, co-polymer 2.4 MN rỗng [8] MN rỗng thiết kế dạng vi ống rỗng, hoạt chất tải bể chứa phía dàn ống, đẩy vào mơ lực nén Quá trình chế tạo MN rỗng kĩ thuật MEMS (microelectromechanical systems – hệ thống vi điện tử) bao gồm kĩ thuật khoan laser, khắc ion phản ứng sâu, quang khắc tia X sâu khắc ướt kết hợp với vi chế tạo (microfabrication) Quá trình tạo lỗ dựa kĩ thuật MEMS silicon với kết hợp trình quang khắc, ăn mòn ướt vi chế tạo Vật liệu chế tạo MN rỗng kim loại, silicon, polymer thủy tinh MN rỗng kim loại chế tạo qua qui trình nhiều bước có sử dụng chất nhạy sáng SU-8 kĩ thuật mạ điện minh họa hình MN rỗng silicon chế tạo kĩ thuật ăn mòn điện hóa acid hydroflouric Hình 4: Sơ đồ chế tạo MN rỗng MN rỗng sử dụng bơm tiêm đưa thuốc dạng lỏng vào thể Một số MN tích hợp với thiết bị truyền động Dòng chất lỏng qua lỗ điều chỉnh áp suất khí CO2, lị xo (hình 5), vi bơm điện áp, bơm si-ranh, bơm vi bánh (micro-gear pump) Hình 5: Mơ hình Gonnelli McAllister với thiết kế vi kim rỗng có nút đậy (các nút đậy trở lại vị trí ban đầu nhờ hệ thống lị xo) 10 Ngồi phân phối thuốc MN rỗng phát triển để thu thập mẫu thể MN rỗng thủy tinh silicon dùng lấy mẫu dịch kẽ, MN rỗng kim loại lấy mẫu máu Đánh giá sản phẩm [5] 3.1 Hình thể học MN: Kính hiển vi điện tử quét sử dụng để xác định bán kính chân đế, bán kính (đầu) mũi kim độ dày thành MN Khu vực mặt phân cách (tức khu vực tiếp xúc có hiệu vi kim da) tính theo hai cách: Diện tích mặt hình trịn - Aa đầu mũi kim: A a  r t  t2 / 4 t  Và diện tích đầy đủ mặt cắt ngang (thiết diện)- Af đầu mũi kim: A  r Góc thành kim,, tính sau:   tan r  r / h f t 1 b t Trong đó: rt bán kính ngồi đầu mũi kim, rb bán kính bên ngồi thân kim, t độ dày thành kim h chiều cao 3.2 Kiểm tra dung tích chứa Wang et al đánh giá khả chứa chất lỏng vi thể tích (microfluidic) lumen (khoảng trống vi kim) qua thử nghiệm gồm bơm tiêm chứa thuốc nhuộm, ống polymer MN Hệ thống bơm tiêm kiểm tra hình thành lumen MN cách cho phép thuốc nhuộm chảy từ ống tiêm vào lỗ MN Sử dụng kính hiển vi để quan sát đầu mũi kim MN phần chân đế suốt trình dẫn lưu chất lỏng vi thể tích để phát vết nứt chân đế tính liên tục cấu trúc 3.3 Khả đâm xuyên Shawgo cộng (cs.) sử dụng hệ thống kiểm tra lực dịch chuyển (displacement– force test station) để đo lực đâm kim, vị trí kim lực đối kháng da suốt trình tự di chuyển kim, độ biến dạng mô xung quanh kim kim đưa vào da người Quan sát hình ảnh đâm kim vào da vơ khó khăn, đo tiến hành xác định xâm nhập kim thông qua giảm điện trở bề mặt da Vì điện trở lớp da - lớp sừng lớn nhiều so với mơ sâu hơn, lực đối kháng da giảm đáng kể sau kim thâm nhập 11 Ngoài ra, để xác định MN xun qua da mà khơng bị gãy vỡ, dãy MN ép vào lớp biểu bì lực khoảng 10 N với máy có đầu dị nhỏ gỗ (đường kính mm; Baxter Healthcare) Để mô tốt môi trường học in vivo, lớp hạ bì đặt bên lớp biểu bì đệm hỗ trợ Sau MN đưa vào, lớp biểu bì MN kiểm tra ánh sáng (StereoZoom 7; Bausch & Lomb, Rochester) và/hoặc kính hiển vi điện tử quét (S-800, Hitachi) [4] 3.4 Đo lực bẻ gãy Lực cần thiết bẻ gãy học MN hệ thống kiểm tra tải trọng dạng trục, điều khiển MN chống lại khối nhôm phẳng với tốc độ 0,01 mm/s dịch chuyển 500 m cài đặt sẵn Sự gãy nứt MN quan sát thơng qua kính hiển vi Đo lực độ dịch chuyển sử dụng để xác định lực gãy 3.5 Giới hạn an toàn Giới hạn an toàn tỷ lệ lực đâm xuyên cần thiết để qua lớp sừng lực bẻ gãy MN Phép thử tiến hành miếng dán chứa dãy MN thay MN đơn, Kết dãy MN tương đương với MN đơn Nếu tỷ số