THIẾT kế và tối ưu hóa CÔNG THỨC GEL INDOMETHACIN THẤM QUA DA

Người ta ước tính viêm khớp là căn bệnh xảy ra ở 1 10 dân số thế giới, trong đó nước ta cũng có tỉ lệ rất cao, thường gặp hai loại là viêm xương khớp và viêm khớp dạng thấp. Việc điều trị chủ yếu dùng các thuốc kháng viêm không steroid (NSAIDs). Nhưng trở ngại lớn nhất của NSAIDs là gây tác dụng phụ trên đường tiêu hóa, nhất là ở bệnh nhân lớn tuổi, có dùng thuốc kháng đông hoặc tiền sử bị loét đường tiêu hóa… Để khắc phục được tác dụng phụ này, các nhà bào chế đã nghiên cứu các dạng bào chế mới cho các NSAIDs dưới dạng dùng ngoài da có khả năng đưa hoạt chất vào sâu trong da hoặc vào vòng tuần hoàn chung. Trên thị trường dược phẩm ở nước ta hiện nay , các biệt dược kháng viêm NSAIDs dạng dùng ngoài như Geldène® 0,5%, Voltaren Emulgel® 1%, Indocid® 1%... Riêng Indocid® có chứa hoạt chất là indomethacin chưa được biết đến một cách rộng rãi có thể do hiệu quả giảm đau của biệt dược này chưa thuyết phục. Một nguyên nhân có thể nghĩ đến là do tác dụng thấm sâu của hoạt chất chưa tốt. Một số công trình nghiên cứu đã đề cập đến việc tăng cường tính thấm của indomethacin khi sử dụng dưới dạng gel. Vì vậy, để tăng cường hiệu quả điều trị của gel Indomethacin, việc đưa thêm một tá dược tăng cường thấm sâu cho indomethacin vào trong công thức là một nội dung cần phải nghiên cứu. Trước đây, để thành lập một công thức thuốc các nhà bào chế thường áp dụng các công thức có sẵn trong tài liệu hay dò dẫm theo kinh nghiệm bằng cách thay đổi tá dược hay thiết bị cho phù hợp với điều kiện trong nước. Vì vậy phải mất nhiều thời gian để tìm được một công thức bào chế tối ưu. Ngày nay, việc nghiên cứu và phát triển công thức thuốc mới đã được sự hỗ trợ rất hiệu quả bởi các phần mềm vi tính, đặc biệt là các phần mềm thông minh. Trong số này có thể kể đến phần mềm thiết kế chuyên dụng DesignExpert 6.06 dùng để thiết kế mô hình thực nghiệm và phần mềm INForm v3.2 dùng để tối ưu hóa các thành phần của công thức. Nhằm góp phần đáp ứng nhu cầu về thuốc để phục vụ cho sức khỏe cộng đồng, mục tiêu của đề tài là: “Thiết kế và tối ưu hóa gel Indomethacin thấm qua da” với các nội dung nghiên cứu cụ thể như sau: Xây dựng quy trình thích hợp để định lượng hoạt chất trong gel Indomethacin. Thăm dò một số chất tăng cường thấm sâu cho Indomethacin. Thiết kế và tối ưu hóa công thức điều chế gel Indomethacin. Đánh giá sản phẩm nghiên cứu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH

Thầy hướng dẫn:

PGS TS Đặng Văn Giáp ThS Huỳnh Văn Hóa

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2004LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ đại học này đã được thực hiện tại Khoa Dược – Trường Đại Học Y Dược TP Hồ Chí Minh trong thời gian từ 1/04/04 đến 29/07/04, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Đặng Văn Giáp – Trưởng Phân môn Vi Tính Dược và ThS Huỳnh Văn Hóa – Phó Chủ Nhiệm Bộ Môn Bào Chế

Xin kính gởi đến Thầy Đặng Văn Giáp và Thầy Huỳnh Văn Hóa lòng biết

ơn sâu sắc về sự quan tâm và tận tình truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu giúp cho khoá luận có thể được thực hiện và hoàn thành tốt đẹp

Vô cùng cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện về trang thiết bị giúp cho việc hoàn thành khóa luận của:

- Quý Thầy Cô ở Bộ Môn Bào Chế;

- Thầy PGS TS Hoàng Minh Châu và Thầy ThS Nguyễn Tài Chí – Bộ Môn Công Nghiệp Dược;

- Thầy PGS TS Lê Minh Trí cùng các Thầy Cô ở Bộ Môn Hóa Dược;

- Các anh chị: ThS Đỗ Quang Dương, DS Chung Khang Kiệt, DS Nguyễn Thụy Việt Phương và chị Nguyễn Thị Hương – Phân môn Vi Tính Dược

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Trần Thị Tường Linh, cô chủ nhiệm lớp D99, người đã luôn động viên và giúp đỡ cho khóa luận này được hoàn thành tốt đẹp

Chân thành cảm ơn các bạn cùng lớp D99 về sự quan tâm, động viên và nhiệt tình giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận

Phạm Đình Duy

NỘI DUNG

Chương 2 TỔNG QUAN 3

Chương 4 KẾT QUẢ & BÀN LUẬN 38

Mô hình thực nghiệm 47

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Người ta ước tính viêm khớp là căn bệnh xảy ra ở 1/ 10 dân số thế giới, trong đó nước ta cũng có tỉ lệ rất cao, thường gặp hai loại là viêm xương

khớp và viêm khớp dạng thấp Việc điều trị chủ yếu dùng các thuốc kháng viêm không steroid (NSAIDs) Nhưng trở ngại lớn nhất của NSAIDs là gây tác dụng phụ trên đường tiêu hóa, nhất là ở bệnh nhân lớn tuổi, có dùng thuốc kháng đông hoặc tiền sử bị loét đường tiêu hóa… Để khắc phục được tác dụng phụ này, các nhà bào chế đã nghiên cứu các dạng bào chế mới cho các NSAIDs dưới dạng dùng ngoài da có khả năng đưa hoạt chất vào sâu trong da hoặc vào vòng tuần hoàn chung

Trên thị trường dược phẩm ở nước ta hiện nay , các biệt dược kháng viêm NSAIDs dạng dùng ngoài như Geldène® 0,5%, Voltaren Emulgel®1%, Indocid® 1%

Riêng Indocid® có chứa hoạt chất là indomethacin chưa được biết đến một cách rộng rãi có thể do hiệu quả giảm đau của biệt dược này chưa thuyết phục Một nguyên nhân có thể nghĩ đến là do tác dụng thấm sâu của hoạt chất chưa tốt Một số công trình nghiên cứu [ ] đã đề cập đến việc tăng cường tính thấm của indomethacin khi sử dụng dưới dạng gel

Vì vậy, để tăng cường hiệu quả điều trị của gel Indomethacin, việc đưa thêm một tá dược tăng cường thấm sâu cho indomethacin vào trong công thức là một nội dung cần phải nghiên cứu

Trước đây, để thành lập một công thức thuốc các nhà bào chế thường áp dụng các công thức có sẵn trong tài liệu hay dò dẫm theo kinh nghiệm bằng cách thay đổi tá dược hay thiết bị cho phù hợp với điều

kiện trong nước Vì vậy phải mất nhiều thời gian để tìm được một công thức bào chế tối ưu Ngày nay, việc nghiên cứu và phát triển công thức thuốc mới đã được sự hỗ trợ rất hiệu quả bởi các phần mềm vi tính, đặc biệt là các phần mềm thông minh Trong số này có thể kể đến phần mềm thiết kế chuyên dụng Design-Expert 6.06 dùng để thiết kế mô hình thực nghiệm và phần mềm INForm v3.2 dùng để tối ưu hóa các thành phần của công thức

Nhằm góp phần đáp ứng nhu cầu về thuốc để phục vụ cho sức khỏe cộng đồng, mục tiêu của đề tài là:

“Thiết kế và tối ưu hóa gel Indomethacin thấm qua da”

với các nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

- Xây dựng quy trình thích hợp để định lượng hoạt chất trong gel Indomethacin

- Thăm dò một số chất tăng cường thấm sâu cho Indomethacin

- Thiết kế và tối ưu hóa công thức điều chế gel Indomethacin

- Đánh giá sản phẩm nghiên cứu

2 TỔNG QUAN

2.1 THUỐC MỠ THẤM QUA DA

2.1.1 Cấu tạo tổng quát của da người [1, 2, 3, 4, 14, 57]

Người trưởng thành có diện tích da khoảng 2 m2, tương ứng với 5% khối lượng toàn cơ thể và nhận chừng 1/ 3 lượng máu Da là một cơ quan nhạy cảm nhất Dưới kinh hiển vi, da gồm có nhiều lớp, nhưng có thể chia làm 3 lớp chính:

Lớp biểu bì (epiderma)

Lớp biểu bì còn gọi là thượng bì, gồm các lớp nhỏ Bề dày phụ thuộc vào vị trí trên cơ thể: từ 0,006-0,8 mm Lớp này gồm:

- Màng chất béo bảo vệ: là các chất tiết ra từ các bộ phận phụ trong

da Màng chất béo này được rữa sạch bằng xà phòng và dung môi hữu cơ

- Lớp sừng (stratum corneum): là hàng rào ngăn cản sự xâm nhập của các chất từ bên ngoài vào da Bên ngoài là lớp tế bào bong lóc, bên trong là lớp sừng liên kết, bền chặt Khi bỏ lớp hàng rào này, mức độ và tốc độ hấp thu sẽ tăng lên đáng kể Lớp sừng có thể giữ lại một phần dược chất vì vậy người ta lợi dụng điều này chế các chế phẩm bảo vệ da, tác dụng tại chỗ, cũng như các chế phẩm có tác dụng kép (coi lớp sừng như một kho dự trữ và giải phóng thuốc dần dần)

- Lớp niêm mạc (lớp Malpighi): giữ vai trò sinh sản, thường xuyên sinh

ra các tế bào mới

- Ở ranh giới giữa hai lớp sừng và lớp niêm mạc có một lớp tế bào dày khoảng 10 µm được gọi là “vùng hàng rào Rein” Hàng rào này có tính không thấm nước và ngăn cản không cho nước di chuyển từ các

lớp tế bào dưới lên lớp tế bào sừng của biểu bì Do vậy có cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình thấm và hấp thu nước qua

da

Hình 1 Cấu trúc da

Trung bì (chân bì, derma, corium)

Trung bì là lớp trung gian nối biểu bì với hạ bì dày 3-5 mm cấu tạo bởi hai lớp:

- Lớp thứ nhất là tổ chức liên kết, còn non, cấu tạo chủ yếu bởi các tế bào liên kết và rất ít sợi, nhiều mạch máu, bạch mạch và sợi thần kinh Một số sợi thần kinh xuyên ra tận biểu bì

- Lớp thứ hai rắn chắc hơn và có tính đàn hồi vì được cấu tạo bởi nhiều sợi liên kết có tính đàn hồi xen kẽ với các mạch máu Thành

phần cấu tạo chủ yếu của chân bì là colagen (một chất keo thân nước)

Hạ bì (hypoderma)

Hạ bì là tổ chức mỡ nối liền da với cơ thể Ngoài ra, còn các phần phụ của da: nang lông, tuyến mồ hôi Tổng số các phần phụ chỉ chiếm khoảng 0,1% tổng diện tích của da Vì vậy, con đường hấp thu qua các bộ phận phụ của da chỉ là thứ yếu

2.1.2 Sự phân phối thuốc qua da [1, 3, 4, 9, 14, 17, 29]

Quá trình thuốc hấp thu qua da: được thể hiện qua các giai đoạn sau:

- Dược chất giải phóng khỏi tá dược (cốt thuốc)

- Dược chất thấm qua lớp biểu bì (đặc biệt là lớp sừng)

- Dược chất xuyên thấm qua các lớp tiếp theo của da

- Hấp thu vào hệ mạch (tại chỗ và phân phối tới các vùng xung quanh hay toàn bộ cơ thể)

Cơ chế của sự phân phối thuốc qua da chủ yếu là sự khuếch tán thụ động tuân theo định luật Fick, nghĩa là số lượng thuốc thấm qua da với diện tích và bề dày nhất định là hàm số gradien nồng độ và hệ số khuếch tán của dược chất giữa mô da và tá dược:

(1)

V C ) DP (

J  



J : Lượng dược chất khuếch tán trong môi trường (hay receptor) tại thời điểm nhất định (một đơn vị thời gian với một đơn vị diện tích) (mol m-2 s-1)

D: Hệ số khuếch tán của dược chất trong lớp sừng (m2 s-1)

P: Hệ số phân bố của dược chất giữa tá dược và da

: Chênh lệch nồng độ dược chất giữa tá dược và mô da (mol m-3) : Bề dày của lớp da (m)

Hệ số khuếch tán của lớp sừng ở người khoảng 10-12-10-17 m2 s-1

Đường thấm thuốc qua da: thuốc mỡ bôi lên da lành tiếp xúc với tế bào biểu bì, những vi sinh vật, chất bã nhờn và một số chất có trên da khác Sau đó, sự khuếch tán thuốc xảy ra theo ba con đường đến các lớp mô bên dưới:

- Qua các nang lông liên kết với các tuyến tiết bã nhờn

- Theo tuyến tiết mồ hôi

- Xuyên qua trực tiếp qua mô tế bào biểu bì

Với những kết quả nghiên cứu thực nghiệm sự thấm và hấp thu thuốc qua da được khái quát như sau:

- Chỉ có một số nhỏ dược chất hay gặp ở dạng thuốc mỡ có cấu tạo đặc biệt nên tự bản thân có thể thấm và được hấp thu qua đường da Còn phần lớn các dược chất khác đều phải do tác dụng dẫn của tá dược

- Các tá dược thấm vào da chủ yếu theo các khe nhỏ giữa các tế bào của biểu bì và theo đường các bộ phận phụ Tùy bản chất và cấu

V

C





tạo các tá dược có thể thấm nông hay sâu vào các tổ chức của da nhưng hầu như không hay rất ít được hấp thu vào máu Tá dược chỉ giúp cho dược chất thấm sâu vào các lớp trong da

- Ngược lại, các dược chất thấm vào da chủ yếu bằng cách xuyên trực tiếp qua các lớp tế bào của biểu bì Ở đây các nguyên sinh chất của tế bào và các dược chất sẽ có tương tác dẫn đến quá trình trao đổi sinh hóa cho phép dược chất có thể đi sâu vào các lớp tổ chức da

2.1.3 Tá dược tăng sự thấm qua da [3, 4, 20, 59, 61]

Chất dễ bay hơi

Các thành phần dễ bay hơi được sử dụng để làm tăng sự hấp thu thuốc qua da Sự bay hơi của chúng trên bề mặt da làm tăng nồng độ tại chỗ của dược chất và vì thế làm cho nhiệt động của dược chất tăng lên tối

- Các terpen làm tăng cường sự hấp thu các dược chất bởi nó làm tăng sự phân bố thuốc trong da

Chất diện hoạt

Các chất diện hoạt được dùng trong các dạng thuốc mỡ, cream, gel…với mục đích làm tăng độ tan của các dược chất ít tan, làm chất gây thấm, chất nhũ hóa và làm tăng hấp thu Cơ chế tăng tính thấm là do các chất này có tác dụng làm giảm tính đối kháng của lớp sừng ở biểu bì da: làm thay đổi quá trình hydrat hóa colagen, làm biến tính protein, tăng nhiệt độ bề mặt da…làm giảm độ nhớt của thuốc do vậy làm tăng độ khuếch tán của dược chất, làm giảm sức căng bề mặt ở giới hạn các pha nên dược chất dễ thấm vào các tổ chức trong da Một số chất diện hoạt hay dùng như: span, tween, cremophor, poloxamer…

Các dung môi

Một số dung môi có khả năng làm giảm tính đối kháng của da do nó hòa tan các lipid trong da, làm tăng quá trình hydrat hóa của da và có thể có khả năng tăng độ tan một số dược chất ít tan Các dung môi hay dùng nhất hiện nay:

- Nhóm các alkyl methy sulfoxid như: Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N – dimethyl acetamid (DMA), N,N – dimethylformamid (DMF) Những dung môi này háo nước, tác động lên hàng rào của da bằng cách làm trương nở tầng nền tế bào và thay thế nước trong tầng nền, tạo điều kiện cho dược chất dễ thấm qua

- Ngoài ra một số dung môi khác cũng được dùng với tác dụng như các dung môi hữu cơ trên: propylen glycol, PEG 300, PEG 400, isopropyl myristot, transcutol (diethylan glycol mono ethyl ether)

Chất làm giảm tính đối kháng của lớp sừng

- Urê là chất được dùng nhiều trong thuốc mỡ, ngoài tác dụng giữ ẩm nó còn có khả năng tiêu sừng do đó làm giảm tính đối kháng của lớp sừng, làm tăng độ thấm qua da của các chất

Một số chất làm tăng hấp thu do có tương tác với lipid của lớp sừng, giảm tính đối kháng giúp dược chất dễ dàng thấm qua:

- Các acid béo không no và các este alkyl của chúng

- Các dẫn chất của pyrolidon: pyrolidon, N-methy pyrolidon, Acid pyralidon 5-carbonxylic, Azon

2-2.1.4 Gel thân nước [1, 2, 58, 59]

Khái niệm

- Gel thân nước là những chế phẩm rắn hay bán rắn trong suốt hay đục Thành phần của gel gồm một hay nhiều hoạt chất được hòa tan hay phân tán trong các tá dược thân nước thích hợp

- Gel thân nước được bào chế bằng các tá dược có khả năng gel hóa thích hợp Thông thường gel có thể chất sánh, giả dẻo và được điều

chế từ những tá dược polymer tổng hợp hay bán tổng hợp có mức độ liên kết giữa các mạch polymer cao

- Khi sử dụng tá dược lỏng cho các dược chất tan trong nước thì dạng gel là một dạng lý tưởng bởi vì gel có thể chứa nhiều nước Những chế phẩm dạng gel có tính trơn mịn, thẩm mỹ và có tác dụng làm mát bởi sự bốc hơi nước trên bề mặt lớp gel; nó cũng có thể khô lại để tạo thành dạng màng Lớp màng này bám tốt trên da và cũng rất dễ rữa sạch; đối với những màng có chứa gelatin thì khó rữa sạch hơn

- Đối với các dược chất không tan trong các tá dược gel thân nước thì các chế phẩm có độ trong suốt và trơn mịn kém hơn

- Những chất thân dầu không tan trong nước cũng có thể được điều chế thành dạng gel

Một số tá dược/ gel thấm sâu

H3

CH3

OH

CH3C

H3

nhiệt độ 34-36 oC Khả năng hòa tan của menthol: rất tan trong ethanol (95%), cloroform, ether; hơi tan trong glycerin; không tan trong nước

- Limonen có tên khác là 1-Methyl-4-(1-methylethenyl)cyclohexene Limonen là một chất lỏng có mùi thơm của chanh Khả năng hòa tan: không tan trong nước, có thể tạo hỗn hợp đồng nhất với alcol

Triethanolamin

- Triethanolamin là chất lỏng trong suốt, nhớt, không màu hay hơi vàng, rất hút ẩm, có thể tạo hỗn hợp với nước và alcol, tan trong methylen cloride, hơi tan trong ether

Propylen glycol

- Propylen glycol có tên gọi khác là propane-1,2-diol Đây là chất lỏng trong suốt,nhớt, không màu, không mùi, vị ngọt, hơi hăng giống như glycerin Khả năng hòa tan: tạo hỗn hợp với aceton, cloroform,

O

OH

OH OH

ethanol (95%), glycerin và nước; tan trong ether; không hòa tan trong một vài tinh dầu

- Carbomer (carbopol, carboxyvinyl polymer) là sản phẩm trùng hợp cao phân tử của acid acrylic, có công thức chung:

Đây là chất bột trắng không tan hoặc rất ít tan trong nước nhưng trương nở trong nước tạo gel, có pH acid (dịch keo 1% có pH khoảng 3) và độ nhớt không cao Thường trung hòa gel với các kiềm, hay dùng hơn cả là mono, di và triethanolamin Các gel này có độ nhớt cao hơn, đặc hơn, thích hợp cho các tá dược thuốc mỡ

- Tween là chất lỏng trong suốt, nhớt, có màu hơi vàng, mùi hăng Đây là chất diện hoạt không ion hóa thông dụng hiện nay, thường được sử dụng để làm bền thuốc mỡ dạng nhũ tương Trên thị trường có rất nhiều loại tween nhưng đều có công thức cấu tạo chung như sau:

2.1.5 Đánh giá sự thấm qua da của thuốc mỡ

COOH n

O

O R O

OH O

O H(OCH2-CH2)n

(CH2-CH2-O)nH

Tác dụng in vitro: xác định lượng hoạt chất giải phóng chuyển từ môi

trường cho sang môi trường nhận bằng cách dùng các phương pháp

chuyên biệt và nhạy cảm như HPLC, dùng các phân tử đánh dấu, tạo

màu tạo phức có màu

Tác dụng in vivo: Tiến hành thử nghiệm trên chuột cống trắng cùng giới (chuột đực) có trọng lượng từ 181-190 g Có hai cách:

- Phương pháp trực tiếp: Định lượng hàm lượng hoạt chất thấm qua da được hấp thu vào máu

- Phương pháp gián tiếp: Sử dụng mô hình chân chuột để đánh giá tác động kháng viêm của hoạt chất

2.1.6 Phân tích mối quan hệ nhân quả [6]

Trong mỗi công thức bào chế gel Indomethacin, ngoài hoạt chất còn có nhiều thành phần tá dược khác nhau Tính chất của sản phẩm không những tùy thuộc bản chất và hàm lượng của nguyên liệu mà còn bị ảnh hưởng bởi các điều kiện sản xuất (cách phối hợp dung dịch, tốc độ phân tán….)

Các biến về nồng độ nguyên liệu được gọi là nhân (hay biến độc lập X):

- lượng indomethacin,

- lượng carbopol,

- lượng triethanolamin,

- lượng dung môi,

- lượng chất tăng cường thấm sâu

Các tính chất của gel được gọi là quả (hay biến phụ thuộc Y):

- độ pH của gel,

- độ dàn mỏng,

- độ bền của gel dạng nhũ tương,

- tác dụng thấm qua da (in-vitro)

Hình 2 Minh họa các mối liên quan nhân quả trong việc thành lập công thức

2.2 NGUYÊN LIỆU INDOMETHACIN [5, 11, 49, 58, 59, 60]

2.2.1 Cấu trúc hóa học

CO

CH3

CH2-COOH

N MeO

Cl

Phương pháp

Acid 1- (4-clorobenzoyl)-5-methoxy-2-methyllindol-3-yl acetic

Hình 3 Cấu trúc phân tử của Indomethacin

2.2.2 Tính chất lý hóa

- Indomethacin ở dạng bột kết tinh trắng, không mùi, không vị hoặc có

vị đắng nhẹ

- Độ hòa tan: thực tế không tan trong nước, hơi tan trong ethanol (1 g/

50 ml ethanol), hơi tan trong ether (1 g/ 40 - 45 ml ether), tan trong cloroform (1 g/ 30 ml cloroform), tan trong acetone, khó tan trong benzen, rất khó tan trong toluen… Dung dịch indomethacin trong methanol ở 25 0C là 32 mg/ g

- Nhạy cảm với ánh sáng, bền trong môi trường trung tính hoặc acid nhẹ, phân hủy trong dung dịch kiềm mạnh

- Nhiệt độ nóng chảy: 158 – 162 0C

- Dung dịch 1% của Natri indomethacin trong nước có pH là 8,4

- pKa: 4,5

- Log P: 3,8

2.2.3 Phương pháp định lượng

- Cân chính xác 20 mg chế phẩm hòa tan với methanol trong becher

50 ml, lọc qua giấy lọc vào bình định mức 100 ml, tráng becher bằng

methanol và bổ sung cho đủ thể tích qua giấy lọc Hút chính xác 10

ml dung dịch cho vào bình định mức 100 ml khác, bổ sung methanol cho đủ thể tích Đo dung dịch ở bước sóng 319 nm

2.2.4 Các dạng bào chế và công dụng

Indomethacin có tác dụng kháng viêm, giảm đau thuộc loại mạnh nhất, là loại thuốc được dùng chủ yếu để trị các bệnh về viêm khớp dạng thấp và bệnh gút… Dạng bào chế chứa Indomethacin có thể gặp trên thị trường là viên nén, viên nang, thuốc đạn và dạng gel

Chế phẩm trong nước:

Meko Indocin 2 (Mekopharma) – viên nén

Indomethacin 25 mg (Pharmedic) – viên nén

Chế phẩm nước ngoài:

Apo-Indomethacin (Apotex) – viên nén 25 mg

Indomethacin (Helvepharm AG) – viên nang 25 mg, 50 mg, 75 mg Indocollyre (Chauvin) – Thuốc nhỏ mắt 0,1%, 5 ml/ 1 lọ

Indocid (Merck Sharp & Dohme – Chibret AG) – Gel 1% 50 g

2.3 THIẾT KẾ & TỐI ƯU HÓA [6]

2.3.1 Ý nghĩa tối ưu hóa

Tối ưu hóa một công thức là sự xác định giá trị tối ưu của các nồng độ nguyên liệu trong công thức cũng như trong điều kiện pha chế đối với công thức ấy sao cho sản phẩm có thể:

- hoàn thiện hơn về tiêu chuẩn chất lượng;

- hiệu quả hơn về tính sinh khả dụng, tương sinh học;

- đạt yêu cầu về giá thành…

2.3.2 Mô hình thực nghiệm

Với F yếu tố với L mức thì mô hình thí nghiệm cần LF Thí dụ: mô hình 2 yếu tố 2 mức: n = 22 = 4; mô hình 3 yếu tố 2 mức: n = 23 = 8; mô hình 4 yếu tố 2 mức: n = 42 = 16… Mô hình yếu tố đầy đủ có ưu điểm là cho phép sự khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố cũng như tương tác của chúng Tuy nhiên mô hình yếu tố đầy đủ cần có số thí nghiệm rất lớn khi số yếu tố tăng lên Mô hình yếu tố phân đoạn cho phép giảm bớt rất nhiều số thí nghiệm mà vẫn khảo sát được sự ảnh hưởng của các yếu tố Một vài mô hình yếu tố phân đoạn thường gặp gồm là mô hình Taguchi OA (mô hình thiết kế trực giao, chỉ khảo sát các ảnh hưởng chính mà không xem xét các tương tác) và mô hình D-Optimal (mô hình

thiết kế tùy ý, kết hợp nhiều yếu tố mà số mức của mỗi yếu tố có số mức khác nhau)

2.3.3 Phần mềm thông minh

Mạng thần kinh

Mạng thần kinh nhân tạo là sự mô phỏng cấu trúc của mạng thần kinh sinh học, được tạo thành bởi sự liên kết giữa rất nhiều đơn vị thần kinh (perceptron) Chúng có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu, xác định trọng số, tính tổng số và chuyển các tín hiệu ấy sang đơn vị thần kinh khác

Sợi trụcThân tế bàoSợi nhánh

i w x

(a) (b)

Hình 4 Minh họa đơn vị thần kinh: sinh học (a) và nhân tạo (b)

Mỗi mạng thần kinh nhân tạo (artificial neural networks) được cấu tạo bởi nhiều trăm ngàn đơn vị được liên kết và sắp xếp thành nhiều lớp Có nhiều cầu trúc mạng thần kinh đã được đề nghị trong đó cấu trúc mạng nhiều lớp (multilayer perceptron networks) là thông dụng nhất Cấu trúc mạng nhiều lớp có một lớp vào, một hay nhiều lớp ẩn và một lớp ra Thông thường, cấu trúc mạng với một lớp ẩn được dùng trong việc mô hình và tối ưu hóa công thức bào chế

Hình 5 Cấu trúc mạng thần kinh với một lớp ẩn: I(i)-H(j)-O(k)

Lớp vào

: H(j)

Đầu vào

Đầu vào và đầu ra của một đơn vị thần kinh trong một lớp, thí dụ lớp j, được trình bày lần lượt như sau:

wji: trọng số của đơn vị j đối với đơn vị i

oj = f(xj): hàm truyền

Hình 6 Hàm truyền: sigmoid (a) và tanh (hyperbolic tangent) (b)

Quá trình luyện mạng (hay học) được thực hiện cho đến khi số vòng lặp (iteration cycle/ epoch) đạt đến giá trị tối đa đã theo ấn định hay là tổng sai số nhỏ hơn một giới hạn chấp nhận được

(4)

y: giá trị thực nghiệm của đầu ra

yâ: giá trị dự đoán của đầu ra

Giá trị cập nhật của trọng số w ji tại lần luyện thứ n được cho bởi:

(5) )

1 n ( w w

E )

y 2

-1

j j

x

x j

e 1

e 1 ) x ( f

1

x

y

j x

: tốc độ luyện

: momentum

Trên đây là biểu thức tổng quát về thuật toán lan truyền ngược propagation algorithm) của các sai số, có ý nghĩa quan trọng trong việc luyện mạng thần kinh

(back-Logic mờ

Trong logic cổ điển (crisp logic), hàm thành viên chỉ có một trong hai giá trị là 1 hay 0: thí dụ: đúng/ sai, trắng/ đen Điều này không phản ánh đầy đủ thế giới khách quan, vì giữa “đúng” và “sai” còn có “gần đúng“, giữa “trắng” và “đen” còn có “xám”

Trong logic mờ (fuzzy logic), hàm thành viên có thể cho các giá trị ở giữa 0 và

1 Do đó, logic mờ có tính hiện thực hơn logic cổ điển Thí dụ: với logic cổ điển, nhiệt độ thoải mái là 20 oC; trong thực tế, nhiệt độ 19 oC hay 21 oC chưa chắc là không thoải mái

Hình 7 Minh họa logic cổ điển (a) và logic mờ (b)

Thuật toán di truyền

Nóng

Lạnh

Thuật toán di truyền (genetic algorithms) thuộc lãnh vực tính toán tiến hóa (evolutionary computation) Lãnh vực này mô phỏng quá trình chọn lọc và tiến hóa tự nhiên Sự tiến hóa là một quá trình không được điều khiển, các sinh vật tốt hơn sẽ thích nghi nhiều hơn với môi trường, sinh vật sống sót sẽ sinh sản

1 0 1 1

Nhiễm sắc thể

Chọn lọc Tạp giao Biến dị Quần thể

Cho đến nay có nhiều thuật toán lan truyền ngược đã được sử dụng Thí dụ, phần mềm thông minh INForm 3.02 có 5 loại thuật toán:

- Standard Incremental (SI): các trọng số mới được tính mỗi khi một

trường hợp dữ liệu (data record) được trình bày cho mạng thần kinh

- Standard Batch (SB): các trọng số mới chỉ được tính khi nào tất cả dữ

liệu đã được trình bày cho mạng thần kinh

- RPROP (RP): yếu tố momen và tốc độ luyện được tính tự động

- QuickProp (QP): Yếu tố momen và tốc độ luyện được theo một số

quy tắc đã định

- Angle Driven Learning (ADL): Yếu tố momen và tốc độ luyện được

tính trong quá trình luyện mạng

Hình 9 Hàm truyền với đầu vào và đầu ra

Đầu ra của lớp ẩn được truyền bởi hàm truyền hay hàm hoạt hóa Đầu

ra của lớp ra được truyền bởi hàm truyền đầu ra hay hàm hoạt hóa Các dạng hàm truyền có thể gặp gồm có:

- Linear (S): tuyến tính

- Asymmetric sigmoid (A): phi tuyến bất đối xứng

- Symmetric sigmoid (S): phi tuyến đối xứng

- Hyperbolic tangent Tanh (T): hyperbol

Hàm sigma f(u) = (6)

Mạng thần kinh đã và đang được áp dụng để thiết lập các mô hình liên quan nhân quả với nhiều ưu điểm: không giới hạn về số biến xi, có thể tối ưu đồng thới nhiều biến yi, không phụ thuộc vào mô hình toán học mà dựa vào khả năng luyện mạng với sự lựa chọn nhiều thông số phù hợp; dự doán chính xác quả (yi) từ nhân (xi) biết trước dựa trên mô hình liên quan nhân quả đã được thiết lập; phù hợp với nhiều loại dữ liệu phức tạp, phi tuyến, định tính hay thiếu trị số

Tuy nhiên, nhược điểm của mạng thần kinh là nó có thể bị “luyện quá mức” Đó là khi mạng thần kinh tuy được luyện tốt nhưng nó dự đoán kém chính xác Muốn tránh hiện tượng này người ta có thể áp dụng cách chia dữ liệu đầu vào làm 2 nhóm: nhóm luyện và nhóm thử Đây là cách đánh giá chéo: mô hình từ nhóm luyện sẽ dự đoán cho nhóm thử Giá trị R2 luyện sẽ được dùng để đánh giá tính tương thích; giá trị

R2 thử sẽ được dùng để đánh giá khả năng dự đoán của mô hình

yi = giá trị quan sát

100yy

yây1

n

1

i

2 i

n

1

i

2 i i

u u

ee

ee









y

yâi = giá trị dự đoán của nhóm luyện (R2 luyện) hay nhóm thử (R2 thử) = giá trị trung bình của y

Hình 10 Minh họa chức năng của công cụ Smart Stop

Trong thực tế với phần mềm thông minh, người ta có thể:

- Áp dụng công cụ chọn thông minh để có nhóm thử (10-15%): cân nhắc giá tri R2 luyện và R2 thử đều không quá thấp

- Sử dụng công cụ dừng thông minh khi luyện mạng: tự chọn điểm dừng mà không cần luyện mạng đến số vòng lặp tối đa

2.3.5 Phần mềm INForm

INForm là phần mềm thông minh trong đó ba công cụ gồm mạng thần kinh, logic mờ và thuật toán di truyền được kết hợp hài hòa

- Mạng thần kinh: thiết lập mô hình liên quan nhân quả và dự đoán

quả (Y) từ nhân (X) biết trước

- Thuật toán di truyền: tối ưu hóa dựa trên mô hình liên quan nhân quả

đã được thiết lập bởi mạng thần kinh

- Logic mờ: làm cho mạng thần kinh có hiệu quả hơn trong việc thiết

lập mô hình liên quan nhân quả đối với các dữ liệu phức tạp đồng thời giúp cho thuật toán di truyền được thuận tiện hơn trong sự tối ưu hóa với các hàm mục tiêu trực quan

Hình 11 Sự kết hợp mạng thần kinh với logic mờ và thuật toán di truyền

Phần mềm INForm v3.2 có nhiều thông số luyện mạng khác nhau

- Số lớp ẩn: thay đổi tùy dữ liệu

- Số nút trong lớp ẩn: thay đổi tùy dữ liệu

- Các hàm truyền (TF1): Asymmetric Sigmoid (A), Tanh (T) và Symmetric Sigmoid (S)

- Các hàm truyền đầu ra (TF2): Linear (L), Asymmetric Sigmoid (A), Tanh (T) và Symmetric Sigmoid (S)

Đầu vào (dữ liệu thực nghiệm)

Đầu ra (công thức tối ưu)

Đạt Chưa

Mô hình liên quan nhân quả

Tối ưu hóa

Mạng thần kinh

Thuật toán di truyền Logic mờ

Hiệu quả hơn

Thuận tiện hơn

- Các thuật toán lan truyền ngược (BPA): Standard Incremental (SI), Standard Batch (SB), RPROP (RP), QuickProp (QP) và Angel Driven Learning (ADL)

- Yếu tố momen (MF): mặc nhiên là 0,8

- Tốc độ luyện (LR): mặc nhiên là 0,7

- Số vòng lặp tối đa: mặc nhiên là 1.000

- Sai số luyện: mặc nhiên là 0,0001

- Mầm ngẫu nhiên (RS): mặc nhiên là 10.000

- Số vòng lặp tối thiểu: mặc nhiên là 20

- Tỷ trọng sai số thử: tùy theo tỷ lệ % của nhóm thử

- Số vòng lặp quá mức: mặc nhiên là 200

3 PHƯƠNG PHÁP

3.1 NGUYÊN LIỆU & HÓA CHẤT

Các nguyên phụ liệu, hóa chất và dung môi, thiết bị điều chế, thiết bị kiểm nghiệm và phần mềm chuyên dụng dùng trong quá trình thiết kế và tối ưu hóa công thức gel indomethacin lần lượt được trình bày trong

các Bảng 1, Bảng 2, Bảng 3, Bảng 4 và Bảng 5

Bảng 1 Danh sách các nguyên liệu và hóa chất

Carbopol 934 Dược dụng Mỹ

Bảng 2 Danh sách các thiết bị điều chế và kiểm nghiệm

Bảng 3 Danh sách các phần mềm thiết kế và tối ưu hóa

3.2 PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM

3.3.1 Nguyên liệu indomethacin

Định tính

Phổ tử ngoại trong khoảng từ 300 đến 350 nm của dung dịch chế phẩm 0,0025% trong hỗn hợp gồm 1 thể tích dung dịch HCl 1 M và 9 thể tích methanol cho một cực đại hấp thu ở bước sóng 318 nm A (1%, 1 cm) ở cực đại từ 170 – 190

Định lượng

Xây dựng đường chuẩn: Cân 25 mg Indomethacin chuẩn cho vào bình

định mức 250 ml Thêm methanol vừa đủ 100 ml Dung dịch mẹ có

nồng độ 100 g/ ml Pha 6 mẫu chuẩn có nồng độ từ 1 đến 50 g/ ml

Đo độ hấp thu tử ngoại ở bước sóng 319 nm Thành lập phương trình

hồi quy tuyến tính bằng công cụ Regression trong MS-Excel

Định lượng indomethacin: Cân chính xác 20 mg indomethacin và hòa tan

với methanol trong cốc có mỏ 50 ml Lọc qua giấy lọc vào bình định mức 100 ml Tráng cốc bằng methanol và bổ sung cho đủ thể tích qua giấy lọc Hút chính xác 10 ml dung dịch cho vào bình định mức 100 ml khác và bổ sung methanol cho đủ thể tích Đo độ hấp thu của dung dịch

ở bước sóng 319 nm Suy ra nồng độ của dung dịch indomethacin bằng đường hồi quy Tính hàm lượng phần trăm của indomethacin trong lượng cân 20 mg:

m: hàm lượng của mẫu thử indomethacin (%)

b: lượng cân của mẫu thử indomethacin (20 mg)

3.3.2 Gel Indomethacin

Kiểm nghiệm lý hóa

Độ pH: cân chính xác 5 g gel indomethacin rồi hòa tan với 25 ml nước

cất mới đun sôi để nguội, lọc qua giấy lọc Lấy dịch lọc đem đo pH

Độ dàn mỏng: Cân 1 g gel indomethacin vào giữa 1 tấm kính Đặt tấm

kính thứ 2 lên rồi đo đường kính (d0) do thuốc mỡ tản ra (đo 2 chiều, lấy giá trị trung bình) Tiếp tục đặt thêm quả cân 10 g lên tấm kính Khi thêm quả cân thì đo đường kính tản ra sau khi đặt 1 phút Tính độ dàn mỏng (cm2):

(10)

Độ bền của gel nhũ tương: Cân 2 g gel indomethacin cho vào một ống

nghiệm nhỏ rồi đặt vào nồi cách thủy ở nhiệt độ 60 oC Quan sát và ghi nhận thời gian nhũ tương tách lớp (phút)

Định lượng: Cân chính xác 2 g gel indomethacin cho vào becher 100

ml Khuấy với 50 ml cloroform Cho dung dịch cloroform vào chén sứ rồi đem cách thủy cho đến khi cloroform bay hơi hết Hòa tan cắn bằng methanol và lọc qua giấy lọc vào bình định mức 100 ml Thêm methanol cho đủ thể tích Hút chính xác 10 ml dung dịch trên cho vào bình định mức 100 ml khác và thêm methanol cho đủ thể tích Tính hàm lượng indomethcin của indomethacin trong một tuýp gel:

4

d S

2





m: hàm lượng của gel indomethacin (g)

b: lượng cân của mẫu thử indomethacin (g)

c: khối lượng trung bình của tuýp gel indomethacin (g)

Thử nghiệm độ thấm qua da in vitro

Thử nghiệm in vitro về độ thấm qua da dựa trên sự chênh lệch nồng độ

hoạt chất ở hai bên màng da giúp khuếch tán hoạt chất từ gel qua da tai heo vào dung dịch nhận

Dụng cụ: Tế bào khuếch tán có thể tích chứa 19 ml dung dịch

Da tai heo: Chọn cặp da tai của cùng một con heo, da trắng, có lỗ chân

lông tương đối đều nhau và không quá dày Dùng dao lam lóc lớp da bên ngoài ra khỏi tai heo (tránh làm rách da) Ngâm vào nước muối sinh lý 0,9% để tránh da bị hư khoảng 30 phút Lấy da ra và bắt đầu loại phần mỡ nằm dưới da Chọn từng cặp da tương ứng: cùng vị trí hoặc ở gần vùng lân cận vị trí đó, có số lỗ chân lông tương đối đều nhau Dùng dao phẫu thuật cắt da ra thành từng miếng vuông có kích thườc 4 x 4 cm và để riêng từng cặp Tiếp tục dùng dao phẫu thuật loại cho đến hết lớp mỡ dưới từng miếng da, rồi dùng dụng cụ đo bề dày đo lại từng miếng cho đến khi đã đạt cùng bề dày 0,9-1 mm Sau đó dùng giấy nhôm đóng lại thành từng gói và bảo quản lạnh 4-5 oC

Gel

Da tai heo Dung dịch nhận

Hình 12 Minh họa tế bào khuếch tán

Dịch nhận: Dùng dung dịch cồn 40%

Tiến hành: Cho dung môi nhận vào đầy trong tế bào khuếch tán Đặt

nhẹ miếng da tai heo lên phía trên Đặt tiếp phần tế bào cho lên trên da tai heo và giữ chặt bằng các sợi kẽm Cho tế bào khuếch tán vào một cóc có mỏ chứa nước đã ổn định nhiệt độ ở 37 ± 1 oC Đặt hệ thống lên máy khuấy từ có bộ phận ổn định nhiệt độ trong 4 giờ Lấy dung dịch nhận và đo quang ở bước sóng 320 nm

Xử lý kết quả:

- So sánh tính thấm của hai mẫu gel: sử dụng 6 cặp da tai heo và thực hiện từng cặp So sánh kết quả bằng trắc nghiệm t tương ứng từng cặp

- Xác định tính thấm để tối ưu hóa công thức: sử dụng hơn 16 cặp da tai heo cho 16 mẫu gel indomethacin theo thiết kế Thực hiện từng cặp cho mỗi mẫu gel thiết kế và so sánh với cùng mẫu gel đối chiếu Dùng trắc nghiệm Dixon để loại giá trị khác thường

Để giản tiện cho sự so sánh tương đối về độ thấm qua da in vitro, thông

số được dùng là độ hấp thu của dịch nhận thay vì nồng độ indomethacin

3.3 QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ

3.3.1 Thành phần công thức

Gel indomethacin thấm qua da có công thức tổng quát như sau:

3.3.2 Tóm tắt quy trình

Quy trình điều chế gel Indomethacin bao gồm các giai đoạn:

- Pha dung dịch cồn: hòa tan indomethacin, chất A, chất B và chất C vào ethanol

- Cân carbopol cho từ từ vào trong dung dịch cồn khuấy mạnh

- Pha dung dịch nước: dùng toàn bộ lượng nước hòa tan triethanolamin và thimerosal, rồi cho từ từ vào hỗn hợp

- Đóng gói: cho hỗn hợp vào lo 30 g

3.3.3 Lưu đồ sản xuất

Các giai đoạn điều chế gel indomethacin được tóm tắt trong Sơ đồ 1

Sơ đồ 1 Các giai đoạn điều chế gel indomethacin 3.4 THIẾT KẾ & TỐI ƯU HÓA

Indomethacin, chất A, chất B, chất C và ethanol

Triethanolamin và thimerosal nước