NGHIÊN cứu TỔNG hợp PENTABLOCK COPOLYMER OS PLA PEG PLA OS NHẠY NHIỆT độ ph TRÊN cơ sở BIẾN TÍNH TRIBLOCK COPOLYMER PLA PEG PLA BẰNG OLIGOMER SERINE

Hơn nữa, độ xốp và tính tương thích sinh học caogiúp Hydrogel dễ dàng mang các tác nhân trị liệu và hạn chế các kích ứng cơ họccũng như những tổn thương mô trong quá trình sử dụng.. Một

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PENTABLOCK

COPOLYMER OS-PLA-PEG-PLA-OS

NHẠY NHIỆT ĐỘ/pH TRÊN CƠ SỞ BIẾN

TÍNH TRIBLOCK COPOLYMER

PLA-PEG-PLA BẰNG OLIGOMER SERINE

PCGA Poly D,L – lactide acid – co – glycolic acid

PCLA Poly ε-caprolactone – co – lactide

1.1 Đặt vấn đề

Vật liệu Hydrogel ngày càng được ứng dụng nhiều và nghiên cứ rộng rãi trongngành vật liệu Y sinh bởi những tính năng đặc biệt của chúng Nhờ có khả năng hấpthụ nước đáng kể và sự tương đồng về cấu trúc với các tế bào trong cơ thể vật liệuHydrogel trở thành ứng cử viên sáng giá cho việc dẫn truyền thuốc và tiêm vào cơthể thay vì can thiệp phẫu thuật Hơn nữa, độ xốp và tính tương thích sinh học caogiúp Hydrogel dễ dàng mang các tác nhân trị liệu và hạn chế các kích ứng cơ họccũng như những tổn thương mô trong quá trình sử dụng Tiềm năng phát triển củaloại vật liệu mới này vượt ngoài sức mong đợi của các nhà khoa học khi chúng khắcphục được nhược điểm của phương pháp tiêm truyền thống là duy trì nồng độ thuốc

ổn định trong vùng cho phép nhờ khả năng nhả thuốc và tự phân hủy sinh học sauthời gian trị liệu

Trong vài thập kỷ qua, Hydrogel nhạy cảm với tác động của môi trường đã thuhút sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực dẫn truyền thuốc nhờ khả năng phân phối vàduy trì thuốc một cách ổn định của chúng Một số loại Hydrogel nhạy cảm với tácđộng của môi trường như Hydrogel nhạy nhiệt độ, Hydrogel nhạy pH, Hydrogelnhạy cảm với Glucose, Hydrogel nhạy điện tích, Hydrogel nhạy cảm với ánhsáng, [4] Trong đó Hydrogel nhạy nhiệt độ đã được nghiên cứu phổ biến trong lĩnh

vực dẫn truyền thuốc Cụ thể như poly (ethylene b-poly (provpylene

oxide)-b-poly (ethylene oxide) (Pluronic, Tetronics, poloxamer) [4], poly (ethylene

glycol)-poly-(D,L lactic acid-co-glycolic acid)-poly(ethylen glycol) (PEG-PLGA- PEG) [5]hay PLGA-PEG-PLGA [6], Tuy nhiên những Hydrogel nhạy nhiệt này lại có mộtnhược điểm lớn làm hạn chế phạm vi ứng dụng của chúng trong lĩnh vực dẫn truyềnthuốc bằng phương pháp tiêm Đó là khi được tiêm vào cơ thể bằng ống tiêm thìhydrogel nhạy nhiệt có xu hướng chuyển thành dạng gel do nhiệt độ trong ống tiêm

bị nóng lên, gây khó khăn trong việc tiêm vào cơ thể Để khắc phục vấn đề này, cácnhà khoa học đã kết hợp yếu tố nhạy pH vào Hydrogel nhạy nhiệt độ tạo thành

thành công và có khả năng dẫn truyền thuốc như OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM[7], PAE-PCL-PEG-PCL-PAE [8], OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM [9], OS-PCL-PEG-PCL-OS [10],

Qua một thời gian tìm hiểu, em nhận thấy Hydrogel nhạy nhiệt PLA-PEG-PLA

đã được tổng hợp thành công và có nhiều đặc tính ứng dụng được trong lĩnh vựcdẫn truyền thuốc bằng phương pháp tiêm [11] Tuy nhiên đến nay vẫn chưa cónghiên cứu nào về tổng hợp Hydrogel nhạy nhiệt độ và pH từ loại Triblockcopolymer này Vậy nên đề tài luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu tổng hợpPentablock copolymer OS-PLA-PEG-PLA-OS từ Triblock copolymer PLA-PEG-PLA kết hợp tác nhân nhạy pH là Oligomer Serine ứng dụng làm hydrogel nhạynhiệt độ và pH có thể tiêm được

Bảng 1.1: Một số công trình nghiên cứu về Hydrogel trên thế giới

ST

T Công trình nghiên cứu Tác giả

Thành tựu

1

Nghiên cứu Hydrogel

nhạy nhiệt độ và pH trên

Khả năng mang thuốc Paclitaxel chữa trị ung thưcủa Pentablock copolymerOSM-PLCA-PEG-PCLA-OSM đã được thử nghiệmthành công trên chuột trong vòng 2 tuần

2

Nghiên cứu Hydrogel có

khả năng tiêm

Tổng hợp thành công Hydrogel có khả năng mang insulin, giúp duy trìnồng độ insulin không đổitrong 15 ngày thử nghiệmtrên chuột

Tổng hợp thành công hydrogel có khả năng tiêm vào cơ thể và gel nhanh chóng ở điều kiện

cơ thể (37oC, pH 7,4)

Hàn Quốc) Hơn nữa trạng thái gel

của hydrogel có thể duy trì trong một thời gian dài

là tiền đề cho việc nghiên cứu vận chuyển thuốc

Tổng hợp thành công Hydrogel có sự chuyển pha sol-gel phù hợp với điều kiện sinh lý cơ thể người, làm tiền đề cho việc nghiên cứu ứng dụngvận chuyển thuốc

Tổng hợp thành công Hydrogel nhạy nhiệt và tiêm thử lên chuột cho thấy sản phẩm có khả năng gel ở nhiệt độ sinh

lý, làm tiền đề cho việc nghiên cứu tổng hợp Pentablock copolymer từ loại Triblock copolymer này

1.2 Mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và nội dung nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

− Tổng hợp Pentablock copolymer nhạy nhiệt/pH trên cơ sở biến tính PLA –PEG – PLA bằng Oligomer Serine

− Đánh giá tính chất sản phẩm Pentablock tạo thành

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính là Pentablock copolymer OS-PLA-PEG-PLA-OS,được tổng hợp từ phản ứng ghép đôi giữa mSerine với Triblock copolymer PLA-PEG-PLA

1.2.3 Nội dung nghiên cứu

−Nghiên cứu, khảo sát tính chất nguyên liệu: mSerine, Triblock copolymer

Pentablock Copolymer như: lượng xúc tác, thời gian, tỷ lệ cấu tử, loạiPoly(Ethylene Glycol)

−Khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel của Hydrogel Copolymer PEG-PLA-OS và đánh giá tính chất sản phẩm Pentablock Copolymerbằng phương pháp đo GPC và 1HNMR

OS-PLA-1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Tính mới của đề tài

Tiềm năng của vật liệu Hydrogel hiện đang được khai thác phổ biến và rộng rãitrên thế giới tuy nhiên đối với Việt Nam thì đây vẫn còn là một loại vật liệu khámới Với điều kiện phát triển khoa học kỹ thuật ở nước ta hiện nay việc nghiên cứu

và đưa vật liệu này vào ứng dụng đang gặp rất nhiều khó khăn Mặc dù hiện naynền khoa học và y tế Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể song vẫn còn nhữnghạn chế trong việc trang bị máy móc, điều kiện cơ sở vật chất, kinh tế nên sự ra đờicủa các công trình nghiên cứu về vật liệu Hydrogel trong nước là rất hiếm hoi ỞViệt Nam, các nghiên cứu về vật liệu Hydrogel đang có những bước tiến đầu tiên.Các đề tài nghiên cứu về Hydrogel nhạy nhiệt/pH chủ yếu là tổng hợp Pentablockcopolymer bằng cách kết hợp Triblock copolymer – được tạo thành từ các loạinguyên liệu có tính tương thích sinh học phổ biến như PEG, PCL, PCLA, PCGA, với gốc polymer nhạy pH như PAE, OSM,

Trên cơ sở đó, luận văn này tập trung nghiên cứu tổng hợp hydrogel nhạynhiệt/pH trên cơ sở biến tính Triblock copolymer PLA-PEG-PLA bằng OligomerSerine Đây là một loại hydrogel nhạy nhiệt/pH hoàn toàn mới trong lĩnh vực vậnchuyển thuốc

1.3.2 Tính khoa học của đề tài

Tổng hợp thành công hydrogel nhạy nhiệt/pH OS-PLA-PEG-PLA-OS từ đó tiếnhành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm như: tỷ lệ tác chất tham

gia phản ứng, tỷ lệ xúc tác, thời gian phản ứng, loại PEG tham gia phản ứng Tạotiền đề cho việc khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel của sản phẩm, thử nghiệmmức độ phân hủy của hydrogel trong môi trường in vitro và khả năng tương thíchsinh học ứng dụng trong vận chuyển thuốc.

1.3.3 Ý nghĩa thực tiễn

Xã hội ngày một phát triển kéo theo đó là những căn bệnh ngày càng nguy hiểm,các phương thức dẫn thuốc truyền thống cần phải được cải tiến để đạt được hiệu quảchữa trị cao Việt Nam là một trong những nước đang phát triển, còn nhiều hạn chếtrong việc nghiên cứu vật liệu polymer y sinh, luận văn góp phần mở ra hướngnghiên cứu ứng dụng vật liệu mới cho nước nhà, làm bước đệm cho việc thửnghiệm mức độ phân hủy sinh học của hydrogel và khả năng tương thích sinh họctrước khi đưa vào ứng dụng dẫn truyền thuốc chữa bệnh cho con người

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Khái quát về Copolymer Hydrogels

Hydrogels là mạng lưới không gian ba chiều, gồm cách mạch polymer ưa nướcliên kết chéo với nhau bằng các liên kết vật lý hoặc hóa học Nhờ các polymer ưanước trong cấu trúc mà Hydrogel có tính ưa nước cao và khả năng tương thích tốtvới các loại protein, thuốc, tế bào nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong cái lĩnhvực y sinh, vận chuyển thuốc/tế bào hay kỹ thuật mô [18]

Có rất nhiều cách phân loại Hydrogels, tùy thuộc vào các đặc trưng về nguồngốc, phương pháp tổng hợp hay các phương thức liên kết, mà người ta phân chiaHydrogel thành nhiều nhóm [19]

Bảng 2.2: Phân loại Hydrogel [19]

STT Yếu tố phân loại Các loại Hydrogel

Tự nhiênTổng hợpHỗn hợp

Đồng nhấtKhông đồng nhấtXen kẽ

3 Phương thức liên kết Liên kết vật lý

Liên kết hóa học

Điện tích âmĐiện tích dươngKhông mang điện tích

Không phân hủy sinh học

6 Khả năng đáp ứng các yếu tố kích thích Các yếu tố hóa học: pH, Glucose,

chất oxi hóa

áp suất, điện tích, từ trường.

Hiện nay, phân loại Hydrogel theo phương thức liên kết là phổ biến nhất.Hydrogel có liên kết hóa học thường được tạo ra từ phản ứng Schiff base, phản ứngcủa các enzyme, phản ứng Michael hoặc một số phản ứng hóa học khác Cáchydrogel có liên kết hóa học thường biểu hiện tính chất cơ lý mạnh, tuy nhiên chínhcác liên kết này có thể làm hỏng các tế bào cũng như làm biến tính các phân tử sinhhọc gây hạn chế các ứng dụng của chúng Trong khi đó, các Hydrogel có liên kếtvật lý thường được tạo thành bằng sự tự lắp ghép các khối polymer lại với nhau,giúp cho việc tổng hợp chúng dễ dàng hơn Các khối polymer này có khả năng đápứng lại các kích thích bên ngoài, ví dụ như Hydrogel nhạy nhiệt độ, Hydrogel nhạynhiệt độ/pH, Hydrogel nhạy cảm với ánh sáng, Hydrogel nhạy cảm với glucose, Hơn nữa, các Hydrogel có liên kết vật lý thể hiện quá trình chuyển pha sol-gel màkhông có bất cứ sự thay đổi nào về thể tích – Điều mà các Hydrogel có liên kết hóahọc không thể làm được [20]

2.1.2 Hydrogel nhạy nhiệt

Các hydrogel nhạy nhiệt (copolymer lưỡng cực) thường được tạo thành bằng sựkết hợp giữa các khối polymer ưa nước và kị nước Các polymer ưa nước phổ biến

là poly(ethylene glycol) (PEG), poly(ethylene oxide) (PPO), Các polymer kịnước thường gặp là polylactide (PLA), poly(ε-caprolactone) (PCL), polyglycolide(PGA), Khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ phòng lên đến nhiệt độ sinh lý (37oC),Hydrogel nhạy nhiệt sẽ chuyển sang quá trình chuyển pha sol-gel nhờ vào các gốc

kị nước: hydrogel ở trạng thái sol khi nhiệt độ thấp và ở trạng thái gel khi nhiệt độtăng cao [18]

độ tăng, các gốc ưa nước giảm, các gốc kị nước tăng tạo thành quả cầu micell vớitâm là các gốc kị nước và bao bọc bên ngoài là gốc ưa nước Trong khi đó, hình2.1B mô tả quá trình chuyển pha của hydrogel dạng B-A-B Khi nhiệt độ tăng cũnghình thành các quả cầu micell, tuy nhiên lúc này một đầu kị nước sẽ tạo thành tâmquả cầu, đầu kị nước còn lại sẽ tương tác với tâm quả cầu khác để tạo thành mạnglưới cầu nối không gian ba chiều giúp duy trì trạng thái gel ổn định [21]

trong lẫn bên ngoài cơ thể sống, vì nó có thể được kiểm soát một cách dễ dàng bằngnhiệt độ [1] Một số loại Hydrogel nhạy nhiệt đã được nghiên cứu là PCL-PEG-PCL, PCLA-PEG-PCLA, PEO-PPO-PEO, Trong đó PEO-PPO-PEO hay còn gọi

là Pluronic (lutrol, monolan, poloxamer) gồm Pluronic F68 và F127 đã được nghiêncứu và ứng dụng rộng rãi Các Pluronic này thường được sử dụng như chất làm ướt

và bôi trơn trong điều trị táo bón, thường được kết hợp với các thuốc nhuận tràng.Ngoài ra còn được sử dụng làm thuốc nhỏ mắt, gel chứa chất kháng khuẩn và điềutrị bỏng [1]

2.1.3 Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH

Các nghiên cứu phát triển Hydrogel nhạy nhiệt độ đã cho thấy khả năng ứngdụng của chúng vào lĩnh vực vận chuyển thuốc Tuy nhiên vẫn có một số hạn chếtrong quá trình sử dụng Hydrogel nhạy nhiệt như sự tắc nghẽn có thể diễn ra ngaytrong ống tiêm hoặc đầu kim khi tiêm, khó hòa tan và lưu trữ, Điều này dẫn đến

sự ra đời và phát triển của hydrogel nhạy nhiệt độ và pH Đây là một loại Hydrogel

“thông minh”, có khả năng phản ứng lại với tác nhân kích thích là cả nhiệt độ và

pH Loại hydrogel này có thể giúp tránh được tình trạng gel hóa trong ống tiêmhoặc đầu kim, dễ hòa tan trong nước và có sự tương tác ion tốt hơn vớiprotein/thuốc/gen [22]

Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH thường được tạo thành bằng cách kết hợp mộtcopolymer nhạy nhiệt độ với một polymer nhạy pH Chính vì vậy nó thường đượcchia làm 2 loại là Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng anion và Hydrogel nhạy nhiệt độdạng cation [24]

− Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng anion thường có tác nhân nhạy pH là cácpolymer của acid yếu có khả năng ion hóa trong môi trường base

Ví dụ: Poly(acrylic acid) (PAA) [25], Poly(l-glutamic acid) (PLG) [26], cáccopolymer có chứa nhóm Sulfonamide [7],

Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng cation Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH dạng anion Hình 2.2: Đồ thị chuyển pha sol-gel của Hydrogel nhạy nhiệt độ/pH [22].

− Hydrogel nhạy pH dạng cation thường có tác nhân nhạy pH là các polymercủa base yếu có khả năng ion hóa trong môi trường acid

Ví dụ: (dimethylamino)ethyl methacrylate) (PDMAEMA) và (diethylamino) ethyl methacrylate) (PDEAEMA) [27], poly(bamino ester)(PAE) [15],

poly(2-Hình 2.2 biểu diễn 2 đồ thị sol-gel trái ngược của 2 loại Hydrogel nhạy nhiệtđộ/pH dạng cation và anion Cụ thể đối với Hydrogel nhạy nhiệt/pH dạng anion, khi

pH tăng lên vùng nhiệt độ gel có xu hướng thu hẹp lại trong khi Hydrogel nhạynhiệt/pH dạng cation lại mở rộng ra Cơ chế của quá trình chuyển pha sol-gel củahydrogel nhạy nhiệt/pH dạng anion sẽ được giải thích thông qua quá trình chuyểnpha sol-gel của OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM Pentablock Hydrogel

Hình 2.2: Cơ chế quá trình chuyển pha sol-gel của hydrogel nhạy nhiệt/pH

OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM [17]

- Ở trạng thái D (15oC, pH 8.0) copolymer ở dạng sol có độ nhớt thấp do phầnlớn các khối OSM bị ion hóa (OSM là nhóm polymer loại anion) trở nên ưanước Mặt khác khi ở nhiệt độ thấp, các tương tác ưa nước giữa khối PEG vànước chiếm ưu thế hơn các tương tác kị nước gây ra bởi khối PCLA nêncopolymer ở trạng thái sol

- Ở trạng thái C (15oC, pH 7.4) copolymer ở dạng sol có độ nhớt cao hơn (sovới trạng thái D) Tại pH này các khối OSM bị deion hóa trở nên kị nước tạothành các cấu trúc micell Tuy nhiên dung dịch copolymer vẫn ở dạng sol docấu trúc micell này ko đủ mạnh để thắng các tương tác ưa nước giữa khốiPEG và nước khi ở nhiệt độ thấp

- Ở trạng thái B (37oC, pH 8.0) copolymer ở dạng sol có độ nhớt cao hơn (sovới trạng thái D) Nhiệt độ tăng làm cho các tương tác kị nước gây ra bởikhối PCLA tăng, tương tác ưa nước giữa khối PEG với nước giảm nhưngphần lớn OSM vẫn bị ion hóa, không hình thành các khối cầu micell nêndung dịch copolymer vẫn ở trạng thái sol.

- Ở trạng thái A (37oC, pH 7.4) copolymer ở trạng thái gel Các khối OSM bịdeion hóa tạo thành các cầu nối micell giữa giữa OSM-PCLA Các tương tác

kị nước gây ra bởi PCLA chiếm ưu thế Dung dịch copolymer ở dạng gel

2.2 Tính chất chung

2.2.1 Tính chất trương

Khả năng trương của hydrogel phụ thuộc vào khoảng trống trong cấu trúc mạngcủa chúng Mỗi hydrogel có khả năng hấp thụ một lượng nước lớn từ 20% đến hơn1000% khối lượng khô của chúng Quá trình trương của hydrogel cũng tương tựnhư quá trình pha loãng dung dịch polymer nhưng lại bị giới hạn bởi cấu trúc mạngkhông gian [3]

Sự hình thành cấu trúc gel của hydrogel nhờ vào ba yếu tố: lực tương tác giữapolymer và nước, lực tĩnh điện và áp suất thẩm thấu Lực tương tác giữa polymer vànước càng mạnh khi cấu trúc mạch polymer càng ưa nước Nếu trong cấu trúc mạchhydrogel có chứa các nhóm ion thì sẽ tạo ra sự chênh lệch nồng độ ion bên trong gel

và dung dịch, gây nên áp suất thẩm thấu và nước sẽ khuếch tán vào bên trong gel

Độ chênh lệch nồng độ ion càng cao thì áp suất thẩm thấu sẽ càng lớn Ngoài ra, khitrong mạch polymer có chứa các điện tích ion thì chúng sẽ đẩy nhau và tạo ra cáckhoảng trống trong cấu trúc giúp hấp thụ nước đáng kể [23]

Hình 2.4: Các lực tác động lên quá trình trương trong hydrogel [23].

Tính chất trương của hydrogel phụ thuộc vào nhiều yếu tố như các thông sốmạng, tính chất của dung dịch, cấu trúc của hydrogel (xốp hoặc không xốp), mật độliên kết ngang Trong đó quan trọng nhất là mật độ liên kết ngang (crosslinkdensity) Ban đầu, khi mật độ liên kết ngang thấp, quá trình trương được xem nhưquá trình tự khuếch tán của nước vào trong cấu trúc hydrogel Quá trình này chủyếu phụ thuộc vào khối lượng phân tử của dung môi, nhiệt độ dung dịch và cấu trúcxốp của hydrogel Sau đó, mật độ liên kết ngang bắt đầu dày lên, quá trình trươnglúc này được xác định bằng tốc độ mở rộng cấu trúc mạng của hydrogel, quá trìnhhấp thu lúc này cũng chậm hơn [23]

Hình 2.5: Cơ chế quá trình trương của hydrogel [23].

2.2.2 Tính chất cơ lý

Việc đánh giá tính chất cơ lý của hydrogel là rất cần thiết trong việc lựa chọncác vật liệu phù hợp với các ứng dụng dược phẩm và y sinh Đối với hầu hết cácứng dụng, yêu cầu quan trọng nhất là hydrogel phải duy trì hình dạng của nó ở trạngthái trương một cách ổn định nhất Độ bền cơ học của hydrogel có thể cải thiệnbằng cách thay đổi mức độ khâu mạng của hydrogel Khi gia tăng mật độ khâumạng, tính chất cơ học của hydrogel sẽ tăng Tuy nhiên khi mật độ khâu mạng quácao thì sẽ làm giảm độ đàn hồi dẫn đến cấu trúc hydrogel sẽ bị giòn, khó vậnchuyển các tác nhân hóa sinh Do đó cần phải chú ý đến việc cân bằng giữa độ mềmdẻo và tính chất cơ học của hydrogel khi thiết kế [3,24]

2.2.3 Tính tương thích sinh học

Tính tương thích sinh học có thể định nghĩa là khả năng hydrogel hỗ trợ sự pháttriển và tăng sinh tế bào mà không gây ra bất kỳ độc tính nào Hay nói cách khác,tính tương thích sinh học là khả năng của một vật liệu có thể thực hiện những đápứng thích hợp với cơ thể vật chủ trong những ứng dụng cụ thể Khả năng tươngthích sinh học đáp ứng hai yếu tố cơ bản là an toàn sinh học và chức năng sinh học.Vật liệu polymer dùng trong y học phải có khả năng tương thích với tế bào nơi vật

không gây viêm sưng kéo dài, cơ thể sẽ không có những phản ứng tự vệ đào thải vậtliệu [24].

Hầu hết các polymer sử dụng cho mục đích y sinh phải được kiểm tra trước độđộc tính cho tế bào và cho cơ thể Vật liệu polymer phải được đảm bảo là không cóbiểu hiện độc tính hay gây biến dị trong suốt quá trình sử dụng Các độc tính cótrong hydrogel đa phần là do trong quá trình tổng hợp các nguyên liệu chưa chuyểnhóa 100% (các monomer chưa phản ứng hết, chất xúc tác, dung môi, chưa đượcloại bỏ hết) Một trong những cách giúp hạn chế độc tính của hydrogel là hạn chếviệc sử dụng chất khơi mào trong quá trình tổng hợp hydrogel hoặc dùng bức xạ đểloại bỏ những vấn đề về chất khơi mào hay monomer chưa phản ứng [24]

2.2.4 Tính phân hủy sinh học

Phân hủy sinh học là một trong những tính chất quan trọng trong ứng dụng vậnchuyển thuốc của hydrogel Tùy vào nguyên liệu tổng hợp mà hydrogel có thời gianphân hủy sinh học cũng như khả năng mang thuốc là khác nhau Một số loại nguyênliệu thường được dùng để tổng hợp hydrogel có khả năng phân hủy sinh học làPCL, PEG, PCLA, PLLA, PEU, [23]

Nhờ vào quá trình phân hủy sinh học này mà thuốc sẽ được giải phóng ra từ từtheo sự giảm cấp của hydrogel Chính vì vậy điều khiển quá trình phân hủy sinh họcnày thì sẽ điều khiển được quá trình giải phóng thuốc

Hình 2.9: Ưu nhược điểm của hydrogel [3].

2.3 Ưu nhược điểm của hydrogel

2.4 Một số công trình nghiên cứu

2.4.1 Nghiên cứu tổng hợp hydrogel nhạy pH/nhiệt độ trên cơ sở Oligomer

nhạy pH là Oligomer Sulfamethazine (OSM) và Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA.

Tác giả: Woo Sun Shim, Doo Sung Lee cùng các cộng sự [8,20,21].

Nguyên liệu: PEG (Mn = 1500; 1750; 2000), D,L Lactide (LA), ε - caprolactone(CL), Sn(Oct)2, DMF, DCM, DMAP, DCC, AIBN, MPA, Paclitaxel (PTX)

Hình 2.10: Phương trình tổng hợp OSM-PCLA-PEG-PCLA-PEG [8].

− Tổng hợp Triblock copolymer PCLA-PEG-PCLA bằng phản ứng mởvòng của CL và LA sử dụng PEG như chất khơi mào với chất xúc tác làSn(Oct)2

− Tổng hợp Sulfamethazine oligomer (OSM) từ Sulfamethazine monomer,AIBN và MPA

− Tổng hợp Pentablock copolymer OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM bằngcách ghép đôi tác nhân nhạy pH OSM và block copolymer nhạy nhiệtPCLA-PEG-PCLA

Phương pháp phân tích:

− Phương pháp phân tích sắc ký Gel GPC: Theo dõi sự tăng khối lượngphân tử giữa Triblock copolymer và Pentablock copolymer Đánh giámức độ đồng đều của mạch phân tử qua độ đa phân tán (PDI)

− Phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR: Phân tích cấutrúc mạch phân tử polymer

− Khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel: Xây dựng đồ thị sol-gel, đánh giá

sự ảnh hưởng của trọng lượng phân tử và tỷ lệ các thành phần tạo nênmạch polymer đến trạng thái sol-gel của hydrogel

− Tiêm thử nghiệm trong môi trường giả định.

− Khảo sát khả năng phân hủy sinh học in vitro trong khoảng 1 tháng:Đánh giá mức độ giảm cấp và sự thay đổi pH của hydrogel

− Thử nghiệm độc tố đối với tế bào

− Thử nghiệm phân hủy in vivo

− Thử nghiệm mang thuốc chữa ung thư PTX

− Trọng lượng phân tử của hydrogel nhạy nhiệt độ/pH giảm theo thờigian tuy nhiên giá trị pH gần như không đổi

− Tiêm khoảng 200µl dung dịch copolymer ( nồng độ 20%, pH 8,0) vàochuột bạch 10 phút sau phẫu thuật chuột, dung dịch copolymer hìnhthành khối gel tại chỗ tiêm, điều này cho thấy khối copolymer nhanhchóng gel do pH giảm và nhiệt độ tăng trong cơ thể chuột

Hình 2.11: Giản đồ biểu diễn sự thay đổi trọng lượng phân tử trong thời gian phân hủy của OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM [20]

Kết quả ghép phổ từ máy GPC.

Sự thay đổi Mp của hydrogels theo kết quả đo GPC

Hình 2.12: Thử nghiệm tiêm dung dịch copolymer lên chuột [8].

Dung dịch copolymer được tiêm lên chuột.

Phẫu thuật gắp lấy khối gel ra sau 10 phút tiêm.

− Khi mang thuốc PTX vùng gel của hydrogel nhạy nhiệt độ/pH thấp hơnhydrogel không mang thuốc Điều này là do ảnh hưởng hiệu ứngsalting-out của PTX đến dung dịch copolymer

Hình 2.13: Giản đồ chuyển pha sol-gel của dung dịch copolymer có mang thuốc PTX và không mang thuốc.

() Dung dịch copolymer không mang thuốc;

() Dung dịch copolymer có mang 2,5mg/mL PTX;

() 5mg/mL PTX; () 10mg/mL PTX [20]

Hình 2.14: Giản đồ biểu diễn quá trình nhả thuốc của dung dịch copolymer mang thuốc PTX [21].

− Khảo sát quá trình nhả thuốc PTX của hệ dẫn thuốc hydrogel

OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM trong môi trường in vitro cho thấy hydrogel

này có tiềm năng tốt cho việc dẫn truyền thuốc

2.4.2 Nghiên cứu tổng hợp hydrogels nhạy nhiệt độ/pH dựa trên sự phân hủy

sinh học của poly(ethylene glycol).

Tác giả: Huỳnh Đại Phú, Woo Sun Shim, Ji Heung Kim, Doo Sung Lee [9]

Nguyên liệu: PEG (Mn = 1000; 1500; 1750; 2000), Glycolide (GA), CL,

Sn(Oct)2, DMAP, DCC, DMF, AIBN, CDCl3, MC, PTX

Phương pháp tổng hợp:

− Tổng hợp Triblock copolymer nhạy nhiệt độ PCGA-PEG-PCGA bằng

phản ứng trùng hợp mở vòng của GA và CL với chất khơi mào PEG và

chất xúc tác là Sn(Oct)2

− Tổng hợp Sulfamethazine oligomer (OSM) từ Sulfamethazine monomer,

AIBN và MPA

Hình 2.15: Phương trình tổng hợp Pentablock copolymer nhạy pH/nhiệt độ Phương trình tổng hợp Triblock copolymer PCGA-PEG-PCGA.

Phương trình tổng hợp Sulfamethazine oligomer.

Phương trình tổng hợp Pentablock copolymer OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM

gốc nhạy pH OSM với khối copolymer nhạy nhiệt PCGA-PEG-PCGAvới chất xúc tác là DCC/DMAP

Phương pháp phân tích:

− Phương pháp phân tích sắc ký Gel GPC: Theo dõi trọng lượng phân tửcủa khối copolymer tổng hợp Đánh giá mức độ đồng đều của khốicopolymer qua độ đa phân tán (PDI)

Hình 2.16: Giản đồ so sánh kết quả đo GPC của PCGA-PEG-PCGA và OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM.

− Phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR: Phân tích cấu

trúc mạch phân tử polymer

− Khảo sát quá trình chuyển pha sol-gel: Xây dựng đồ thị sol-gel, đánh

giá sự ảnh hưởng của trọng lượng phân tử và tỷ lệ các thành phần tạo

nên mạch polymer đến trạng thái sol-gel của hydrogel

− Khảo sát quá trình phân hủy của dung dịch copolymer

− Thử nghiệm mang thuốc và khả năng nhả thuốc PTX

Thành tựu đã đạt được:

− Kết quả phân tích GPC và 1H-NMR cho thấy đã tổng hợp thành công

Pentablock copolymer nhạy pH/nhiệt độ

OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM

− Các đồ thị chuyển pha sol-gel của OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM thể

hiện một nồng độ gel tới hạn, giá trị pH gel tới hạn và hai giá trị nhiệt

độ gel tới hạn Điểm nồng độ gel tới hạn và giá trị pH gel tới hạn của

Hình 2.17: Giản đồ biểu diễn sự phân hủy của OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM qua thời gian.

của gốc nhạy pH Vùng nhiệt độ gel của hydrogel có thể điều khiểnbằng cách thay đổi chiều dài gốc PEG hoặc nồng độ dung dịchcopolymer

− Kết quả khảo sát mức độ phân hủy của hydrogel cho thấy ở nhiệt độcao trọng lượng phân tử giảm nhanh hơn, và ở 0oC trọng lượng phân tửgần như giảm không đáng kể sau 7 tháng Điều này có nghĩa là có thểgiữ hydrogel này ở 0oC trong 7 tháng mà không bị phân hủy

− Mức độ nhả thuốc PTX của hệ hydrogel OSM mang thuốc là hơn 90% sau 20 – 22 ngày trong khi hệ mangthuốc OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM cần hơn 28 ngày để nhả lượngthuốc PTX tương tự Kết quả này cho thấy OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM copolymer có tiềm năng trong ứng dụng vận chuyển thuốc

OSM-PCGA-PEG-PCGA-Hình 2.18: Giản đồ biểu diễn khả năng nhả thuốc PTX của hydrogel.

OSM-PCGA-PEG-PCGA-PEG OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM

trắngSigma – Alrich

Nguyên liệutổng hợpmSerine

C6H5ClO2S

M = 176,62 g/molDạng tinh thểSigma – Alrich

Nguyên liệutổng hợpmSerine

3 1,4 Dioxane

C4H8O2

M = 88,11 g/molDạng lỏng, trongsuốtRCI Labscam – Thái

Lan

Nguyên liệutổng hợpmSerine

4 PolyethylenGlycol

M = 1800; 2050g/molDạng vảy, màu trắngSigma – Alrich

Nguyên liệuchính tổng hợpTriblockCopolymer

ST

T Tên hóa chất Công thức

Thông số - Nhà cung cấp Công dụng

Dạng tinh thể, màu

Nguyên liệuchính tổng hợpTriblock

Sigma – Alrich

6 Stannous-octoate

C16H30O4Sn

M = 405,12 g/molDạng lỏng, trongsuốtSigma – Alrich

Chất xúc táctổng hợpTriblockCopolymer

7 Dichloromethane

(DCM)

CH2Cl2 M = 84,93 g/mol

d = 1,33 g/cm3Chất lỏng, trongsuốtNCC: FisherChemical

Dung môi chophản ứng tổnghợp Pentablock

8

Dimethylamino

4-Pyridine

(DMAP)

C7H10N2

M = 122,17 g/molDạng tinh thể, màu

trắngNCC: Sigma –Aldrich

Chất xúc táccho phản ứngtổng hợpPentablockCopolymer

Chất xúc táccho phản ứngtổng hợpPentablockCopolymer

10 Ethyl Acetate

CH3COOC2H5 M = 88,11 g/mol

Chất lỏng, trongsuốtNCC: Chemsol

Dung môi trích

ly sản phẩmPentablockCopolymer

M = 74,12 g/molChất lỏng, trongsuốtNCC: Chemsol

Dung môi lọcrửa sản phẩmPentablockCopolymer

M = 40 g/molChất rắn, màu trắngNCC: Xilong Trung

Quốc

Dung dịchchuẩn pH

13 HydrocloricAcid HCl

M = 36,46 g/molNCC: Xilong Trung

Quốc

Dung dịchchuẩn pH

C3H6O M = 58,08 g/mol

Chất lỏng, trongsuốtNCC: Xilong Trung

Dung môi đoGPC

16 Dung dịch muốiđệm Photphase

Thành phần hỗn hợp: NaCl, KCl,Na2HPO4,KH2PO4, nước cất10mM, pH 11.5

Dùng để thửnghiệm Sol -Gel

3.2 Dụng cụ và thiết bị

Máy hút

chân không Việt Nam

Tạo môi trường chânkhông, sấy sảnphẩm, đuổi dungmôi

Sấy dụng cụ thínghiệm

6 Bể điềunhiệt Memmer+

Duy trì nhiệt độ ổnđịnh trong quá trìnhkhảo sát sol-gel

7 Cân điện tử4 số Sartorius

Cân hóa chất

8 biến nhiệtBộ cảm Việt Nam

Điều chỉnh ổn địnhnhiệt độ phản ứng

9 Nồi gia

nhiệt Việt Nam

Đun dầu Silicone gianhiệt phản ứng

Bảng 3.5: Các dụng cụ sử dụng cho quá trình thí nghiệm

ST

T Tên dụng cụ Mô tả Công dụng

1 Bình cầu 2 cổ50mL Tổng hợp Triblock copolymer

2 Bình cầu 3 cổ250mL Tổng hợp Pentablockcopolymer

6 Nhiệt kế rượu Theo dõi nhiệt độ quá trìnhkhảo sát sol-gel

7 Muỗng lấy hóa

chiết tách

10 Lọ vial 4mL Khảo sát quá trình sol-gel

17 Beacher Đựng hóa chất

18

Ống chữ L

Hút chân không hạn chế tạpchất rơi vào sản phẩm

1,4 Dioxane

BSC

25oC, 10 giờ

Rửa Diethyl Ether

Chiết tách mSerine ở dưới

D,L Serine Benzenesulfonyl chloride Benzenesulfonyl – D,L Serine

(mSerine)

Hình 3.4: Phương trình tổng hợp mSerine [10]

Thuyết minh quy trình tổng hợp mSerine:

Cân D,L-Serine như đã tính toán hòa tan trong dung dịch NaOH ở 0oC và khuấytrong 2 giờ Sau đó thêm hỗn hợp Benzenesulfonyl chloride và 1,4-Dioxane vàotiếp tục khuấy ở 25oC trong 10 giờ Kết thúc phản ứng, dùng Diethyl Ether để rửasản phẩm rồi chiết tách lấy phần sản phẩm bên dưới và loại bỏ lớp dung dịch bêntrên Sau đó lấy một lớp nước ra và acid hóa với HCl 10% đến giá trị pH 1 – 2 thìđem đi rửa với Ethyl Acetate Lượng dung môi hữu cơ còn lại sẽ được đem đi sấychân không để thu được Benzenesulfonyl – D,L Serine (mSerine)