Ứng dụng công nghệ lắng đọng lớp nguyên tử ALD trong kiểm soát độ hòa tan của dược chất

Dược chất MET và những vấn đề trong bào chế và lâm sàng

Thực tế này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tạo ra các dạng bào chế giải phóng kiểm soát, vốn duy trì nồng độ thuốc ổn định trong ngưỡng trị liệu ở một thời gian dài, đồng thời gỡ bỏ việc dùng thuốc nhắc lại nhiều lần trong ngày. Hệ quả là, việc bào chế viên nén MET không thể trải qua quá trình dập viên trực tiếp, mà đòi hỏi quá trình tạo hạt ướt trước khi dập, dẫn đến một quy trình sản xuất phức tạp, kéo theo gia tăng giá thành và nhân.

Các hiểu biết cơ bản về ALD

Hiệu ứng “cản trở không gian” (Steric hindrance effect) là một ví dụ cho vấn đề này, khi các phân tử tiền chất đã hấp phụ trước đó có thể ngăn các phân tử tiền chất tiếp theo tạo liên kết với nhóm chức bề mặt mặc dù các nhóm này chưa bão hòa [14]. Các đường cong bão hòa có thể được xác định bằng các thí nghiệm ALD ở cùng điều kiện của bề mặt đế, trong khi thay đổi điều kiện về lượng chất ở một trong hai nửa phản ứng và ngược lại. Các phản ứng bề mặt bị giới hạn bởi số lượng các phân tử tiền chất tương tác với các vị trí hoạt động bề mặt hoặc số lượng các phân tử chất đồng phản ứng so với tiền chất đã hấp phụ.

Do đó, thời gian của các xung tiền chất tỷ lệ thuận với nồng đồ của các phân tử tiền chất có trong buồng phản ứng cũng như sự tăng trưởng cho mỗi chu trình trước khi đạt được trạng thái bão hòa. Tuy nhiên, trạng thái bão hòa chỉ xảy ra trong trường hợp tiền chất hấp phụ một cách bền chặt (hấp phụ hóa học) với bề mặt của vật liệu đế và chất đồng phản ứng tương tác hoàn toàn với tiền chất đã hấp phụ. Trên thực tế, sự tăng trưởng này không thực sự tuyến tính ít nhất là trong giai đoạn hình thành những lớp vật liệu đầu tiên, đặc trưng bởi quá trình tạo mầm tinh thể của các hạt vật liệu được lắng đọng.

Trong giai đoạn phản ứng, giá trị của GPC có ổn định sau một số chu trình ALD nhất định, được giải thích bởi sự tương tác khác biệt giữa tiền chất với các nhóm chức bề mặt trên đế ban đầu và nhóm chức tạo ra sau những chu kỳ đầu tiên [15]. Do đó, muốn kiểm soát được phản ứng tạo thành màng ALD, ta cần tìm ra khoảng nhiệt độ cần thiết mà tại đó, tốc độ lắng đọng không còn phụ thuộc vào nhiệt độ, tức trạng thái bão hòa của phản ứng đạt được [16].

Ứng dụng của ALD trong công nghiệp dược phẩm 1. Ứng dụng của ALD trên bột dược chất

Kết quả về thử nghiệm về độ ổn định cho thấy so với dạng vắcxin hỗn dịch lysozyme T4 ban đầu có hiện tượng bị phá hủy ở nhiệt độ cao, các thực thể sau khi trải qua quá trình ALD đã lưu giữ được sự toàn vẹn của các phân tử vắcxin ở nhiệt độ lên đến 50 °C trong vòng tối thiểu một tháng. Thêm vào đó, thử nghiệm sinh miễn dịch cho thấy so với dạng vắcxin hỗn dịch lysozyme-T4 có bổ sung tá chất sinh miễn dịch Al2O3, vốn có chế độ tiêm 2 liều, quá trình thử nghiệm một liều vắcxin chứa sản phẩm từ quá trình ALD cho hiệu lực sinh kháng thể ở chuột tương tự ở ngày thứ 42 sau khi tiêm [20]. Kết quả cho thấy khả năng sinh miễn dịch, thể hiện qua phản ứng miễn dịch và hàm lượng kháng thể trong cơ thể động vật, của vaccine phủ màng ALD, tiêm 1 liều là tương đương với vaccine thông thường, tiêm 1 liều ban đầu và 1 liều nhắc lại.

Thử nghiệm độ ổn định cho thấy vắcxin bào chế theo phương pháp ALD không có sự thay đổi về cảm quan khi bảo quản ở 50 °C và 70 °C trong vòng 3 tháng, nhưng với vắcxin đông khô và hỗn dịch, sự đổi màu xảy ra sau khoảng 6 tuần bảo quản ở cùng điều kiện. Về lượng kháng thể trong cơ thể, hàm lượng kháng thể của vắcxin trong 3 cách bào chế tương tự nhau với kháng thể protein bề mặt L1 dòng 16 và 18, nhưng cao nhất ở vắcxin sử dụng công nghệ ALD đối với kháng thể protein bề mặt L1 dòng 31. Sau khi ủ các mẫu phân tán vô định hình trước và sau khi phủ màng Al2O3 trong dung dịch đệm có pH 6,5 trong 3 giờ, sự kết tinh của dược chất vô định hình được xác định thông qua sự phát sóng hài bậc hai (second harmonic generation), trong đó cường độ thu được sẽ tỉ lệ thuận với mức độ kết tinh của dược chất.

Trong một nghiên cứu khác, nhóm tác giả trên tạo hệ phân tán vô định hình với 3 hoạt chất Erlotinib, Naproxen, và Lumefrantrine trong các polymer hydroxypropyl methylcellulose acetate succinate (HPMCAS) và poly(vinylpyrrolidone)/vinyl acetate copolymer (PVPVA) bằng một trong hai phương pháp phun sấy (spray drying) hoặc đùn nóng chảy (hot melt extrusion) được minh họa trên Hình 1.10 [26]. Trong khi nguyên liệu lactose vô định hình kết tinh hoàn toàn ở điều kiện trên chỉ sau 5 tiếng, mẫu được phủ màng bằng công nghệ ALD đã tạo ra cỏc hạt nano cú độ ổn định cao hơn rừ rệt, với chỉ 15% lượng bột sau khi phủ 200 chu trình ALD xảy ra hiện tượng kết tinh trong vòng 6 tháng.

Quy trình thí nghiệm

- Trước khi đưa bột vào buồng phản ứng, các bột dược chất cần được xử lý để đạt được những yêu cầu về độ đồng đều kích thước bằng cách loại bỏ các phần bột bị bón cục hay các hạt có kích thước lớn. - Sau đó, các bột này được bảo quản trong tủ sấy ở 45 °C trong 12 giờ để giảm tối thiểu lượng nước hấp phụ, tránh hiện tượng vón cục và kết dính. - Sau một thời gian khi bột đã lưu hóa một cách ổn định, chúng tôi tiến hành tạo màng SiO2 sử dụng tiền chất SiCl4 và H2O (Hình 2.3).

Đầu tiên, tiền chất SiCl4 được đưa vào cột phản ứng thông qua xung khí mang Ar với lưu lượng và thời gian thay đổi giữa các lần thí nghiệm. Sau đó, buồng sẽ được làm sạch nhờ xung khí Ar để loại bỏ các tiền chất SiCl4 dư thừa và sản phẩm phụ của phản ứng (hơi HCl). Tiếp theo, hơi nước sẽ đưa vào với lưu lượng và thời gian thay đổi giữa các thí nghiệm để phản ứng với các phân tử tiền chất SiCl4 hấp phụ trên bề mặt dược chất và tạo thành lớp màng SiO2 lắng đọng trên bột.

Cuối cùng, khí Ar được đưa vào để loại bỏ các phân tử H2O dư và sản phẩm phụ của phản ứng (hơi HCl) ra khỏi buồng phản ứng và sẵn sàng cho chu trình tiếp theo. Sau một khoảng thời gian, sử dụng micro pipet hút 5 ml dung dịch chất lỏng trong cốc, sau đó pha loãng 200 lần và đo phổ hấp thụ UV-Vis.

Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu về thành phần hóa học có trong các mẫu dược chất, chúng tôi sử dụng phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) sử dụng đầu dò HORIBAR 7593-H được tích hợp trong máy FE-SEM nêu trên. Thành phần nguyên tố và trạng thái liên kết của chúng trong các mẫu được xác định bằng phương pháp phổ quang phổ quang điện tử tia X. Phép đo này được thực hiện tại Trường Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc, sử dụng máy đo K-Alpha X-ray Photoelectron Spectrometer của hãng Thermo Fisher Scientific được trang bị nguồn phát tia X có catốt bằng nhôm với năng lượng photon tia X là 1486,7 eV.

Để loại bỏ ảnh hưởng của sự dịch đỉnh phổ do quá trình tích điện trên bề mặt mẫu, vị trí của các đỉnh phổ được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng đỉnh C 1s của cacbon ở vị trí 284,8 eV làm đỉnh chuẩn. Để xác định ảnh hưởng của quá trình phủ màng SiO2 lên cấu trúc phân tử của dược chất MET, chúng tôi sử dụng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier FTIR. Mặt đế sau khi làm sạch và lau khô bằng cồn được trừ nền thông qua phần mềm trên máy tính kết nối với thiết bị.

Thông tin về độ hòa tan của MET được thử nghiệm sử dụng hệ máy thử hòa tan 8 ngăn UDT – 804 đặt tại công ty kiểm nghiệm thuốc AQP tại Trường Đại học Phenikaa (Hình 2.8). Các mẫu dung dịch sau khi thử hòa tan được pha loãng 200 lần bằng cách thêm 0,5 ml dung dịch hoàn tan của MET, thêm nước cất cho đến khi chạm vạch giới hạn của bình định mức 100 ml và lắc đều.