Tài liệu Nghiên cứu bào chế tiểu phân nano curcumin

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI PHẠM VĂN GIANG NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ HỆ TIỂU PHÂN NANO CURCUMIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2013 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với dược sĩ Dương Thị Hồng Ánh, người thầy đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Trần Linh, người thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với các thầy cô và các anh chị kỹ thuật viên thuộc bộ môn bào chế đã có những giúp đỡ qúy báu trong quá trình tôi học tập và thực nghiệm tại bộ môn. Tôi xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường, phòng đào tạo và các phòng ban liên quan trong nhà trường đã có nhiều giúp đỡ thiết thực về cơ sở vật chất, trang thiết bị và hóa chất thí nghiệm trong quá trình tôi thực hiện đề tài. Hà nội, tháng 5 năm 2013 Sinh viên PHẠM VĂN GIANG MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 2 1.1. Vài nét về tiểu phân nano ............................................................................ 2 1.1.1. Định nghĩa .............................................................................................. 2 1.1.2. Tiểu phân nano giúp cải thiện tốc độ hòa tan và độ tan bão hòa ............... 2 1.1.3. Các phương pháp bào chế nano tinh thể .................................................. 4 1.1.4. Phun sấy - kỹ thuật chuyển hỗn dịch nano thành dạng nano tinh thể ....... 7 1.2. Vài nét về curcumin .................................................................................... 8 1.2.1. Công thức................................................................................................ 8 1.2.2. Tính chất lý hóa....................................................................................... 8 1.2.3. Tác dụng của curcumin ........................................................................... 9 1.2.4. Dược động học ........................................................................................ 9 1.3. Một số nghiên cứu bào chế hệ tinh thể nano curcumin ........................... 10 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 14 2.1. Nguyên vật liệu, thiết bị ............................................................................ 14 2.1.1. Nguyên liệu ........................................................................................... 14 2.1.2. Thiết bị.................................................................................................. 14 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 15 2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 15 2.3.1. Phương pháp bào chế hệ tiểu phân nano curcumin ................................ 15 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu các yếu tố thuộc về công thức ảnh hưởng tới đặc tính lý hóa của hệ tiểu phân nano curcumin .............................................. 16 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng củaccác yếu tố thuộc về quy trình bào chế ảnh hưởng tới đặc tính lý hóa của hệ tiểu phân nano .......................... 17 2.3.4. Phương pháp đánh giá tiểu phân nano curcumin .................................... 17 2.3.5. Phương pháp định lượng curcumin trong các mẫu nghiên cứu............... 18 2.3.6. Phương pháp đánh giá độ tan của curcumin từ các mẫu nghiên cứu. ..... 19 2.3.7. Phương pháp đánh giá mức độ và tốc độ hòa tan của curcumin trong các mẫu nghiên cứu............................................................................................... 20 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................... 21 3.1. Kết quả nghiên cứu các yếu tố thuộc về công thức ảnh hưởng tới đặc tính lý hóa của hệ tiểu phân nano curcumin........................................................... 21 3.1.1. Kết quả nghiên cữu ảnh hưởng của chất diện hoạt ................................. 21 3.1.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất diện hoạt ................... 24 3.1.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất ổn định.................................... 25 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thuộc về quy trình bào chế ảnh hưởng tới đặc tính lý hóa của hệ tiểu phân nano ..................................... 27 3.2.1. Kết quả ngiên cứu ảnh hưởng của thao tác nghiền mịn bằng máy nghiền bi .................................................................................................................... 27 3.2.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cách phối hợp chất diện hoạt .......... 28 3.2.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ đồng nhấ hóa ....................... 30 3.2.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đồng nhất......................... 31 3.3. Bào chế hệ nano dạng bột phun sấy.......................................................... 33 3.4. Đánh giá một số đặc tính của bột phun sấy nano curcumin .................... 34 3.4.1. Hàm lượng curcumin trong bột phun sấy nano curcumin ....................... 34 3.4.2. Khả năng phân tán lại ............................................................................ 35 3.4.3. Kích thước tiểu phân và phân bố kích thước tiểu phân .......................... 35 3.4.2. Hình thái tiểu phân khi quan sát qua kính hiển vi điện tử...................... 36 3.4.3. Kết quả phân tích nhiệt vi sai (DSC) ..................................................... 37 3.4.4. Mức độ và tốc độ hòa tan của các mẫu bột phun sấy nano curcumin ..... 37 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................................. 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT APSP Kết tủa do thay đổi dung môi Cre Cremophor RH40 EPN Bốc hơi dung môi HPMC Hydroxypropyl methylcellulose Na-CMC Natri carboxymethylcellulose NaDC Natri deoxycholat NaDS Natri dodecyl sulfat NaLS Natri laurylsulfat PEG Polyethylenglycol Pol Poloxame F127 PVA Polyvinyl alcohol PVP Polyvinyl pyrolidon TPGS D-tocopherol polyethylen glycol 1000 succinat Tw6 Tween 60 Tw8 Tween 80 βCD β-cyclodextrin DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các chất diện hoạt khác nhau đến một số đặc tính lý hóa của hệ tiểu phân nano curcumin ..................................................... 22 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Tween 80 đến một số dặc tính lý hóa của hệ tiểu phân nano curcumin ...................................................................... 24 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất ổn định tới một số đặc tính lý hóa của hệ tiểu phân nano curcumin ............................................................................. 26 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của quá trình nghiền mịn bằng máy nghiền bi tới kích thước tiểu phân .................................................................................... 27 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cách phối hợp chất ổn định tới kích thước tiểu phân phân tán ........................................................................................ 29 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ đồng nhất hóa đến kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán ...................................................................................... 31 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian đồng nhất tới kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán ................................................................................................................. 32 Bảng 3.8. Kết quả nghiên cứu bào chế hệ nano dạng bột phun sấy......................... 34 Bảng 3.9. Công thức phun sấy hệ tiểu phân nano curcumin ................................... 34 Bảng 3.10. Kết quả định lượng curcumin trong các mẫu phun sấy ......................... 34 Bảng 3.11. Kết quả xác định kích thước tiểu phân của bột phun sấy sau khi phân tán lại trong môi trường nước ...................................................................................... 35 Bảng 3.12. Kết quả khảo sát độ tan của curcumin nguyên liệu và bột phun sấy nano .............................................................................................................................. 38 Bảng 3.13. Kết quả thử độ hòa tan của curcumin nguyên liệu và các mẫu bột phun sấy nano curcumin. ................................................................................................ 38 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Cấu tạo thiết bị đồng nhất tốc độ cao 6 Hình 1.2 Công thức cấu tạo của curcumin 8 Hình 1.3 Các nguyên nhân làm giảm sinh khả dụng của curcumin 9 Hình 2.1 Sơ đồ bào chế hệ tiểu phân nano curcumin Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kích thước tiểu phân và hệ số PDI với các chất diện hoạt khác nhau khi dùng nồng độ 5% Hình 3.2 15 23 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán với các chất diện hoạt khác nhau khi dùng nồng độ 10% Hình 3.3 23 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán khi phối hợp Tween 80 với các chất diện hoạt khác Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự thay dổi của kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán khi tăng nồng độ Tween 80 từ 1% lên 100% Hình 3.5 26 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của quá trình nghiền mịn tới kích thước tiểu phân Hình 3.7 25 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của chất ổn định tới kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán Hình 3.6 24 28 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của cách phối hợp chất diện hoạt trực tiếp và dùng dung dịch 10% chất diện hoạt tới kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tốc độ đồng nhất hóa tới kích thước tiểu phân và phân bố kích thước tiểu phân Hình 3.9 Hình 3.10 29 31 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đồng nhất tới kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán 32 Hình ảnh hỗn dịch sau khi phân tán lại 35 Hình 3.11 Hỉnh ảnh tiểu phân của khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử của curcumin nguyên liệu và bột phun sấy nano curcumin 36 Hình 3.12 Kết quả quét nhiệt vi sai của các mẫu curcumin 37 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn độ hòa tan của curcumin nguyên liệu và các mẫu bột curcumin phun sấy theo thời gian 39 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Từ xa xưa, củ nghệ (turmeric) đã được dùng phổ biến ở một số nước châu Á như là một thứ gia vị chính giúp điều hương, tạo mùi vị màu sắc hấp dẫn cho thực phẩm. Ngoài ra, ở các nước như Việt Nam, Trung Quốc nghệ được biết đến như một phương thuốc hữu hiệu với các bệnh dạ dày và giúp nhanh liền sẹo. Nghiên cứu của các nhà khoa học vào cuối thế kỷ 20 đã xác định curcumin – thành phần hoạt chất quý chỉ chiếm 2 - 6% trong củ nghệ vàng - đóng vai trò quan trọng trong các hoạt tính sinh học của nghệ. Hơn nữa các nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng cho thấy curcumin có tác dụng hỗ trợ điều trị trong điều trị hầu hết các bệnh mạn tính bao gồm cả ung thư, thần kinh, tim mạch, bệnh phổi, rối loạn chuyển hóa... Những tác dụng dược lý của curcumin cũng mở ra hướng đi mới trong điều trị viêm gan B, viêm gan C và nhiễm HIV. Mặc dù vậy, do khả năng hòa tan kém tác dụng dược lý của curcumin trong lâm sàng bị hạn chế. Do đó, vấn đề cải thiện khả năng hòa tan dẫn tới nâng cao sinh khả dụng của curcumin là vấn đề lớn đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Trong những năm gần đây, công nghệ nano đang phát triển với tốc độ chóng mặt và làm thay đổi diện mạo của các ngành khoa học. Đặc biệt, ngành công nghệ mới này đang tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành dược phẩm. Trong đó, hệ tinh thể nano được coi là hệ đưa thuốc vào cơ thể với nhiều ưu điểm nổi trội. Do giảm kích thước tiểu phân xuống cỡ nanomet (nhỏ hơn 1000 nm), việc bào chế dưới dạng tinh thể nano có thể cải thiện được độ tan và tốc độ hòa tan của các dược chất ít tan trong nước. Vì vậy, với mong muốn cải thiện độ hòa tan của curcumin chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu bào chế hệ tiểu phân nano curcumin” với mục tiêu: Xây dựng được công thức và quy trình bào chế hệ tiểu phân nano curcumin bằng phương pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất hóa tốc độ cao. 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. VÀI NÉT VỀ TINH THỂ NANO 1.1.1. Định nghĩa Tinh thể nano (nanocrystal) hay tiểu phân nano tinh thể là các tiểu phân rắn tinh khiết với kích thước trung bình dưới 1000 nm, trong đó không chứa bất cứ một vật liệu mang nào [17], [20], nhưng có thể có một lượng tối thiểu chất hoạt động bề mặt và các chất ổn định cần thiết cho sự ổn định của dược chất [12] và có phân bố kích thước tập trung chủ yếu trong khoảng từ 200 nm – 600 nm [21]. Tùy theo kỹ thuật sản xuất có thể tạo thành tiểu phân nano ở dạng tinh thể hoặc dạng vô định hình, như vậy tinh thể nano bao gồm cả các tiểu phân nano ở trạng thái kết tinh và ở trạng thái vô định hình [17]. Khi phân tán tinh thể nano trong môi trường lỏng thu được “hỗn dịch nano”, trong đó có chứa các tác nhân ổn định như chất diện hoạt và/hoặc các polyme ổn định. Môi trường phân tán có thể là nước, dung dịch nước hoặc các môi trường không phải là nước (ví dụ: PEG, các dầu…) [17], [20]. 1.1.2. Tinh thể nano giúp cải thiện độ tan và tốc độ hòa tan Theo phương trình hòa tan Nernst–Brunner và Levich của Noyes Whitney tốc độ hòa tan của dược chất được biểu diễn theo phương trình sau [16], [1] Trong đó: dM/dt là tốc độ hòa tan của dược chất, D là hệ số khuếch tán, S là diện tích bề mặt tiểu phân, Cs là độ tan bão hòa của dược chất, C là nồng độ dược chất tại thời điểm t, h là bề dày lớp khuếch tán. Theo đó, tốc độ hòa tan của các tinh thể nano tăng lên có thể do các nguyên nhân: i. tăng diện tích bề mặt; ii. giảm bề dày lớp khuếch tán; iii. tăng độ tan. a. Diện tích bề mặt Việc phân chia làm giảm kích thước tiểu phân gắn liền với làm tăng diện tích bề mặt. Giảm kích thước tiểu phân đến kích thước nanomet sẽ làm tăng độ hòa tan do tăng đáng kể diện tích bề mặt [17]. 3 b. Bề dày lớp khuếch tán  L  , trong đó, k là Theo phương trình Prandtl, bề dày lớp khuếch tán h  k  v   hằng số, L là độ dài quãng đường dòng chảy, v là vận tốc chuyển động tương đối của dòng chất lỏng so với bề mặt tiểu phân chất rắn. Như vậy, h giảm khi v tăng, nên bề dày lớp khuếch tán giảm khi tăng độ cong bề mặt của tiểu phân. Do đó, tiểu phân dược chất có kích thước càng nhỏ thì bề dày lớp khuếch tán càng nhỏ [3], [35]. (hình minh họa phụ lục 1.2). c. Độ tan Cs Thực tế cho thấy, với các dược chất với kích thước trong phạm vi micromet, độ tan là hằng số chỉ phụ thuộc vào dung môi, nhiệt độ và áp suất. Nhưng khi tiểu phân có kích thước dưới 1 μm, tức kích thước nanomet, độ tan bị ảnh hưởng nhiều bởi kích thước hạt [17].  Năng lượng tự do trên bề mặt tiếp xúc, áp lực hòa tan Theo phương trình Kelvin mở rộng với các tiểu phân rắn, áp lực hòa tan tăng lên khi kích thước tiểu phân giảm. Ở trạng thái bão hòa, xảy ra cân bằng động giữa các phân tử hòa tan và các phân tử đang kết tinh. Khi áp lực hòa tan tăng có thể làm chuyển dịch cân bằng và do đó làm tăng khả năng hòa tan của dược chất [17]. (phương trình và hình minh họa ở phụ lục 1.1 và phụ lục 1.3) Theo phương trình Ostwald-Freundlich, các tinh thể nano có thể làm tăng độ tan do năng lượng tự do trên bề mặt tiếp xúc của tiểu phân với môi trường tăng lên khi làm nhỏ kích thước tiểu phân từ micromet thành nanomet [1]. (phương trình: phụ lục 1.3)  Sự chuyển dạng từ dạng kết tinh sang dạng vô định hình Trạng thái vô định hình có nhiệt động lực học với độ tan cao nhất. Do đó dạng vô định hình hòa tan tốt hơn các dạng kết tinh [1], [9]. Trong phương pháp “Topdown”, năng lượng đầu vào cao trong suốt quá trình có thể làm thay đổi cấu trúc bên trong của tiểu phân dược chất, làm chúng chuyển từ trạng thái kết tinh sang 4 trạng thái vô định hình. Tỷ lệ thay đổi phụ thuộc vào độ cứng của tiểu phân dược chất và năng lượng được sử dụng trong quá trình [19], [29], [39]. Tinh thể nano ở dạng vô định hình có độ tan cao hơn so với tinh thể nano ở trạng thái tinh thể có kích thước tương đương. Vì vậy, tinh thể nano ở trạng thái vô định hình là sự kết hợp lý tưởng giúp tăng độ tan của dược chất [17]. 1.1.3. Các phương pháp bào chế tinh thể nano Ngày nay các phương pháp sản xuất được phân ra làm 2 nhóm lớn: “Bottomup” và “Top-down” [15], [38]. a. Bottom-up Nguyên tắc của phương pháp này là dược chất được hòa tan trong một dung môi, sau đó phối hợp với một dung môi không hòa tan dược chất (nhờ vào tính chất vật lý) hoặc một dung dịch gây kết tủa dược chất (dựa vào các phản ứng hóa học) để tạo kết tủa tinh thể nano [5], [22]. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như: đơn giản, có thể triển khai quy mô lớn; thiết bị không phức tạp như “Top-down”; kết tủa tạo thành có thể ở dạng vô định hình ... [5], [15]. Tuy nhiên nó cũng bộc lộ nhiều hạn chế: - Dung môi hòa tan thường là dung môi hữu cơ, độc hại - Đa số các dược chất hiện nay, không hòa tan được trong cả nước và các dung môi hữu cơ [12] - Khó khăn trong hạn chế sự tăng về kích thước của hạt tủa khi đã đạt kích thước mong muốn; các hạt ở dạng vô định hình có năng lượng thấp có xu hướng bị kết tụ [22]. Chính vì các hạn chế trên, phương pháp này hiện nay ít được dùng, trong sản xuất nano tinh thể, chủ yếu dùng phương pháp “Top-down”. b. Top-down “Top-down” gồm các phương pháp làm giảm kích thước các hạt có kích thước lớn thành các hạt nhỏ hơn bằng cách sử dụng các kỹ thuật khác nhau: nghiền, đồng nhất hóa tốc độ cao, đồng nhất hóa áp lực cao… Các phương pháp này không sử 5 dụng dung môi độc hại, tuy nhiên chúng cần năng lượng đầu vào cao và hiệu quả của phương pháp thấp [27].  Kỹ thuật nghiền  Nghiền ướt Hỗn dịch thô được đưa vào máy nghiền có chứa các bi nghiền nhỏ. Bi nghiền được xoay vòng với tốc độ cao ở nhiệt độ xác định, chúng di chuyển bên trong buồng nghiền và va chạm với lớp vật liệu nằm ở thành buồng phía đối diện. Sự kết hợp của lực ma sát và lực va chạm mạnh làm giảm kích thước tiểu phân [10], [30], [31]. Vật liệu nghiền là các bi làm bằng chất liệu cứng như: thép, kẽm oxyd, thủy tinh hoặc polyme đặc biệt (polystyren siêu cứng). Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào: khối lượng dược chất, số lượng vật liệu nghiền, tốc độ quay, thời gian nghiền và nhiệt độ [5]. Hạn chế của phương pháp: lẫn tạp chất từ thiết bị, sự phân hủy của một số dược chất do nhiệt tạo ra trong quá trình nghiền, có sự hiện diện của một lượng đáng kể các tiểu phân có kích thước trên 5µm [8], [10], hư hao do dính vào vật liệu nghiền [12], [33].  Nghiền khô Trong phương pháp này, hợp chất được nghiền khô với polyme hòa tan và các đồng polyme sau dó phân tán trong nước. Các polyme hòa tan và đồng polyme thường được sử dụng là PVP, PEG, HPMC và các dẫn xuất của cyclodextrin [39]. Tính chất hóa lý và khả năng hòa tan của các dược chất kém tan có thể được cải thiện bằng phương pháp nghiền khô do cải thiện mức độ phân cực bề mặt và chuyển đổi từ dạng kết tinh sang dạng vô định hình [29].  Đồng nhất hóa tốc độ cao Thiết bị đồng nhất hóa tốc độ cao cấu tạo gồm có một roto và một stato. Roto được thiết kế bao gồm nhiều lưỡi cắt, còn stato có nhiều khe hở hướng theo chiều dọc hoặc đường chéo xung quanh trục đồng hóa. Các lưỡi cắt được đặt đồng tâm và nằm bên trong stato. Khi roto quay, chất lỏng được ly tâm buộc phải đi qua các khe hở của stato. Một lực hút được tạo ra và làm cho một lượng lớn chất lỏng được rút lên vào khu vực bên trong roto. Một năng lượng cơ học lớn được đưa vào trong một 6 không gian nhỏ với việc hình thành tối thiểu các dòng xoáy làm giảm kích thước các tiểu phân trong khối chất lỏng. Hai lực tác động chủ yếu của quá trình là lực ly tâm gây va chạm cơ học vào phần stato và lực phân cắt được tạo ra trong vùng hỗn loạn giữa roto và stato [2], [37]. Trong một nghiên cứu gần đây Gulsun T. và cộng sự đã nghiên cứu bào chế thành công ezetimibe dạng nano tinh thể bằng phương pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất hóa tốc độ cao [15]. Phẫn tĩnh (stato) Cánh cắt (roto) Hình 1.1. Cấu tạo thiết bị đồng nhất tốc độ cao [37]  Đồng nhất hóa áp suất cao Trong phương pháp này, hỗn dịch của dược chất được nén dưới áp lực cao qua một van có kích thước nhỏ (hình minh họa ở phụ lục 1.4). Nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển dựa trên nguyên tắc của phương pháp này như dissocubes, nanopure, nanoedge, nanojet [27], [40].  Dissocubes Nguyên tắc: Khi đi qua khe hở nhỏ của van đồng nhất, áp suất động của dòng chất lỏng tăng đồng thời với việc giảm áp suất tĩnh xuống dưới điểm sôi của nước ở nhiệt độ phòng. Kết quả, nước bắt đầu sôi tại nhiệt độ phòng và hình thành các bong bóng khí, chúng bị nổ tung khi hỗn dịch ra khỏi kẽ hở hẹp và trở lại áp suất không khí bình thường. Lực nổ của bóng khí đủ để phá vỡ các vi hạt thành các tiểu phân nano [8], [23], [34]. Như vậy kích thước tiểu phân giảm thông qua quá trình tạo bọt, 7 ngoài ra còn nhờ lực cắt lớn và lực va chạm giữa các tiểu phân [19], [20], [39]. Kích thước tiểu phân thu được phụ thuộc vào các yếu tố như độ cứng của tinh thể dược chất [8], [10], [30], nhiệt độ, áp lực đồng nhất và số vòng đồng nhất [22].  Nanopure Nanopure là kỹ thuật đồng nhất trong môi trường không phải là nước hoặc các hỗn hợp với thành phần nước tối thiểu [5], [34]. Trong kỹ thuật này, hỗn dịch được đồng nhất ở 0oC thậm chí ở dưới mức đóng băng - thích hợp với các chất không bền với nhiệt [8], [10], [33].  Nanoedge Trong kỹ thuật này, hỗn dịch thu được bằng phương pháp kết tủa tiếp tục được đồng nhất hóa, do đó kích thước tiểu phân tiếp tục được làm giảm và tránh được sự lớn lên của tinh thể - khắc phục được hạn chế của phương pháp kết tủa. Kết quả là kích thước tiểu phân nhỏ hơn và độ ổn định tốt hơn [5], [8], [19], [23].  Nanojet Kỹ thuật này còn được gọi là kỹ thuật ngược dòng hay công nghệ Nanojet. Trong một buồng, dòng hỗn dịch được tách thành 2 hay nhiều phần, bị nén và va chạm vào nhau do áp suất cao. Lực cắt lớn được tạo ra trong suốt quá trình làm giảm kích thước tiểu phân. Ngoài ra còn có các phương pháp để bào chế nano tinh thể như: phun sấy, microfluidization, dùng dung môi siêu tới hạn ... 1.1.4. Phun sấy - kỹ thuật chuyển hỗn dịch nano thành dạng nano tinh thể Các tinh thể nano trong hỗn dịch sau khi bào chế thường không ổn định về kích thước và dễ bị kết tụ. Vì vậy, hỗn dịch cần được loại dung môi bằng phương pháp thích hợp để đảm bảo độ ổn định của tiểu phân. Phun sấy là một phương pháp đơn giản và rẻ tiền do đó phù hợp cho sản xuất công nghiệp. Phương pháp này được sử dụng cho các hỗn dịch nano sản xuất bởi phương pháp đồng nhất hóa ở áp suất cao với môi trường là một dung dịch nước có hòa tan các chất mang như polyme, các đường….Bột phun sấy sẽ loại trừ được các yếu tố bất ổn định khi ở trong hỗn dịch. Bột có thể sử dụng bào chế các dạng bào chế khô như viên nén, nang cứng ... [20]. 8 1.2. VÀI NÉT VỀ CURCUMIN 1.2.1. Công thức - Công thức phân tử: C21H20O6 - Khối lượng phân tử: 368,38 - Tên khoa học: (1E,6E) - 1,7 - bis (4 – hydroxy – 3 - methoxyphenyl) - 1,6 – heptadien -3,5 - dion - Công thức cấu tạo: curcumin tồn tại ở dạng hỗ biến keto-enol Dạng ceton Dạng enol Hình 1.2. Công thức cấu tạo của curcumin [7] 1.2.2. Tính chất lý hóa Curcumin là hợp chất có khối lượng phân tử thấp, có hoạt tính sinh học của polyphenol – được phân lập từ thân rễ của cây nghệ. Xét trên phương diện hóa học, curcumin là một β-diketo chứa 2 liên kết chưa bão bis - α, β và tồn tại ở dạng hỗ biến keto - enol. Dạng keto tồn tại chủ yếu trong môi trường acid và môi trường trung tính; dạng enol bền vững trong môi trường kiềm. Curcumin thường nằm trong hỗn hợp của các curcuminoid, trong đó có khoảng 77% diferuloylmethan, 18% demethoxycurcumin và 5% bis-demethoxycurcumin (BDMC) [25]. Curcumin tồn tại ở dạng tinh thể màu vàng cam, không tan trong nước (0,0004 mg/ml tại pH 7,4), tan một phần trong methanol, tan tốt trong dimethylsulfoxid và cloroform. Curcumin nóng chảy ở 183oC [14]. Do là một diphenol nên curcumin có tính acid, pKa của curcumin lần lượt là 7,8; 8,5 và 9,0 [32], [36]. Độ ổn định: Khi tiếp xúc với ánh sáng, curcumin bị phân hủy và thoái hóa thành anillin, acid vanillic, aldehyd ferulic và acid ferulic [25]. Tại pH kiềm, tức là khi quá trình phân ly diễn ra, hợp chất nhanh chóng bị thủy phân. Sản phẩm chính của quá trình thủy phân này là feruloyl methan, acid ferulic và vanilin, sau đó là sản 9 phẩm thoái hóa thứ cấp được hình thành do sự thủy phân feruloyl methan. Có thể quan sát thấy các sản phẩm màu ngưng tụ [32], [36]. Về phương diện quang học, curcumin hấp thụ ánh sáng cực đại tại bước sóng 430 nm trong môi trường methanol, và 415-420 nm trong aceton. Dung dịch curcumin có màu vàng tại pH 2,5 - 7 và màu đỏ ở pH > 7 [14]. 1.2.3. Tác dụng dược lý của curcumin Các nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng cho thấy curcumin có ý nghĩa trị liệu tiềm năng với hầu hết các bệnh mạn tính bao gồm cả ung thu, thần kinh, tim mạch, bệnh phổi… Mở rộng hơn, curcumin còn có khả năng chống oxy hóa, chống viêm và chống ung bướu. Những tác động của curcumin có thể do khả năng điều chỉnh đường tín hiệu ở nhiều cấp độ khác nhau, ví dụ như: nhân tố di truyền (hạt nhân thông qua kappaB (NF-kB) và protein hoạt động (AP-1)), enzyme (COX2, MMPs), chu kỳ của tế bào (cyclin D1), sự sinh sản của tế bào (EGFR and Akt) [25]. 1.2.4. Dược động học a. Nồng độ thuốc huyết thanh và sự phân bố trong các mô Nghiên cứu báo cáo đầu tiên về vấn đề này của Wahlstrom và Blennow vào năm 1978 sử dụng chuột Sprague Dawley, kết quả chỉ phát hiện được một lượng không đáng kể của curcumin trong huyết tương của chuột sau khi uống curcumin với liều 1 g/kg cho thấy chất curcumin hấp thu kém qua ruột [4]. Trong nghiên cứu gần đây Pan và cộng sự đã chứng minh: chỉ có một lượng không đáng kể của curcumin được ở gan, thận, lách, não và ruột của chuột sau khi dùng thuốc 1 giờ với liều an toàn 0,1 g/kg thông qua đường tiêm phúc mô (i.p). Các nghiên cứu khác cho thấy, bất kể đường dùng nào, khả năng hấp thu curcumin cũng rất thấp, sinh khả dụng thấp, nồng độ huyết thanh và các mô đều thấp [25]. Hình 1.3. Các nguyên nhân làm giảm sinh khả dụng của curcumin. 10 b. Chuyển hóa Trong cơ thể, curcumin bị chuyển hóa nhanh chóng thông qua quá trình liên hợp (glucuronid hóa và sulfat hóa) [25], tạo thành các sản phẩm không có tác dụng dược lý hoặc tác dụng kém hơn nhiều so với các curcuminoid, làm giảm đáng kể sinh khả dụng của curcumin đường uống [4] (hình minh họa phụ lục 1.5). c. Thải trừ Một nghiên cứu lâm sàng trên 15 bệnh nhân cho thấy: khi dùng curcumin qua đường uống với liều từ 36 - 180 mg mỗi ngày, cho tới 4 tháng không tìm thấy curcumin và chất chuyển hóa của nó trong nước tiểu, nhưng một lượng lớn curcumin so với liều dùng được phát hiện trong phân. Như vậy tuyến đường chính để đào thải curcumin ra khỏi cơ thể là thông qua phân [4]. Như vậy, curcumin thể hiện hoạt tính dược lý hạn chế trong thử nghiệm lâm sàng một phần là do khả năng hòa tan kém, kém hấp thu và bị đào thải nhanh chóng bởi các tổ chức trong cơ thể (hình 1.3) [25]. 1.3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU BÀO CHẾ HỆ TINH THỂ NANO CURCUMIN  Bào chế tinh thể nano curcumin bằng phương pháp kết tủa Kakran M. và cộng sự đã nghiên cứu bào chế hệ nano curcumin theo phương pháp kết tủa do thay đổi dung môi (APSP) và phương pháp bốc hơi dung môi (EPN) sử dụng dung môi hòa tan curcumin là ethanol, dung môi không hòa tan (antisloven) là nước và hexan tương ứng với hai phương pháp. Kết quả phân tích các mẫu bào chế theo hai phương pháp được trình bày trong bảng sau [18] KTTP (nm) Nguyên liệu APSP EPN Đường kính Chiều dài Độ tan (µg/ml) 330 ± 36 150 ± 15 860 ± 99 850 ± 36 0,58 ± 0,03 7,48 ± 0,11 8,23 ± 0,07 Độ hòa tan sau 4h (%) 10 75 - 81 93 - 96 Kết quả phân tích nhiệt vi sai Tỷ lệ kết tinh giảm Độ tan và tốc độ hòa tan được cải thiện so với nguyên liệu curcumin. Trong đó hệ nano bào chế theo phương pháp EPN có độ tan và độ hòa tan cao hơn và kích thước tiểu phân nhỏ hơn so với khi bào chế bằng phương pháp ASPS. 11 Bhawana và cộng sự đã sử dụng cloroform là dung môi hòa tan curcumin, dung dịch này được bơm từ từ (0,2 ml/phút) vào nước sôi trong điều kiện siêu âm, khuấy từ (200 – 800 vòng/phút trong 20 phút) tạo hỗn dịch nano. Kết quả chụp TEM hỗn dịch cho thấy các hạt nano hình cầu với kích thước đồng nhất trong khoảng 2- 40 nm. Sau đó tiến hành bốc hơi dung môi dưới áp suất giảm (ở 50oC) và đông khô. Bột đông khô có kích tước tiểu phân trung bình 50 nm khi chụp SEM [6]. Trong nghiên cứu của mình, Moorthi C. và cộng sự đã hòa tan curcumin trong ethanol sau đó kết tủa lại bằng cách đưa vào dung dịch nước có chứa NaLS và βCD. Kết quả kích thước tiểu phân phụ thuộc nhiều vào nồng độ và tỷ lệ của 2 loại tá dược trên. Từ kích thước 3519 nm khi không sử dụng tá dược đã giảm xuống 206 nm khi sử dụng đồng lượng NaLS và BCD ở nồng độ cao (50 mg/100 mg curcumin) và 176 nm khi chỉ sử dụng NaLS với lượng 25 mg NaLS/100 mg curcumin. Tuy nhiên độ đồng nhất của các mẫu chỉ đạt 0,956 và 0,799 [26]. Gao Y. và cộng sự đã tiến hành hòa tan curcumin trong ethyl acetat sau đó kết tủa lại bằng cách bơm từ từ vào dung dịch 1% lecithin dầu đậu lành trong nước (có khuấy trộn). Kết quả cho thấy có nhiều tiểu phân ở kích thước nano, tuy nhiên vẫn còn các tinh thể lớn có kích thước micromet. Hỗn dịch này sau khi tiếp tục được đồng nhất hóa áp suất cao thu được hệ tiểu phân nano đồng nhất [13]. Như vậy, các ngiên cứu trên đều sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan curcumin. Sử dụng dung môi khác nhau, hệ tiểu phân có các đặc tính lý hóa khác nhau. Nhưng nhìn chung đã bào chế được hệ tiểu phân nano curcumin, kích thước tiểu phân nhỏ, có một phần curcumin tủa lại ở dạng vô định hình.  Bào chế tinh thể nano curcumin bằng phương pháp đồng nhất hóa tốc độ cao Gao Y. và cộng sự đã nghiên cứu bào chế hỗn dịch nano curcumin bằng phương pháp đồng nhất hóa tốc độ cao: 1 g curcumin được phân tán vào 25 ml dung dichj 1% (kl/tt) lecithin dầu đậu nành, sau đó đồng nhất 10 phút ở tốc độ 26000 vòng/phút. Kết quả, hệ tiểu phân thu được có kích thước không đồng nhất, kích thước dưới 25 µm và vẫn ở mức micromet [13]. 12 Hệ tiểu phân curcumin thu được bằng phương pháp này còn chứa nhiều tiểu phân thô, phương pháp chưa được nghiên cứu sâu.  Bào chế tinh thể nano curcumin bằng phương pháp đồng nhất hóa áp suất cao Rachmawati H. và cộng sự đã nghiên cứu bào chế hỗn dịch curcumin 5% (kl/kl) bằng phương pháp đồng nhất hóa áp suất cao với các chất ổn định: PVA, PVP, TPGS, NaDS và Na-CMC. Kết quả cho thấy: hỗn dịch có kích thước tiểu phân nhỏ nhất là 550 nm với hệ số đa phân tán PDI là 0,47 khi dùng chất ổn định là TPGS. Kích thước tiểu phân tăng dần theo thứ tự: TPGS < NaDS < PVP < PVA < Na-CMC. Kết quả phân tích DSC cho thấy: có sự thay đổi nhẹ trong nhiệt độ nóng chảy của mẫu PVP-nanocurrcumin, điều này có thể do sự có mặt của PVP trong hỗn hợp, quá trình đồng nhất không làm thay đổi trạng thái kết tinh của curcumin [32]. Donsi F. và cộng sự đã nghiên cứu bào chế hỗn dịch nano curcumin bằng phương pháp nghiền kết hợp với đồng nhất hóa áp suất cao. Kết quả cho thấy: ở áp suất 150 MPa kích thước ban đầu 2000 nm giảm xuống cực tiểu 600 nm sau 40 vòng đồng nhất; khi đồng nhất trong điều kiện 25oC với 20 vòng đồng nhất: kích thước tiểu phân đạt 500 nm khi đồng nhất ở áp suất 200 MPa. Hỗn dịch nano sau bào chế được loại dung môi theo hai phương pháp: đông khô và phun sấy với tá dược maltodextrin với tỷ lệ 30% (kl/kl). Kết quả đo DSC cho thấy trong mẫu bột nano phun sấy chỉ còn một lượng nhỏ curcumin ở trạng thái kết tinh. Về tốc độ hòa tan: sau 20 phút bột nano phun sấy đạt độ hòa tan ổn định là 1,75 mg/l trong khi mẫu nguyên liệu chỉ đạt được nồng độ ổn định là 0,75 mg/l sau 20 phút còn mẫu đông khô phải sau 60 phút thử mới đạt nồng độ ổn định là 1,5 mg/l [11]. Munjal B. và cộng sự đã tiến hành bào chế hỗn dịch nano được bào chế bằng phương pháp đồng nhất tốc độ cao kết hợp đồng nhất áp suất cao có sử dụng chất ổn định poloxame 188(F68). Kết quả thu được: kích thước tiểu phân trung bình của hỗn dịch nano là 464 ± 40 nm và hệ số đa phân tán PDI là 0,233 [28]. Gao Y. và cộng sự đã tiến hành đồng nhất hóa hỗn dịch có chứa 1 g curcumin và 1% (kl/tt) lecithin dầu đậu nành trong 150 ml nước ở áp suất 1500 bar với 20 vòng đồng nhất. Tiểu phân sau bào chế có kích thước nhỏ hơn 500 nm. Sau khi