Đánh giá khả năng giải phóng dược chất in vitro của các dạng bào chế chứa tiểu phân nano

Cho đến nay, vẫn chưa có một phương pháp đánh giá khả năng giải phóng dược chất in vitro nào được khuyến cáo bởi FDA hay các dược điển đối với các dạng bào chế chứa tiểu phân nano (sau đây gọi tắt là các dạng thuốc nano). Một vài thách thức liên quan đến việc phát triển phương pháp đánh giá giải phóng in vitro đối với các thuốc nano bao gồm khó khăn trong việc tách phần dược chất hòa tan ra khỏi tiểu phân nano một cách nhanh chóng, hiệu quả và thiếu sự hiểu biết đầy đủ về cơ chế giải phóng/hòa tan từ dạng thuốc. Ngoài ra, dạng thuốc nano có thể rất phức tạp, đôi khi được thiết kế để không giải phóng dược chất cho đến khi dạng thuốc đi đến được cơ quan/mô đích. Cần lưu ý một số yếu tố có liên quan đến phương pháp giải phóng như lựa chọn thiết bị, môi trường giải phóng, thể tích, điều kiện khuấy trộn (hay tốc độ chảy), nhiệt độ.

Hiện có một số phương pháp đánh giá khả năng giải phóng in vitro được sử dụng bao gồm khuếch tán qua màng, sử dụng dụng cụ hòa tan IV trong USP, hòa tan động và thẩm tích [5]. Hoặc theo cách phân loại khác, quá trình giải phóng thuốc từ tiểu phân nano được nghiên cứu ít nhất theo một trong ba cách sau: lấy mẫu và phân tách, khuếch tán qua màng thẩm tích, kỹ thuật phân tích in situ [1], hoặc cũng có thể được chia thành nhóm các phương pháp sắc ký (sắc ký rây phân tử – size exclusion chromatography, chiết pha rắn), chiết lỏng-lỏng, nhóm các phương pháp có trạng thái cân bằng (như thẩm tích, siêu ly tâm, siêu lọc (lọc màng)).

Trong kỹ thuật lấy mẫu và phân tách, thuốc được giải phóng sẽ được tách ra khỏi tiểu phân nano bằng cách lọc, ly tâm, lọc màng, hoặc lọc áp suất và được định lượng bằng nhiều phương pháp phân tích khác nhau. Sau đó, tiểu phân nano được bổ sung môi trường giải phóng mới, phân tán lại và ủ tiếp tục cho đợt lấy mẫu tiếp theo. Trong khi phương pháp này có thể tiến hành với một lượng mẫu nhỏ và các thiết bị phân tích đơn giản, vẫn tồn tại một vài hạn chế. Ví dụ nếu không chú ý đến phương pháp thì quy trình này tương đối chậm và không hiệu quả, điều này có thể không phù hợp trong trường hợp nghiên cứu các tiểu phân nano có khả năng giải phóng thuốc nhanh. Ngoài ra, trong trường hợp các tiểu phân nano có kích thước tương đối nhỏ, cần lực ly tâm hay lực chia cắt lớn hơn để lọc và tách nano, dẫn đến có thể làm thay đổi các tiểu phân nano và động học giải phóng [1], [6].

Quá trình khuếch tán qua màng thẩm tích phụ thuộc vào sự khuếch tán liên tục qua màng thẩm tích, trong đó bao gồm phương pháp sử dụng túi thẩm tích, phương pháp sử dụng túi thẩm tích đảo ngược, phương pháp thẩm tích với thiết bị giỏ quay. Ưu điểm của các phương pháp này là các tiểu phân nano không bị tác động do quá trình phân tách và quá trình lấy mẫu nhanh, đơn giản. Ngược lại, màng thẩm tích có thể làm giảm quá trình giải phóng thuốc với vai trò như là một rào cản của quá trình khuếch tán hay bề mặt hấp phụ, do đó một thí nghiệm kiểm chứng với dạng thuốc tự do cần được tiến hành để minh chứng cho hiệu quả của màng. Phương pháp khuếch tán qua màng thường sử dụng một lượng lớn thể tích môi trường giải phóng. Trong khi một lượng thể tích lớn giúp duy trì điều kiện “sink” cho quá trình giải phóng thuốc thì quá trình phân tích thuốc có thể trở nên khó khăn do nồng độ thuốc trong môi trường thấp [1].

Minh họa quá trình đánh giá khả năng giải phóng thuốc bằng phương pháp thẩm tích

(Nguồn: Spectrumlabs)

Kỹ thuật phân tích tại chỗ (in situ) hay hòa tan động khá tiện lợi trong nghiên cứu các nano tinh thể, chủ yếu gồm một dược chất. Kỹ thuật này phân tích đặc điểm của tiểu phân nano tại chỗ để xác định lượng thuốc giải phóng (hòa tan) một cách gián tiếp. Rất nhiều kỹ thuật phân tích khác nhau như phân tích điện hóa, phương pháp đo nhiệt lượng, phương pháp đo độ đục và kỹ thuật tán xạ ánh sáng đều được áp dụng cho mục đích này. Kỹ thuật này không cần phải phân tách nano và có thể đánh giá động học giải phóng ngay tức thì. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có hạn chế trong việc xác định tính nguyên vẹn của thuốc được giải phóng [1].

Ngoài ra, còn có một số phương pháp đánh giá khả năng hòa tan khác được sử dụng như sử dụng dụng cụ hòa tan IV với kiểu dòng chảy trong USP, sử dụng đầu dò thẩm tích (microdialysis probe) [3].

Hình ảnh dụng cụ lọc màng

(Nguồn: Merck)

Hình ảnh minh họa thiết bị và đầu dò thẩm tích [4]

Ngoài đánh giá khả năng giải phóng thuốc in vitro, có thể nghiên cứu khả năng giải phóng thuốc in vivo dựa trên việc thăm dò vị trí của cả dược chất và các thành phần của tiểu phân nano bằng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ hoặc bằng phương pháp định lượng hóa học hoặc sinh học bổ sung nhằm theo dõi các thành phần không được đánh dấu. Tuy nhiên, việc sử dụng đồng vị phóng xạ nhìn chung tương đối khó thực hiện ở hầu hết các phòng thí nghiệm và việc thăm dò/phát hiện các thành phần của tiểu phân nano không bị đánh dấu là khá phức tạp do sự liên quan giữa bản chất sinh hóa của chúng với quá trình chuyển hóa trong cơ thể [2].

Tổng hợp: Hồ Hoàng Nhân

Tài liệu tham khảo:

1. Cho E. J., Holback H., Liu K. C., et al. (2013), “Nanoparticle characterization: state of the art, challenges, and emerging technologies”, Molecular Pharmaceutics, 10(6), pp. 2093-110.
2. Cornier J., Owen A., Kwade A., et al. (2017), Pharmaceutical Nanotechnology, 2 Volumes: Innovation and Production, Wiley, pp.
3. Grumezescu A. M. (2018), Nanoscale Fabrication, Optimization, Scale-Up and Biological Aspects of Pharmaceutical Nanotechnology, William Andrew, Applied Science Publishers, pp.
4. Michalowski C. B., Guterres S. S., Dalla Costa T. (2004), “Microdialysis for evaluating the entrapment and release of a lipophilic drug from nanoparticles”, J Pharm Biomed Anal, 35(5), pp. 1093-100.
5. Rahman Z., Charoo N. A., Akhter S., et al. (2018), “Nanotechnology-based drug products: Science and regulatory considerations”, Nanoscale Fabrication, Optimization, Scale-Up and Biological Aspects of Pharmaceutical Nanotechnology, Grumezescu Alexandru Mihai, William Andrew – Applied Science Publishers, pp. 619-655.
6. Wallace S. J., Li J., Nation R. L., et al. (2012), “Drug release from nanomedicines: Selection of appropriate encapsulation and release methodology”, Drug Deliv Transl Res, 2(4), pp. 284-92.