Hệ phân tán rắn nano của thuốc khó tan

31 Tạp chí Y Dược học - Trường Đại học Y Dược Huế - Số 11
HỆ PHÂN TÁN RẮN NANO CỦA THUỐC KHÓ TAN
Trần Trương Đình Thảo, Trần Hà Liên Phương, Trần Nghĩa Khánh, Võ Văn Tới
Đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Tóm tắt
Mục tiêu: Nghiên cứu bào chế hệ phân tán rắn nano nhằm làm tăng sinh khả dụng của thuốc 
khó tan-ứng dụng cho thuốc điều trị loãng xương và nghiên cứu giải thích cơ chế làm tăng tốc 
độ hoà tan của hệ phân tán rắn (HPTR) này. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nóng 
chảy được dùng để bào chế HPTR. Tốc độ giải phóng của hoạt chất được khảo sát trong môi 
trường thử pH 1,2 và pH 6,8. Cấu trúc tinh thể của thuốc được khảo sát bằng phương pháp nhiệt 
vi sai (differential scanning calorimetric) và nhiễu xạ bột tia X (powder X-ray diffraction). Bên 
cạnh đó, phương pháp phân tích kích thước hạt nano và đo góc tiếp xúc của HPTR cũng được 
dùng để giải thích cơ chế làm tăng tốc độ hòa tan của hoạt chất. Kết quả: Trong môi trường pH 
1,2 và pH 6,8, tốc độ giải phóng hoạt chất từ HPTR gia tăng đáng kể khi so sánh với tốc độ giải 
phóng của hoạt chất ban đầu. Phương pháp bào chế đã làm thay đổi cấu trúc tinh thể của hoạt 
chất một phần chuyển sang dạng vô định hình và làm cho tính chất của thuốc trở nên thấm ướt 
hơn. Kích thước hạt của hoạt chất giảm xuống kích thước nano khi HPTR được phân tán trong 
môi trường thử. Kết luận: Nghiên cứu này đã thành công trong việc bào chế ra HPTR nano 
bằng phương pháp nóng chảy nhằm làm tăng sinh khả dụng của thuốc khó tan thông qua cơ chế 
thay đổi cấu trúc tinh thể, giảm kích thước hạt và tăng tính thấm ướt của hoạt chất.
Từ khóa: hệ phân tán rắn, thuốc khó tan trong nước, tốc độ hòa tan.
Abstract
NANO-SIZED SOLID DISPERSION OF A POORLY WATER-SOLUBLE DRUG
Tran Truong Dinh Thao, Tran Ha Lien Phuong, Tran Nghia Khanh, Vo Van Toi
International University – Vietnam National Universities, Ho Chi Minh City
Purposes: Aims of this study are dissolution enhancement of a poorly water-soluble drug 
by nano-sized solid dispersion and investigation of machenism of drug release from the solid 
dispersion. A drug for osteoporosis treatment was used as the model drug in the study. Methods: 
melting method was used to prepare the solid dispersion. Drug dissolution rate was investigated 
at pH 1.2 and pH 6.8. Drug crystallinity was studied using differential scanning calorimetric and 
powder X-ray diffraction. In addition, droplet size and contact angle of drug were determined to 
elucidate mechanism of drug release. Results: Drug dissolution from the solid dispersion was 
significantly increased at pH 1.2 and pH 6.8 as compared to pure drug. Drug crystallinity was 
changed to partially amorphous. Also dissolution enhancement of drug was due to the improved 
wettability. The droplet size of drug was in the scale of nano-size when solid dispersion was 
dispersed in dissolution media. Conclusions: nano-sized solid dispersion in this research was a 
successful preparation to enhance bioavailability of a poorly water-soluble drug by mechanisms 
of crystal changes, particle size reduction and increase of wet property.
Keywords: solid dispersion; poorly water-soluble drug; dissolution.
32 Tạp chí Y Dược học - Trường Đại học Y Dược Huế - Số 11
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong vài thập niên gần đây, các dược chất 
mới có nhiều triển vọng trong điều trị các bệnh 
gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người 
được nghiên cứu tổng hợp ngày càng nhiều. 
Tuy nhiên, đa số các chất này gặp phải vấn đề 
độ tan thấp. Đây là 1 yếu tố gây khó khăn cho 
việc phát triển công thức phóng thích thuốc 
có kiểm soát vì nếu độ tan của dược chất thấp 
sẽ làm cho thuốc khó phóng thích dẫn đến 
sinh khả dụng thấp hoặc quá trình phóng thích 
thuốc quá kéo dài, gây ảnh hưởng đến hiệu 
quả điều trị. 
Thông thường, các thuốc khó tan bị giới 
hạn bởi tốc độ hòa tan vì cấu trúc tinh thể 
của chúng [1]. Dạng bào chế HPTR là một 
xu hướng nghiên cứu mới phổ biến trên thế 
giới gần đây nhằm giải quyết vấn đề tăng độ 
tan của các dược chất khó tan bằng cách thay 
đổi cấu trúc tinh thể của các thuốc này sang 
dạng vô định hình [2-6]. Một HPTR thường 
bao gồm dược chất khó tan và một chất mang 
thân nước. Trong một vài trường hợp cần thiết, 
các chất diện hoạt hoặc các chất có khả năng 
làm tăng độ hoà tan của dược chất có thể được 
thêm vào công thức nhằm mục đích gia tăng 
độ tan của dược chất. Hai phương pháp bào 
chế chính của HPTR là phương pháp dung môi 
(solvent method) và phương pháp nóng chảy 
(melting method) [7]. Trong nghiên cứu này 
HPTR nano được bào chế bằng phương pháp 
nóng chảy và áp dụng làm tăng tốc độ hòa tan 
cho một thuốc điều trị loãng xương mới (LX). 
Qua đó làm tăng sinh khả dụng, hiệu quả điều 
trị của thuốc này. Ngoài ra, cơ chế giải phóng 
hoạt chất cũng được nghiên cứu để giải thích 
cho việc thuốc phóng thích nhanh hơn trong 
HPTR so với nguyên liệu ban đầu chưa được 
bào chế.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên liệu: Hydroxypropyl methyl 
cellulose 6 cps (HPMC) được mua từ 
Công ty Shin-Etsu Chemical (Nhật Bản). 
Polyethylene glycol 6000 (PEG) được mua 
từ Công ty Sanyo (Nhật Bản). Poloxamer 
407 (POX) được mua từ Công ty BASF 
(Đức). Brij® 98 được mua từ Công ty Sigma-
Aldrich (Mỹ). Gelucire® 44/14 (GUC) và 
Cremophor® RH40 (CRH) được mua từ 
Công ty Gatteffosse (Pháp). Tween® 80 
được mua từ Công ty Shinyo Pure Chemicals 
(Nhật Bản).
2.2 Phương pháp
2.2.1. Điều kiện sắc ký lỏng hiệu năng cao
Nồng độ LX được xác định bằng hệ thống 
sắc ký lỏng hiệu năng cao (Water, Mỹ) với cột 
phân tích Luna 5µ C18 (150x4,6 mm). Đầu 
dò UV được thiết lập ở bước sóng 254 nm. 
Pha động bao gồm acetonitrile và nước (tỉ 
lệ 1:1) được điều chỉnh với tốc độ 1ml/phút. 
Toàn bộ dung môi được lọc qua màng lọc 0,45 
µM (Millipore Corp., Bedford) và loại bọt khí 
trước khi sử dụng. Trong mỗi đợt bơm mẫu, 
20 µL mẫu cần phân tích được tiêm vào hệ 
thống sắc ký lỏng hiệu năng cao.
2.2.2. Phương pháp thử độ tan
Một lượng dư thuốc LX được đựng trong 
ống tuýp chứa 1 ml các môi trường khác 
nhau như nước cất, pH 1,2, pH 6,8 và hỗn 
hợp tá dược trong nước (5% tá dược). Hỗn 
hợp thuốc và môi trường được trộn đều bằng 
máy lắc tuýp (vortexer) và các tuýp này được 
đặt trong bể lắc có điều nhiệt tại 37°C, tốc 
độ lắc 100 rpm trong 24 giờ. Các mẫu trong 
tuýp sau đó được lọc qua màng lọc 0,45 µM 
và pha loãng để xác định nồng độ thuốc bằng 
phương pháp HPLC.
2.2.3. Bào chế HPTR
HPTR được bào chế bằng phương pháp 
nóng chảy. Trước tiên, PEG và Brij® 98 được 
đun nóng chảy tại 100ºC. Thuốc được phân 
tán trong hỗn hợp polyme nóng chảy và được 
khuấy trong 10 phút cho thuốc hoàn toàn tan 
chảy trong polyme. HPMC tiếp tục được phân 
tán trong hỗn hợp nói trên và khuấy cho đến 
khi HPMC hoàn toàn trương phồng. Toàn bộ 
hỗn hợp nóng chảy này được đông lạnh ở nhiệt 
độ - 27ºC trong 1 giờ. Mẫu này sau đó được 
nghiền và rây qua rây 250 µm. Tỉ lệ các tá 
33 Tạp chí Y Dược học - Trường Đại học Y Dược Huế - Số 11
dược được thiết lập với tỉ lệ thuốc: PEG: Brij® 
98: HPMC = 1: 2: 0,3: 1.
2.2.4. Phương pháp thử tốc độ giải phóng 
hoạt chất
Cân một lượng HPTR tương đương 100 mg 
thuốc LX và cho vào môi trường thử tốc độ 
hòa tan. Máy thử độ hòa tan DST-810 (Labfine, 
Seoul, Hàn Quốc) được dùng để xác định tốc 
độ phóng thích của hoạt chất trong 900 ml môi 
trường pH 1,2, pH 6,8 tại 37 ºC dùng cánh 
khuấy ở tốc độ quay 50 vòng/phút. Tại các thời 
điểm 10, 20, 30, 45 và 60 phút, 1 ml mẫu được 
rút ra và thay thế bằng một lượng dung dịch 
môi trường tương ứng. Mẫu rút ra được dùng 
để xác định tốc độ phóng thích của hoạt chất 
bằng phương pháp sắc ký lỏng HPLC.
2.2.5. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 
Nguyên liệu thô của thuốc LX (chưa qua 
quá trình bào chế bằng HPTR), PEG, và HPTR 
đã bào chế được phân tích với máy đo nhiệt vi 
sai (TA Instruments, Model 2910, Mỹ). Một 
lượng nhỏ mẫu (0,2-0,5 mg) được cân trong 
xoong nhôm (aluminum pan). Đồng thời, một 
xoong nhôm trống được dùng làm mẫu đối 
chiếu. Khí làm sạch được dùng là khí nitơ. Các 
mẫu được đun nóng từ 20 đến 200ºC với tốc 
độ đun nóng 10ºC /phút.
2.2.6. Phương pháp nhiễu xạ bột tia X 
Các mẫu đã được dùng phân tích với 
phương pháp phân tích nhiệt vi sai cũng được 
phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ bột tia 
X để xác định cấu trúc tinh thể của thuốc. Các 
mẫu được quét trong các bước 0,02º trong 
khoảng từ 5º đến 60º (góc nhiễu xạ 2θ) với 
tốc độ 1 giây/bước với máy nhiễu xạ D5005 
diffractometer (Bruker, Đức).
2.2.7. Đo góc tiếp xúc 
Nguyên liệu thuốc thô và HPTR đã bào chế 
được đo góc tiếp xúc và so sánh. Các mẫu được 
hòa tan trong cồn và diclomethane (tỉ lệ 1:1) 
với 5% nồng độ thuốc trong dung môi. Sau đó 
dung dịch này được bao trên tấm bán dẫn silic 
với tốc độ 3000 vòng/phút trong 30 giây với 
máy quay Head-Way PM101DT-R485 (Shinu 
M.S.T Co., Ltd) và được làm khô trong không 
khí để hình thành lớp phim mỏng. Trong mỗi 
thí nghiệm, một giọt nước cất được đặt trên 
bề mặt của lớp phim mỏng tại nhiệt độ phòng. 
Góc tiếp xúc được đo bằng kỹ thuật giọt không 
cuốn (sessile drop technique) bằng máy đo 
DSA 100 (KRUSS GmbH, Đức).
2.2.8. Xác định kích thước hạt
Để xác định kích thước các hạt nano khi 
được phân tán trong môi trường thử, bột 
HPTR được phân tán trong dung dịch pH 1,2 
và pH 6,8 với nồng độ 15 mg thuốc/ml. Sau 
đó mẫu được đo với máy Electrophretic Light 
Scattering 8000 (Photal Otsuka Electronics, 
Nhật Bản). Bên cạnh đó, mẫu cũng được chụp 
ảnh TEM (Transmission electron microscopy) 
với máy LEO 912AB-100 (Carl Zeiss, Đức).
3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Độ tan và tốc độ giải phóng hoạt chất
Độ tan của thuốc được thử trong các môi 
trường và dung dịch 5 % của các tá dược được 
trình bày trong bảng 1. Kết quả cho thấy đây là 
thuốc kém tan trong nước, với độ tan khoảng 
1 mg/ml trong nước cất, pH 1,2, pH 6,8. Tuy 
nhiên việc kết hợp các tá dược với tỉ lệ 5% 
chất nhũ hóa trong nước cho thấy khả năng 
tăng được độ tan của thuốc. Đặc biệt trong các 
tá dược được thử nghiệm làm tăng độ tan của 
thuốc, Brij® 98 cho thấy đây là chất làm tăng 
độ tan tốt nhất cho thuốc. Do đó, chất nhũ hóa 
này tiếp tục được dùng để phối hợp trong công 
thức bào chế HPTR.
Bảng 1. Độ tan của LX trong 
các môi trường và dung dịch 5% tá dược.
Môi trường Độ tan (µg/mL)
Nước cất 1061,35 ± 17,36
pH 1,2 947,23 ± 13,41
pH 6,8 923,42 ± 33,87
POX 1490,80 ± 71,29
GUC 2250,16 ± 135,01
CRH 2537,14 ± 117,87
Brij® 98 3463,09 ± 99,27
Tween® 80 2721,69 ± 92,85
34 Tạp chí Y Dược học - Trường Đại học Y Dược Huế - Số 11
Kết quả thử tốc độ hòa tan cho thấy tốc độ 
hòa tan của thuốc trong HPTR tăng một cách 
đáng kể (hình 1). Cụ thể, đối với thuốc chưa 
qua bào chế bằng phương pháp HPTR thì phần 
trăm thuốc được phóng thích chỉ đạt khoảng 
50% sau 1 giờ trong các môi trường thử pH 
1,2 và pH 6,8. Trong khi đó, phần trăm thuốc 
phóng thích từ HPTR đạt được 100% sau 1 
giờ trong các môi trường thử. Vì vậy, kết quả 
thử nghiệm cho thấy HPTR bao gồm PEG 
và HPMC thực hiện bằng phương pháp nóng 
chảy là phương pháp hiệu quả để nâng cao tốc 
độ hòa tan của LX, qua đó nâng cao sinh khả 
dụng của thuốc này.
Hình 1. Tốc độ hòa tan của nguyên liệu thuốc 
(LX) và hệ phân tán rắn của LX (HPTR) 
trong các môi trường thử pH 1,2 và pH 6,8.
3.2. Khảo sát cấu trúc tinh thể của thuốc
Phương pháp phân tích nhiệt vi sai cho thấy 
LX có cấu trúc tinh thể tự nhiên với điểm nóng 
chảy ở 143ºC (hình 2). Tương tự, PEG cũng có 
điểm nóng chảy ở 63ºC. Khi được kết hợp trong 
HPTR, điểm nóng chảy của PEG vẫn xuất hiện 
nhưng nhỏ hơn một chút so với PEG nguyên 
liệu thô do sự tương tác với các thành phần khác 
trong HPTR. Ngược lại, điểm nóng chảy của 
LX trong HPTR đã không còn tồn tại. Điều này 
chứng tỏ phần nào cấu trúc tinh thể của LX đã 
được chuyển sang dạng vô định hình. 
Tương tự cấu trúc tinh thể của LX được 
khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ bột tia X 
(hình 3). Kết quả cho thấy LX có cấu trúc tinh 
thể với nhiều đỉnh (peak) đặc trưng. Tuy nhiên 
cường độ các đỉnh này bị giảm hoặc biến mất 
khi thuốc được bào chế bằng HPTR. Điều này 
khẳng định một lần nữa một phần cấu trúc tinh 
thể của thuốc đã được chuyển sang dạng vô 
định hình và đây chính là yếu tố giúp làm tăng 
tốc độ hòa tan của thuốc.
Hình 2. Phân tích nhiệt vi sai của thuốc, PEG 
và hệ phân tán rắn.
Hình 3. Phân tích nhiễu xạ bột tia X của 
thuốc, PEG và hệ phân tán rắn.
3.3. Góc tiếp xúc của nguyên liệu thuốc 
và thuốc trong HPTR
Góc tiếp xúc của nguyên liệu thuốc và thuốc 
trong HPTR được khảo sát nhằm khảo sát xem 
tính chất thuốc có bị thay đổi khi được bào chế 
bằng HPTR hay không. Kết quả cho thấy tính 
chất của thuốc đã bị thay đổi từ tính khó tan 
(góc tiếp xúc lớn) sang tính dễ tan trong HPTR 
(góc tiếp xúc nhỏ).
Hình 4. Góc tiếp xúc của LX (A) và LX 
trong HPTR (B)
35 Tạp chí Y Dược học - Trường Đại học Y Dược Huế - Số 11
3.4. Kích thước hạt của hệ phân tán rắn
Thuốc được phân tán trong môi trường pH 
1,2 và pH 6,8 nhằm xác định cấu trúc nano của 
thuốc trong HPTR. Kết quả đo kích thước hạt 
cho thấy thuốc đã hoàn toàn phân tán trong 
môi trường thử dưới dạng nano với kích thước 
trung bình lần lượt là 67,4 nm và 73,9 nm 
trong môi trường pH 1,2 và pH 6,8. Kết quả 
chụp ảnh TEM cũng cho thấy các hạt thuốc 
đã được phân tán dưới dạng nano khi phân tán 
vào môi trường thử (hình 5) và do đó làm tăng 
tính tan của thuốc.
Hình 6. Hình TEM của mẫu bột HPTR được phân tán trong pH 1,2 (A) và pH 6,8 (B)
4. KẾT LUẬN
Việc bào chế HPTR bằng phương pháp nóng chảy kết hợp với việc sử dụng chất nhũ hóa Brij® 
98 trong nghiên cứu này cho thấy đây là phương pháp hiệu quả để tạo ra các hạt nano mang thuốc 
làm tăng tốc độ phóng thích hoạt chất. Ngoài ra, việc thay đổi cấu trúc tinh thể và làm tăng tính 
thấm ướt của thuốc cũng là cơ chế chính giúp cho hoạt chất được giải phóng nhanh hơn.
(A) (B)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tran, P. H. L., Tran, T. T.-D., Lee, K. H., 
Kim, D. J., Lee, B. J.; 2010, dissolution-
modulating mechanism of pH modifiers in 
solid dispersion containing weakly acidic or 
basic drugs with poor water solubility; Expert 
Opin. Drug Deliv.; 7; 647-661.
2. Heo, M.-Y., Piao, Z.-Z., Kim, T.-W., Cao, 
Q.-R., Kim, A., Lee, B.-J.; 2005, effect of 
solubilizing and microemulsifying excipients 
in polyethylene glycol 6000 solid dispersion 
on enhanced dissolution and bioavailability of 
ketoconazole; Arch.Pharm. Res.; 28; 604–611.
3. Tran, T.T.D., Tran, P.H.L., Lee, B.-J.; 2009, 
dissolution-modulating mechanism of alka-
lizers and polymers in a nanoemulsifying 
solid dispersion containing ionizable and 
poorly water-soluble drug; Eur. J. Pharm. 
Biopharm.; 72; 83–90.
4. Tran, T.T.-D., Tran, P.H.-L., Choi, H.-G., Han, 
H.-K., Lee, B.-J.; 2010, the roles of acidifiers 
in solid dispersions and physical mixtures; Int. 
J. Pharm.; 384; 60-66.
5. Tran, T.T.-D., Tran, P.H.L., Lim, J., Park, J.B., 
Choi, S.K., Lee, B.J.; 2010, physicochemical 
principles of controlled release solid dispersion 
containing a poorly water-soluble drug; Ther 
Deliv.; 1; 51-62.
6. Tran, T.T.-D., Ha, N.S., Tran, P.H.-L., Park, 
J.-B., Lee, B.-J.; 2011, dissolution-enhancing 
mechanism of alkalizers in poloxamer-based 
solid dispersions and physical mixtures 
containing poorly water-soluble valsartan; 
Chem. Pharm. Bull.; 59; 844-850.
7. Tran, P.H.L, Tran, T.T.D, Park, J.B, Lee, B.-
J.; 2011, controlled release systems containing 
solid dispersions: strategies and mechanisms; 
Pharm. Res.; 28; 2353-2378.