Optimisation of a floating tablet containing clarithromycin 500 mg

Abstract

The purpose of the research is to optimize the formulation of a gastric floating drug delivery system of clarithromycin 500 mg (CLA). CLA is a macrolide antibiotic, indicated in the treatment of sinusitis, pharyngitis, pneumonia, acute and chronic bronchitis, especially in the treatment of Helicobacter pylori (H. pylori) infection. The formulation design is retained in the stomach for prolonging the floating time to improve bioavailability, drug absorption. The excipients include polymers such as hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) to control drug release. Besides, sodium bicarbonate is generally used in pharmaceuticals as a source of carbon dioxide in effervescent tablets – has been used as a gas-forming agent in floating to prolong floating time and reducing gastric irritation. Preformulating testing is not the interaction between the ingredients together. In vitro floating time and vitro dissolution studies were carried out that the results of the best formulation with HPMC K100M, HPMC K15M and NaHCO3 are 22%; 12.5% và 14.7% based on concentrate of CLA. The formulations were designed by Design - Expert and BCPharsolf OTP. The result of research showed that the floating time is approximately 8.53 – 9.34 hours and drug release for 12 hours, respectively 25% (after 2 hours), 20 – 40% (after 4 hours) and over 80% (12 hours). The analytical method for determination and quantification of CLA such as high-performance liquid chromatography (HPLC) and Fourier transform infrared FTIR.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hệ thống thuốc phóng thích với mục đích chính để đạt được nồng độ thuốc trong cơ thể cho hiệu quả điều trị, đặc biệt đối với những thuốc cần tác động tại chỗ tại dạ dày cũng như thuốc cần được sự hấp thu phần lớn tại ruột non 1 . Trong tất cả dạng bào chế thì thuốc có đường dùng là uống thường dễ tiếp cận và chấp nhận của bệnh nhân, tuy nhiên, thuốc có độ hấp thu kém bởi có thời gian lưu trú trong dạ dày tương đối ngắn và đây cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến thuốc hấp thu không đầy đủ cũng như tác động tại chỗ trong dạ dày kém. Do đó, để khắc phục nhược điểm này bằng một cách tiếp cận mới là phát triển hệ thống thuốc nổi trong dạ dày (FDDS), cho mục đích kéo dài được thời gian lưu giữ thuốc trong dạ dày, thật vậy, từ đó có thể cải thiện được sinh khả dụng của thuốc. 2 , 3

FDDS dựa trên nguyên lý cân bằng thủy động lực được mô tả đầu tiên bởi Davis (1968), đây là dạng thuốc có tỷ trọng riêng thấp hơn dịch dạ dày và do đó vẫn nổi trong dạ dày mà không ảnh hưởng đến tốc độ làm rỗng dạ dày trong một thời gian dài 2 . Trong khi hệ thống nổi trên chất chứa trong dạ dày, thuốc được phóng thích từ từ khỏi hệ thống với tốc độ mong muốn. Sau khi phóng thích thuốc, hệ thống còn lại được làm rỗng khỏi dạ dày. Điều này dẫn đến gia tăng GRT và kiểm soát tốt hơn các biến động về nồng độ thuốc trong huyết tương trong một số trường hợp. 2

CLA được lựa chọn làm hoạt chất trong mô hình nghiên cứu, là kháng sinh nhóm macrolid có nguồn gốc từ erythromycin, dùng trong điều trị viêm phổi, bệnh bạch hầu, giai đoạn đầu của ho gà, cũng như nhiễm khuẩn cơ hội và CLA được sử dụng hiệu quả trong phác đồ điều trị H.pylori . Hiện tại, CLA trên thị trường có 2 dạng bào chế là phóng thích tức thời và phóng thích kéo dài.

Các tá dược là các polymer được lựa chọn để nghiên cứu là HPMC K100M và HPMC K15M được dùng như là một tá dược mang để kiểm soát sự phóng thích hoạt chất. Ngoài ra, NaHCO ₃ được sử dụng như một chất giúp viên có thể kéo dài được thời gian lưu giữ tại dạ dày 4 .

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ TRANG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

Tất cả các nguyên liệu và hóa chất sử dụng đều đạt tiêu chuẩn dược dụng được cung cấp bởi nhà máy sản xuất đạt tiêu chuẩn thực hành sản xuất (GMP).

Clarithromycin (Jejiang - Trung Quốc), HPMC K100M, HPMC K15M, Opadry® II, yellow (Colorcon Asia Pvt Ltd, Mỹ), PVP-30 (BASF Ltd, Ấn Độ) natri bicarbonate (S.D. Fine Chem. Ltd, Mumbai), magnesium sterate (Loba Chem. Ltd. Mumbai)), Talc (S.D. Fine Chem. Ltd, Mumbai), Avicel pH 101 (Taiwan - Ấn Độ).

Trang thiết bị sử dụng trong điều chế và kiểm nghịệm: UV-Visible Spectrophotometer (model UV – 1700) (Shimzdu Corp, Nhật), Máy độ hòa tan USP Type II) (Electolab, Ấn Độ), Máy dập viên (Cadmach Machinery Co. Pvt. Ltd), FT-IR Spectrophotometer FT-IR 200 (Tensor 27), đo pH (Elico India), HPLC (Waters), Cột sắc ký lỏng Gemini C18 (15 cm x 4,6 mm, 5 µm) (Phenomenex, Mỹ).

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp kiểm nghiệm

Tiến hành định lượng CLA bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) với Pha động: Hỗn hợp của methanol (TT) và dung dịch kali dihydrophosphat 0,067 M (13:7), điều chỉnh đến pH 4,0 bằng acid phosphoric (TT), tỷ lệ dung môi nếu cần. Phương pháp thực hiện theo USP 40, Phương pháp đã được thẩm định.

Chuẩn bị dung dịch thử, dung dịch chuẩn và dung dịch phân giải: chính xác khoảng 625 µg/ml. Pha loãng 10 ml dung dịch này thành 50 ml bằng pha động, trộn đều. Với các điều kiện sắc ký: Cột: Geminise C18 (5 µg x 4,6mm); Nhiệt độ duy trì ở khoảng 50 ⁰ C; Bước sóng phát hiện: 210 nm; Tốc độ dòng: 1.0 ml/min; Thể tích tiêm: 20 ml/phút. Quy định: Hàm lượng CLA phải nằm trong khoảng 90% - 110% hàm lượng ghi trên nhãn.

Phương pháp bào chế

Tất cả các công thức được điều chế bằng phương pháp xát hạt ướt. Viên có đặc điểm là viên nén bao phim hình bầu dục, có màu vàng, đường kính viên 18 mm, độ cứng viên được thực hiện khảo sát từ tiền nghiên cứu với độ cứng khoảng 100-120 N, khối lượng trung bình viên 850 mg ± 10%. Số lượng mỗi lô nghiên cứu là 1,000 viên, tính chất viên kiểm tra (n = 6). Viên được chuẩn bị gồm 6 giai đoạn là: chuẩn bị nguyên liệu dụng cụ (1), pha chế (2), dập viên (3), bao phim (4), đóng gói cấp 1 (ép vỉ) (5) và đóng gói cấp 2 (6).

Mô tả quy trình bào chế viên nén CLA 500 mg

Xử lý nguyên liệu: Cân các thành phần, tất cả rây qua rây 0,5 mm, CLA qua rây 1,0 mm. Pha tá dược, cho tiếp PVP K30 vào khuấy cho đến khi tan hoàn toàn. Trộn bột khô: Trộn CLA, HPMC với avicel pH 101 theo nguyên tắc đồng lượng, rây qua rây 1,0 mm (1). Trộn ướt: Cho tá dược dính từ từ vào máy trộn tốc độ 900 vòng/phút đến khi khối bột đồng nhất. Xát hạt và sửa hạt: xát hạt qua lưới 1 mm sấy ở nhiệt độ 45 ⁰ C khoảng 15 – 25 phút, kiểm soát độ ẩm của hạt < 1%, sửa hạt khô qua lưới 1,0 mm và cuối cùng là trộn hoàn tất.

Mô tả quy trình bao phim viên nén CLA 500 mg

Chuẩn bị lượng dịch bao với mục tiêu tăng khối lượng viên sau khi bao là 3%, hàm lượng chất rắn là 10%. Công thức và thành phần dịch bao bao gồm: Opadry® II, yellow 10%; Cồn 96% chiếm 15% % và RO là 75%. Phân tán Opadry® II với dịch bao đã chuẩn bị bằng cánh khuấy, tốc độ quay 200 vòng/phút. Sử dụng đầu phun: LB 20; lỗ phun: 1,8 mm; cài đặt nhiệt độ gió vào từ 60 - 70 ⁰ C, cửa gió ra ở vị trí từ 2 – 3, áp suất súng phun từ 4-5 at và sấy nóng viên trong thời gian khoảng 5 phút ở tốc độ nồi bao 1 vòng/ phút.

TIỀN NGHIÊN CỨU

Tiền nghiên cứu là bước đầu tiên trong quá trình phát triển hợp lý các dạng bào chế của một dược chất. Các đặc tính vật lý và hóa học của dược chất riêng lẻ và khi được kết hợp với các tá dược cũng được thực hiện nhằm đảm bảo dạng bào chế ổn định, hiệu quả và an toàn.

Do đó, các nghiên cứu trước khi bào chế đã được thực hiện trên các mẫu thuốc thu được cho các nghiên cứu về trạng thái và khả năng tương thích như:

Điểm nóng chảy: CLA được xác định bằng phương pháp mao mạch mở, nhận dạng thuốc 5 bằng phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại và được so sánh với phổ IR chuẩn đối chứng của CLA. Khả năng tương thích 5 : Khả năng tương thích giữa thuốc và polyme trong điều kiện thí nghiệm là điều kiện tiên quyết quan trọng trước khi bào chế. Tính không tương thích giữa thuốc và tá dược có thể làm thay đổi độ ổn định và sinh khả dụng của thuốc, do đó ảnh hưởng đến tính an toàn và/hoặc hiệu quả của thuốc. Nghiên cứu về khả năng tương thích giữa thuốc-tá dược là một quá trình quan trọng trong phát triển dạng bào chế rắn ổn định. Thử nghiệm khả năng tương thích giữa thuốc-tá dược ở giai đoạn đầu giúp lựa chọn tá dược làm tăng khả năng phát triển dạng bào chế ổn định. Phương pháp: Phổ IR của thuốc và hỗn hợp thuốc-tá dược được ghi nhận, CLA được đính tính bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại để đánh giá nguyên liệu và thành phẩm so với phổ chuẩn CLA bân cạnh lập đường cong hiệu chuẩn tiêu chuẩn của CLA.

Thiết kế mô hình công thức

Mô hình công thức

Phát triển thuốc với sự trợ giúp của vi tính (Computer – Aided Drug Development) là một ứng dụng đã đem lại nhiều thuận lợi trong việc nghiên cứu và phát triển thuốc, thiết kế mô hình công thức sử dụng phần mềm Design-Expert của Anh được trình bày Table 1 . Kết quả mô hình công thưc tiến hành đánh giá sự ảnh hưởng của các tá dược lên tính chất của sản phẩm như thời gian nổi, nồng độ thuốc phóng thích theo thời gian (2 giờ, 4 giờ và 12 giờ) bằng phần mềm BCPharsolf và tối ưu hóa công thức. Cuối cùng số liệu được phân tích bằng phép thống kê (ANOVA).

Table 1 Mô hình công thức

Xây dựng các chỉ tiêu đánh giá viên nổi trong dạ dày CLA 500 mg

Các đặc tính lý hóa, độ hòa tan in vitro , thời gian nổi in vitro và động học phóng thích thuốc.

Đặc tính lý hóa viên nổi trong dạ dày CLA 500 mg

Đánh giá độ cứng và đồng đều khối lượng viên.

Đánh giá thời gian nổi in vitro

Mô hình đánh giá gồm 2 mô hình:

- Viên được cho vào 1 cốc thủy tinh đã chuẩn bị sẵn 100 ml HCl 0.1N.

- Viên được cho vào các cốc trong thiết bị thử độ hòa tan (cánh khuấy) với tốc độ của cánh khuấy 50 vòng/phút ở nhiệt độ: 37 ⁰ C ± 0,5 ⁰ C và môi trường thử là 900 ml dung dịch acid hydrocloric 0,1 N.

Thời gian được ghi nhận là tiềm thời nổi (FLT) có nghĩa là thời gian viên bắt đầu nổi lên trên bề mặt dung dịch. Và thời gian nổi (TFT) nghĩa là tổng thời gian viên nổi lên trên bề mặt cho đến khi viên chìm xuống.

Độ hòa tan in vitro

Nồng độ thuốc được phóng thích theo thời gian được thử nghiệm trên thiết bị là máy thử độ hòa tan, kiểu cánh khuấy ở nhiệt độ 37 ⁰ C ± 0,5 ⁰ C; tốc độ vòng khuấy là 50 vòng/phút; thời gian lấy mẫu là 2 giờ, 4 giờ, 8 giờ và 12 giờ trong môi trường thử nghiệm với 900 ml dung dịch acid hydroclorid 0,1 N. Mẫu được xử lý như trong quy trình định lượng bằng phương pháp HPLC và tính toán kết quả.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Phân tích kiểm nghiệm

Kết quả định tính CLA trong nguyên liệu và viên thành phẩm

CLA được đính tính bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại để đánh giá nguyên liệu và thành phẩm so với phổ chuẩn CLA, kết quả được trình bày Figure 1 .

Figure 1 . Phổ IR của CLA nguyên liệu (A) và thành phẩm (B)

Kết quả thẩm định quy trình định lượng CLA bằng phương pháp HPLC

Định lượng CLA trong phương pháp thử độ hòa tan được thẩm định bằng HPLC, kết quả đường tuyến tính được trình bày trong Figure 2 . Phương pháp định lượng được thẩm định đạt về các chỉ tiêu tính tương thích hệ thống, tính đặc hiệu, tính tuyến tính, độ đúng, độ chính xác, độ lặp lại. Kết quả thẩm định quy trình được trình bày trong nghiên cứu tiếp theo.

Figure 2 . Sự tương quan giữa nồng độ và diện tích pic

Đánh giá các chỉ tiêu thành phẩm viên nổi trong dạ dày CLA 500 mg

Đánh giá đặc tính lý hóa

Kết quả khảo sát đặc tính lý hóa của 14 công thức được trình bày trong Table 2 . Kết quả cho thấy độ cứng của viên phù hợp để tạo viên là trong khoảng 100 – 120 N. Đường kính của viên nằm trong khoảng là 18,0 – 18,4 mm. Khối lượng viên đạt trong khoảng tiêu chuẩn chất lượng của viên nén 850 ± 5% (mg/viên nén) 6 .

Table 2 Các đặc tính lý hóa của 14 công thức

Kết quả thời gian nổi in vitro

Kết quả nghiên cứu thời gian nổi của viên trong môi trường dạ dày bao gồm tiềm thời nổi và tổng thời gian nổi được trình bày Table 3 . Ghi nhận thời gian nổi được quan sát và kết quả cho thấy với mô hình (i) là mô hình không có tác động của cánh khuấy và tĩnh thì FLT trung bình 46,21 giây, với mô hình (ii) thì tiềm thời nổi trung bình là 61,78 giây. Tuy nhiên, TFT thì hầu như giống nhau giữa các công thức tất cả đều từ 8 giờ trở lên. Từ kết quả cho thấy viên có tiềm thời nổi càng ngắn thì thời gian nổi của viên càng dài. Điều này cho thấy, NaHCO ₃ có ảnh hưởng đến thời gian nổi của viên bằng cách tạo ra khí CO ₂ khi viên tiếp xúc với môi trường HCL 0.1N. Kết quả làm viên trương phồng và được bảo vệ tốt bởi lớp gel bị hydrat hóa của các polymer, điều này dẫn đến độ xốp của viên sẽ giảm và viên sẽ có xu hướng nổi lên trong môi trường thử hòa tan.

Table 3 Kết quả đánh giá thời gian nổi in vitro viên nổi trong dạ dày CLA 500 mg

Dựa vào kết quả đạt được cho thấy tỷ lệ polymer tăng thì tiềm thời nổi giảm và ngược lại. Lý do là bởi polymer làm hạn chế khả năng hút/thấm môi trường vào lõi matrix của thuốc. TFC tăng khi tỷ lệ của polymer tăng và làm tăng khả năng trương nở của viên cũng làm thời gian nổi của viên tăng lên.

Kết quả thử độ hòa tan in vitro viên nổi trong dạ dày CLA 500 mg

Kết quả thử độ hòa tan in vitro được ghi nhận ở các thời điểm là 2 giờ, 4 giờ, 8 giờ và 12 giờ. Trong thử độ hòa tan cũng đánh giá tổng thời gian nổi của viên. Kết quả được trình bày Table 4 . Kết quả được làm đầu vào cho phần mềm BCPharsolf OTP để đánh giá các yếu tố đầu vào là các HPMC và NaHCO ₃ ảnh hưởng đến yếu tố đầu ra là các giá trị y.

Các khoảng tiêu chuẩn y chưa có chuyên Dược Điển hay Chuyên luận nào cho viên nổi trong dạ dày, chỉ có hướng dẫn trong USP 40 cho tiêu chuẩn CLA phóng thích kéo dài tại các thời điểm. Do đó, viên CLA nổi trong dạ dày dựa trên Dược Điển Mỹ và tỷ lệ phần trăm phóng thích và thời gian nổi của viên từ tham khảo của các kết quả nghiên cứu được công bố 7 .

Table 4 Kết quả mô hình thử nghiệm 14 công thức

Đánh giá sự ảnh hưởng của tá dược lên tính chất thành phẩm

Kết quả có sự ảnh hưởng của các tá dược đến tính chất thành phẩm được trình bày trong Figure 3 và Table 5 . Kết quả làm tiền đề cho các yếu tố ràng buộc y trong tối ưu hóa để lựa chọn công thức phù hợp nhất. Kết quả thử nghiệm tối ưu hóa được trình bày trong Table 6 .

Figure 3 . Mối liên quan nhân quả

Table 5 Phân tích xu hướng mối liên quan nhân quả

Table 6 Kết quả tối ưu hóa công thức

Kết quả đánh giá đặc tính lý hóa và thời gian nổi của công thức tối ưu

Kết quả đánh giá công thức tối ưu được bào chế lặp lại 3 lô (A1-1, A1-2, A1-3) được trình bày trong Table 7 và Table 8 .

Table 7 Độ cứng và độ đồng đều khối lượng của 3 lô tối ưu hóa

Table 8 Kết quả thời gian nổi lô tối ưu

KẾT LUẬN

Kết quả nghiên cứu viên nén nổi trong dạ dày chứa CLA 500 mg là một dạng bào chế mới với đặc tính của viên là kéo dài thời gian nổi trong dạ dày và kiểm soát được sự phóng thích thuốc trong 12 giờ. Kết quả này chỉ ra rằng hệ thống phân phối thuốc nổi hoặc hệ thống cân bằng thủy động có tỷ trọng riêng thấp hơn dịch dạ dày và do đó vẫn nổi trong dạ dày trong một thời gian dài mà không ảnh hưởng đến tốc độ làm rỗng dạ dày. Trong khi hệ thống nổi trên chất chứa trong dạ dày, thuốc được phóng thích từ từ khỏi hệ thống với tốc độ mong muốn. Sau khi phóng thích thuốc, hệ thống còn lại được làm trống khỏi dạ dày. Điều này dẫn đến tăng thời gian lưu lại trong dạ dày và kiểm soát tốt hơn biến động nồng độ thuốc trong huyết tương. Phát triển các hệ thống phóng thích có kiểm soát qua đường uống là một thách thức đối với các nhà khoa học về lập công thức vì có thể không có khả năng kiểm soát và định vị hệ thống trong vùng mục tiêu của đường tiêu hóa.

Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cũng đã tối ưu hóa tỷ lệ các polymer là HPMC K100M, HPMC K15M và Na ₂ CO ₃ ở các tỷ lệ phù hợp lần lượt là 22%; 12,5% và 14,7% dựa trên nồng độ CLA 500 mg và đáp ứng mục tiêu về tiềm thời nổi là 8,53 – 9,34 giờ và phần trăm phóng thích thuốc trong 12 giờ lần lượt là dưới 25% (sau 2 giờ), 20-40% (sau 4 giờ), trên 80% (sau 12 giờ). . Các công thức được thiết kế dựa trên các thuật toán bởi phần mềm như Design -Expert và BCPharsolf OTP đạt độ lập lại của công thức tối ưu. Phương pháp phân tích dùng để xác định và định lượng CLA là sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và quang phổ hồng ngoại (FTIR).

Tác giả nhận định rằng kết quả nghiên cứu này là một cách tiếp cận mới, phương pháp phân tích đánh giá phù hợp, là nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo như trong nghiên cứu in vivo trên cơ thể sống.

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CLA Clarithromycin: Clarithromycin

HPLC High-performance liquid chromatography: Săc ký lỏng hiệu năng cao

GDDS Gastroretentive drug delivery system: Hệ thống thuốc phóng thích trong dạ dày

FDDS Floating drug delivery system: Hệ thống phóng thích thuốc nổi

FLT Floating lag time: Tiềm thời nổi

TFT Total floating time: Thời gian nổi

XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Nhóm tác giả cam kết không có xung đột lợi ích trong nghiên cứu công bố này.

ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ

Thiết kế nghiên cứu: Cao Thị Thanh Thảo, Hoàng Minh Châu, Nguyễn Ngọc Khôi, Trần Văn Thành

Thực nghiệm: Cao Thị Thanh Thảo, Nguyễn Ngọc Thanh Phương

Phương pháp thực hiện: Cao Thị Thanh Thảo, Hoàng Minh Châu, Nguyễn Ngọc Khôi, Trần Văn Thành

Soạn bản thảo và hiệu chỉnh: Trần Văn Thành, Cao Thị Thanh Thảo

Tất cả tác giả đã đọc và đồng ý xuất bản bài nghiên cứu này.