Công nghệ nano và ứng dụng trong việc sản xuất thuốc

Công nghệ Nano là một trong những công nghệ mới hàng đầu, thu hút sự chú ý của rất nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới. Công nghệ Nano cũng đặc biệt được quan tâm, chú trọng trong lĩnh vực dược phẩm. Tại Việt Nam vài năm trở lại đây, có không ít các NCKH đã nghiên cứu về việc ứng dụng công nghệ Nano trong việc điều chế dược phẩm. Vậy công nghệ Nano là gì? Những lợi ích, triển vọng mà công nghệ này mang lại ra sao? Có thể áp dụng vào việc nghiên cứu và sản xuất thuốc như thế nào?

Hãy cùng sharpviet tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Công nghệ nano là gì ?

Dược phẩm nano là công nghệ mới được phát hiện và ứng dụng đưa vào sản xuất thuốc. Công nghệ này cho phép sản xuất những viên thuốc có chứa đầy đủ những hoạt chất sinh học trị bệnh với kích thước nhỏ tuyệt đối được đo bằng nanomet. Trên những viên thuốc này có chứa những phân tử chất dẫn đường có nhiệm vụ nhận ra đích nào cần đến.

Sản xuất dược phẩm đưa công nghệ nano vào sẽ cho ra những viên thuốc với kích thước vô cùng nhỏ bé và được gắn với những chất nhận diện vô cùng đặc hiệu. Thuốc khi được sử dụng đưa vào trong cơ thể sẽ đi đến những vị trí mong muốn và không hề bị giảm bớt tác dụng trên đường di chuyển. Do tính nhận diện trực tiếp của thuốc cao nên thuốc có thể được vận chuyển ngay tới nơi cần tác dụng.

Công nghệ nano ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Hiện đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Trong đó có cả ngành dược phẩm và mỹ phẩm. Với nhiều ưu điểm so với dạng thuốc truyền thống như cải thiện sinh khả dụng, đưa thuốc đến đích. Do vậy việc áp dụng công nghệ nano giúp làm tăng hiệu quả điều trị và giảm tác dụng không mong muốn của thuốc. Đặc biệt đối với các thuốc điều trị bệnh ung thư.

Phương pháp kết tập (agglomeration)

Kết tập (agglomeration) – còn gọi là kỹ thuật từ dưới lên (bottom-up). Đi từ kích thước nhỏ đến kích thước lớn. Là quá trình liên kết các phần tử kích thước nhỏ (ion, nguyên tử, phân tử hoặc tiểu phân nhỏ) thành các tiểu phân kích thước lớn hơn. Trong môi trường phân tán nhờ các liên kết hóa lý. Phương pháp kết tập có các kỹ thuật thường sử dụng như khuếch tán dung môi; Nhũ hoá bay hơi dung môi; Sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn.

Khuếch tán dung môi

Khuếch tán dung môi: Kỹ thuật khuếch tán dung môi tạo nên thuốc nano nhờ thay đổi bản chất của môi trường phân tán. Phương pháp dễ dàng thực hiện, không cần sử dụng nguồn năng lượng cao. Nhưng hạn chế của phương pháp là sử dụng các dung môi hữu cơ. Việc loại bỏ hoàn toàn các dung môi hữu cơ cũng gây cản trở cho việc nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất.

Nhũ hóa bay hơi dung môi

Nhũ hóa bay hơi dung môi: Sử dụng quá trình nhũ hóa tạo nhũ tương. Sau đó bốc hơi pha dung môi hữu cơ tạo hệ tiểu phân nano. Phương pháp đơn giản, không cần sử dụng nguồn năng lượng cao. Tuy nhiên hạn chế của phương pháp là sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại đối với môi trường và con người. Việc loại bỏ hoàn toàn các dung môi hữu cơ cũng gây cản trở cho việc nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất.

Kỹ thuật sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn

Kỹ thuật sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn: Kỹ thuật kháng dung môi siêu tới hạn (supercritical antisolvent, SAS). Dùng dung môi có thể hỗn hòa với CO2 lỏng siêu tới hạn để hòa tan các thành phần. Do không tan trong CO2 lỏng siêu tới hạn nên khi CO2 lỏng siêu tới hạn ly trích vào dung môi khiến chất tan lập tức kết tập hình thành tiểu phân nano.

Kỹ thuật khuếch trương nhanh từ dung dịch siêu tới hạn (rapid expansion from supercritical solutions, RESS). Các thành phần được hòa tan vào CO2 lỏng siêu tới hạn. Sau đó, hỗn hợp đi vào vùng có áp suất thấp hơn. Sự thay đổi áp suất đột ngột làm giảm khả năng hòa tan của các thành phần trong CO2. Sau đó lập tức bị kết tập tạo hệ tiểu phân nano.

Phương pháp hạn chế được việc sử dụng các dung môi hữu cơ nhưng để thực hiện được cần có thiết bị tạo CO2 lỏng siêu tới hạn.

Ngoài các kỹ thuật kết tập trên, hệ tiểu phân nano còn được tạo thành từ các kỹ thuật kết tập khác: Kỹ thuật tạo hệ tiểu phân từ phản ứng hóa học, từ quá trình polymer hóa, gel hóa, kỹ thuật tạo phức hợp nano nhờ tương tác tĩnh điện học, kỹ thuật tạo hệ tiểu phân nhờ sự thay đổi các điều kiện vật lý như thay đổi nhiệt độ, áp suất, dung môi, pH.

Phương pháp phân tán (dispersion)

Phân tán (dispersion) còn gọi là kỹ thuật từ trên xuống (top-down). Là đi từ kích thước lớn đến kích thước nhỏ. Đây là quá trình chia nhỏ các tiểu phân kích thước lớn thành tiểu phân kích thước nhỏ hơn. Hoạt động trong môi trường phân tán. Phương pháp này có các kỹ thuật thường sử dụng như khuấy tốc độ cao, đồng nhất hoá dưới áp suất cao, đùn ép, nghiền bi.

Khuấy tốc độ cao (rotor-stator)

Khuấy tốc độ cao (rotor-stator): Kỹ thuật thường sử dụng nhất để tạo thuốc nano. Nhờ thiết bị khuấy rotor-stator với tốc độ cao từ 10.000 – 24.000 vòng/phút. Kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện. Hiện nay đã có thiết bị nâng cỡ lô trên quy mô 50kg.

Đồng nhất hóa dưới áp suất cao

Đồng nhất hóa dưới áp suất cao: Sử dụng thiết bị đồng nhất hóa dưới áp suất cao. Hệ phân tán thô khi đi qua buồng tạo áp suất cao. Các tiểu phân trương phồng va chạm sẽ vỡ ra tạo nên hệ tiểu phân nano.

Kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện tạo hệ tiểu phân nano đồng nhất. Dễ dàng nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất. Hiện nay đã có thiết bị nâng cỡ lô trên quy mô 2.000 lít/giờ. Tuy nhiên, hệ thống thiết bị tạo áp suất cao khá đắt tiền.

Đùn ép

Đùn ép: Kỹ thuật chia nhỏ tiểu phân thô khi nén qua hệ thống màng lọc theo kiểu lọc tuyến tính tạo thuốc nano. Kỹ thuật đơn giản, dễ dàng đạt được sự đồng nhất về kích thước và dãy phân bố kích cỡ tiểu phân nano. Nhưng gặp khó khăn khi nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất lớn. Do kỹ thuật lọc theo kiểu tuyến tính khá phức tạp.

Nghiền bi

Nghiền bi: Pha phân tán, môi trường phân tán, chất ổn định và khoảng 40% bi được cho vào thùng quay. Quay thùng theo một chiều, trong quá trình chuyển động. Các thành phần trộn lẫn vào nhau kết hợp tạo hệ tiểu phân. Khi chuyển động quay của thùng, dưới tác động của lực ma sát và sự va đập lên nhau giữa các thành phần với bi. Làm giảm kích thước tiểu phân giúp hình thành hệ tiểu phân nano.

Kỹ thuật đơn giản, dễ dàng nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất lớn. Tuy nhiên, kích thước hệ tiểu phân nano khó đạt được sự đồng nhất về dãy phân bố kích cỡ.

Ngoài các kỹ thuật thường gặp trên, một số công nghệ cũng được nghiên cứu sản xuất thuốc nano như kỹ thuật siêu âm, chiếu xạ, hồ quang điện, vi hóa lỏng…

Kết hợp 2 phương pháp kết tập và phân tán

Trong thực tế, điều chế hệ tiểu phân nano thường kết hợp giữa kỹ thuật kết tập và phân tán. Kết tập tạo hệ tiểu phân thô, sau đó phân tán giảm kích thước để thu được hệ tiểu phân nano. Chẳng hạn, điều chế hệ tiểu phân liposome bằng kỹ thuật tạo lớp màng phim lipid kép. Rồi hydrat hóa tạo hệ liposome MLV hoặc LUV kích thước ở hàng micromet. Để giảm kích thước xuống hàng nanomet, sử dụng các kỹ thuật phân tán. VD: siêu âm, đùn ép, đồng nhất hóa.

Kỹ thuật làm khô thu tiểu phân nano: Đông khô và phun sấy

Sau khi điều chế hệ phân tán nano, làm khô hệ tiểu phân nano. Giúp tăng độ bền hóa lý của thuốc nano. Do hạn chế ảnh hưởng của các tác động môi trường bảo quản. Tránh nguy cơ nhiễm khuẩn và thuận tiện cho quá trình vận chuyển.

Kỹ thuật đông khô và phun sấy là hai kỹ thuật hiện đại. Được sử dụng để làm khô các sản phẩm thuốc nano. Kỹ thuật phun sấy tiết kiệm chi phí hơn so với đông khô. Nhưng cần dùng thành phần pha phân tán có nhiệt độ tan chảy trên 70oC. Sản phẩm thu được có thể bị kết tụ hoặc tan chảy. Chính vì thế, kỹ thuật đông khô được sử dụng rộng rãi hơn khi nghiên cứu sản xuất thuốc nano. Đông khô là quá trình loại nước ra khỏi vật liệu ở điều kiện đông lạnh. Nhờ thay đổi tiến trình nhiệt độ và áp suất. Để nước từ trạng thái rắn chuyển trực tiếp sang trạng thái hơi (thăng hoa).

PGS.TS. Hoàng Minh Châu, TS. Trương Công Trị

Nguồn: suckhoedoisong.vn