Xây dựng công thức viên Perindopril Erbumin 4mg với sự trợ giúp của các phần mềm thông minh

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược Khoa 61 XÂY DỰNG CÔNG THỨC VIÊN PERINDOPRIL ERBUMIN 4 MG VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÁC PHẦN MỀM THÔNG MINH Phan Nhật Hùng *, Nguyễn Văn Kha *; Đặng Văn Giáp ** TÓM TẮT Mục tiêu: Xây dựng công thức của viên nén chứa 4 mg Perindopril erbumin ở quy mô labô và nâng cấp cỡ lô pilot. Phương pháp: Thiết kế mô hình công thức ở quy mô labô bằng phần mềm Design-Expert, thực nghiệm về bào chế và kiểm nghiệm, nghiên cứu liên quan nhân quả bằng phần mềm thông minh FormRules, tối ưu hóa bằng phần mềm thông minh INForm và nâng cấp cỡ lô pilot x10. Kết quả & Bàn luận: a. Thiết kế mô hình công thức gồm 14 thí nghiệm với 3 tá dược được khảo sát gồm các tá dược A, B và aerosil b. Điều chế viên nén bằng kỹ thuật dập thẳng và kiểm nghiệm sản phẩm theo tiêu chuẩn cơ sở. c. Nghiên cứu liên quan nhân quả từ dữ liệu thực nghiệm cho thấy xu hướng, mức độ và quy luật liên quan giữa các thành phần công thức nêu trên với tỷ số Hausner, độ cứng, hệ số phân tán của độ cứng và độ hòa tan 10 phút. d. Tối ưu hóa thành công các thành phần công thức gồm A, B và Aerosil; các chỉ tiêu thiết kế cho sản phẩm với công thức tối ưu được kiểm chứng thành công qua thực nghiệm. e. Nâng cấp cỡ lô có xem xét độ đồng đều khi trộn nguyên liệu, hệ số phân tán của độ cứng và của khối lượng viên; so sánh độ hòa tan của thuốc thử được với thuốc đối chiếu. Kết luận: Bằng con đường thực nghiệm có trợ giúp bởi các phần mềm thông minh, công thức của viên nén Perindopril erbumin 4 mg đã được xây dựng thích hợp và được nâng cấp lên cỡ lô pilot. Từ khoá: Xây dựng công thức, nghiên cứu liên quan nhân quả, tối ưu hóa, phần mềm thông minh ABSTRACT FORMULATION OF PERINDOPRIL ERBUMINE 4 MG TABLETS USING INTELLIGENT SOFTWARE AS A FRAME WORK Phan Nhat Hung, Nguyen Van Kha, Dang Van Giap * Y Hoc TP. Ho Chi Minh * Vol. 15 - Supplement of No 1 - 2011: 61 - 65 Objectives: Formulation of immediate-release tablets containing 4 mg of Perindopril erbumine. Methods: The drug formulation process included 5 steps: experimental design with Design-expert, processing and testing with conventional procedures, cause-effect study using FormRules, optimization aided by INForm, and scale-up work. Results & Discussion: a. Experimental design: D-Optimal design generated by Design-Expert consisted of 14 formulations varied with 3 excipients including A, B and aerosil b. Processing and testing: the tablets were prepared by direct compression and the products were tested by validated quality control procedures. c. Cause-effect study: trends, strength and rules of the cause-effect relationships between investigated factors and responses (Hausner ratio, tablet hardness, CV of hardness, and 10-minute- dissolution). d. Optimization: Optimized values were found for A, B and Aerosil; Tablet properties followed by optimal formulation were successfully tested in experiments. e. Scale-up experimentation.: x10 size lots * Công ty Cổ phần Dược phẩm An Giang (AGIMEXPHARM) ** Khoa Dược – Đại học Y Dược Tp. Hồ Chí Minh Tác giả liên lạc: DS. Phan Nhật Hùng ĐT: 0989882808 Email: phannhathung@gmail.com Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011 Chuyên Đề Dược Khoa 62 were accomplished with regarding on ingredient uniformity, CV of hardness and tablet weight; test drug was compared with reference drug for their general properties and dissolution profiles. Conclusion: The formulation of Perindopril erbumine 4-mg tablets was appropriately developed by experimenation assisted by intelligent approaches. Key words: Formulation, cause-effect study, optimization, intelligent software ĐẶT VẤN ĐỀ Perindopril erbumin(2) là thuốc trị cao huyết áp, suy tim sung huyết theo cơ chế giãn mạch do ức chế ACE (angiotensin converting enzyme), chỉ dùng một lần trong ngày, tác dụng hạ huyết áp dược duy trì trong 24 giờ nhờ chất chuyển hóa có hoạt tính là perindoprilat. Perindopril erbumin có dạng bột kết tinh màu trắng, ít hút ẩm, dễ tan trong nước và ethanol (96o), ít tan trong metylene clorid, phổ hấp thu ở 215 nm(1). Perindopril erbumin được bào chế ở dạng viên nén với các hàm lượng 2 mg, 4 mg, 5 mg, 8 mg. Hiện nay có một số biệt dược trên thị trường như Coversyl (Servier, Pháp), Aceon, Acertil... 2-Methylpropan-2-amine (2S,3aS,7aS)-1-[(2S)-2-[[(1S)-1-(ethoxycarbonyl) butyl]amino]propanoyl]octahydro-1H-indole-2-carboxylate Hình 1. Cấu trúc phân tử của Perindopril erbumine Mối liên quan giữa các thành phần công thức và/hoặc điều kiện sản xuất với tính chất của sản phẩm có thể được gọi là mối liên quan giữa nhân và quả. Nhà bào chế khó thể biết rõ được mối liên quan ấy bằng con đường dò dẫm theo kinh nghiệm. Các công nghệ thông minh đã và đang được các nhà bào chế ngoài và trong nước quan tâm ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển thuốc. Công nghệ thần kinh - logic mờ có thể cho biết xu hướng, mức độ và quy luật liên quan từ dữ liệu thực nghiệm(3,5,6). Mạng thần kinh kết hợp với công nghệ lập trình mô tả gen có thể tối ưu hóa thành phần công thức và/hoặc điều kiện sản xuất(7,8) hay dự đoán chính xác tính chất sản phẩm(4). Đề tài nghiên cứu bào chế viên nén Perindopril erbumin 4 mg gồm các mục tiêu: xây dựng công thức tối ưu (với sự trợ giúp của các phần mềm thông minh), nâng cấp cỡ lô pilot và so sánh thuốc thử với Coversil 4 mg. PHƯƠNG PHÁP Nguyên liệu & Thuốc đối chiếu Perindopril erbumin (Ấn Độ) đạt BP 2007, tá dược A (Ấn Độ) đạt NF 25, tá dược B (Mỹ) đạt USP, tá dược Aerosil đạt BP 2001, Magnesi stearat (Singapore) đạt DĐVN IV, Tablettose 81 (Đức) đạt DĐVN IV. Thuốc đối chiếu là Coversil 4 mg (Servier, Pháp). Thiết bị Máy trộn khô Erweka (Đức), máy dập viên Erweka (Đức) 1 chày, cân phân tích Sartorius (Đức), máy thử độ cứng (Trung Quốc), máy thử độ rã Erweka (Đức), máy thử độ hòa tan Erweka D700 (Đức), máy sắc ký lỏng hiệu năng cao Dionex (Mỹ). Phần mềm Design-Expert v6.0.6 (2002, Stat-Ease Inc., USA): thiết kế mô hình công thức; FormRules V3.3 (2007, Intelligensys Ltd., UK): nghiên cứu liên quan nhân quả; INForm V4.0 (2010, Intelligensys Ltd., UK): tối ưu hóa thành phần công thức. Quy trình điều chế Trộn Perindopril erbumin với các tá dược trong thời gian t thành hỗn hợp đồng nhất (trong labô, t = 30 phút; ở quy mô pilot t được xác định với CV hàm lượng ≤ 2%), dập viên bằng máy Erweka với chày 4 x 8 mm và tốc độ 50 nhịp/ phút. Quy trình kiểm nghiệm Nguyên liệu và sản phẩm được kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn cơ sở, phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao định lượng Perindopril erbumin đã được thẩm định. Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược Khoa 63 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Thăm dò công thức Qua thăm dò, thành phần công thức cho 5.000 viên nén Perindopril erbumin đã được xác định để làm nền tảng cho việc thiết kế mô hình công thức: Perindopril erbumin 20 g Tá dược A 100-150 g Tá dược B 125-150-175 g Aerosil 2,5-5-7,5 g Magnesi stearat 12,5 g Tablettose 81 vđ. 425 g Ảnh hưởng của các thành phần tá dược được đánh giá với các đáp ứng gồm tỷ số Hausner, độ cứng, hệ số phân tán độ cứng, và độ hòa tan 10 phút. Mô hình thí nghiệm Mô hình công thức dạng D-Optimal được thiết kế bởi phần mềm Design-Expert gồm có 14 công thức ở quy mô labô (5.000 viên nén) với 3 thành phần thay đổi gồm các tá dược A, B và aerosil. Các công thức được dùng để điều chế viên nén theo cùng một quy trình; khối lượng viên được cố định khoảng 85 mg. Đối với từng công thức, các mẫu cốm được kiểm nghiệm về các chỉ tiêu theo thiết kế. Dữ liệu thực nghiệm được trình bày trong Bảng 1. Hệ số phân tán khối lượng của 14 mẫu đều nhỏ hơn 2% (0,26; 0,12; 0,37; 0,29; 0,26; 0,26; 0,09; 0,39; 0,17; 0,80; 0,21; 0,12; 0,18; 0,17). Bảng 1. Dữ liệu thực nghiệm theo mô hình D-Optimal STT x1 x2 x3 y1 y2 y3 y4 1 150 125 5 1,22 85,00 3,01 70,00 2 150 175 5 1,2 105,0 3,60 51,13 3 100 175 2,5 1,38 95,50 4,41 70,96 4 100 175 7,5 1,3 94,45 3,44 72,49 5 100 150 2,5 1,34 92,95 3,34 80,07 6 150 150 5 1,22 101,0 4,20 59,96 7 150 125 7,5 1,2 94,30 3,32 75,40 8 100 175 5 1,34 97,65 3,21 80,12 9 150 150 7,5 1,2 102,75 3,17 61,62 10 150 175 2,5 1,22 105,0 4,51 64,70 11 150 125 2,5 1,28 93,10 3,96 60,60 12 100 125 2,5 1,26 88,00 4,25 93,18 STT x1 x2 x3 y1 y2 y3 y4 13 100 125 7,5 1,22 87,95 3,07 92,67 14 100 150 5 1,3 94,15 3,68 89,45 Ghi chú: x1 = Lượng tá dược A (g); x2 = Lượng tá dược B (g); x3 = Lượng aerosil (g); y1 = Tỷ số Hausner; y2 = Độ cứng (N); y3 = Hệ số phân tán độ cứng (CV%); y4 = Độ hòa tan 10 phút (%) Nghiên cứu liên quan nhân quả Kết quả phân tích dữ liệu cho thấy tỷ số Hausner có liên quan rất cao với lượng tá dược A và B; độ cứng có liên quan trung bình với lượng tá dược B; hệ số phân tán độ cứng có liên quan dưới trung bình với lượng aerosil; độ hòa tan 10 phút có liên quan trung bình khá với lượng tá dược A (Bảng 2). Do đó, hệ số phân tán độ cứng không được dùng trong giai đoạn tối ưu hóa. Bảng 2. Xu hướng và mức độ liên quan nhân quả x1 x2 x3 Giá trị R2 (%) y1 + + - 96,92 y2 - + - 77,51 y3 - - + 46,60 y4 + - - 84,34 Hình 2. Mối liên quan giữa y1 với x1 và x2 Kết quả cũng cho thấy sự liên quan giữa lượng các tá dược với các tính chất sản phẩm tuân theo một số quy luật nhân quả. Nếu x1 thấp và x2 cao thì y1 cao; ngược lại, nếu x1 cao và x2 cao thì y1 thấp. Nếu x2 thấp thì y2 thấp, và ngược lại. Nếu x3 thấp thì y3 cao, và ngược lại. Nếu x1 thấp thì y4 cao, và ngược lại. Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011 Chuyên Đề Dược Khoa 64 Tối ưu hóa công thức Dữ liệu thực nghiệm trong Bảng 1 cũng được dùng làm đầu vào cho INForm. Kết quả luyện mạng thần kinh cho thấy tất cả các mô hình liên quan nhân quả đều có tính tương thích rất tốt; mô hình y1 có khả năng dự đoán trung bình, mô hình y2 dự đoán khá và mô hình y4 dự đoán rất chính xác (Bảng 3). Do đó, chúng có thể được dùng làm nền tảng cho việc tối ưu hóa thành phần công thức. Bảng 3. Giá trị R2 của các mô hình liên quan y1 y2 y4 Luyện mạng 98,25 91,79 92,44 Thử chéo 55,51 72,79 98,11 Bảng 4. So sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm STT Chỉ tiêu INForm Thực tế 1 Tỷ số Hausner 1,20 1,21 2 Độ cứng (N) 99,4 N 98 N 3 Độ hòa tan 10’ (%) 76,3 80,2 Công thức (5.000 viên) của viên nén Perindopril erbumin 4 mg đã được tối ưu hóa: Perindopril erbumin 20 g Tá dược A 120,2 g Tá dược B 166,4 g Aerosil 7,5 g Magnesi stearat 12,5 g Tablettose 81 vđ. 425 g Kết quả phân tích phương sai dữ liệu Bảng 4 cho thấy tính chất sản phẩm lý thuyết và thực tế không khác nhau đáng kể (p > 0,05). Nâng cấp cỡ lô Công thức tối ưu của viên nén Perindopril erbumin 4 mg được nâng cấp lên 10 lần (50.000 viên). Thời gian phù hợp để trộn nguyên liệu (Hình 3) khoảng 25 phút (CV < 2%). Sự biến thiên của khối lượng (CV = 0,99%) và độ cứng (CV = 3,02%) có thể được xem là nằm trong giới hạn kiểm soát (Hình 4). 1.301.39 1.83 2.46 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 20 25 30 35 Thời gian trộn (phút) C V h àm lư ợn g (% ) 1.20 0.89 0.71 0.99 1.05 3.00 3.06 2.96 3.19 2.92 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 1 2 3 4 5 Thời gian dập viên (giờ) H ệ s ố p hâ n tá n (% ) Khối lượng Độ cứng 100.5 80.2 47.5 100.2 90.5 60.3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 5 10 15 Thời điểm (phút) Độ h òa ta n (% ) Perindopril erbumin 4 mg Coversil 4 mg (Servier) Hình 3. Sự biến thiên của hàm lượng theo thời gian trộn nguyên liệu Hình 4. Sự biến của độ cứng và khối lượng theo thời gian dập viên (cách 1 giờ) Hình 5. So sánh độ hòa tan của thuốc thử và thuốc đối chiếu Bảng 5. So sánh tính chất sản phẩm labô với pilot STT Chỉ tiêu kiểm nghiệm Labô Pilot 1 Tỷ số Hausner 1,20 1,21 2 Khối lượng TB (mg) 85,0 85 3 Độ cứng (N) 98,0 96,9 4 Độ hòa tan 10’ (%) 82,2 83,5 5 Độ hòa tan 45’ (%) 100,6 100,2 6 Hàm lượng (mg) 4,01 4,00 Kết quả phân tích phương sai hai yếu tố không lặp dữ liệu Bảng 5 cho thấy tính chất của sản phẩm labô so với sản phẩm pilot không khác nhau có ý nghĩa (p > 0,05). Độ hòa tan của thuốc thử so với thuốc đối chiếu (Hình 5) cũng tưng tự nhau (f2 = 58,4 > 50). KẾT LUẬN Bằng con đường thực nghiệm với trợ giúp bởi các phần mềm thông minh để phân tích liên quan nhân quả và tối ưu hóa, công thức tối ưu của viên nén Perindopril erbumin 4 mg đã được xây dựng thành công và cũng được thử thách bước đầu ở quy mô pilot. Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược Khoa 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. British Pharmacopoeia (2007) 2. Dược thư quốc gia Việt Nam (2007). Nhà xuất bản Y Học Hà Nội 378-379. 3. Landina M.,. Rowe R.C. and York P. (2009). Advantages of neurofuzzy logic against conventional experimental design and statistical analysis in studying and developing direct compression formulations. European Journal of Pharmaceutical Sciences 38, 325–331. 4. Mansa R.F., Bridson R.H., Greenwood R.W., Barker H. and Seville J.P.K. (2008). Using intelligent software to predict the effects of formulation and processing parameters on roller compaction. Powder Technology 181, 217–225. 5. Nguyễn Thụy Việt Phương, Lê Quan Nghiệm; Đặng Văn Giáp (2009). Khảo sát mối liên quan nhân quả trong công thức viên nén rã nhanh chứa loratidin 10 mg. Tạp chí Dược học, 395, 2-4. 6. Shao Q., Rowe R.C. and York P. (2006). Comparison of neurofuzzy logic and neural networks in modelling experimental data of an immediate release tablet formulation. European Journal of Pharmaceutical Sciences 28, 394–404. 7. Takayama K., Fujikawa M., Obata Y. and Morishita M. (2003). Neural network based optimization of drug formulations. Advanced Drug Delivery Reviews 55, 1217– 1231. 8. Võ Thụy Cẩm Vy, Lê Quan Nghiệm; Đặng Văn Giáp (2006). Tối ưu hóa thành phần công thức viên nén Gliclazide phóng thích kéo dài. Tạp chí Dược học, 361, 21- 23.