Việc che giấu vị đắng của các bài thuốc y học cổ truyền Trung Quốc (TCM) chứa nhiều thành phần đắng vẫn là một thách thức quan trọng. Trong nghiên cứu này, berberin (BER) thuộc nhóm alkaloid và phillyrin (PHI) thuộc nhóm flavonoid glycoside – là những thành phần đắng phổ biến trong TCM – được lựa chọn làm thuốc mô hình. Chitosan (CS) được sử dụng để che giấu vị khó chịu của chúng.
Trước hết, ở cấp độ phân tử, chúng tôi đã giải thích chi tiết cơ chế che giấu vị đắng của CS đối với hai thành phần đắng này. Dựa trên các cơ chế đó, vị đắng của hỗn hợp BER và PHI đã được che giấu dễ dàng bằng CS trong nghiên cứu này.
Kết quả đặc trưng hóa lý cho thấy các phức hợp che giấu vị được tạo thành giữa CS với BER (ký hiệu BER/CS) và với PHI (ký hiệu PHI/CS) có hình thái không đồng nhất. Hiệu suất gắn thuốc của BER/CS và PHI/CS lần lượt là 50,15 ± 2,63% và 67,10 ± 2,52%.
Các kết quả từ DSC, XRD, FTIR và mô phỏng phân tử cho thấy CS chủ yếu che giấu vị đắng bằng cách làm gián đoạn vị trí liên kết giữa các phân tử thuốc đắng và thụ thể vị đắng trong khoang miệng, thông qua việc hình thành liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl hoặc amine của CS với các nhóm ái nhân (nucleophilic) của BER và PHI.
Kết quả đánh giá bằng “lưỡi điện tử” xác nhận hiệu quả che giấu vị đắng rất tốt đối với alkaloid, flavonoid glycoside, cũng như hỗn hợp của hai loại thành phần đắng này.
Kết quả giải phóng thuốc in vitro cũng như dược động học in vivo cho thấy các phức hợp che giấu vị trong nghiên cứu này có thể giải phóng thuốc nhanh trong môi trường acid dạ dày và không ảnh hưởng đến đặc tính dược động học của thuốc trong cơ thể.
Phương pháp che giấu vị trong nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng cho các chế phẩm y học cổ truyền chứa nhiều thành phần đắng.
1. Giới thiệu
Vị đắng là đặc điểm phổ biến của hầu hết các loại thuốc, đặc biệt là các dược liệu Đông y, vốn đã được sử dụng hàng nghìn năm thông qua sự phối hợp nhiều thành phần đắng để điều trị nhiều loại bệnh khác nhau. Thông thường, số lượng và chủng loại các hợp chất đắng có nguồn gốc từ thực vật dược liệu là rất lớn. Các nghiên cứu cho thấy, trong dược liệu Đông y, vị đắng của thuốc thường liên quan đến hoạt tính dược lý và hiệu quả điều trị của chúng [1,2].
Tuy nhiên, cảm giác vị giác (độ dễ uống) ảnh hưởng trực tiếp đến sự tuân thủ điều trị, đặc biệt ở trẻ em. Ví dụ, các chế phẩm như Erganqing Koufuye và Xiaoerganmao Koufuye được sử dụng rộng rãi trong nhi khoa có hiệu quả điều trị tốt, nhưng trẻ em thường từ chối sử dụng do vị quá khó uống [3]. Vì vậy, việc che giấu vị đắng của thuốc có ý nghĩa rất quan trọng, đặc biệt đối với các bài thuốc Đông y chứa nhiều thành phần đắng.
Theo hiểu biết hiện nay, các kỹ thuật che giấu vị thường dùng bao gồm: thêm chất tạo ngọt, bao màng, biến đổi hóa học, tạo phức cyclodextrin, nhựa trao đổi ion, tiền thuốc (prodrug) và vi bao [4,5]. Tuy nhiên, tất cả các phương pháp này đều có những hạn chế nhất định. Ví dụ, chất tạo ngọt không hiệu quả với thuốc cực đắng; bao màng chỉ áp dụng cho dạng viên, khó nuốt đối với trẻ em và khó chia liều [6]; còn biến đổi hóa học có thể ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị trong cơ thể [7].
Nhìn chung, nhược điểm lớn nhất của các kỹ thuật này là không thể che giấu hiệu quả vị đắng của các bài thuốc Đông y chứa nhiều thành phần đắng. Do đó, cần phát triển một phương pháp hiệu quả để che giấu vị đắng của các thuốc đa thành phần trong Đông y.
Gần đây, việc phát triển các polymer như cyclodextrin, nhựa trao đổi ion và polyester cho thấy tiềm năng lớn trong che giấu vị. Tuy nhiên, các polymer này vẫn còn hạn chế trong việc che vị đắng [8]. Li và cộng sự [9] báo cáo rằng các copolymer khối như mPEG-PLLA, mPEG-PCL, mPEG-PLGA và PEG-PLLA-PEG có thể che giấu vị đắng bằng cách tạo micelle trong dung dịch nước, từ đó cản trở sự liên kết giữa các nhóm kỵ nước của thuốc đắng và thụ thể vị đắng trong khoang miệng. Công nghệ này có tiềm năng cải thiện vị của các dung dịch uống, nhưng độ an toàn sinh học và khả năng hòa tan của các polymer này vẫn cần được tối ưu thêm.
Chitosan (CS), một polymer tự nhiên, được sử dụng rộng rãi trong bào chế dược phẩm nhờ dễ kiếm, tương thích sinh học, dễ biến tính và có khả năng phân hủy trong cơ thể [10]. CS cũng được sử dụng để che giấu vị vì có thể tạo một hàng rào vật lý giữa thuốc đắng và thụ thể vị đắng trong khoang miệng thông qua cơ chế bao bọc.
Ngoài ra, các đặc tính lý hóa của CS giúp các vi nang tạo thành hầu như không tan trong môi trường miệng, nhưng lại nhanh chóng hòa tan và giải phóng thuốc trong môi trường acid dạ dày mà không ảnh hưởng đến quá trình hòa tan của thuốc trong cơ thể [11,12].
Có nhiều báo cáo về việc CS che giấu vị đắng của các thuốc như enrofloxacin [13], cetirizin hydroclorid [14], ciprofloxacin [15] và ondansetron hydroclorid [16] thông qua cơ chế bao bọc. Stagner và cộng sự [17] đã tạo các hạt nano CS để che vị đắng của isoniazid bằng liên kết ion kết hợp sấy phun, và cho rằng ngoài cơ chế bao bọc, CS còn có thể che vị thông qua tương tác liên kết yếu giữa các nhóm amino hoặc hydroxyl của CS với các nhóm tương ứng của isoniazid.
Ngoài ra, CS còn có thể che giấu vị thông qua hiệu ứng tĩnh điện và hấp phụ [18–20]. Dựa trên các báo cáo này, chúng tôi giả định rằng cơ chế che giấu vị đa dạng của CS có thể giúp che giấu đồng thời nhiều thành phần đắng trong các bài thuốc Đông y. Cho đến nay, chưa có báo cáo nào về việc CS che giấu vị cho các bài thuốc Đông y đa thành phần đắng.
Các hợp chất đắng chủ yếu trong Đông y gồm:
- Alkaloid (ví dụ: berberin, quinine)
- Terpenoid (ví dụ: andrographolid)
- Flavonoid glycoside (ví dụ: phillyrin, amygdalin đắng) [21,22]
Do đó, trong nghiên cứu này, berberin (BER) đại diện cho nhóm alkaloid và phillyrin (PHI) đại diện cho nhóm flavonoid glycoside được chọn làm thuốc mô hình. Chitosan được sử dụng làm vật liệu che giấu vị để tạo các phức hợp che vị.
Cơ chế che giấu vị của CS đối với alkaloid và flavonoid glycoside ở cấp độ phân tử được phân tích chi tiết bằng các phương pháp: kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiệt lượng quét vi sai (DSC), nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và mô phỏng phân tử bằng máy tính.
Hơn nữa, dựa trên các cơ chế này, công nghệ che giấu vị được phát triển có thể che giấu đồng thời vị đắng của hỗn hợp hai thuốc (BER và PHI). Hiệu quả che giấu vị của CS được đánh giá thông qua lưỡi điện tử, thử nghiệm giải phóng thuốc in vitro và phân tích dược động học in vivo.
Kỹ thuật che giấu vị được phát triển trong nghiên cứu này được kỳ vọng có thể mở rộng ứng dụng cho các bài thuốc Đông y chứa nhiều thành phần đắng.
3. Kết quả
3.1. Hiệu suất gắn kết (Binding Efficiency)
Độ chính xác của phương pháp HPLC có RSD là 0,45% đối với BER và 0,72% đối với PHI; kết quả tuyến tính lần lượt là R² = 0,9998 đối với BER và R² = 0,9995 đối với PHI.
Các thí nghiệm khảo sát công thức theo từng yếu tố đơn lẻ của BER/CS và PHI/CS được đánh giá dựa trên chỉ số hiệu suất gắn kết, và kết quả được trình bày tương ứng trong Bảng 1 và Bảng 2.
Kết quả cho thấy hiệu suất gắn kết của cả BER/CS và PHI/CS không tăng khi tăng lượng chitosan (CS), thậm chí hiệu suất của PHI/CS còn giảm khi lượng CS tăng.
Ngược lại, hiệu suất gắn kết của cả BER/CS và PHI/CS đều tăng khi tăng lượng dược chất và natri hydroxyd, phù hợp với kết quả của một nghiên cứu trước đó.
Những kết quả này cho thấy vị đắng của dược chất có thể được che giấu thông qua việc liên kết với nhiều vị trí gắn kết trên phân tử CS, và việc tăng lượng natri hydroxyd có thể thúc đẩy hiệu suất gắn kết giữa CS và các chất đắng.
Dựa trên kết quả đo hiệu suất gắn kết, theo nguyên tắc tối đa hóa lượng dược chất mang theo và tối thiểu hóa lượng tá dược che vị, công thức tối ưu được lựa chọn là:
- Nhóm 6 trong Bảng 1: CS 30 mg; BER 80 mg; NaOH 15 mL → hiệu suất gắn kết 67,10 ± 2,52%
- Nhóm 6 trong Bảng 2: CS 30 mg; PHI 80 mg; NaOH 15 mL → hiệu suất gắn kết 50,15 ± 2,63%
Đây được xác định là công thức tối ưu để bào chế BER/CS và PHI/CS.
3.2. Đặc tính lý – hóa của BER/CS và PHI/CS
Hình thái của BER/CS và PHI/CS được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Ảnh SEM (Hình 2A, B) lần lượt cho thấy hình thái của BER/CS và BER ở độ phóng đại 20.000 lần. BER/CS xuất hiện với nhiều cấu trúc không đều, bề mặt thô ráp và gồ ghề, khác biệt rõ rệt so với hình thái tinh thể của BER, cho thấy BER đã liên kết hiệu quả với CS.
Hình thái của PHI/CS và PHI ở độ phóng đại 20.000 lần được thể hiện trong Hình 2C, D. PHI/CS có dạng vô định hình, với nhiều khối lồi giống hình cầu không đều nhưng không tạo thành các vi cầu có cấu trúc hoàn chỉnh. Điều này khác biệt đáng kể so với hình thái tinh thể của PHI, hàm ý rằng PHI đã liên kết tốt với CS.
4. Thảo luận (Discussion)
Độ dễ uống (cảm quan vị) của thuốc là yếu tố rất quan trọng đối với bệnh nhân, đặc biệt là trẻ em. Các chế phẩm y học cổ truyền (TCM) thường là các bài thuốc phối hợp chứa nhiều thành phần đắng. Hơn nữa, phần lớn TCM tồn tại ở dạng lỏng như thuốc nước uống hoặc thuốc sắc. Các phân tử dược chất đắng hòa tan trong nước có thể nhanh chóng gắn với các thụ thể vị đắng như TAS2R10 trong các nụ vị giác ở khoang miệng, từ đó tạo cảm giác đắng [31].
Hiện nay, mặc dù đã có nhiều kỹ thuật che giấu vị được báo cáo, nhưng việc bổ sung chất tạo ngọt hoặc hương liệu để kích thích các giác quan khác vẫn là phương pháp chính để che vị trong TCM [6]. Các chất tạo ngọt gắn vào thụ thể vị ngọt trong miệng và kích thích não tạo cảm giác ngọt [32]. Tuy nhiên, sau khi uống thuốc đắng, não sẽ đồng thời nhận cả tín hiệu vị ngọt và vị đắng, làm cho cảm nhận vị trở nên phức tạp hơn, đặc biệt với những thành phần cực kỳ đắng trong TCM, thậm chí có thể làm vị trở nên khó chịu hơn [33].
Đối với các thuốc đắng đơn thành phần, việc che giấu vị ở cấp độ phân tử bằng các phương pháp như vi bao, tiền thuốc (prodrug) hoặc biến đổi hóa học có thể mang lại hiệu quả tốt hơn so với việc thêm chất tạo ngọt. Tuy nhiên, các kỹ thuật này không hiệu quả đối với TCM chứa nhiều thành phần đắng. Do đó, cần nghiên cứu sâu cơ chế tương tác giữa vật liệu che vị và các phân tử dược chất đắng, cũng như cơ chế che vị, để đạt được hiệu quả che giấu vị ở cấp độ phân tử cho các bài thuốc Đông y.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vị đắng chủ yếu được tạo ra do sự tương tác giữa các nhóm ái nhân (như -OH, -C-O-C-, và -C=O) của dược chất đắng với các thụ thể vị đắng trong khoang miệng. Sự tương tác này kích hoạt một chuỗi truyền tín hiệu từ tế bào vị giác đến não, từ đó tạo ra cảm nhận vị đắng [26,34,35].
Dựa trên cơ chế hình thành vị đắng, nghiên cứu này giả định rằng: nếu vật liệu che vị có thể ngăn cản sự gắn kết giữa các nhóm gây đắng của dược chất với thụ thể vị đắng trong miệng, thì có thể đạt được hiệu quả che giấu vị rất tốt.
Trong nghiên cứu này, berberin (BER) thuộc nhóm alkaloid và phillyrin (PHI) thuộc nhóm flavonoid glycoside được lựa chọn làm mô hình cho các dược chất đắng trong TCM. Chitosan (CS), một vật liệu tự nhiên có tính tương thích sinh học cao và chứa nhiều nhóm chức như hydroxyl và amino, được chọn làm vật liệu che vị nhằm che giấu vị đắng ở cấp độ phân tử.
Đầu tiên, cơ chế che giấu vị của CS đối với các dược chất đắng như BER và PHI được nghiên cứu thông qua mô phỏng phân tử (MS, DS) kết hợp với các phân tích DSC, XRD và FTIR. Dựa trên kết quả thu được, giả thuyết được đưa ra rằng CS có thể cải thiện vị của BER và PHI thông qua các cơ chế sau:
- Cơ chế chính (quan trọng nhất):
CS có khả năng tạo liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl hoặc hydro của nó với các nhóm ái nhân của dược chất đắng. Nhờ đó, CS ngăn cản sự gắn kết giữa dược chất đắng với thụ thể vị đắng TAS2R10, đặc biệt là tại vị trí gắn TRP88, từ đó làm giảm cảm nhận vị đắng. - Cơ chế bổ sung:
CS có thể bao bọc một phần các phân tử dược chất đắng, tạo hàng rào vật lý hạn chế tiếp xúc với thụ thể vị. - Cơ chế biến đổi hóa học nhẹ:
Kết quả cũng cho thấy có thể hình thành nhóm carbonyl mới giữa nhóm amino của CS và nhóm hydroxyl của phân tử đắng. Điều này làm giảm khả năng nhóm hydroxyl của dược chất liên kết với thụ thể vị đắng thông qua liên kết hydro trong khoang miệng.
Dựa trên cơ chế che giấu vị của CS đối với BER và PHI đã được nghiên cứu, chúng tôi suy đoán rằng CS không chỉ có thể che giấu vị khó chịu của các dược chất đơn lẻ như BER và PHI, mà còn có thể có hiệu quả tốt đối với nhiều thành phần đắng khác nhau, thậm chí là hỗn hợp của hai hoặc nhiều dược chất có chứa các nhóm ái nhân.
Kết quả mô phỏng bằng phần mềm MS trong nghiên cứu này (Hình 6) cũng cho thấy CS có thể tạo liên kết hydro với các flavonoid glycoside khác như quercetin, rutin, amygdalin và baicalin, từ đó cản trở sự gắn kết của các dược chất này với thụ thể vị đắng.
Kết quả đánh giá che giấu vị in vitro bằng “lưỡi điện tử” cũng cho thấy CS có hiệu quả tốt trong việc che giấu vị đắng của BER, PHI và hỗn hợp của hai chất này (BER-PHI).
Kết quả mô phỏng bằng phần mềm DS cho thấy năng lượng tương tác giữa CS và thụ thể vị đắng TAS2R10 thấp hơn nhiều so với năng lượng tương tác giữa các dược chất đắng (BER hoặc PHI) với thụ thể này. Tất cả các kết quả trên cho thấy CS có tiềm năng che giấu hiệu quả vị đắng của các bài thuốc Đông y chứa nhiều thành phần đắng ở cấp độ phân tử.
Các kết quả về giải phóng thuốc in vitro và dược động học in vivo trong nghiên cứu này cũng cho thấy rằng mặc dù CS có khả năng che giấu vị rất tốt đối với dược chất (BER, PHI hoặc BER-PHI), nhưng không ảnh hưởng đến sự giải phóng thuốc trong dạ dày và không làm thay đổi đặc tính dược động học của dược chất trong cơ thể.
5. Kết luận
Nhìn chung, CS có khả năng che giấu vị đắng tốt và không mang tính chọn lọc đối với dược chất đắng, điều này khiến nó trở thành một vật liệu che vị an toàn và có phổ ứng dụng rộng.
Mặc dù trong nghiên cứu này chỉ sử dụng BER và PHI làm mô hình, nhưng công nghệ che giấu vị này có thể mở rộng để che giấu vị khó chịu của tất cả các dược chất đắng thuộc nhóm flavonoid glycoside và alkaloid.
Quan trọng hơn, công nghệ này còn có thể được sử dụng để cải thiện vị của các chế phẩm y học cổ truyền.
Kỹ thuật che giấu vị trong nghiên cứu này có thể mang lại một hướng đi mới trong việc che giấu vị cho các bài thuốc Đông y, đặc biệt là các dung dịch uống dành cho trẻ em, từ đó giúp cải thiện đáng kể mức độ tuân thủ điều trị của bệnh nhi.
https://www.mdpi.com/1420-3049/27/21/7455
Như vậy có thể chiết riêng phần dược liệu đắng rồi xử lý bằng chitosan