Xây dựng các mô hình toán học nhằm xác định phân lớp sinh dược của một số thuốc

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
1.1. Đại cương hấp thu thuốc tại ruột .............................................................................. 3
1.1.1. Hấp thu qua đường ruột và sinh khả dụng của thuốc đường dùng uống .......... 4
1.1.2. Các cơ chế vận chuyển thuốc qua niêm mạc ruột ............................................ 5
1.2. Mô hình thực nghiệm nghiên cứu hấp thu thuốc tại ruột ......................................... 8
1.2.1. Mô hình in vivo ................................................................................................. 8
1.2.2. Mô hình in situ .................................................................................................. 8
1.2.3. Mô hình in vitro ................................................................................................ 9
1.3. Hệ thống phân lớp sinh dược học (BCS) ............................................................... 14
1.3.1. Nguồn gốc và khái niệm ................................................................................. 14
1.3.2. Các tiêu chí phân nhóm của BCS ................................................................... 15
1.3.3. Ứng dụng của BCS ......................................................................................... 18
1.4. Tổng quan về mô hình tương quan định lượng tính chất cấu trúc (QSPR) ........... 22
1.4.1. Đại cương về QSPR ........................................................................................ 23
1.4.2. Mô hình QSPR dự đoán độ tan ....................................................................... 24
1.4.3. Mô hình QSPR dự đoán tính thấm ................................................................. 25
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 27
2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................. 27
2.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 30
2.2.1. Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu các thuốc với các thông tin dược lý và sinh dược
học ............................................................................................................................. 30
2.2.2. Tiền phân lớp trên BCS (pBCS) ..................................................................... 35
2.2.3. Xây dựng và tối ưu các mô hình toán học về mối tương quan định lượng cấu
trúc – tính chất (QSPR) nhằm phân lớp độ thẩm thấu và độ tan cho các thuốc trong
cơ sở dữ liệu đã được xây dựng theo quy ước của BCS ........................................... 36
2.2.4. Kết hợp các mô hình QSPR độ tan và tính thấm nhằm xác định phân lớp trên

BCS ........................................................................................................................... 42
2.2.5. Sử dụng các mô hình xây dựng để dự đoán phân lớp trên BCS của một số
thuốc khác ................................................................................................................ 42


CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................... 44
3.1. Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu các thuốc với các thông tin dược lý và sinh dược học ...
...........................................................................................................................................
....................................................................................................................................... 44
3.1.1. Sàng lọc các thuốc ......................................................................................... 44
3.1.2. Tra cứu thông tin dược lý và sinh dược của các thuốc trong CSDL-1 ........... 44
3.1.3. Tính toán các đặc điểm hóa lý liên quan đến cấu trúc các thuốc trong CSDL-1
.................................................................................................................................. 46
3.2. Tiền phân lớp trên BCS (pBCS) ............................................................................ 46
3.2.1. Phân nhóm độ tan trên pBCS.......................................................................... 46
3.2.2. Phân nhóm tính thấm trên pBCS .................................................................... 48
3.2.3. Phân nhóm pBCS từ kết quả phân nhóm độ tan và tính thấm ........................ 52
3.3. Mô hình QSPR phân lớp pBCS từ cấu trúc hóa học .............................................. 60
3.3.1. Mô hình phân loại độ tan ................................................................................ 60
3.3.2. Mô hình phân loại tính thấn ............................................................................ 62
3.3.3. Kết hợp các mô hình QSPR độ tan và tính thấm nhằm xác định phân lớp trên
BCS ........................................................................................................................... 67
3.4. Sử dụng các mô hình xây dựng để dự đoán phân lớp trên BCS của một số thuốc
khác ............................................................................................................................... 67
CHƯƠNG IV. BÀN LUẬN ........................................................................................ 74
4.1. Bàn luận về phương pháp nghiên cứu .................................................................... 75
4.1.1. Ưu điểm của phương pháp nghiên cứu ........................................................... 75
4.1.2. Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu .................................................... 77
4.2. Bàn luận về kết quả nghiên cứu ............................................................................ 78
4.2.1. Phân nhóm độ tan trên pBCS.......................................................................... 78

4.2.2. Phân nhóm tính thấn pBCS............................................................................. 79
4.2.3. Phân nhóm pBCS từ kết quả phân nhóm độ tan và tính thấm ........................ 80
4.2.4. Mô hình QSPR phân lớp pBCS từ cấu trúc hóa học ...................................... 82
4.2.5. Sử dụng các mô hình xây dựng để dự đoán phân lớp BCS của một số thuốc
khác ........................................................................................................................... 84
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 86
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................. 87
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BCS

Hệ thống phân lớp sinh dược học (Biopharmaceutics
classification system)

BDDCS

Hệ thống phân loại sinh dược học cho các thuốc chuyển hóa
(Biopharmaceutics drug disposition classification system)

MTTĐSH

Miễn thử tương đương sinh học (Biowaiver)

QSPR

Mối tương quan định lượng cấu trúc – tính chất (Quantitative
structure-property relationship)

F

Sinh khả dụng

Fg

Tỷ lệ thuốc không bị chuyển hóa tại ruột

Fa

Phần trăm hấp thu

Fh

Tỷ lệ thuốc không bị chuyển hóa qua gan

P-pg

P-glycoprotein

ka

Hằng số tốc độ hấp thu

USP

Dược điển Hoa Kỳ (The United States Pharmacopeia)

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DMTTY-VI

Danh mục thuốc thiết yếu lần VI

CSDL-1

Cơ sở dữ liệu 1

AUC

Diện tích dưới đường cong

AURC

Diện tích dưới đường cong ROC

TĐSH

Tương đương sinh học

Papp

Hệ số thấm biểu kiến

Do

Số liều

Smin

Độ tan nhỏ nhất

Dmax

Liều đối ta

pBCS

Tiền phân nhóm BCS


ROC

Đường cong đặc trưng hoạt động của bộ thu nhận (receiver
operating characteristic curve)

IVIVC

Tương quan in vitro – in vivo

FDA

Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug
Administration)

WHO

Tổ chức Y tế Thế giới (World Healthe Oraganization)

EMA

Cơ sở quản lý thuốc châu Âu (European Medicines Agency)

ADME

Hấp thu, phân bố, chuyển hóa và thải trừ (Absorption,
Distribution, Metabolism and Excretion)


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. IVIVC của mô hình Caco-2 ........................................................................... 13
Bảng 1.2. Sơ đồ của Hệ thống phân lớp sinh dược học (BCS) ...................................... 14
Bảng 2.1. Danh sách 25 thuốc trong Phụ lục số 8 về MTSH năm 2006 của WHO. ..... 27
Bảng 2.2. Quy ước độ tan dược chất từ dạng định tính. ................................................ 32
Bảng 2.3. Ma trận nhầm lẫn ........................................................................................... 40
Bảng 3.1. Ma trận mờ đánh giá tính chính xác của phương pháp pBCS so với công bố
của WHO. ....................................................................................................................... 55
Bảng 3.2. Đặc điểm lý hoá của các thuốc trong từng phân nhóm trên pBCS................ 58
Bảng 3.3. Kết quả của 3 mô hình tốt nhất phân nhóm độ tan trên Pbcs ........................ 61
Bảng 3.4. Kết quả của 3 mô hình tốt nhất phân nhóm tính thấm trên pBCS ................. 63
Bảng 3.5. Lý giải (định nghĩa theo tiếng Anh) các tham số tính toán bởi Dragon và
Volsurf+ được sử dụng để xây dựng mô hình trong Bảng 3.3 và 3.4 ............................ 64
Bảng 3.6. Ma trận mờ đánh giá tính chính xác của mô hình dự đoán phân nhóm pBCS
........................................................................................................................................ 67
Bảng 3.7 Ngoại kiểm cho 25 thuốc (không tìm thấy số liệu thấm qua màng Caco-2) có
mặt trong DMTTY-WHO .............................................................................................. 70
Bảng 3.8. Độ chính xác trong dự đoán phân nhóm BDDCS sử dụng mô hình dự đoán

pBCS .............................................................................................................................. 71
 


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ lược quá trình hấp thu của thuốc qua đường tiêu hóa................................. 3
Hình 1.2. Các cơ chế vận chuyển thuốc qua niêm mạc ruột ............................................ 5
Hình 1.3 Ưu nhược điểm của các mô hình thực nghiệm trong dự đoán hấp thu và sinh
khả dụng của thuốc uống trên người. ............................................................................. 10
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình chung xây dựng mô hình QSPR dự đoán phân lớp tính thấm
và độ tan theo BCS. ........................................................................................................ 38
Hình 2.2. Sơ đồ phân lớp các thuốc trên hệ thống BCS sử dụng kết quả đầu ra của các
mô hình QSPR phân lớp độ tan và tính thấm................................................................. 42
Hình 3.1. Tương quan giữa D0 với độ tanthấp nhất và liều tối đa theo tiêu chí đánh giá
của BCS. ......................................................................................................................... 47
Hình 3.2. (A) Tương quan sigmoid giữa hệ số thấm Caco-2 (Papp) và phần trăm hấp
thu (Fa) trên người; (B) Đường cong ROC cho mô hình với phân nhóm tính thấm BCS
theo tiêu chí của WHO (Fa ≥ 85%); (C) Đường cong ROC cho mô hình với phân nhóm
tính thấm BCS theo tiêu chí của FDA (Fa ≥ 90%). Độ nhạy (Sentivity), độ đặc hiệu
(Specificity)..................................................................................................................... 49
Hình 3.3. So sánh giữa các phương pháp phân loại tính thấm theo BCS và pBCS sử
dụng các tính chất hóa lý được tính toán: MLogP, LogDpH=7,5 và TPSA(Tot) với tiêu
chí phân nhóm dựa trên giá trị Fa (A1, B1, C1). Tương tự so sánh với phân loại theo
tính thấm Caco-2 (A2, B2, C2). ..................................................................................... 51
Hình 3.4. Mối quan hệ giữa phần trăm hấp thu tại ruột (A1), tính thấm qua Caco-2
(A2) và hệ số tỷ lệ tống thuốc. Các ghi chú của đường chấm màu hồng và màu xanh và
đường liền đỏ liên tục xem ở Hình 3.2. Các đường chấm màu xám và đường liền màu
xám tương ứng hai tiêu chí để xác định tình trạng cơ chất (ES và NES) theo dữ liệu in
vitro. ............................................................................................................................... 56
Hình 3.5. Tỷ lệ phân bố trên pBCS của các thuốc thuộc các nhóm tác dụng ................ 57

Hình 3.6: Đường cong ROC cho các mô hình độ tan .................................................... 61
Hình 3.7: Đường cong ROC cho các mô hình tính thấm ............................................... 64
Hình 3.8. Miền xác định (hình chữ nhật bên trái) được định nghĩa bởi tập xác định, đồ
thị William cho tập ngoại kiểm 25 thuốc đã phân nhóm BCS bởi WHO và 675 thuốc
với phân nhóm BDDCS ................................................................................................. 68


Hình 3.9.Miền xác định (hình chữ nhật bên trái) được định nghĩa bởi tập xác định, đồ
thị William cho tập ngoại kiểm là CSDL gồm 37202 thuốc từ WOMBAT-PK............ 69
Hình 3.10. So sánh sự phân phối của phân nhóm PBC máy tính của các thuốc lưu hành
rồi, các hợp chất trong giai đoạn phát triển thuốc khác nhau (pha 1, 2, 3) và các hợp
chất có hoạt tính sinh học micromolar (W6) và nanomolar (W9). ................................ 73


ĐẶT VẤN ĐỀ
Nghiên cứu và phát triển thuốc là một quá trình rất khó khăn, tốn kém cả về thời
gian và tiền bạc. Ước tính phải mất 15 năm để đưa một hoạt chất mới ra thị trường, với
chi phí trong khoảng 800 triệu – 1,7 tỷ USD [37]. Tuy nhiên, tỷ lệ thành công của các
nghiên cứu phát triển thuốc lại rất thấp. Mỗi năm có hàng triệu hợp chất được thử
nghiệm bởi các công ty dược trên toàn thế giới nhưng số lượng thuốc mới đến được với
thị trường chỉ vỏn vẹn khoảng 25 đầu thuốc [14]. Một trong những nguyên nhân chính
gây nên hiệu suất thấp của quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc là vì các ứng viên
mới không thỏa mãn các tiêu chí về dược động học cần thiết. Do đó, các nhà nghiên
cứu đã và đang cố gắng tìm ra các phương pháp mới nhằm sàng lọc loại bỏ các thuốc
có dược động học không phù hợp, trước khi tiếp tục thực hiện các thử nghiệm lâm
sàng.
Hấp thu là giai đoạn đầu tiên trong quá trình dược động học của thuốc, nghiên cứu
về hấp thu có vai trò to lớn trong việc sàng lọc các thuốc tiềm năng, đặc biệt đối với
các thuốc dùng đường uống. Trong các yếu tố quan trọng quyết định khả năng hấp thu
của các thuốc dùng theo đường uống phải kể đến tính thấm qua thành ruột và độ tan

trong nước của chúng. Hai yếu tố này đã được chọn làm cơ sở phân loại cho hệ thống
phân lớp sinh dược học (Biopharmaceutics classification system), viết tắt là BCS [81].
BCS là hệ thống khoa học phân loại các thuốc dùng đường uống được dựa trên độ
hòa tan trong nước (tương ứng với liều lượng) và mức độ hấp thu của chúng. Từ phân
loại trên BCS, ta có thể thiết lập cơ sở khẳng định tương đương sinh học (TĐSH) của
thuốc thông qua thử nghiệm độ hòa tan in vitro mà không cần sử dụng các dữ liệu lâm
sàng hiện dùng [40]. Chính vì vậy, trong 10 năm từ 2000 đến 2009, Cục quản lý thực
phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (The US Food and Drug Administration – US FDA), Cơ
quan quản lý thuốc châu Âu (European Medicines Agency – EMA) và Tổ chức Y tế thế
giới (World Health Organization – WHO) đã chính thức sử dụng BCS trong các văn
bản hướng dẫn cho ngành Công nghiệp Dược và các nghiên cứu phát triển thuốc gốc

1 
 


(thuốc generic) trong chứng minh và cấp phép cho các thuốc uống dạng rắn giải phóng
tức thời được miễn thử in vivo về sinh khả dụng (Bioavailability) và tương đương sinh
học (Bioequivalence). Các sản phẩm như thế được gọi là thuốc miễn thử tương đương
sinh học (Biowaiver), tạm viết tắt là MTTĐSH [32].
Mặc dù ứng dụng của BCS trong nghiên cứu và phát triển thuốc, đặc biệt là trong
công tác chứng minh MTTĐSH đã được biết đến trong hai thập kỷ qua, hệ thống này
vẫn chưa nhận được sự quan tâm đúng mức từ những nhà khoa học Việt Nam làm việc
trong các lĩnh vực quản lý, sản xuất cũng như nghiên cứu cơ bản về Dược. Vì vậy, với
mong muốn mở rộng nghiên cứu về MTTĐSH cũng như ứng dụng các kỹ thuật tiên
tiến của thế giới trong phân lớp BCS vào Việt Nam, chúng tôi đã đưa ra một cách tiếp
cận mới là xây dựng các mô hình toán học có khả năng dự đoán BCS với độ chính xác
cao, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian nhằm hỗ trợ cho các nghiên cứu trong nước về
sinh khả dụng và tương đương sinh học.
Đề tài có tiêu đề: “Xây dựng các mô hình toán học nhằm xác định phân lớp sinh

dược của một số thuốc”.
Đề tài có 3 mục tiêu như sau:
Mục tiêu :
1-Thu thập bộ cơ sở dữ liệu tích hợp đầy đủ các thông tin về liều lượng, độ tan
(trong từng khoảng pH), phần trăm hấp thu qua ruột người và tiền phân lớp trên BCS
của các thuốc có mặt trong danh mục thuốc thiết yếu lần VI do Bộ Y tế ban hành. [Ban
hành kèm theo Thông tư số 45/2013/TT-BYT ngày 26 tháng 12 năm 2013 của Bộ
trưởng Bộ Y tế]
2- Xây dựng và thẩm định các mô hình toán học về mối tương quan định lượng
cấu trúc-tính chất(QSPR) nhằm phân lớp độ thẩm thấu và độ tan cho các thuốc trong
cơ sở dữ liệu đã được xây dựng theo quy ước của BCS.
3-Sử dụng các mô hình xây dựng được để phân lớp các thuốc khác theo BCS.

2 
 


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. ĐẠI CƯƠNG HẤP THU THUỐC TẠI RUỘT
Hấp thu là sự xâm nhập của thuốc vào vòng tuần hoàn chung của cơ thể. Quá trình
hấp thu thuốc qua đường tiêu hóa là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng của hàng
loạt các yếu tố sinh lý trong cơ thể, các đặc tính hóa lý của hợp chất thuốc cũng như
dạng bào chế của thuốc [88]. Hình 1.1 minh họa cho các quá trình của thuốc ở dạng
rắn, giải phóng ngay, từ sau khi uống cho đến khi xâm nhập vào vòng tuần hoàn chung
cơ thể.
Dạng bào chế
Tan rã
Tinh thể
hoặc khối

kết tụ
Hòa tan

Hệ thống tuần hoàn
trong cơ thể

Các phân tử thuốc
đã hòa tan, sẵn
sàng để hấp thu

Thành ruột

Gan

Mật

Bơm tống xuất thuốc

Chuyển hóa
Bài tiết

Thải trừ

Hình 1.1. Sơ lược quá trình hấp thu của thuốc qua đường tiêu hóa tới hệ thống
tuần hoàn chung với ba quá trình chính (hòa tan phân tử thuốc, thấm qua màng tế bào
thành ruột và quá trình chuyển hóa bước một tại gan và ruột).

3 
 

Quá trình hấp thu thuốc qua đường tiêu hóa chủ yếu diễn ra tại dạ dày, ruột non và
một số thuốc được hấp thu tại ruột già, hầu như thuốc không hấp thu qua khoang miệng
trừ một số thuốc dạng viên ngậm hay đặt dưới lưỡi có thể hấp thu nhanh chóng qua hệ
mao mạch phong phú nằm trên niêm mạc miệng đặc biệt là vùng dưới lưỡi.
Sau khi uống thuốc nhanh chóng được chuyển xuống dạ dày. Niêm mạc dạ dày
chủ yếu là niêm mạc tiết, không có nhung mao, khe hở giữa các tế bào biểu mô rất hẹp,
hệ thống mao mạch ít hơn nhiều ở ruột non, pH thấp (1-3), vì thế chỉ những thuốc có
bản chất acid yếu (VD: thuốc ngủ barbituric, các salicylat…), hoặc một số thuốc có hệ
số phân bố lipid/nước cao mới được hấp thu qua niêm mạc dạ dày.
Ruột non là nơi hấp thu tốt nhất với hầu hết các thuốc đường uống. Ruột non được
chia thành 3 phần: tá tràng, hỗng tràng, hồi tràng. Khu vực hấp thu chính của thuốc
trên ruột non phụ thuộc vào các đặc tính hóa lý của thuốc, công thức thuốc, pH, các
kênh vận chuyển trên từng phần của ruột non. Chỉ những thuốc tan trong dịch tiêu hóa
mới có thể hấp thu. Tại thành ruột, thuốc phải vượt qua hàng loạt các rào cản sinh lý
cản trở hấp thu và được vận chuyển theo nhiều cơ chế khác nhau để xâm nhập vào hệ
mao mạch mạc treo, theo máu đi vào tĩnh mạch cửa gan, đến đây thuốc được coi là đã
hấp thu [1].
1.1.1. Hấp thu qua đường ruột và sinh khả dụng của thuốc dùng đường uống
Hấp thu qua thành ruột hay phần trăm hấp thu (fraction absorbed, ký hiệu Fa) được
định nghĩa là lượng thuốc đi qua các tế bào mô ruột, vào tĩnh mạch cửa tới gan dưới
dạng không thay đổi. Đây là yếu tố đầu tiên, quan trọng quyết định sinh khả dụng của
thuốc dùng đường uống (oral bioavailability, ký hiệu F). Nhìn chung, để xác định
được giá trị của F, cần xác định được Fa, cùng tỷ lệ thuốc không bị chuyển hóa tại ruột
(Fg) và tỷ lệ thuốc không bị chuyển hóa qua gan (Fh) [1] . Mối liên hệ này được biểu
diễn trong phương trình (1.1):
F  Fa  Fg  Fh

(1.1)

4 
 


Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hơn một nửa các thuốc có sinh khả
dụng và độ hấp thu qua thành ruột tương tự nhau [118]. Wang và Hou, trong nghiên
cứu gần đây trên 510 thuốc đã xác định cả F và Fa, đã tính được hệ số tương quan giữa
2 thông số này là 0,63 [118]. Đồng thời các tác giả cũng chỉ ra rằng chỉ những thuốc có
Fa – F ≥ 20%, chuyển hóa bước một mới thực sự có ý nghĩa với sinh khả dụng. Đây là
một thuận lợi cho quá trình nghiên cứu phát triển thuốc mới, vì dự đoán sinh khả dụng
đường uống in vivo là rất khó khăn do ảnh hưởng của nhiều quá trình phức tạp, ví dụ
như chuyển hóa thuốc tại gan.
1.1.2. Các cơ chế vận chuyển thuốc qua niêm mạc ruột

Hình 1.2. Các cơ chế vận chuyển thuốc qua niêm mạc ruột
1.1.2.1. Khuếch tán thụ động
Khuếch tán thụ động hay sự thấm là quá trình thuốc khuếch tán từ nơi có nồng độ
cao đến nơi có nồng độ thấp. Sự khuếch tán thụ động của thuốc tuân theo định luật
Fick. Hai con đường của khuếch tán thụ động là khuếch tán qua màng tế bào
(transcellular) và khuếch tán qua kẽ tế bào (paracellular). Trong khuếch tán qua màng
tề bào, phân tử thuốc thấm qua các tế bào đỉnh của biểu mô ruột, khuếch tán qua bào
tương bên trong tế bào, cuối cùng khuếch tán qua màng đáy và hấp thu vào máu. Các
phân tử thuốc có kích thước nhỏ, thân dầu được khuếch tán nhanh chóng vào máu theo
cơ chế này. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh phần lớn các thuốc được vận chuyển theo

5 
 


con đường thấm qua các tế bào đỉnh của biểu mô ruột. Vì thế các mô hình thực nghiệm

và lý thuyết mô phỏng vận chuyển thuốc theo cơ chế này thường được quan tâm đặc
biệt.
Khác với khuếch tán qua màng tề bào, khuếch tán qua kẽ tế bào là hình thức
khuếch tán qua khoảng kẽ giữa hai tế bào biểu mô niêm mạc ruột, thích hợp với các
phân tử thuốc nhỏ, các cation, các thuốc thân nước (khối lượng phân tử < 200 Dalton
và logP < 0). Do khoảng kẽ giữa hai tế bào biểu mô chỉ chiếm một diện tích bề mặt nhỏ
(0,1% - 0,01% diện tích màng ruột), càng về phần phía sau của ruột non các khoảng kẽ
càng thu hẹp, vì vậy hình thức và khuếch tán qua kẽ tế bàokhông có nhiều vai trò đối
với sự hấp thu thuốc qua đường tiêu hóa.
1.1.2.2. Vận chuyển tích cực
Vận chuyển tích cực là hình thức vận chuyển thuốc qua màng tế bào có sử dụng
các chất mang trung gian (carrier mediated transport) là các phân tử protein nằm phía
ngoài màng tế bào. Đây là một quá trình hoạt động cần năng lượng từ ATP, không tuân
theo định luật Fick, khác với cơ chế vận chuyển khuếch tán thụ động. Đặc trưng của
các chất mang này là tính đặc hiệu, mỗi chất mang chỉ vận chuyển những cơ chất có
cấu trúc phù hợp. Những kênh vận chuyển trên màng tế bào làm tăng nồng độ thuốc
bên trong tế bào gọi là các influx transporter (kênh vận chuyển thuốc), ngược lại các
kênh vận chuyển thuốc làm giảm nồng độ thuốc bên trong tế bào gọi là các efflux
transporter (bơm tống xuất thuốc). Một sự khác biệt lớn giữa vận chuyển tích cực và
khuếch tán thụ động là các chất mang trong cơ chế vận chuyển tích cực sẽ đạt trạng
thái bão hòa khi lượng cơ chất dồi dào. Trạng thái bão hòa trong vận chuyển tích cực
dẫn đến sự phi tuyến tính của quá trình hấp thu, và có thể ảnh hưởng đến các quá trình
dược động học khác của thuốc.
Ở người các chất vận chuyển có bản chất là di/tri-peptide transporter (hPepT1)
nằm ở đỉnh tế bào màng ruột. Những chất vận chuyển hPepT1 tạo điều kiện cho sự hấp
thu một số thuốc ở ruột thuốc như các kháng sinh beta lactam, và các chất ức chế
angitension. Một số chất vận chuyển có bản chất là các polypeptide ở người có vai trò
6 
 

vận chuyển các anion hữu cơ được tìm thấy ở ruột và đại tràng cụ thể là OATP-B
(SLC21A9), OATP-D (SLC21A11) và OATP-E (SLC21A12). Trong ruột non và đỉnh
màng tế bào Caco-2 có mặt các chất vận chuyển cation hữu cơ (SLC22A), OCTN2
(SLC22A5). Tuy nhiên, trên lâm sàng tầm quan trọng của OCTN2 đối với sự hấp thu
của thuốc không được rõ. Hệ thống vận chuyển các nucleoside, axit amin, glucose và
acid mật cũng hiện diện trong ruột.
Khi nhắc đến cơ chế vận chuyển tích cực, không thể không nhắc đến Pglycoprotein (P-gp). Đây là một loại chất vận chuyển hoạt động như những rào cản
sinh lý có vai trò tống xuất các chất độc, bao gồm cả thuốc ra khỏi tế bào [67]. P-gp có
mặt ở khắp các tổ chức trong cơ thể, chủ yếu được tìm thấy trong các tế bào biểu mô có
vai trò bài tiết bao gồm các tế bào biểu mô lót ruột già, ruột non, tế bào tụy, tuyến
thượng thận, tế bào nội mô mạch máu, gan, não, và biểu hiện hoạt động quá mức trên
các tế bào ung thư. Ở người P-gp có 2 loại, loại I (MDR1/ABCB1) là một kênh vận
chuyển thuốc, trong khi loại II (MDR2/3/ABCB4) vận chuyển phosphatidylcholine vào
đường mật. Hàng trăm cơ chất (thường là các chất kỵ nước, có trọng lượng phân tử
250-1850 Dalton) có cấu trúc đa dạng có thể bị các P-gp vận chuyển ra khỏi tế bào như
các thuốc chống ung thư, ức chế miễn dịch, kích thích tố steroid, thuốc chẹn kênh
canxi, thuốc chẹn beta-adrenoreceptor, glycosid tim….[15]. Do đó làm giảm sinh khả
dụng đường uống và thời gian lưu của phần lớn các thuốc trong cơ thể [46]. Các biện
pháp ức chế hoạt động của các P-gp nhằm tăng sinh khả dụng của thuốc đã được phát
triển nhằm tối ưu hiệu quả sử dụng thuốc (VD : các thuốc trong hóa trị liệu ung thư). Pgp có thể bị ức chế theo 3 cơ chế: 1/ Cạnh tranh vị trí gắn (atorvastatin cạnh tranh với
digoxin gắn vào P-gp làm tăng nồng độ digoxin khi uống hai thuốc này cùng nhau); 2/
Thủy phân ATP làm mất năng lượng hoạt động của các P-gp; 3/ Thay đổi cấu trúc toàn
vẹn của màng tế bào [2, 71].

7 
 


1.2. MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU HẤP THU THUỐC TẠI RUỘT

Trong thực nghiệm, Fa có thể được xác định trực tiếp bằng mô hình động vật thí
nghiệm in vivo hoặc tính toán gián tiếp từ các thông số hấp thu đo được trên các mô
hình cơ quan cô lập in situ hay trong ống nghiệm in vitro.
1.2.1. Mô hình in vivo
Các mô hình in vivo cho kết quả chính xác nhất vì phản ánh đầy đủ quá trình sinh
lý trong cơ thể. Để tìm hiểu thêm về loại mô hình in vivo, chúng tôi tiến hành khảo sát
cơ sở dữ liệu BIOSIS Preview ® và thấy rằng, trong gần 5000 nghiên cứu đã được công
bố về sinh khả dụng đường uống từ năm 2000 đến 2009, gần nửa (2471) sử dụng mô
hình in vivo. Trong đó, có tới 45,4% nghiên cứu được thực hiện trên người, 33,9% trên
chuột nhắt và 11,4% trên chuột cống. Phần nhỏ còn lại là các nghiên cứu trên mô hình
động khác như chó, thỏ và linh trưởng … (tham khảo thêm www.harlan.com). Những
con số này cho thấy vai trò quan trọng của mô hình in vivo và nhất là các mô hình
nghiên cứu trên chuột. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, các mô hình được thực hiện trên
động vật thường phức tạp và đòi hỏi lượng thuốc thử cao hơn lượng sẵn có trong giai
đoạn đầu của nghiên cứu. Đồng thời, việc thử không chọn lọc thuốc trên động vật
không chỉ tiêu tốn nhiều thời gian và tiền bạc mà còn dễ bị phản đối về mặt đạo đức
[55].
1.2.2. Mô hình in situ
Trong các mô hình thực nghiệm, in situ có thể được xem là mô hình trung gian
giữa in vivo và in vitro. Trong mô hình này, khoang bụng của động vật thí nghiệm
được bộc lộ. Các đoạn ruột khác nhau có thể được cô lập với các cơ quan khác. Để
thuận tiện trong định lượng, các thí nghiệm thường được thiết kế nhằm đánh giá biến
thiên nồng độ thuốc tại vị trí hấp thu. Phương pháp này có ưu thế so với in vitro là duy
trì được tưới máu, cho phép lấy mẫu chủ động do đó có thể áp dụng nghiên cứu nhiều
cơ chế hấp thu khác nhau. Ngoài ra, mô hình tương đối đơn giản trong khâu mổ và lấy

8 
 

mẫu, chi phí và thời gian nghiên cứu thấp hơn so với mô hình in vivo truyền thống
[41]. Hiện nay có hai mô hình in situ được sử dụng rộng rãi nhất, đó là mô hình vòng
lặp khép kín của Doluiso [38] và mô hình bước đơn (vòng lặp mở) của Higuchi [49].
Hai trong số các thông số đặc trưng cho quá trình hấp thu được sử dụng nhiều khi
triển khai mô hình in situ là hằng số tốc độ hấp thu tính theo động học bậc 1 (ka) và hệ
số thấm biểu kiến (Papp). Giá trị của ka được tính toán dựa trên biến thiên nồng độ
thuốc tại vị trí hấp thu theo thời gian. Tuỳ thuộc vào cơ chế hấp thu, công thức tính ka
được điều chỉnh thông qua các biến đổi toán học. Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh
được cả ka lẫn Papp đều có tương quan khá rõ với Fa. Thậm chí ka được xem là cũng có
tương quan với sinh khả dụng [70]
Tuy nhiên, giả thiết của mô hình in situ dựa trên tương quan giữa nồng độ thuốc
trong lòng ruột và tại tĩnh mạch cửa nhìn chung còn thiếu chính xác nếu thuốc được
hấp thu theo cơ chế chủ động nhờ chất mang, hoặc với các thuốc thân dầu được hấp thu
thông qua hệ bạch huyết.
1.2.3. Mô hình in vitro
Sự ra đời của các phương pháp in vitro đã hỗ trợ, thậm chí có thể thay thế các
phương pháp in vivo trong nghiên cứu dự đoán hấp thu và tính thấm của thuốc qua
màng sinh học [89]. Các mô hình in vitro bao gồm mô hình màng thấm (VD. Màng
thấm nhân tạo song song PAMPA) và mô hình nuôi cấy tế bào (VD. Tế bào dòng thận
chó MDCK hay biểu mô ung thư ruột kết trên người Caco-2) hiện đang được sử dụng
ngày càng rộng rãi trong nghiên cứu và phát triển thuốc mới [33]. Nhìn chung, so với
phương pháp in vivo, mô hình in vitro trong xác định tính thấm qua màng có những lợi
thế sau: (i) cần lượng thuốc thử ít hơn, (ii) quy trình nhìn chung đơn giản hơn, (iii)
“tránh” vấp phải các vấn đề liên quan đến đạo đức, (iv) cho phép nghiên cứu tách rời
các cơ chế hấp thu, (v) nhanh và có tính kinh tế cao, nhất là về khả năng sàng lọc. Tuy
nhiên, các điều kiện sinh lý như tháo rỗng dạ dày, pH, tưới máu v.v. sẽ không thể tìm
thấy trong mô hình in vitro, điều đó ảnh hưởng lên số liệu và biện giải nghiên cứu.
Thực tế này được phản ánh qua hình 1.3.
9 
 

Hiệu năng sàng lọc

Mô hình
In vitro

In situ

In vivo
Điều kiện sinh lý gần với người

Hình 1.3 Ưu nhược điểm của các mô hình thực nghiệm trong dự đoán hấp thu và sinh
khả dụng của thuốc uống trên người.
Dựa trên các công bố hiện nay, mô hình màng tế bào Caco-2 là một trong các mô
hình in vitro được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Các tập đoàn lớn đều đã triển khai mô
hình Caco-2 dưới dạng bán tự động hoặc toàn phần nhằm sàng lọc khả năng thành
thuốc của các hợp chất ngay khi nó vừa được tổng hợp hay chiết tách. Ước tính hàng
tuần có tới 400-500 hợp chất mới được sàng lọc qua mô hình này trong các phòng
nghiên cứu và phát triển của các tập đoàn dược phẩm [57, 98]. Tính thấm qua màng
Caco-2 (Papp) có tương quan in vitro – in vivo (IVIVC) tốt với phần trăm hấp thu qua
ruột Fa. Do đó, trong nghiên cứu của chúng tôi, số liệu thực nghiệm đo được trong mô
hình Caco-2 là cơ sở chính để phân lớp các thuốc trong BCS.
1.2.3.1. Sơ lược mô hình Caco-2 trong nghiên cứu hấp thu thuốc tại ruột
Mô hình màng đơn tế bào Caco-2 được nghiên cứu rất nhiều trong hai thập kỷ qua
và được xem là “tiêu chuẩn vàng” trong xác định mức độ và tốc độ hấp thu của thuốc
tại ruột [11, 17, 35]. Mô hình này lần đầu tiên được Fogh và cộng sự giới thiệu năm
1977, mặc dù có nguồn gốc từ tế bào ruột kết, nhưng lại có nhiều đặc điểm rất giống
với tế bào niêm mạc ruột non, ví dụ như khe giữa hẹp và phân cực rõ ràng giữa hai mặt
apical và basal [43]. Đặc điểm tương đồng lớn nhất với thành ruột là sự tồn tại của

lượng lớn các enzyme biểu hiện trên bề mặt như: các hydrolase (N-aminopeptidase,

10
 
 


alkalin fosfatase, oligopeptidase IV, sucrose-isomaltase, lactase, v.v.), các chất vận
chuyển như P-gp và các hệ vận chuyển đặc hiệu cho acid amin, dipeptide, vitamin và
các citostatics khác [48, 94]. Trên bề mặt basal (đáy) có xuất hiện Na+/K+ -ATPase và
các thụ cảm thể của hormone. Ngoài P-gp, một số chất vận chuyển có vai trò tống xuất
khác trong ruột non người cũng bắt gặp trên Caco-2 như MRP3 [48] và các chất mang
hoà tan như OSTα và OSTβ [82]. CYP3A4 ít gặp trên màng tế bào, cũng có thể được
kích ứng biểu hiện bằng công nghệ chuyển gen và môi trường nuôi cấy bổ xung 1α,25Dihydroxi vitamin D3 [27]. Tương tự ruột non, màng Caco-2 cho phép vận chuyển qua
con đường paracellular một số ion, nhất là Ca2+[3]. Để nghiên cứu con đường vận
chuyển khác, có thể dùng dung dịch đệm riêng với mục đích ngăn paracellular khuếch
tán của florescence [110]. Nghiên cứu cơ chế hấp thu của hợp chất có tính thân nước
cao qua lớp nước tĩnh cận màng sinh học cũng có thể được tiến hành trên mô hình
Caco-2 [47].
Thông số đánh giá của mô hình Caco-2 là hệ số thấm biểu kiến Papp, được tính toán
dựa trên tốc độ biến thiên nồng độ giữa 2 ngăn (donor và receptor) dQ/dt tính trên một
đơn vị diện tích màng S, trong điều kiện không bão hoà hay gradient tối đa (sink) và
Cdonor ≤ 10%×Creceptor, như mô tả trong phương trình vi phân tổng quát:
dQ / dt  Papp  S  C

(1.2)

Với C là nồng độ ban đầu của thuốc thử tại ngăn donor. Tuy nhiên, với một số
thuốc có tốc độ thấm rất nhanh như paracetamol và alfrentanil, phương trình (1.2)
thường được điều chỉnh áp dụng điều kiện bão hoà (non-sink) nhằm tránh trường hợp

âm giả. Theo đó phương trình (1.2) trở thành:
CRe ceptor / CDonor (0)  [VR / (VR VD )](1 ePappS(1/VD 1/VR )t )

(1.3)

Với VR và VD là thể tích các ngăn (donor và receptor) và Cdonor(0) là nồng độ ban
đầu của thuốc thử tại ngăn donor [85].
Để xác định các thuốc là cơ chất của bơm tống xuất, tốc độ tống xuất (EfR) được
tính theo công thức:

11
 
 


EfR 

Papp , B  A

(1.4)

Papp , A B

Trong đó Papp (A→B) và Papp (B→A) lần lượt là giá trị thấm theo chiều
ApicalBasal và ngược lại. Nếu EfR < 1,2, thuốc được xem là không phải cơ chất; nếu
EfR ≥ 2, thuốc đó là cơ chất của bơm tống xuất [66, 92]. Quy tắc này không phải là
tuyệt đối, đặc biệt với thuốc có cơ chế hấp thu bằng chất mang hoặc độ tan rất cao, điều
kiện có thể gây bão hoà protein chất mang. Ngoài ra, để nhận biết loại bơm tống xuất,
có thể sử dụng cơ chất đặc hiệu như GF120918 đối với P-gp và BCRP [36], Ko143 đối
với BCRP [4], hay MK571 đối với MRP [45].

Tóm lại, mô hình Caco-2 cho phép nghiên cứu tất cả các cơ chế hấp thu cho nhiều
loại hợp chất, qua đó cho phép dự đoán phần trăm hấp thu của thuốc qua ruột một cách
chính xác.
1.2.3.2. Tương quan in vitro – in vivo (IVIVC) của mô hình Caco-2.
Bằng nhiều cách khác nhau, giới khoa học đã chứng minh rằng hệ số thấm của mô
hình Caco-2 có thể được sử dụng để ngoại suy mức độ hấp thu in vivo của thuốc. Từ
những nghiên cứu ban đầu của Per Artusson đầu thập niên 90, Pappvà Fa đã thể hiện
tương quan sigmoid mặc dù cả hai thông số này đều có biến thiên thực nghiệm khá lớn
[9, 10]. Gần đây, một số nghiên cứu đã chỉ ra mối tương quan ấy chỉ gần đúng với
thuốc hấp thu theo cơ chế khuếch tán thụ động, như khuếch tán qua màng tế bào hay
khuếch tán qua kẽ tế bào [8]. Với dược chất hấp thu nhờ chất mang, kết quả có thể thay
đổi nhiều [10].
Với IVIVC của mô hình Caco-2, hiện nay các nghiên cứu chủ yếu khai thác mối
tương quan phân hạng (rank-order relationship). Theo đó, thuốc được phân hạng thấm
tốt trên mô hình Caco-2 gần như chắc chắn có hấp thu in vivo tốt. Bảng 1.1 tóm tắt một
số IVIVC quan trọng được sử dụng nhiều trong phân nhóm BCS.

12
 
 


Bảng 1.1. IVIVC của mô hình Caco-2
Cơ sở dữ liệu

Tiêu chí phân hạng dựa Đặc điểm hấp thu

Trích dẫn

trên Papp

17 thuốc

>1×10−6 cm/s

Hấp thu hoàn toàn

Artursson và

0,1×10−6 cm/s - 1×10−6

1%
Karlsson [9]

cm/s
≤0,1×10−6 cm/s

Fa<1%

36 thuốc, hợp

<1×10−6 cm/s

Hấp thu kém (0-20%)

chất giống

1×10−6 cm/s to 10×10−6

Hấp thu trung bình

thuốc và tá

cm/s

(20-70%)

dược

≥10×10−6 cm/s

Hấp thu tốt (70-

Yee [123]

100%)
51 thuốc và

<0,4×10−6 cm/s

Hấp thu rất kém

Yazdanian et

hợp chất giống

>7×10−6 cm/s

Hấp thu rất tốt

al. [122]

120 thuốc và

>16×10−6 cm/s

Fa>75%)

Thomas et

hợp chất giống

0,1×10−6 cm/s to

Hấp thu có biến thiên

al.[106]

thuốc

10×10−6 cm/s

lớn

20 thuốc

>14×10−6 cm/s

Fa = (90-100%)

<5×10−6 cm/s

Hấp thu thấp (0-89%)

thuốc

Volpe [115]

Câu hỏi đặt ra là đâu là tiêu chí phân hạng [10, 29]. Đây cũng là một hướng đi
quan trọng của các nghiên cứu hấp thu hiện nay vì mô hình Caco-2 đang được sử dụng
nhiều trong sàng lọc thuốc. Hiển nhiên đối với thuốc có hấp thu in vivo tốt, ngoại suy
chỉ dựa trên giá trị Papp là chưa đủ cơ sở vì có một số yếu tố khác cũng có thể ảnh
hưởng lên quá trình hấp thu như độ tan của thuốc hay. Cũng từ IVIVC này, mô hình

13
 
 


Caco-2 đã được chấp nhận bởi FDA và WHO trong tìm kiếm MTTĐSH của các nghiên
cứu TĐSH, dựa trên tiêu chí của BCS [7, 19].
1.3. HỆ THỐNG PHÂN LỚP SINH DƯỢC (BCS)
1.3.1. Nguồn gốc và khái niệm
Kể từ khi được giới thiệu lần đầu tiên năm 1995 bởi GS. Gordon Amidon cùng
cộng sự tại ĐH Michigan, Hoa Kỳ [5], hệ thống phân lớp sinh dược học đã trở thành
một công cụ ngày càng quan trọng trong phát triển và quản lý các sản phẩm thuốc gốc
và thuốc phát minh trên toàn thế giới [6, 12, 64]. Dựa trên các yếu tố chính quyết định
tốc độ và mức độ hấp thu thuốc dùng theo đường uống như độ tan trong nước (tương
ứng với liều lượng) và tính thẩm thấu qua thành ruột, BCS cung cấp một cơ sở khoa
học mới nhằm phân loại các thuốc vào một trong bốn nhóm (Bảng 1.2). Khi các cơ sở

phân loại của BCS kết hợp với các đặc tính về sự hòa tan (dissolution) trên in vitro của
một sản phẩm thuốc sẽ tạo thành nhóm 3 yếu tố lớn nhất chi phối tốc độ và mức độ hấp
thu của các thuốc dạng rắn giải phóng ngay [40, 105]
Bảng 1.2. Sơ đồ của Hệ thống phân lớp sinh dược học (BCS)
Phân

Độ

Hệ

nhóm

tan

số

Hấp thu

Yếu tố kiểm

IVIVC

soát hấp thu

thấm
I

Cao

Cao

Rất tốt

Tháo rỗng dạ
dày

II

Thấp

Cao

Tốt

Vận tốc hoà
tan

III
IV

Cao

Thấp

Thấp Thấp

Hạn chế
Kém

Tồn tại nếu vận tốc hoà tan nhỏ hơn

tốc độ tháo rỗng dạ dày
Tồn tại khi vận tốc hoà tan in vitro
tương đương với hoà tan in vivo

Tính thấm qua

Tốc độ hấp thu (hệ số thấm) là yếu tố

thành ruột

quyết định cho sự tồn tại của IVIVC

Nhiều yếu tố

Các thuốc nhóm này rất khó để đạt
được IVIVC

14
 
 


Hệ thống phân lớp sinh dược học (Biopharmaceutics classification system - BCS)
là cơ sở khoa học phân loại các dược chất được dựa trên độ hòa tan và độ thẩm thấu
của thuốc. Nguyên tắc của BCS là nếu hai sản phẩm thuốc của cùng một hoạt chất có
cùng biên dạng nồng độ theo thời gian trên khắp bề mặt thành ruột, chúng sẽ được hấp
thu với cùng vận tốc và số lượng sau khi được đưa vào cơ thể bằng đường uống [39].
Kết quả này đưa đến một cách nhìn hoàn toàn mới về nghiên cứu tương đương sinh
học khi tập trung vào quá trình chứ không phải là các kết quả trong huyết tương (nồng
độ trong huyết tương, AUC, Cmax hay là tmax) như nó vẫn luôn được thực hiện cho tới

bấy giờ [30].
Trong điều kiện của thử nghiệm tương đương sinh học, giả định rằng thuốc có khả
năng thấm tốt, độ hòa tan cao, có thể hòa tan nhanh từ dạng bào chế sẽ tương đương
sinh học với chế phẩm thuốc so sánh. Khi có sự thay đổi lớn trong công thức bào chế,
dữ liệu về sự hòa tan (dissolution) có thể được sử dụng thay thế cho dữ liệu về dược
động học để chứng minh tương đương sinh học của hai sản phẩm thuốc. Như vậy dựa
trên phân loại theo BCS, ta có thể thiết lập cơ sở khẳng định tương đương sinh học
thông qua thử nghiệm độ hòa tan in vitro mà không cần sử dụng các dữ liệu lâm sàng
hiện dùng, cho phép các nhà sản xuất để giảm chi phí trong việc thay đổi quy mô sản
xuất và đăng ký cho các ứng viên thuốc mới mà không ảnh hưởng lợi ích an toàn của
cộng đồng. Phương pháp này chủ yếu áp dụng cho các các thuốc uống dạng rắn giải
phóng tức thời có tác dụng toàn thân, nhờ đó làm rõ mối tương quan giữa các thông số
về đáp ứng dược lý và công thức mới bào chế [40]. Hiện nay, các hướng dẫn BCS
được cung cấp bởi FDA, WHO và EMA.
1.3.2. Các tiêu chí phân nhóm của BCS
1.3.2.1. Phân nhóm độ tan
Độ tan của một chất được định nghĩa là lượng chất tan trong dung môi tại trạng thái
cân bằng giữa lượng chất tan và không tan ở một nhiệt độ, áp suất nhất định.

15
 
 


Việc phân loại độ tan của thuốc trong BCS dựa trên hàm lượng cao nhất của một
thuốc uống, dạng rắn giải phóng ngay. Một dược chất được coi là có độ tan cao khi
toàn bộ hàm lượng (cao nhất) của nó tan được trong một thể tích 250 ml hoặc ít hơn
dung dịch nước đệm có pH trong một khoảng xác định; ngược lại chất đó được coi là
có độ tan thấp [90]. Thể tích ước lượng 250 ml có nguồn gốc từ mô hình nghiên cứu
TĐSH điển hình trên tình nguyện viên với quy định thuốc phải được uống lúc đói kèm

một ly nước chuẩn (là tổng của 8 oz (240 ml) cộng với thể tích của chất lỏng trong dạ
dày của khoảng 25-50 ml, dẫn đến việc lựa chọn một thể tích hằng định 250 ml cho thử
nghiệm độ tan trong các nghiên cứu in vivo về TĐSH).
Quy định về độ tan có nhiều điểm khác nhau giữa các cơ quan quản lý dược trên thế
giới. Theo hướng dẫn của FDA độ tan của dược chất được đo ở 37°C trong môi trường
nước với pH trong khoảng 1,2 - 7,4. Theo hướng dẫn của WHO, phạm vi pH là từ 1,2
đến 6,8 trong khi đó EMA quy định pH môi trường rộng hơn, trong khoảng 1,2- 8,0 [7,
19, 25].
•

Phương pháp xác định độ tan:

Phép đo độ tan được tiến hành ở nhiệt độ 37 ± 1 độ C, tại pH từ 1,2 -6,8. Số lượng
các điều kiện pH cho một thử nghiệm có thể căn cứ vào pKa của thuốc đem thử bao
gồm: pH= pKa, pH = pKa + 1, pH= pKa - 1. Tại mỗi giá trị pH, tối thiểu phải lặp lại
phép đo 3 lần.Tùy từng thử nghiệm có thể tăng số biến để kết quả đo là chính xác nhất.
Dung dịch đệm sử dụng được pha theo tiêu chuẩn của USP. Nồng độ thuốc trong hệ
đệm cần được xác định do thuốc có thể bị phá hủy bởi thành phần đệm hay pH của môi
trường đệm. Tính toán lượng môi trường cần dùng để hòa tan liều tố đa của thuốc đem
thử trong khoảng pH từ 1,2 đến 6,8. Thuốc thuộc phân lớp có độ tan tốt khi liều tối đa
hòa tan trong một thể tích môi trường bằng hoặc ít hơn 250ml.
Trong nhiều trường hợp, khi một thuốc có độ tan rất cao hoặc rất thấp hoặc chỉ là
định tính, phân nhóm độ tan phải dựa trên đánh giá trong Merck Index [75] hoặc Dược
điển Hoa Kỳ (USP) [112].

16
 
 

1.3.2.2. Tính thấm qua màng
Hệ số thấm của một dược chất có thể được xác định bằng các phương pháp:
1. Nghiên cứu cân bằng khối lượng hoặc nghiên cứu sinh khả dụng tuyệt đối trên
người.
2. Thu thập thuốc bài tiết qua nước tiểu dưới dạng nguyên vẹn.
3. Nghiên cứu tưới máu trên ruột người.
4. Nghiên cứu tính thấm in vitro qua màng đơn lớp tạo bằng nuôi cấy dòng tế bào
biểu mô phù hợp.
Theo hướng dẫn của FDA và WHO, đặc tính thấm của một dược chất được xác
định trực tiếp bằng phép đo tỷ lệ khối lượng thuốc vận chuyển qua màng ruột hoặc gián
tiếp mức độ hấp thu của thuốc trong cơ thể người.
Các thông số đặc trưng cho khả năng thấm của dược chất là :
 Papp: hệ số thấm qua màng Caco-2 (cm/s)
 Fa: phần trăm hấp thu của thuốc qua đường tiêu hóa.
Các hướng dẫn của FDA, EMA và WHO về nguyên tắc phân lớp một dược chất
trên BCS theo độ thẩm thấu cũng khác nhau. Một thuốc được coi là có tính thẩm thấu
cao khi phần trăm hấp thu vượt quá 85% (theo WHO và EMA) hay 90% (theo FDA)];
ngược lại, nó được xem là một thuốc có tính thẩm thấu thấp [83]. Các cuộc họp và thảo
luận gần đây giữa các nhà khoa học làm việc trong FDA và EMA hiện đang xoay
quanh khả năng hạ thấp hơn nữa các ngưỡng này và chia nhỏ hơn các phân lớp về độ
thẩm thấu .
Hiện nay, người ta cũng có thể áp dụng các thí nghiệm in vivo hoặc in situ trên mô
hình động vật phù hợp kết hợp phương pháp đo độ thẩm thấu in vitro trên mô hình
phân lập mô ruột hoặc đơn lớp của các dòng tế bào biểu mô phù hợp, thường là tế bào
Caco-2 (biểu mô ung thư ruột kết trên người), để phân loại trên BCS [19, 21].

17
 
 

1.3.3. Ứng dụng của BCS
Ứng dụng của BCS hiện nay không chỉ bó hẹp trong các nghiên cứu chứng minh
TĐSH mà trong toàn bộ quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới. Sau đây là một
vài ứng dụng tiêu biểu của Hệ thống này.
1.3.3.1. Ứng dụng trong giai đoạn ban đầu của quá trình nghiên cứu thuốc
Hệ thống phân loại BCS có thể được sử dụng như một công cụ để sàng lọc các hợp
chất có tính chất giống thuốc cũng như để xác định những yếu tố hạn chế quá trình hấp
thu các thuốc dùng đường uống [64]. Việc đưa ra quyết định “tiếp tục hay không tiếp
tục” đối với một ứng cử viên thành thuốc không phải là một quyết định dễ dàng đối với
người làm nghiên cứu. Trong giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu, hàng ngàn hợp
chất sẽ được sàng lọc nhằm tìm ra những ứng cử viên sáng giá nhất. Quá trình này cần
một công cụ sàng lọc thông lượng cao (high throughput screening) mà phải đơn giản
và không tốn kém, ví dụ như “Quy tắc 5” của Lipinski [72]. BCS hoàn toàn có thể
được sử dụng tương tự như “Quy tắc 5”. Nó cho phép sàng lọc các hợp chất có độ tan
và/hoặc độ thẩm thấu tốt, hai trong số các yếu tố quan trọng nhất quyết định khả năng
thành thuốc của một hợp chất. Sự trùng khớp giữa “Quy tắc 5” và BCS đã được chứng
minh đối với các thuốc có trên thị trường cũng như các hợp chất hiện đang trong các
giai đoạn thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng [63, 64].
Mặt khác, BCS giúp xác định được yếu tố độ tan hay độ thẩm thấu là yếu tố hạn chế
khả năng hấp thu của một thuốc. Người ta thấy rằng các thuốc pipeline có chiều hướng
tăng kích thước và giảm độ tan. Theo đó các hợp chất mới nằm trong phân lớp II đã gia
tăng đáng kể (từ ~30% lên 60%) trong khi số lượng tương ứng của phân lớp I giảm
mạnh (từ 40% xuống 10-20%) [13, 121]. Điều đó có ý nghĩa rất quan trọng đối với
người làm nghiên cứu để thực hiện các thay đổi cần thiết nhằm làm tăng độ tan của
thuốc, ví dụ như thay đổi tính đa hình, tạo dạng muối phù hợp… Trong hướng dẫn của
mình, FDA thậm chí còn quy định cụ thể rằng tính đa hình của các thuốc trong phân

18