ประสิทธิภาพการห่อหุ้ม (Encapsulation Efficiency: %EE) คือร้อยละของสารสำคัญที่ถูกบรรจุอยู่ในตัวพา (Carrier) เทียบกับปริมาณสารสำคัญทั้งหมดในระบบ ค่านี้บอกว่าสารสำคัญที่ใส่ลงไปอยู่ในลิโพโซมหรืออนุภาคจริงเท่าใด และเหลืออยู่นอกตัวพาในรูปสารอิสระเท่าใด การวัด %EE จึงต้องแยกสารอิสระออกจากตัวพาก่อน แล้ววัดปริมาณสารสำคัญด้วยวิธีวิเคราะห์เชิงปริมาณ
ในเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารกลุ่มพรีเมียม ระบบนำส่งสารสำคัญ (Delivery System) เช่น ลิโพโซม (Liposome) ไนโอโซม (Niosome) อนุภาคไขมันแข็งระดับนาโน (Solid Lipid Nanoparticle: SLN) อนุภาคไขมันโครงสร้างนาโน (Nanostructured Lipid Carrier: NLC) นาโนอิมัลชัน (Nanoemulsion) และไมโครแคปซูล (Microcapsule) เป็นจุดขายที่แบรนด์ใช้สื่อสารกับผู้บริโภค ราคาที่สูงกว่าผลิตภัณฑ์ทั่วไปมักอ้างอิงจากประสิทธิภาพการห่อหุ้มสูงและปริมาณบรรจุ (Drug Loading: DL) สูง หากตัวเลขเหล่านี้ไม่มีผลวิเคราะห์ที่ตรวจสอบได้รองรับ คำกล่าวอ้างจะกลายเป็นความเสี่ยงทางพาณิชย์เมื่อหน่วยงานกำกับดูแล ตัวแทนการค้า (Trading House) หรือคู่แข่งในตลาดส่งออกขอตรวจสอบ
บทความนี้สรุปสิ่งที่ทีมวิจัยและพัฒนา (Research and Development: R&D) ทีมประกันคุณภาพ (Quality Assurance: QA) และเจ้าของแบรนด์ควรรู้ก่อนสั่งวัด %EE ได้แก่ หลักการของการวัด เทคนิคการแยกสารที่ไม่ถูกห่อหุ้มออกจากตัวพา การเลือกวิธีวิเคราะห์เชิงปริมาณ การตรวจสอบความถูกต้องของวิธี และชนิดของระบบนำส่งที่ต้องวัด
หลักการของการวัดประสิทธิภาพการห่อหุ้ม
%EE คือสัดส่วนของสารสำคัญที่ถูกบรรจุอยู่ในตัวพาเทียบกับปริมาณสารสำคัญรวมในระบบ เมื่อหาค่าจากสารอิสระที่แยกออกมา คำนวณได้ดังนี้
%EE = [(ปริมาณสารสำคัญทั้งหมด − ปริมาณสารอิสระที่ไม่ถูกห่อหุ้ม) ÷ ปริมาณสารสำคัญทั้งหมด] × 100
ส่วนปริมาณบรรจุ (Drug Loading: %DL) คือสัดส่วนของสารสำคัญที่ถูกห่อหุ้มต่อมวลรวมของอนุภาคตัวพา สองค่านี้ใช้แทนกันไม่ได้ ค่า %EE สูงไม่ได้แปลว่า %DL สูง ในเชิงพาณิชย์ %DL เป็นค่าที่ใช้คำนวณว่าต้องใช้ตัวพาเท่าใดต่อสารสำคัญหนึ่งหน่วย จึงเป็นตัวกำหนดต้นทุนของระบบนำส่ง
ขั้นตอนการวัดมีสองส่วน ส่วนแรกคือการแยกสารสำคัญที่ไม่ถูกห่อหุ้ม (Free Drug) ออกจากตัวพา ซึ่งเลือกเทคนิคตามลักษณะของระบบ ได้แก่ การปั่นเหวี่ยงความเร็วสูงพิเศษ (Ultracentrifugation) การไดอะไลซิส (Dialysis) ผ่านเยื่อกึ่งซึมผ่าน การกรองผ่านเยื่อกรองระดับอัลตรา (Ultrafiltration) และการแยกตามขนาดด้วยคอลัมน์ (Size Exclusion Chromatography: SEC) ส่วนที่สองคือการวัดปริมาณสารสำคัญในแต่ละส่วน ซึ่งนิยมใช้เทคนิคโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง (High-Performance Liquid Chromatography: HPLC) ซึ่งเป็นเทคนิคเดียวกับที่ใช้ในงานตรวจวิเคราะห์สารสำคัญในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง สำหรับสารที่มีหมู่ดูดกลืนแสง (Chromophore) ชัดเจน อาจใช้เทคนิคสเปกโทรโฟโตเมตรีช่วงยูวี-วิสิเบิล (UV-Visible Spectrophotometry) ได้ แต่มีความจำเพาะ (Specificity) ต่ำกว่า HPLC
การตรวจสอบความถูกต้องของวิธีวิเคราะห์
ผลการวัด %EE ที่จะใช้ในการส่งออกหรือการสื่อสารทางการตลาดควรมาจากวิธีวิเคราะห์ที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้อง (Method Validation) ซึ่งประเมินพารามิเตอร์ ได้แก่ ความจำเพาะ (Specificity) ความถูกต้อง (Accuracy) ความเที่ยง (Precision) ความเป็นเส้นตรง (Linearity) ช่วงการวัด (Range) ขีดจำกัดของการตรวจพบ (Limit of Detection: LOD) และขีดจำกัดของการวัดเชิงปริมาณ (Limit of Quantification: LOQ)
สิ่งที่ต้องตรวจเพิ่มเป็นพิเศษในระบบนำส่ง คือขั้นตอนการแยกสารอิสระต้องไม่ทำให้ค่าคลาดเคลื่อน ถ้าการแยกทำให้ตัวพาแตกหรือรั่ว หรือแยกตัวพาออกได้ไม่หมดจนตัวพาบางส่วนค้างอยู่ในส่วนของเหลวที่แยกออกมา (Wallace et al., 2012) สารสำคัญที่อยู่ในตัวพาจะถูกนับเป็นสารอิสระ ทำให้ค่า %EE ต่ำกว่าความจริง ในทางกลับกัน ถ้าสารอิสระถูกเยื่อกรองดูดซับไว้ หรือตกตะกอนไปพร้อมกับตัวพาระหว่างการปั่นเหวี่ยง ค่า %EE จะสูงกว่าความจริง
ห้องปฏิบัติการจึงต้องออกแบบการทดลองเก็บคืนสารที่เติม (Spike Recovery) โดยเติมสารสำคัญในรูปอิสระปริมาณที่ทราบค่าลงในตัวอย่าง แล้วตรวจว่าวิธีแยกเก็บคืนสารที่เติมได้ใกล้เคียง 100% โดยไม่กระทบตัวพา นอกจากนี้ยังต้องประเมินความคงตัวของตัวอย่างระหว่างขั้นตอนการวัด (Stability of Sample During Analysis) เพื่อให้ค่า %EE เป็นตัวแทนของผลิตภัณฑ์จริง ไม่ใช่ผลของการรบกวนจากการเตรียมตัวอย่าง
ระบบนำส่งที่ต้องวัด %EE
ระบบนำส่งที่ใช้ในเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร และต้องวัด %EE มีหลายประเภท
- ลิโพโซม (Liposome): ถุงขนาดเล็กที่มีผนังเป็นเยื่อฟอสโฟลิพิดสองชั้น (Phospholipid Bilayer) หนึ่งชั้นหรือหลายชั้น บรรจุได้ทั้งสารที่ชอบน้ำไว้ในแกนกลางที่เป็นน้ำ และสารที่ชอบไขมันไว้ในชั้นไขมัน (Akbarzadeh et al., 2013)
- ไนโอโซม (Niosome): ถุงลักษณะเดียวกับลิโพโซม แต่ใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุ (Nonionic Surfactant) แทนฟอสโฟลิพิด และมักคงตัวได้นานกว่าลิโพโซมในหลายสภาวะ (Marianecci et al., 2014)
- อนุภาคไขมันแข็งระดับนาโน (SLN): ใช้ไขมันที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องเป็นแกน เหมาะกับสารที่ชอบไขมัน
- อนุภาคไขมันโครงสร้างนาโน (NLC): ใช้ไขมันแข็งผสมไขมันเหลว ทำให้ผลึกไขมันภายในเรียงตัวไม่เป็นระเบียบ จึงมีที่ว่างรองรับสารสำคัญมากขึ้นและบรรจุสารได้มากกว่า SLN (Müller et al., 2002)
- นาโนอิมัลชัน (Nanoemulsion): ระบบกระจายตัวของหยดน้ำมันขนาดเล็กระดับนาโนเมตร เหมาะกับสารที่ชอบไขมัน เกณฑ์ขนาดที่ใช้เรียกยังต่างกันตามแหล่งอ้างอิง เช่น McClements (2012) เสนอให้ใช้รัศมีหยดน้ำมันไม่เกิน 100 นาโนเมตร หรือเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกินประมาณ 200 นาโนเมตร
- ไมโครแคปซูล (Microcapsule): ใช้ในเครื่องสำอางรูปแบบของแข็ง และในผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่ต้องการปกป้องสารสำคัญหรือควบคุมการปลดปล่อย (Controlled Release)
- สารประกอบเชิงซ้อนกับไซโคลเดกซ์ทริน (Cyclodextrin Inclusion Complex) และอนุภาคนาโนจากพอลิเมอร์ (Polymer-based Nanoparticle): มีกลไกการห่อหุ้มต่างจากระบบไขมัน จึงใช้วิธีวัด %EE ที่ต่างกัน
การเลือกเทคนิคแยกและวิธีวัดสำหรับแต่ละระบบจึงต้องสอดคล้องกับสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของระบบนั้น ไม่มีวิธีเดียวที่ใช้ได้กับทุกระบบ
การนำค่า %EE และ %DL ไปใช้ประโยชน์
- ขั้นพัฒนาสูตร: ใช้เปรียบเทียบสูตรและกระบวนการเตรียมตัวพาที่ให้ค่า %EE และ %DL ต่างกัน เพื่อเลือกสูตรที่บรรจุสารสำคัญได้ดีที่สุด
- ขั้นคำนวณต้นทุน: ใช้ค่า %DL คำนวณต้นทุนต่อหน่วยสารสำคัญที่นำส่งจริง
- ขั้นสื่อสารการตลาด: ใช้เป็นข้อมูลประกอบคำกล่าวอ้างค่า %EE บนฉลากและในสื่อการตลาด
- การศึกษาความคงตัว: ค่า %EE อาจลดลงระหว่างการเก็บรักษาหากสารสำคัญรั่วออกจากตัวพา การวัดซ้ำตามจุดเวลาควบคู่กับการวัดขนาดอนุภาค จึงช่วยยืนยันว่าคำกล่าวอ้างยังเป็นจริงตลอดอายุผลิตภัณฑ์
บริการวัดประสิทธิภาพการห่อหุ้มของห้องปฏิบัติการวิสไบโอ
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอให้บริการวัด %EE และ %DL ของลิโพโซม ไนโอโซม อนุภาคไขมันระดับนาโน (SLN และ NLC) นาโนอิมัลชัน และไมโครแคปซูล ในเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ขั้นตอนครอบคลุมการออกแบบแผนการวัดให้สอดคล้องกับลักษณะของระบบนำส่ง การแยกสารอิสระด้วยเทคนิคที่เหมาะกับระบบ ได้แก่ การไดอะไลซิส การกรองผ่านเยื่อกรองระดับอัลตรา (Ultrafiltration) การแยกตามขนาดด้วยคอลัมน์ (SEC) และการปั่นเหวี่ยงความเร็วสูงพิเศษ การวัดปริมาณด้วย HPLC และการรายงานที่เชื่อมค่า %EE และ %DL เข้ากับคำกล่าวอ้างทางการตลาดและต้นทุนต่อหน่วยสารสำคัญที่นำส่งจริง ทั้งนี้ การแยกด้วยการปั่นเหวี่ยงความเร็วสูงพิเศษดำเนินการร่วมกับห้องปฏิบัติการพันธมิตร และการคำนวณ %DL ต้องใช้ข้อมูลมวลของตัวพาจากสูตรของลูกค้า
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Encapsulation Efficiency
Encapsulation Efficiency (%EE) คืออะไร
ประสิทธิภาพการห่อหุ้ม (%EE) คือร้อยละของสารสำคัญที่ถูกบรรจุอยู่ในตัวพา เทียบกับปริมาณสารสำคัญทั้งหมดในระบบ ค่านี้บอกว่าสารสำคัญอยู่ในลิโพโซมหรืออนุภาคจริงเท่าใด และเหลืออยู่นอกตัวพาเท่าใด
%EE ต่างจาก Drug Loading (%DL) อย่างไร
%EE เทียบสารสำคัญที่ถูกห่อหุ้มกับสารสำคัญทั้งหมดที่ใส่ลงไป ส่วน %DL เทียบสารสำคัญที่ถูกห่อหุ้มกับมวลรวมของอนุภาคตัวพา ค่า %EE สูงไม่ได้แปลว่า %DL สูง และ %DL เป็นค่าที่ใช้คำนวณต้นทุนของระบบนำส่ง
วัด %EE ได้อย่างไร
ขั้นแรกแยกสารสำคัญที่ไม่ถูกห่อหุ้มออกจากตัวพาด้วยเทคนิคที่เหมาะกับระบบ เช่น การปั่นเหวี่ยงความเร็วสูงพิเศษ การไดอะไลซิส การกรองผ่านเยื่อกรองระดับอัลตรา หรือการแยกตามขนาดด้วยคอลัมน์ ขั้นที่สองวัดปริมาณสารสำคัญในแต่ละส่วน ซึ่งนิยมใช้ HPLC แล้วคำนวณค่า %EE
ทำไมวิธีแยกสารอิสระจึงมีผลต่อค่า %EE
ถ้าการแยกทำให้ตัวพาแตกหรือแยกตัวพาออกได้ไม่หมด สารที่อยู่ในตัวพาจะถูกนับเป็นสารอิสระ ค่า %EE จะต่ำกว่าความจริง ถ้าสารอิสระถูกเยื่อกรองดูดซับไว้หรือตกตะกอนไปกับตัวพา ค่า %EE จะสูงกว่าความจริง วิธีแยกจึงต้องผ่านการตรวจสอบ เช่น การทดลองเก็บคืนสารที่เติม (Spike Recovery)
ระบบนำส่งแบบใดบ้างที่ต้องวัด %EE
ได้แก่ ลิโพโซม ไนโอโซม อนุภาคไขมันแข็งระดับนาโน (SLN) อนุภาคไขมันโครงสร้างนาโน (NLC) นาโนอิมัลชัน ไมโครแคปซูล สารประกอบเชิงซ้อนกับไซโคลเดกซ์ทริน และอนุภาคนาโนจากพอลิเมอร์ แต่ละระบบต้องใช้เทคนิคแยกและวิธีวัดที่เหมาะกับสมบัติของระบบนั้น ส่วนบริการของห้องปฏิบัติการวิสไบโอรับวัดลิโพโซม ไนโอโซม SLN NLC นาโนอิมัลชัน และไมโครแคปซูล
ค่า %EE เปลี่ยนไประหว่างการเก็บรักษาได้หรือไม่
เปลี่ยนได้ ถ้าสารสำคัญรั่วออกจากตัวพาระหว่างการเก็บรักษา ค่า %EE จะลดลง การวัดซ้ำตามจุดเวลาในการศึกษาความคงตัวจึงช่วยยืนยันว่าตัวเลขบนฉลากยังเป็นจริงตลอดอายุผลิตภัณฑ์
เอกสารอ้างอิง:
- Akbarzadeh, A., Rezaei-Sadabady, R., Davaran, S., Joo, S. W., Zarghami, N., Hanifehpour, Y., Samiei, M., Kouhi, M., & Nejati-Koshki, K. (2013). Liposome: Classification, preparation, and applications. Nanoscale Research Letters, 8(1), 102. https://doi.org/10.1186/1556-276X-8-102
- Marianecci, C., Di Marzio, L., Rinaldi, F., Celia, C., Paolino, D., Alhaique, F., Esposito, S., & Carafa, M. (2014). Niosomes from 80s to present: The state of the art. Advances in Colloid and Interface Science, 205, 187–206. https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.11.018
- McClements, D. J. (2012). Nanoemulsions versus microemulsions: Terminology, differences, and similarities. Soft Matter, 8(6), 1719–1729. https://doi.org/10.1039/C2SM06903B
- Müller, R. H., Radtke, M., & Wissing, S. A. (2002). Solid lipid nanoparticles (SLN) and nanostructured lipid carriers (NLC) in cosmetic and dermatological preparations. Advanced Drug Delivery Reviews, 54(Suppl. 1), S131–S155. https://doi.org/10.1016/S0169-409X(02)00118-7
- Wallace, S. J., Li, J., Nation, R. L., & Boyd, B. J. (2012). Drug release from nanomedicines: Selection of appropriate encapsulation and release methodology. Drug Delivery and Translational Research, 2(4), 284–292. https://doi.org/10.1007/s13346-012-0064-4