چاپ سه‌بعدی و داروسازی
بخش داروسازی به طور فزاینده‌ای به توانایی چاپ سه‌بعدی (3DP) برای تولید داروهای شخصی‌سازی‌شده با نیازهای فردی بیمار علاقه‌مند می‌شود. این تکنیک دارای مزایایی مانند تولید سازگار با محیط زیست، کاهش ضایعات دارو و مواد کمکی، و فرصت تولید فرمولاسیون با الگوهای آزادسازی دارو و ترکیبات چند دارویی است. علاوه بر این، 3DP می تواند تولید داروها را در مقیاس کوچک ساده کند، که برای آزمایشات بالینی و پزشکی سفارشی بسیار مفید است.
علیرغم مزایای بالقوه 3DP در داروها، موانع متعددی مانند محدودیت های نظارتی، ایمنی و اثربخشی مبتنی بر شواهد و توسعه فناوری های 3DP مرتبط از نظر دارویی وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد. با این حال، پیشرفت های زیادی در غلبه بر این مشکلات حاصل شده است و ادغام 3DP در صنعت داروسازی منطقه ای برای توسعه فعال است.
چنین چاپی از طریق نازل دمای بالا (> 200 درجه سانتیگراد) برای داروهای حساس به حرارت مناسب نیست. تحقیقات دیگر از فرآیند چاپ سه بعدی چند مرحله ای برای تولید قرص های جامد ساده استفاده کردند
تکنیک ها
- جت بایندر
رویکرد بایندر جت با پخش یک لایه ریز پودر بر روی پلت فرم با استفاده از یک غلتک آغاز می شود. متعاقباً، سر چاپگر قطرات را اسپری می کند و به طور انتخابی پودر را برای ایجاد ساختار مورد نظر می چسباند. سپس پلت فرم پایین می آید، و در حالی که سر چاپگر به رسوب قطرات ادامه می دهد، لایه جدیدی از پودر پخش می شود. این روش چاپ لایه به لایه تکرار می شود تا زمانی که کل شیء تشکیل شود.
- FDM
این فرآیند با یک رشته پلیمری شروع می شود که دارو را در خود جای داده است. این رشته از طریق یک نازل با دمای بالا توسط دو غلتک تغذیه می شود که توسط نرم افزار کامپیوتری برای چاپ کنترل می شود. پس از تکمیل یک لایه، پلت فرم چاپ لایه بعدی را راه اندازی می کند. این ترتیب تا زمانی که کل فرآیند چاپ به پایان برسد ادامه می یابد.
- رسوب اکستروژن مذاب
این فرآیند با معرفی مواد دارویی فعال (API) و مواد کمکی مختلف در دستگاه های تغذیه جداگانه آغاز می شود. سپس این مواد در داخل سیستم اکستروژن مذاب داغ تحت حرارت و برش شدید قرار می گیرند و در نتیجه حالت مذاب یکنواختی ایجاد می شود. متعاقبا، این ماده مذاب به ماژول اکستروژن مذاب داغ تحویل داده می شود. ایستگاه های چاپ اقدامات خود را هماهنگ می کنند و امکان ادغام مواد مذاب متنوع را فراهم می کنند که سپس لایه به لایه بر روی سکوی چاپ قرار می گیرند.
- SLS
این تکنیک برای تولید دارو در مطالعات مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است که تاکنون به بازار معرفی نشده است. از آنجایی که اکثر مواد دارویی در دمای اتاق پودر هستند، SLS به هیچ مرحله آماده سازی مواد نیاز ندارد. علاوه بر این، اساساً به دلیل شرایط چاپ خشک و عدم وجود ساختارهای نگهدارنده، نیازی به پس پردازش نیست. معایب آن احتمال آلودگی متقاطع هنگام چاپ مواد مختلف در یک چاپگر و همچنین نرخ بالای شکست چاپ با موادی است که برای چاپ SLS بهینه نشده اند.
- اکستروژن نیمه جامد
اکستروژن جامد نیمه جامد، یک تکنیک ساخت افزودنی است که اشیاء را لایه به لایه می سازد. در SSE، یک سر اکستروژن یک مسیر از پیش تعریف شده را دنبال می کند، مواد نیمه جامد را برای ایجاد هر لایه رسوب می دهد و به تدریج آنها را روی هم می چیند تا محصول نهایی را تشکیل دهد. SSE از نظر مفهومی شبیه به مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) است، با یک تمایز کلیدی: ماده مورد استفاده در SSE در دمای اتاق نیمه جامد است. این بدان معنی است که کنترل دقیق دما در طول فرآیند چاپ برای جلوگیری از نرم شدن بیش از حد مواد به دلیل دماهای بالا ضروری است و اطمینان حاصل می شود که شکل مورد نظر خود را حفظ می کند.
- استریولیتوگرافی
شخصی‌سازی دارو:
3DP با استفاده از داده‌های خاص بیمار، مانند تصویربرداری ژنتیکی و پزشکی، ایجاد دوز دارو و سیستم‌های تحویل سفارشی‌شده را آسان‌تر می‌کند. این شخصی سازی عوارض جانبی را کاهش می دهد و اثربخشی درمانی را افزایش می دهد. 3DP امکان ایجاد اشکال پیچیده دارویی مانند قرص، کپسول و ایمپلنت را فراهم می کند. به دلیل سازگاری آن، می توان سیستم های نوآورانه تحویل دارو را که برای اهداف درمانی خاص طراحی شده است، توسعه داد. واکنش بیماران به داروها ممکن است به دلیل مواردی مانند سن، وزن، متابولیسم و ترکیب ژنتیکی بسیار متفاوت باشد. فرم‌های دارویی سفارشی‌شده که دقیقاً متناسب با نیازهای دوز هر بیمار است، ممکن است به لطف 3DP ساخته شوند.
کشف تفاوت‌های ژنتیکی که بر واکنش فرد به داروهای خاص تأثیر می‌گذارد، با پیشرفت‌هایی در زمینه‌های ژنومیک و فارماکوژنومیک امکان‌پذیر شده است. پزشکان مراقبت های بهداشتی قادر به ایجاد برنامه های درمانی فردی بر اساس مشخصات ژنتیکی بیمار با ترکیب فناوری 3DP با داده های حاصل از آزمایش ژنتیکی هستند. برای مثال، فرمول‌های دارویی را می‌توان بر اساس مسیرهای متابولیکی خاص هر بیمار و سطوح فعالیت آنزیم سفارشی‌سازی کرد و در عین حال اثربخشی درمانی را به حداکثر رساند و در عین حال احتمال پاسخ‌های دارویی نامطلوب را کاهش داد.
بهینه سازی فرمولاسیون:
از آنجایی که 3DP امکان ساخت فرم‌های دوز در مقیاس کوچک را برای آزمایش‌های بالینی فراهم می‌کند، فرآیند نمونه‌سازی سریع و بهینه‌سازی تکراری فرمول‌های دارویی را سرعت می‌بخشد. این امر زمان لازم برای رسیدن محصولات دارویی جدید به بازار را کوتاه می کند و روند توسعه دارو را سرعت می بخشد. برای مثال، با استفاده از فناوری 3DP، ساختن محصولات ترکیبی با چندین ماده دارویی فعال (API) یا قرص‌های چند لایه با ویژگی‌های آزادسازی دارو بسیار ساده است.
بهینه سازی فرمولاسیون می تواند از انواع فرآیندهای تولید افزودنی از جمله (SLS)، استریولیتوگرافی (SLA) و FDM بهره مند شود. به عنوان مثال، SLA وضوح بالا و تولید دقیق ساختارهای پیچیده را فراهم می کند، در حالی که FDM به خروج دقیق رشته های بارگذاری شده با دارو برای ساخت اشکال دوز با الگوهای رهاسازی کنترل شده دارو اجازه می دهد. این روش‌ها می‌توانند توسط محققان برای بررسی استراتژی‌های فرمولاسیون جدید و ایجاد سیستم‌های ارائه داروی پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند.
دارو با دوزهای ترکیبی:
درمان ترکیبی برای بیماری های پزشکی دشوار با ساخت همزمان بسیاری از داروها در یک فرم دوز واحد که توسط 3DP امکان پذیر شده است. این روش باعث افزایش پایبندی بیمار، کاهش تعداد قرص های مصرفی و بهبود اثربخشی درمان می شود. با استفاده از فناوری 3DP، بسیاری از داروها ممکن است در یک فرم دوز واحد ترکیب شوند تا داروهای ترکیبی با دوز ثابت ایجاد شود که پایبندی به درمان را افزایش می‌دهد و تجویز دارو را ساده می‌کند. راه‌حل‌های ترکیبی با دوز ثابت می‌توانند خطر اشتباهات دارویی و تداخلات دارویی نامطلوب را کاهش دهند و در عین حال اثربخشی درمان را با ترکیب درمان‌های مکمل یا پرداختن به مسیرهای متعدد بیماری به طور همزمان افزایش دهند.
فرمولاسیون دارویی کودکان مبتنی بر 3DP
چندین محقق از فناوری‌های 3DP برای تقویت فرم‌های دوز خوراکی با الگوهای انتشار متغیر دارو استفاده می‌کنند که امکان انتشار طولانی یا سریع دارو را فراهم می‌کند. Polypill، یک فرم دوز جامد با چندین جزء فعال، شامل پنج محفظه API مختلف در یک پوسته است که به طور مستقل با دو پروفایل آزادسازی جداگانه تنظیم می‌شوند.
- سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) در سال 2015 قرص اسپریتم شرکت دارویی Aprecia را تایید کرد، اولین قرصی که چاپ سه بعدی شد.
دارو: لوتیراستام
شرکت: Aprecia Pharmaceuticals
چگونه کار می کند: با چاپ جوهر افشان سه بعدی ساخته شده است تا یک تبلت بسیار متخلخل ایجاد کند که بسیار سریع در دهان حل می شود – ایده آل برای افرادی که در بلعیدن مشکل دارند.
- Triastek تاییدیه FDA و IND را برای داروی پرینت سه بعدی T19 خود دریافت کرد که برای درمان آرتریت روماتوئید با استفاده از فناوری مذاب اکستروژن (MED) طراحی شده است. این دارو در حال انجام آزمایشات بالینی است و انتظار می رود در آینده نزدیک یک درخواست دارویی جدید (NDA) ثبت کند.
فناوری 3DP می تواند به درستی اشکال هندسی پیشرفته قرص ها را تغییر دهد و رنگ های متنوع و قرص های کارتونی را برای پاسخگویی به سلیقه خاص کودکان چاپ کند. به طور قابل توجهی، نه تنها می توان فرم منحصر به فرد ایجاد کرد، بلکه ممکن است طرح دوز دقیق مورد نیاز نیز برآورده شود.
چالش و فرصت فرمولاسیون دارویی کودکان مبتنی بر 3DP
این روش زمانی دشوارتر می شود که فرد باید از پایبندی به قوانین حاکم بر داروها و دستگاه های پزشکی اطمینان حاصل کند. استانداردهای ایمنی و اثربخشی باید رعایت شود، که ممکن است نیاز به آزمایش و اعتبارسنجی زیادی داشته باشد. ایمنی مواد مورد استفاده در 3DP باید به دقت ارزیابی شود، به ویژه در فرمولاسیون هایی که برای بیماران جوان در نظر گرفته شده است. برخی از مواد به روش‌های غربالگری و آزمایش دقیق نیاز دارند زیرا ممکن است حاوی سموم یا آلرژی‌هایی باشند که ممکن است به کودکان آسیب برساند.
به دست آوردن فرمولاسیون های پرینت سه بعدی برای استفاده در کودکان با درجه دقت و صحت مناسب می تواند دشوار باشد. کیفیت و یکنواختی محصول نهایی می تواند تحت تأثیر تغییرات فاکتورهای چاپ مانند ضخامت لایه و سرعت چاپ باشد.
خطر:
احتمال مصرف بیش از حد ناخواسته یکی از مسائل مربوط به داروهای کودکان است، به ویژه زمانی که آنها به عنوان آب نبات یا کالاهای طعم دار بسته بندی می شوند. به دلیل طعم لذیذ، بچه ها می توانند وسوسه شوند که بیش از مقدار توصیه شده مصرف کنند. این نگرانی بر اهمیت استفاده از دوز و بسته بندی محتاطانه و همچنین ارائه دستورالعمل های روشن به مراقبان تاکید می کند. برخی از کودکان ممکن است در معرض خطر واکنش های آلرژیک به دلیل افزودنی های رنگی استفاده شده در داروسازی های کودکان با چاپ سه بعدی باشند. به عنوان مثال، واکنش های آلرژیک به رنگ های مصنوعی مرتبط است. برای کاهش احتمال پاسخ‌های منفی، انتخاب دقیق افزودنی رنگ و آزمایش کامل برای پتانسیل آلرژی‌زایی از موارد ضروری است.
هندسه و رهایش دارو در قرص‌های چاپ سه‌بعدی
1. الگوهای پر کردن (هندسه داخلی)
اینها ساختارهای شبکه داخلی قرص هستند که در چاپ FDM و جوهرافشان بسیار استفاده می شوند.
- لانه زنبوری
- ژیروید
- مستطیل/شبکه
- حلقه های متحدالمرکز
- تخلخل تصادفی
چرا؟ آنها مساحت سطح، تخلخل و نفوذ سیال را کنترل می کنند که همگی بر سرعت انحلال دارو تأثیر می گذارند.
2. ضخامت پوسته و ارتفاع لایه
- پوسته بیرونی ضخیم تر = آزاد شدن کندتر
- نازکتر یا بدون پوسته = آزاد شدن سریعتر
همچنین، لایه های نازک تر، دقت بیشتری را در لایه بندی دوز و دارو امکان پذیر می کند.
3. شکل کل لوح (هندسه کلان)
- سیلندر (متداول ترین)
- کره
- تورید (دونات)
- مکعب یا بلوک
- قرص هایی به شکل ستاره یا گل
اشکال خاص مساحت سطح بیشتری را ارائه می دهند یا مایع به دام می اندازند و نمایه رهاسازی را تغییر می دهند.
4. سازه های چند محفظه
مورد استفاده برای پلی قرص – قرص با مناطق جداگانه:
- هر بخش حاوی داروی متفاوتی است
- هر کدام ممکن است هندسه متفاوتی برای انتشار تاخیری یا لایه ای داشته باشند
مانند داشتن چندین قرص در یک قرص که هر کدام در زمان خاص خود آزاد می شوند.
5. سازه های توخالی یا شناور
در قرص های نگهدارنده گوارش استفاده می شود – این قرص ها در معده شناور می شوند:
- استوانه ها یا کره های توخالی
- پوسته های کم چگال
هدف: نگه داشتن دارو در معده طولانی تر = جذب موثرتر
6. طرح های هسته-پوسته
- هسته حاوی دارو است
- پوسته سرعت انتشار آن را کنترل می‌کند (مثلاً در طی چند ساعت حل می‌شود)
می تواند برای انتشار پایدار یا تاخیری استفاده شود.
نتیجه‌گیری
آینده پرینت سه بعدی در فرمولاسیون داروهای اطفال نویدبخش است، با حوزه های کلیدی برای نوآوری و تحقیق مستمر برای پیشرفت این زمینه. توسعه جوهرهای زیستی جدید و پلیمرهای هوشمند برای فعال کردن فرمول‌های پیچیده‌تر برای کودکان با چاپ سه بعدی بسیار مهم است. پیشرفت‌ها در نرم‌افزار و سخت‌افزار CAD برای ترجمه داده‌های بیمار به فرم‌های دوز قابل چاپ ضروری است. هوش مصنوعی (AI) پتانسیل بسیار زیادی برای فعال کردن داروهای اطفال واقعاً شخصی شده از طریق چاپ سه بعدی دارد.
منبع:
- Review on Recent Advance of 3DP-Based Pediatric Drug Formulations – PMC
- Manipulating drug release from 3D printed dual-drug loaded polypills using challenging polymer compositions – ScienceDirect
- 3D printing of tablets containing multiple drugs with defined release profiles – ScienceDirect
- 3D printing of pharmaceutical dosage forms: Recent advances and applications – ScienceDirect
- 3D printed medication – Wikipedia
برای تجربه ی بهترین سفارش پرینت سه بعدی، با قیمتی مناسب، همین الان با ما تماس بگیرید.
آدرس: تهران، میدان آزادی، خیابان محمدخانی، پلاک 161، واحد 3