付加製造: 錠剤の迅速な製造を可能にする体積 3D 印刷技術

出典: EFL Bio3Dプリンティングとバイオ製造

3Dプリント技術によるパーソナライズ医療の時代が到来しました。しかし、既存の 3D プリント技術では、ペースの速い臨床環境でオンデマンドで医薬品を製造するために必要な速度を満たすことができません。ボリューム 3D 印刷は、より高速な印刷速度を提供し、従来のレイヤーベースのステレオリソグラフィー 3D 印刷技術の幾何学的および表面的な制限を克服する新しいタイプの 3D 印刷技術です。

MERLIN 再生医療技術研究所の Daniel Nieto 氏、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの Abdul W. Basit 氏、サンティアゴ・デ・コンポステーラ大学の Alvaro Goyanes 氏は、体積 3D 印刷技術を使用して、初めて 3D 印刷医薬品を迅速に製造しました。彼らは、6 種類のパラセタモールを含んだインクを印刷し、3D 印刷医薬品の製造におけるこの技術の適用性を評価し、これらの 3D 印刷医薬品の形態、物理化学的特性、および in vitro 放出を研究しました。この研究は、3D プリントによる医薬品製造の新しい方法の先駆けとなり、幅広い発展の見込みがあります。関連論文「医薬品の迅速な製造のための体積 3D プリンティング」が、Additive Manufacturing 誌に掲載されました。

図 1 体積 3D 印刷システムの動作原理体積 3D 印刷は、従来のレイヤーごとの製造とは異なり、一定量の感光性樹脂を複数の角度から同時に照射することで、3D 印刷構造全体を作成します。図 1 に示すように、このシステムでは、プロジェクターの前の異なる位置に 7 つの UV 反射板を配置し、投影された画像を左投影、右投影、下投影の 3 つの部分に分割します。3 つの部分は、一定量の感光性樹脂の対応する平面に同時に投影されます。 3D プリント構造のすべての場所が必要な累積照射量に達し、同時に硬化するためには、各ビームが他のビームを補正するように、横方向の強度分布勾配をビームに適用する必要があります。

図 2 に示すように、研究者らは体積測定用の 3D プリント薬剤を効率的に製造することに成功しました。ドーナツ型の薬剤は、円盤状の薬剤に比べて表面積と体積の比率が大きいため、薬剤の放出速度が速まります。パラセタモールを配合した 6 つのインク配合物は、異なる濃度のアクリルモノマー (PEGDA 575 対 PEGDA 700) と希釈剤 (水対 PEG 300) で構成されていたため、満足のいく程度の架橋を達成するために必要な累積曝露量は配合物ごとに異なりました。 6 つの印刷された構造は、その構成に関係なく、物理的な寸法が本質的に同一です。

図 2 体積 3D プリントされた薬剤の写真と印刷プロセス図 3 に示すように、研究者らは体積 3D プリント中に 385 nm 光源がパラセタモールの安定性に与える影響を調査しました。結果は、385 nm 光源はパラセタモールの分解を引き起こさず、統計的に有意な影響もないことを示しました。

図 3 パラセタモールの光安定性図 4 に示すように、研究者はフーリエ変換赤外分光法を使用して潜在的な化学反応物質を検出し、体積 3D 印刷中にパラセタモールと PEGDA が相互作用するかどうかを判断しました。結果は、赤外線スペクトルに異常な特徴的なピークはなく、パラセタモールとPEGDAは印刷プロセス中に反応しないことを示しています。

図4 印刷インクの各成分と印刷された薬剤のフーリエ変換赤外線スペクトルを図5に示します。研究者らは、X線マイクロCT画像を使用して、印刷された薬剤の内部構造を研究し、印刷された薬剤の密度を計算しました。結果は、異なるインク配合で得られた印刷薬剤間に明らかな密度差がないことを示唆しており、印刷プロセス中に選択された露光パラメータが、異なる印刷インクにうまく適応し、同じ密度の印刷薬剤を生成したことを示しています。

図 5 印刷された薬剤の X 線マイクロ CT 画像図 6 に示すように、パラセタモールの放出は pH の変化の影響を受けませんでした。薬物放出速度の違いは、主に希釈剤が架橋に関与せず、架橋ポリマーネットワークの密度が異なっていたことによるものでした。したがって、希釈剤の濃度が高いほど、架橋密度が低くなり、薬物の放出速度が速くなります。光硬化性モノマーと希釈剤の種類も薬剤の放出速度に影響し、分子の小さいモノマーはより密に架橋されたポリマーネットワークを形成する傾向があります。

図 6 パラセタモールの in vitro 放出曲線要約すると、研究者らは体積 3D 印刷を使用して、パラセタモールを充填した印刷薬の製造に初めて成功し、印刷は 7 ～ 17 秒以内に完了しました。これは、現在までに 3D 印刷技術によってパーソナライズされた薬を製造する最も速い方法です。薬剤の放出速度は、製剤中の光重合性モノマーと希釈剤の比率を変えることによって調整できます。体積 3D プリントは医薬品の迅速な生産に適しています。さらに最適化を進めれば、体積 3D プリントがパーソナライズされた医薬品の生産に強力なツールになることが予測されます。

ソース：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102673

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