ノッティンガム大学は、マルチマテリアルインクジェット3Dプリントを使用してカスタマイズされた錠剤を印刷し、固形医薬品製造の新しい方法を実証しています。

2024年5月15日、アンタークティックベアは、ノッティンガム大学の研究者が、個人に合わせてカスタマイズされた薬を作成できる3Dプリント薬の新しい方法を開発したことを知りました。マルチマテリアルインクジェット3Dプリント（MM-IJ3DP）技術を活用したこのイノベーションは、医薬品技術における大きな進歩を示すものです。
△3Dプリント錠剤に関する研究は、「水溶性賦形剤を使用したマルチマテリアルインクジェット3Dプリントによる高精度なパーソナライズ医薬品錠剤の実現」というタイトルで、Materials Today Advances誌に掲載されました。

論文リンク: https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2024.100493
パーソナライズ医療の出現はヘルスケアにおける有望な最先端分野であり、その実現にはカスタマイズされた薬剤投与形態とデバイスの製造が必要です。 3D 印刷技術は、カスタマイズされた放出プロファイルを持つカスタマイズされた用量の薬物の製造に使用できます。現在、ペースト押し出し、デジタル光処理など、さまざまな 3D 印刷モードが複雑なデザインを実現するために利用されており、この分野に新たな展望をもたらしています。
その中で、マルチマテリアルインクジェット3Dプリント（MM-IJ3DP）は新興技術として、高スループットと高精度の利点を持ち、複雑なマルチマテリアル製品を実現できます。この技術により、薬物放出プロファイルを調整したカスタマイズされた錠剤を作成できるため、患者にとってより正確で効果的な治療が可能になります。錠剤の独特な内部構造により薬剤の放出速度が制御され、患者のニーズに基づいて特定の時間に投与することが可能になります。しかし、いくつかの課題もあります。

さらに、MM-IJ3DP 方式により、1 つの錠剤に複数の薬剤を印刷することが容易になり、複雑な投薬計画が 1 回の投薬に簡素化されます。この技術は大きな可能性を秘めていますが、課題も抱えています。たとえば、材料の安定性と硬化速度をさらに最適化する必要があり、より幅広い材料をサポートするために配合を拡張する必要があります。
このプロジェクトでは、研究者らは複雑なマルチマテリアル構造の製造の可能性を探り、インクジェット 3D プリントで利用可能なデザインの範囲を例示し、モデル薬物の制御放出のためのマルチマテリアル構造を製作しました。研究者らは、薬物の放出を制御するために、時間の経過とともに露出した可溶性賦形剤の表面積と体積の比率が変化する錠剤設計を採用した。 MM-IJ3DP は、不溶性ポリマーと可溶性ポリマーの両方を含むさまざまなデザインを 1 つの製造ステップで生成するために使用されました。
図 1 a) マルチマテリアルインクジェット 3D プリント MM-IJ3DP の概略図と可溶性インク成分の化学構造。b) MM-IJ3DP でプリントしたマルチマテリアルシングルバッチデザインの写真。c) デザインの概略図 (上段) と、印刷中 (2 段目)、部分的な印刷後 (3 段目)、可溶性材料の完全溶解後 (下段) の MM-IJ3DP でプリントした円筒形構造の対応写真。より複雑な構造が MM-IJ3DP で実現できることを実証するため、研究者らは、6 つのデザイン ((1) ディスク、(2) リング、(3) 水溶性コアを持つ不溶性リング、(4) 水溶性リングと不溶性コア、(5) 不溶性キューブ (一辺の長さ 600 μm) の可溶性マトリックスによるカプセル化、(6) およびその逆プロセスである可溶性キューブの不溶性マトリックスによるカプセル化) の複合円筒形構造 (外径 d0 = 8 mm) を作製しました。いずれの場合も、可溶性成分が溶解し、不溶性成分が残ることが観察されました。
これらの構造では、サンプルは表面積を変化させることで時間の経過とともに放出率を変化させます。研究者らは、厚さ 2 mm の円盤、正方形、六角形、五角形、五芒星形、四辺形の溶解を測定することにより、この剤形の製造方法が可溶性物質と不溶性物質の組み合わせをどのように操作できるかを調査しました。 MM-IJ3DP は、あらゆる API のリリースを時間的かつ「デジタル」な方法で制御できますが、これは現在使用されている医薬品製造技術では不可能です。
図 2 a) 印刷されたポリACMO構造の写真と、これらの構造の表面積に対する溶解時間の依存性。 b) 異なる重量濃度のポリACMO溶液に1時間、6時間、24時間曝露した後の3T3線維芽細胞の細胞生存率。誤差バーは、n = 4 の独立した反復の平均 ± SD を表します。 c) 30重量%アスピリンACMOインクを使用して印刷されたノッティンガム大学のロゴの写真。黒いアウトラインはデザインの幾何学的形状を表しています。 d) アスピリン、ポリACMO、30 wt%アスピリン-ポリACMOの代表的なラマンスペクトル（上から下へ）。 e) ポリACMO（赤）、アスピリンを含むポリACMO（緑）、シリコン基板（青）の光学顕微鏡写真と共焦点ラマンイメージング画像。スケールバーは1mmです。図 3. a) 30 wt% アスピリンを含んだ場合と含まない場合のポリ ACMO の DSC 測定結果 (Tg 値を表示)、b) ペレット内の結晶の存在を追跡する対応する X 線回折パターン。 c) ポリACMOペレットの圧縮テスト、誤差エンベロープは95%信頼区間を表す、n = 8。 d) ポリACMOペレットの破砕性。 e) 水性カラムで GPC を使用して、30 wt% アスピリンを添加した場合と添加しなかった場合の印刷されたポリ ACMO の分子量評価。図 4。4 つの異なる放出挙動を持つ錠剤が MM-IJ3DP プロセスによって設計および印刷されました。a) 4 つの異なる錠剤設計の概略図と、充填された賦形剤が完全に放出された後の残留物の写真、スケールバーは 4 mm。b) USP II によってテストされたポリ ACMO 放出プロファイル、平均 ± SD、n = 4。c) 薬剤放出の最初の 75 分間における 4 つの異なる設計の線形フィッティング放出曲線。d) HPLC によって測定され、USP II によってテストされた 4 つの設計を示すアスピリン錠剤の放出曲線、平均 ± SD、n = 4。
この研究を率いたノッティンガム大学工学部付加製造センターの助教授、イェンフェン・ヘ博士は次のように述べた。「これは、個別化医療の発展に向けた刺激的な一歩です。この画期的な進歩は、3Dプリンティングが薬物送達に革命を起こす可能性を浮き彫りにするだけでなく、新世代の個別化医療を開発するための新たな道を切り開きます。」
最終的に、研究者らは、一度に 56 個の錠剤を印刷できることでこのアプローチの拡張性を実証しました。これは、パーソナライズされた医薬品の製造に大きな可能性を秘めています。この開発は、正確なタイミングと投薬量の正確さが求められる状況で特に重要な、投薬コンプライアンスの向上のニーズに対応します。

ノッティンガム大学は、マルチマテリアルインクジェット3Dプリントを使用してカスタマイズされた錠剤を印刷し、固形医薬品製造の新しい方法を実証しています。

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