光硬化アプリケーション: デスクトップステレオリソグラフィーを使用したナノ複合薬剤の 3D 印刷

この投稿はCoco Bearによって2022-2-21 14:26に最後に編集されました。

光硬化アプリケーション:デスクトップステレオリソグラフィーを使用したナノ複合薬剤の3D印刷

研究背景:
デスクトップ光重合またはステレオリソグラフィーは、従来の固体剤形をナノスケール薬剤のキャリアとして使用する多機能複合ナノ材料を開発するための理想的なアプローチです。
方法：
この研究では、認可された健康食品であるベルベリン（BBR）のハイドロゲルナノ粒子を還元フォトポリマーにカプセル化して薬物送達する複合ナノ薬物送達システムが開発されました。複合ナノ薬物送達システム/ペレットを調製するために、本論文では、ステレオリソグラフィー 3D プリント複合ナノペレットからベルベリンを効率的に送達するための最適なマトリックスとして、生体適合性の還元光重合性樹脂を利用することを選択しました。
結果：
得られたデータは、平均粒子サイズが 95.05 ± 4.50 nm であるが、薬物含有量が低いベルベリンハイドロゲルナノ粒子の形成を示しました。ここでは、高忠実度（コンピュータ支援設計と一致する）ステレオリソグラフィー支援モノリシック製造を実現し、フーリエ変換赤外分光法によって光架橋を確認します。電子顕微鏡検査により、ステレオリソグラフィーのプロセス中にハイドロゲルナノ粒子が錠剤の中に封入されたことが明らかになりました。複合ナノペレットは酸性環境下で高い膨潤度を示し、4時間後にベルベリンの放出率は50.39±3.44%であった。
結論は：
本論文では、デスクトップ光重合技術を使用して 3D プリントされた複合ナノ粒子を製造し、薬物送達の実現可能性を実証しました。ベルベリン (BBR) は、特定の植物に含まれる天然アルカロイドです。 BBR には、抗菌、抗原虫、抗糖尿病、抗癌作用など、幅広い薬理作用があります。抗原虫作用があるため、シマダニ症の治療に有効であることが示されています。さまざまな in vitro 研究により、BBR は特定のアマスティゴートの増殖、呼吸、同化を阻害することでリーシュマニア症を治療できることが明らかになりました。 BBR は脂肪とグルコースの代謝、酸化ストレス、炎症反応を調整する可能性もあり、非アルコール性脂肪性肝疾患や糖尿病などの代謝障害の治療に有望な治療薬となっています。げっ歯類およびヒトにおける BBR の薬物動態研究では、生理的条件下での BBR の自己凝集により、BBR は腸管吸収が低く、代謝が速いため、最良の治療効果を得るには高用量の BBR が必要であることが示されています。そのため、浸透性を高めたり、P糖タンパク質阻害剤（BBRの排出を阻害する）を使用したり、脂質ナノ粒子送達システムを使用したりすることで、腸管吸収を高める取り組みが進められています。複合ナノドラッグデリバリーシステムの3次元モデルを下図に示します。フーリエ変換赤外分光法テスト：スペクトルテスト結果を下図に示します。光重合プロセス中にポリエチレングリコールジアクリレート（PEGDA）の架橋によりアクリレートピークが消失することが観察されます。 乾燥試験：次の表は、複合ナノ薬物送達システムの設計寸法と印刷寸法、および空気乾燥前後の平均寸法と平均重量を示しています。光重合によって 3D プリントされたナノ複合薬物送達システムは、高い質量損失と体積損失を示すことがわかります。 (印刷されたABおよび乾燥したCDナノ複合材料マイクロペレットの直径と高さ)膨潤度テスト: (注: 膨潤度-ポリマー分子が溶媒分子を吸着して膨潤平衡に達したときの、膨潤後の体積と膨潤前の体積の比)次の 2 つの図は、それぞれ膨潤テストの曲線グラフと画像です。 pH値が1.2のときに膨潤度が最も大きく、321.12±12.22%となり、pH値が6.8のときに膨潤度が最も大きく、244.01±9.51%となることがわかります。 (胃 ( pH 1.2 ) および腸 ( pH 6.8 ) 環境における複合ナノ薬物送達システムの膨潤挙動) ( ナノ複合薬物送達システムの体積膨張は、ナノ複合薬物送達システムの高さ( A )と直径( B )の両方が増加したことを示しています )薬物含有量の測定と走査型電子顕微鏡による形態観察:調製した複合ナノ薬物送達システムの薬物含有量を抽出法で測定し、各ナノ複合錠剤の薬物含有量は3.670±0.013 μg/錠剤であることがわかりました。薬物含有量は、理論値4.109 μg/粒子（以前に決定されたハイドロゲルナノ粒子の薬物負荷に基づいて計算）よりも低かった。作製したナノ複合薬物送達システムの表面および断面形態を走査型電子顕微鏡で観察したところ、下図のようになりました。この図から、ナノ複合薬物の表面に BBr-NP が存在することが確認できます。（ナノ複合薬物送達システムの断面のSEM画像、倍率（A）3000倍、（B）7000倍、黄色の矢印はマトリックス内のBBr-NPの存在を示しています）薬物放出試験：本論文では、調製した複合ナノ薬物送達システムについて、消化管での放出挙動を理解するためにin vitro薬物放出研究を行い、累積放出データを時間に対してプロットしました（下図を参照）。図から、BBR がナノ複合材料からより速い速度で放出されていることがわかります。酸性環境では、 4時間後に50.39±3.44%のBBRが放出されました。その後、ナノ複合体は腸管pHに置かれ、放出プロセスがある程度妨げられ、放出された BBR の最大値は 48 時間後に 77.96 ± 5.12% となりました。最大放出は12時間後に73.34±5.54%となり、その後放出は停滞し、12時間から48時間の間に73.34±5.54%から77.96±5.12%に増加しました。（ 3Dプリントナノ複合薬物送達システムのBBrHCL放出プロファイル（n = 3）。最初に胃液（pH 1.2）で4時間インキュベートし、次に腸液（pH 6.8）で48時間インキュベート） 要約と展望:
この論文では、ナノ複合マイクロペレットの作成に成功しました。テストの結果、この実験で印刷された複合ナノドラッグデリバリーシステムは機械的弾性を備えており、商業的および実用的なアプリケーションに適していることがわかりました。ナノ複合材料の優れた膨潤特性は、高い膨潤特性によってマトリックスへの浸透がより効率的になるため、非常に有利です。複合ナノピルの薬剤含有量が低いのは、光重合 3D 印刷プロセス中の BBR-NP の沈降傾向が遅いためです。 SEM 顕微鏡写真により、BBR-NP が複合ナノペレットのマトリックス内にカプセル化されていることがさらに確認されました。 SEM と DSC で測定したナノ粒子サイズの不一致、および DSC と SEM で測定した平均粒子サイズの不一致は、SLA 印刷中の BBR-NP の膨潤および溶融挙動によって発生します。酸性 pH での BBR の放出が速いことは、酸性条件下での膨潤度が著しく高いことと一致しています。複合ナノ材料から薬剤は膨潤および拡散プロセスに基づいて放出されるため、膨潤挙動を調節することで放出パターンを調整できます。 SLA 3D プリンターは充填密度によって制限されるため、充填密度は薬剤放出の制御可能なパラメータとして使用できます。したがって、この制限を補うために、異なる比率の架橋剤（PEGDA 対 PEG）で錠剤を印刷したり、錠剤の膨張に影響を与える細孔を導入するなど、錠剤のデザインを変更したりすることができます。
この研究は、 SLAと光重合の優れた特性を利用して、複合ナノ材料の医療用3Dプリントを実現することを目的としています。 SLA は BBR-NP のナノファブリケーションに使用され、調製されたナノキャリアは、生体適合性および生分解性成分で構成された 3D プリントされた経口投与形態に埋め込まれました。 BBR を NP に充填し、さらに 3D プリントされた錠剤に充填すると、BBR の持続放出挙動が実現し、BBR の胃腸吸収が効果的に改善され、BBR の分解が減少します。
この記事では、マルチモーダル薬物放出システムやマルチコンパートメント薬物放出システムなど、さまざまな薬物の放出に使用できる、光硬化性3D印刷製造技術を使用してナノ複合材料を調製するための新しいアイデアを紹介します。注：この記事の内容は若干調整されています。必要に応じて原文をご覧ください。
出典： Sharma PK、Choudhury D、Yadav V、et al. 薬物送達を目的としたデスクトップバット光重合（ステレオリソグラフィー）によるナノコンポジット錠剤の3Dプリント[J]。3D Printing in Medicine、2022、8（1）：1-10。
出典: https://doi.org/10.1186/s41205-022-00130-2

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