Farmaceutski oblici lijekova izrađeni tehnologijom 3D printanja

Autor: Varović Strunje, Margareta
Přispěvatelé: Pepić, Ivan
Jazyk: chorvatština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Popis: Cilj istraživanja Cilj ovoga rada je opisati najnovije i najčešće korištene 3D dostupne tehnologije printanja lijekova, opisati 3D printane terapijske sustave namijenjene oralnoj, transdermalnoj, rektalnoj i vaginalnoj primjeni te 3D printane fizičke (nestanične) i biološke sustave za in vitro ispitivanje lijekova. Također, cilj je dati pregled dosadašnjih spoznaja o mogućnostima i izazovima 3D printanja lijekova. Hipoteze istraživanja su: 1. Hoće li nova era 3D printanja lijekova u potpunosti zamijeniti dosadašnji način proizvodnje lijekova? 2. Kakav utjecaj ima 3D printanje lijekova na globalnu ekonomiju te na što još može utjecati? Materijali i metode Pri pretraživanju literature i prikupljanju relevantnih podataka za izradu specijalističkog rada korištene su on-line baze podataka (PubMed, ScienceDirect) jednako kao i dostupna on-line literatura, pretraživana preko Google pretraživača. Literatura je pretraživana prema temi istraživanja, predmetu istraživanja, autorima i časopisu. Pretraživalo se od općih prema specijaliziranim člancima pri čemu su odabrani članci relevantni za problematiku ovog specijalističkog rada. Relevantni članci su proučavani na analitički i kritički način s obzirom na definiranje znanstvenog i/ili stručnog problema, istraživanje postojećih znanja o definiranom problemu (literaturni navodi), oblikovanje radne hipoteze, odabir metoda za ispitivanje hipoteze, prikaz i analizu rezultata te izvedene zaključke. Pri proučavanju relevantnih članaka izdvojeni su najvažniji rezultati, rasprave i zaključci. Na temelju proučavanih članaka izvedena su vlastita razmatranja proučavane problematike koja su sastavni dio rasprave ovog specijalističkog rada. Rezultati Tehnologijom 3D printanja omogućeno je dizajniranje lijekova tako da se djelatna tvar printa na određenu matriksnu podlogu iz koje se odvija njezino kontrolirano oslobađanje. Primjerice, odabirom čvrstoće površine djelatne tvari printanjem različitih struktura ili printanjem slojeva različitih materijala kontrolira se obim i brzina oslobađanja djelatne tvari. Također, može se utjecati na preciznu kontrolu otapanja djelatne tvari odabirom topivih i netopivih komponenata, dizajnom geometrije te dizajnom unutarnje strukture gotovog farmaceutskog oblika lijeka. Tehnologija 3D printanja omogućava izradu kompleksnih farmaceutskih oblika lijekova čime se omogućuje bolja djelotvornost djelatne tvari s kompleksnim profilom oslobađanja. Takva tehnologija omogućuje izradu politableta odnosno fiksnu kombinaciju djelatne tvari u jednoj tableti koja sadrži više od jedne djelatne tvari u određenim dozama. Primjena tehnologije 3D printanja dobila je svoju ulogu i u izradi in vitro sustava za ispitivanje lijekova kao što su stanice, tkiva i organi. Isto tako, takva tehnologija koristi se u istraživanjima mehanizama bolesti karcinoma, dijabetesa, kardiovaskularnih bolesti, neurodegenerativnih bolesti i dr. Biočipovi s ljudskim mikroorganima imaju bolju sposobnost procjene reakcije ljudskog organizma na nove lijekove nego što to mogu predvidjeti animalni modeli. Potrebno je uložiti dodatni napor u istraživanje biokompatibilnosti i pronalazak novih materijala te u istraživanje i ispitivanje odgovarajućih metoda sterilizacije konačnog proizvoda. Također je potrebno ispitati parametre proizvodnje i parametre dizajniranja kako bi se osigurala djelotvornost i sigurnost lijeka. U svrhu implementacije tehnologije 3D printanja u svakodnevni život pacijenata potrebno ih je informirati te uložiti vrijeme u njihovu edukaciju kao i u edukaciju osoblja. Regulatorne smjernice moraju obuhvatiti materijale, tehnologije, programe te uključenost u klinička ispitivanja posebno radi personalizacije doziranja lijeka. Cijena printanja 3D tehnologijom u usporedbi s klasičnom proizvodnjom je niža zbog manje količine upotrebljenog materijala te zbog smanjenja broja radne snage. Međutim, cijena izrade tehnologijom 3D printanja raste zbog samog razvoja programskog dizajniranja željenih proizvoda. Temeljem istraživanja pri izradi ovog rada doneseni su sljedeći zaključci na postavljene hipoteze: 1. Zasad nema potrebe za potpunom zamjenom klasičnog načina proizvodnje lijekova s tehnologijom 3D printanja. Tehnologija 3D printanja većinom se koristi za izradu malih količina personaliziranih lijekova i ostalih specijaliziranih sustava. Svrha aditivne proizvodnje je upravo personalizirana proizvodnja, a ne brza proizvodnja velikih količina lijekova. Stoga je fokus tehnologije 3D printanja na personalizaciji liječenja, a ne na zamijeni klasične proizvodnje lijekova. 2. 3D printanje lijekova isključivo namijenjenih za personaliziranu terapiju smanjuje troškove proizvodnje zbog manje količine materijala koji se koristi, nije potrebna masovna proizvodnja koja je cijenovno zahtijevna, smanjena je količina radne snage, cijena proizvodnih prostora itd. Cijenu proizvodnje povećava ispitivanje računalnih programa i vrijeme uloženo u dizajniranje farmaceutskog oblika. Izrada biočipova omogućava uvide u razvoj bolesti, probir lijekova i ispitivanje ciljnih bolesti. VI Zaključak Praktični pristup tehnologije 3D printanja brzo je stvaranje jeftinih prototipova, lagana prilagodba predmeta tijekom faze dizajniranja, izrada malih predmeta, izrada individualiziranih serija i struktura lijeka koje se ne mogu proizvesti klasičnim proizvodnim postupkom. Tehnologija 3D printanja ima veliki utjecaj na farmaceutsku industriju i medicinu. Omogućuje izradu složenih struktura lijeka za postizanje različite kinetike oslobađanja djelatne tvari, a ima primjenu u procesu razvoja lijekova, od pretkliničkog razvoja i kliničkih ispitivanja sve do izrade personaliziranih doza lijekova. Neke od prednosti izrade tableta tehnologijom 3D printanja su sljedeće: izrada tableta u velikom rasponu različitih doza, brzi razvoj formulacija, jednostavna i jeftina izrada, farmaceutski oblici korisni za gerijatrijske i pedijatrijske skupine bolesnika, mogućnost ex tempore izrade, automatizirana oprema koja je dostupna na tržištu, brzo provođenje ispitivanja stabilnosti, mogućnost maskiranja okusa i boje. Tehnologija 3D printanja ima potencijal postati dio svakodnevne upotrebe u raznim industrijskim granama, posebno u farmaceutskoj industriji te posljedično u ljekarnama i domaćinstvima zbog svoje prednosti u izradi personaliziranih lijekova i medicinskih proizvoda. Mogućnost izrade i uklapanje djelatnih tvari, te kontrole njihovog oslobađanja omogućuje vremenski i cijenovno isplativu izradu tableta. Sve je veća potreba za razvojem aditivne tehnologije zajedno s pronalaskom printabilnih materijala i djelatnih tvari posebice zbog velike potrebe za izradom personaliziranih lijekova i medicinskih proizvoda. Nakon FDA-inog odobrenja izrade tableta 3D tehnologijom printanja započelo je naglo istraživanje oralnih i transdermalnih faramaceutskih oblika lijekova izrađenih takvom tehnologijom. Različite tablete, personalizirane mikroigle ili implantati se ne mogu napraviti klasičnim proizvodnim postupcima. Tehnologija 3D printanja može revolucionalizirati proizvodnju određenih farmaceutskih oblika i pružiti relevantnije, djelotvornije i sigurnije lijekove za pacijente. Pri izradi tableta prednost imaju FDM i DOS metode koje su se posebno razvile u zadnjih nekoliko godina. Ostali fotopolimerizacijski 3D printeri s visokom rezolucijom razvijaju se za proizvodnju in vitro sustava. In vitro stanični i organski modeli služe za ispitivanje i probir lijekova, istraživanje karcinoma i ostalih bolesti. Tehnički zahtijevi, poput kontrole parametara dizajniranja, performanse printera, biokompatibilnosti printanih materijala i sterilizacija, moraju biti uzeti u obzir. Regulatorni zahtijevi moraju biti zadovoljeni prije potpunog prihvaćanja tehnologije 3D printanja od strane farmaceutske industrije. Konačno, radi brzog razvoja i brojnih prednosti, posebice mogućnosti izrade personaliziranih lijekova, u budućnosti se očekuje dominantna aditivna proizvodnja određenih lijekova. Objectives The purpose of this paper is to describe the latest and commonly used 3D drug printing technologies, 3D printed therapeutic systems for oral, transdermal, rectal and vaginal administration, and to describe 3D printed physical (non-cellular) and biological systems for in vitro drug testing. An overview of current knowledge about the possibilities and challenges of 3D drug printing will be given. Research hypotheses are: 1. Will the new technology of 3D drug printing completely replace the standard drug production? 2. What is the impact of 3D drug printing on the global economy and other aspects of life? Materials and methods During the process of literature research and collection of data, the on-line databases (PubMed, ScienceDirect) have been used as well as other on-line available literature. Literature has been researched by topic, subject of research, authors and articles journal. The research has been conducted by using general to more specific articles journal that are of interes of this paper. Analytical and critical approach has been taken when studying articles about a defined problem (literary references), creating hypothesis and selecting methods to test a hypothesis as well as presenting and analyzing results and drawing conclusions. In studying the relevant articles, the most important results, discussions and conclusions have been identified. On the basis of the studied articles conclusions are derived and they are an integral part of the discussion section of this paper. Results 3D printing technology has enabled drug design by introducing the active substance that is printed onto a specific matrix substrate allowing a controlled drug release. For example, selecting the strength of a drug surface by printing different structures or printing layers of different materials controls the volume and rate of release of the active substance. Also, precise control of drug dissolution can be affected by the selecting of soluble and insoluble components, geometry design and internal structure of the finished drug form. 3D technology enables the production of complex pharmaceutical drug forms, thereby improving the efficacy of a drug with a complex release profile. Such technology allows the production of a polypill which is a fixed combination of a drug in one tablet that contains more than one active substance at specific doses. The application of 3D technology has also played a role in the design of in vitro drug testing systems such as cells, tissues and organs. 3D technology has place in researching of mechanisms of various deseases such as cancer, diabetes, cardiovascular disease, neurodegenerative disorders, etc. Biochips with human microorganisms have a better ability to assess human response to new drugs than animal models. Extra effort is needed to investigate biocompatibility, find new materials, and research and test appropriate methods of sterilizing the final finished form of a product. Production and design parameters should also be investigated to ensure efficacy and safety of the drug. Patients need to be informed and educated, and stuff need to be trained. Regulatory guidelines should include materials, technologies, programs and clinical trials particularly in personalized medicine. The price of 3D technology printing compared to conventional production is lower due to a smaller amount of material used and workforce reduction. However, the cost of 3D printing technology is growing due to the development of the software design of the desired product. Based on the research, the following conclusions have been established from the hypotheses: 1. Currently, there is no need for a complete replacement of the traditional drug production with 3D printing technology. 3D printing technology is mainly used to produce small quantities of personalized medicine and other specialized systems. In fact, the purpose of additive manufacturing is personalized production, rather than fast production of large quantities of drugs. Thus, the focus of 3D printing technology is on personalized medicine treatment rather than replacement of traditional drug production. 2. 3D printing of drugs intended for personalized therapy reduces cost of production due to less amount of material used, smaller amount af labor, space, etc. The cost of production is increased due to software development needs as well time invested in designing a pharmaceutical final form. The make of biochips provides insight into disease development, drug screening, and targeted disease testing. Conclusion The practical approach of 3D printing technology promotes fast creation of inexpensive prototypes, easy modification of objects during design phase, production of small objects, production of individualized batches and drug structures that cannot be produced by the conventional manufacturing process. 3D printing technology has a major impact on the pharmaceutical industry and medicine. It enables designing of complex drug structures, achieves different kinetics of drug release, and has application in the drug development process from preclinical development and clinical trials to the production of personalized drugs. Some benefits of 3D tablets manufacturing are: tablet production at a wide variety of doses, quick formulation development, simple and inexpensive manufacturing, pharmaceutical final forms useful for geriatric and pediatric patient groups, ex-tempore manufacturing capability, automated equipment available on the market, quick conduct of stability tests, ability to mask taste and color. 3D printing tehnology will become a part of everyday use in various industries, especially in the pharmaceutical industry and, consequently, in pharmacies and households, due to its advantage in the manufacturing of personalized medicines and other medical products. The production of the tablet is fast and cost-effective which is provided when incorporating active farmaceutical ingredients with control release profile. There is a growing need for additive technology development inventions of new printable materials and medicinal substances, in order to satisfy a great need for personalized medicines and medical products. The FDA approval of 3D tablet manufacturing, resulted in faster research of oral and transdermal pharmaceutical products. Tablets of certain formulations and dosages, personalized microneedles or implants cannot be made by traditional manufacturing methods. 3D printing tehnology can revolutionize the production of therapeutic doses and provide more relevant, effective and safe drugs for patients. The FDM and DOS methods, which have been developed especially in recent years, take priority when making tablets. Other high resolution photopolymerization 3D printers are being developed to produce in vitro systems. In vitro cellular and organic models are used for drug testing and screening and research of cancer and other diseases. Technical requirements, such as parameters design control, printer performances, printed matter compatibility and sterilization, must be taken into account. Regulatory requirements must be met before full acceptance of the 3D technology standards by the pharmaceutical industry. Finally, it is expected to see a dominant additive production of drugs, especially in personalized medicine in the future.
Databáze: OpenAIRE