ARTYKUŁ

Marta Kozakiewicz, Anna Junak, Anna Gołkowska, Aleksandra Dyba, Karol P. Nartowski

Wykorzystanie technologii druku 3D metodą FDM w otrzymywaniu leków pediatrycznych
2021-05-06

Konwencjonalne metody masowej produkcji leków nie są w stanie spełnić wszystkich kluczowych cech, które wpływają na skuteczność farmakoterapii. Biorąc pod uwagę fakt, że czynniki genetyczne i warunki środowiskowe konkretnego pacjenta mogą wpływać na skuteczność terapii, opracowanie leków spersonalizowanych może z powodzeniem poprawić jakość życia pacjentów, jak również zmniejszyć ryzyko wystąpienia działań niepożądanych. Jest to szczególnie ważne w przypadku populacji dziecięcej ze względu na różnorodność tej grupy, zwłaszcza ze względu na znaczne różnice fizyczne i rozwojowe pomiędzy noworodkami a nastolatkami. Po zatwierdzeniu pierwszych tabletek drukowanych metodą 3D przez amerykańską Agencję Żywności i Leków w 2015 r., druk 3D stał się obiecującym narzędziem do przygotowywania leków spersonalizowanych. Korzystny aspekt cenowy, możliwość wytwarzania leków na małą skalę, personalizacja dawki, kształtu i profilu uwalniania sprawiły, że druk 3D ma ogromną szansę zrewolucjonizować rynek farmaceutyczny. Osadzanie Topionego Materiału (ang. Fused Deposition Modeling, FDM) wykorzystuje termoplastyczne polimery wtłaczane przez dyszę drukarki w temperaturze wyższej niż topnienie lub mięknięcie włókien polimerowych, umożliwiając operatorowi kontrolę zarówno kształtu, rozmiaru, jak i struktury wewnętrznej drukowanego obiektu. Z drugiej strony, największym wyzwaniem dla wdrożenia tej metody w środowisku farmaceutycznym jest brak komercyjnie dostępnych filamentów o jakości farmaceutycznej. Aby pokonać tę przeszkodę można zastosować proces ekstruzji topliwej (ang. Hot Melt Extrusion, HME), który dostarcza filamenty o jakości farmaceutycznej. Wyniki badań wskazują, że druk 3D w technologii FDM w połączeniu z HME jest realną opcją do wytwarzania nowych preparatów leków w różnych kształtach i dawkach, a technologia ta może przyczynić się do rozwoju dostosowanych do potrzeb leków pediatrycznych. Niniejszy manuskrypt podsumowuje i omawia obecny stan wiedzy, jak również krytyczne aspekty, które muszą być wzięte pod uwagę, aby rozszerzyć zastosowanie druku 3D FDM jako realnej opcji wytwarzania leków pediatrycznych.

Słowa kluczowe: medycyna spersonalizowana, populacja pediatryczna, ekstruzja topliwa, 3DP, wytwarzanie addytywne.

© Farm Pol, 2021, 77(4): 251–261

 

Application of FDM 3D printing technology in the formulation of pediatric drugs

Conventional methods of mass-production of drugs cannot fulfill all the key characteristics that affect the efficacy of pharmacotherapy. Considering that genetic factors and environmental conditions of the individual patient can affect the effectiveness of the therapy formulation of personalized medicines can successfully enhance the quality of life of the patients as well as reduce the risk of side effects. This is particularly important for the pediatric population due to the diversity of the group, especially because of the significant physical and developmental disparities between newborns and teenagers. Following the approval of the first 3D printed tablets by the U.S. Food and Drug Administration in 2015, 3D printing of drug formulations became a promising tool for preparing personalized medicines. Favorable price aspect, ability to manufacture drugs on a small scale, customization of dose, shape, and release profile have given 3D printing a great chance to revolutionize the pharmaceutical market. Fused Deposition Modeling (FDM) uses thermoplastic polymers forced through the printer nozzle at a temperature above melting or softening of the polymer filaments enabling an operator to control both the shape, size, and internal structure of the printed object. On the other hand, the biggest challenge for the implementation of this method in the pharmaceutical environment is the lack of commercially available pharmaceutical-grade filaments. To overcome such an obstacle a Hot-Melt Extrusion process (HME) can be applied providing drug-incorporated filaments of pharmaceutical quality. The findings indicate that FDM 3D printing coupled with HME is a feasible option for manufacturing new drug formulations in a variety of shapes and doses and this technique could advance the development of tailored pediatric medicines. This manuscript summarizes and addresses the current state of knowledge, as well as the critical aspects that must be considered, in order to expand the application of FDM 3D printing as a viable manufacturing option for pediatric drugs.

Keywords: 3DP, hot‑melt extrusion, pediatric population, personalized medicine, additive manufacturing.

© Farm Pol, 2021, 77(4): 251–261

Wykorzystanie technologii druku 3D metodą FDM w otrzymywaniu leków pediatrycznych

917.73 kB | 6 maja 2021