Fused deposition modeling 3D printing as a method for manufacturing personalized medicines

Abstract

Techniki przyrostowe, a szczególnie metody oparte na osadzaniu termoplastycznego tworzywa takie jak Fused deposition modeling (FDM), zyskują coraz liczniejsze zastosowania. Ze względu na dużą różnorodność stosowanych materiałów i szybką możliwość wytworzenia niewielkich partii produktów zgodnie z opracowanym projektem komputerowym, proponowane są jako metoda wytwarzania produktów leczniczych zarówno na skalę przemysłową, jak i małych serii leków. Liczne badania naukowe związane z tą tematyką dotyczą druku postaci leku o różnej formie i strukturze zarówno podania doustnego, takich jak np. tabletki i kapsułki o modyfikowanym i niemodyfikowanym uwalnianiu substancji leczniczej, a także do oka lub na rany. W przypadku metody FDM proces druku poprzedzony jest etapem przygotowania materiału. Polega on na wytworzeniu na drodze ekstruzji topliwej filamentu w formie żyłki. Po wprowadzeniu do głowicy drukarki ulega on ponownemu ogrzaniu, upłynnieniu i precyzyjnemu naniesieniu na stolik roboczy drukarki, w celu wytworzenia struktury przestrzennej zgodnej z projektem komputerowym. Filamenty stosowane w procesie druku postaci leku powinny charakteryzować się m.in. odpowiednią wytrzymałością mechaniczną, powtarzalnością średnicy, a także długoterminową stabilnością. Do składu mieszaniny poddawanej ekstruzji oprócz termoplastycznych polimerów stosowane są również inne substancje pomocnicze, tj. rozsadzające, plastyfikatory oraz hamujące zachodzenie przemian fazowych substancji leczniczej w matrycy polimerowej. Drukowane postacie leku charakteryzują się często zróżnicowaną wewnętrzną strukturą przestrzenną. Z tego względu szybkość uwalniania substancji leczniczej zależy nie tylko od właściwości składników opracowywanego preparatu, ale zwłaszcza od jego pola powierzchni i porowatości oraz kształtu i stopnia wypełnienia. Ponadto poprzez regulację parametrów procesów ekstruzji i drukowania, substancja lecznicza może ulegać rozpuszczeniu w nośniku polimerowym a tym samym następuje zwiększenie jej szybkości rozpuszczania.