Application of 3D Printing for the manufacturing of Personalized Oral Drug Forms

Druk 3D jest aktualnie jedną z dynamiczniej rozwijających się technologii, co wiąże się z jego uniwersalnością i możliwością zastosowania w wielu dziedzinach. Jedną z nich są również nauki farmaceutyczne. W niniejszej pracy skupiono się na potencjale wykorzystania druku przestrzennego, a konkretnie metody Nakładania Stopionego Materiału (ang. Fused Deposition Modeling, FDM), do sporządzania tabletek zawierających flukonazol jako modelową substancję leczniczą. W trakcie prac wstępnych poddano ocenie drukowalność tabletek z różnych filamentów zawierających 40% flukonazolu. Filamenty zostały otrzymane metodą Ekstruzji Topliwej (ang. Hot Melt Extrusion, HME), jako polimer matrycowy został użyty alkohol poliwinylowy (ang. Polyvinyl Alkohol, PVA), a jako dodatkowe substancje pomocnicze Aerosil 200, Kollidon CL lub ich mieszaniny. Sprawdzono wpływ substancji pomocniczych na drukowalność filamentów, właściwości tabletek oraz profile uwalniania substancji leczniczej. Filamenty o optymalnych cechach zostały użyte do dalszych prac badawczych w trakcie których opracowano projekty tabletek z flukonazolem, które w łatwy sposób można podzielić na 4 podjednostki w kształcie piramid, zawierających określoną dawkę substancji leczniczej. Układy te umożliwiają personalizację terapii poprzez dostosowanie dawki leku do potrzeb pacjenta. Porównując podjednostki niewypełnione oraz wypełnione w 100% wykazano, że podjednostki niewypełnione charakteryzują się korzystniejszymi profilami uwalniania i spełniają wymagania farmakopealne dla postaci o szybkim uwalnianiu. Następnie optymalizowano model tabletek dzielonych poprzez zmianę kształtu piramid oraz odstępów pomiędzy nimi w celu ułatwienia podziału tabletek. Co warte odnotowania w trakcie badań uwalniania substancji leczniczej nie stwierdzono istotnych różnic w profilach uwalniania niezależnie od ilości badanych pustych podjednostek.

3D printing is currently one of the most dynamically developing technologies, which is related to its versatility and the ability to be applied in many fields. One of these fields is pharmaceutical sciences.This study focuses on the potential use of 3D printing, specifically the Fused Deposition Modeling (FDM) method, for the production of tablets containing fluconazole as a model active pharmaceutical ingredient. During preliminary studies, the printability of tablets from various filaments containing 40% fluconazole was evaluated. The filaments were produced using the Hot Melt Extrusion (HME) method, with polyvinyl alcohol (PVA) used as the matrix polymer and Aerosil 200, Kollidon CL, or their mixture as additional excipients. The influence of excipients on the printability of the filaments, tablet properties, and drug release profiles were examined. Filaments with optimal characteristics were used for further research, during which tablet designs with fluconazole were developed that can be easily divided into four pyramid-shaped subunits, each containing a specific dose of the active ingredient. These systems allow for the personalization of therapy by adjusting the drug dose to the patient's needs. Comparing the unfilled and 100% filled subunits, it was shown that the unfilled subunits exhibit more favorable release profiles and meet pharmacopeial requirements for fast-release forms. Subsequently, the divisible tablet model was optimized by changing the shape of the pyramids and the gaps between them to facilitate tablet splitting. Notably, during the drug release studies, no significant differences in release profiles were found regardless of the number of unfilled subunits tested.