Моделирование методом наплавления (FDM), также известное как трехмерная (3D) печать с экструзией материала, широко используется для создания различных устройств для доставки лекарств. Из-за присущих им качеств полимеры в настоящее время имеют множество коммерческих применений.
В фармацевтической промышленности различные полимерные смеси, фармацевтические эксципиенты и лекарственные вещества были экструдированы из расплава для улучшения пригодности для печати и профиля высвобождения лекарств из полимерных композитов. Для разработки разнообразных твердых композиций и улучшения биодоступности лекарств при экструзии горячего расплава (HME) используется интенсивное перемешивание и высокая температура.
Переработка в расплаве высоковязких дисперсий или высококонцентрированных фармацевтических препаратов сталкивается со многими препятствиями. Для исследований и клинического производства недавно был создан экструзионный принтер, в котором используются надлежащие производственные процедуры. Для проверки составов, пригодных для печати, и анализа жизнеспособности полимерных смесей для печати специализированных систем доставки, контроля дозы, характеристик высвобождения лекарств, расширенного доступа к лекарствам и персонализированных лекарств требуется эффективный подход. Реология — это универсальный инструмент, который можно использовать для характеристики материалов, таких как кристаллизация полимера, механические характеристики, стабильность и деградация.
Тем не менее, влияние реологических свойств филамента на пригодность для печати неизвестно и недооценивается. Реологические свойства расплава полимера имеют решающее значение для определения наилучших параметров экструзии и свойств экструдируемого объекта. Реологическим особенностям полимерных систем для экструзионной 3D-печати материалов уделялось мало внимания. Кроме того, полимерные композиты, содержащие гидроксипропилцеллюлозу, обладают значительным потенциалом для изготовления лекарств с помощью 3D-печати.
Об исследовании
В настоящем исследовании авторы представили реологические свойства составов успешно напечатанных таблеток как для немедленного, так и для контролируемого высвобождения. Гидроксипропилцеллюлозу объединяли с различными лекарствами (индометацин или теофиллин), полимерами и разрыхлителями в различных соотношениях для получения нитей, пригодных для печати. Были обнаружены более широкие окна технологической вязкости.
Были протестированы реологические характеристики, такие как поведение при разжижении при сдвиге, вязкость и вязкоупругие свойства 17 композиций на основе гидроксипропилцеллюлозы, которые были эффективно напечатаны в качестве систем доставки с мгновенным и контролируемым высвобождением.
К исходному филаменту добавляли дополнительные полимеры и/или разрыхлители (например, микрокристаллическую целлюлозу, крахмалгликолят натрия, низкозамещенную гидроксипропилцеллюлозу, кросповидон или кроскармеллозу натрия) в различных соотношениях. В качестве модельных препаратов использовали индометацин и теофиллин.
Вязкость, истончение при сдвиге и вязкоупругие свойства печатных нитей исследовались в зависимости от частоты и температуры. Также были исследованы комплексная вязкость образцов, модуль потерь (G"), модуль упругости (G') и точка пересечения. Наблюдения
Нагрузка лекарственного средства, полимерный композит, тип дезинтегранта, температура и скорость сдвига — все это оказывало влияние на сложную вязкость, разжижение при сдвиге и вязкоупругие характеристики. Вязкость печатных смесей находилась в диапазоне 10–1000 Па·с при частоте вращения 100 рад/с.
При широком наклоне комплексной вязкости от -0,28 до -0,74 все составы продемонстрировали способность к истончению при сдвиге. Присутствие 30–60% лекарства или дезинтегранта приводило к более высоким показаниям вязкости. С другой стороны, было обнаружено, что микрокристаллическая целлюлоза является альтернативной добавкой для снижения модуля накопления и потери разрыхлителей.
С повышением температуры у цельнополимерных композитов наблюдается снижение комплексной вязкости. Повышение температуры на 50°С со 150 до 200°С по сравнению с угловой частотой приводило к снижению вязкости на один порядок. Наклоны графиков демонстрируют влияние скорости сдвига на вязкость.
Скорость сдвига оказывает большее влияние на вязкость, чем температура. Результаты показали, что окна технологической вязкости находились в диапазоне от 10 до 1000 Па·с при повышенной частоте. Не было обнаружено заметной разницы в вязкости или разжижении при сдвиге между системами с контролируемым и немедленным высвобождением.
Твердые наполнители, такие как те, которые содержат большое количество лекарств или разрыхлителей, влияли на истончение при сдвиге, вязкость и вязкоупругие профили, что приводило к внутренним и уникальным значениям для каждого состава. Выводы
В заключение, в этом исследовании с использованием реометра изучали комплексную вязкость и вязкоупругие параметры 17 композиций для успешной печати таблеток с немедленным и контролируемым высвобождением. Гидроксипропилцеллюлоза-L (ГПЦ) использовалась в различных соотношениях для изготовления пригодных для печати нитей, тогда как микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) использовалась в качестве альтернативной добавки для минимизации модулей хранения и потерь дезинтегрантов. Высокая концентрация лекарственного средства в филаментах с 60% THY замедляла затвердевание композитов, что приводило к значениям тангенса δ 1,4 и 2,0.
Авторы подчеркнули, что предварительная рецептура и последующая разработка лекарственных средств для 3D-печати методом экструзии материалов будут полезны от этих реологических данных. Они также считают, что результаты этого исследования могут быть использованы для создания дополнительных терапевтических предметов с помощью FDM-печати.