Farmaceutickému priemyslu sa vďaka nekonečným možnostiam tvarov otvárajú nové možnosti.
Tablety z 3D tlačiarne. Zdroj: Inštitút Maxa Plancka
Nebuďte prekvapení, keď v blízkej budúcnosti uvidíte tabletky nezvyčajných tvarov. Na prvý pohľad môžu vyzerať vtipne, no ich netypický tvar má svoj dôvod. Vďaka tomu môžu postupne a kontrolovane uvoľňovať liečivá do tela.
Skupina informatikov a technických vedeckých pracovníkov z Inštitútu Maxa Plancka a Kalifornskej univerzity v Davise vyvinula proces, ktorý využíva kombináciu výpočtových metód a 3D tlače na výrobu piluliek, ktoré sa vopred určeným spôsobom postupne rozpúšťajú v kvapalinách. Tento prístup by mohol byť prínosom pre farmaceutický priemysel, ktorý sa v poslednom čase výrazne zameral na 3D tlač.
Množstvo a čas podania
Kontrola hladín farmaceutických liekov u pacientov je dôležitou súčasťou ich liečby. Pri intravenóznej infúzii je to relatívne ľahké, pretože hladina aktívnej zložky sa dá kontrolovať podaním najskôr vysokej dávky a potom menších dávok na udržiavanie. Pri perorálnom podávaní liečiv sa podobný efekt dosahuje omnoho ťažšie.
Jednou z možností by bola výroba tabliet z rozmanitých zložiek a materiálov, pričom každá súčasť tablety by mala rôzne koncentrácie aktívnych látok. Takýto prístup by však bol náročný na výrobu.
Veľký pokrok v 3D tlači a jej neprekonateľné schopnosti vytvárať zložité tvary ponúkajú farmaceutickému svetu nekonečné možnosti. Pri takýchto liekoch závisí uvoľňovanie výlučne od geometrického tvaru, v ktorom sa aktívna zložka rovnomerne distribuuje.
Kapsuly a tabletky majú oblý tvar, ktorý uľahčuje prehĺtanie. Ako to bude s novými liekmi? Zdroj: iStockphoto.com
Tvar je kľúčový
Výskumná skupina, ktorú vedie Vahid Babaei, vedúci výskumnej skupiny na Inštitúte Maxa Plancka, a Julian Panett, profesor na Kalifornskej univerzite v Davise, sa rozhodla využiť matematické modelovanie, ktoré experimentálne otestovali. Vďaka nemu vedia určiť, aký tvar má mať tableta na to, aby uvoľnila požadované množstvo látky počas rozpúšťania v tráviacom trakte.
Tím sa na situáciu pozrel z iného uhla pohľadu a uplatnil takzvaný inverzný dizajn a optimalizáciu topológie. Pri tejto metóde, ktorá bola vyvinutá pri návrhu mechanických komponentov, sa najskôr definujú vlastnosti geometrického útvaru a potom sa aplikuje jeho využitie.
Z daného geometrického tvaru vedci vedia vypočítať časovo závislé rozpúšťanie. Napríklad pri guli sa látka dostáva do prostredia úmerne zmenšujúcej sa sférickej ploche. Na vypočítanie tvaru, ktorý má želaný profil uvoľňovania, využívajú model, ktorý zaznamenáva, ako sa geometrické obrazce s rôznymi tvarmi rozpúšťajú v kvapaline po vrstvách.
Postupné uvoľňovanie funguje
Výsledné tvary niekedy pripomínajú kryštály soli, inokedy baktérie či dokonca extravagantné dizajnové predmety. V experimentálnych podmienkach tím tlačí tieto tvary z materiálu rozpustného vo vode, ktorý sa v 3D tlači už komerčne používa.
Výskumníci v experimentoch dokázali, že počítačovo vymodelovaná tabletka skutočne uvoľňuje účinnú látku, dokonca relatívne presne v zamýšľanom časovom období. Rozpúšťanie sa vyhodnocuje aj kamerovým systémom, takže nie je odhadované iba matematickým modelom.
Keďže tabletky často majú bizarný tvar a mohli by pri prehĺtaní spôsobiť problémy, museli by byť v praxi vyrobené z mäkkého materiálu alebo zabalené do rýchlo rozpustnej kapsuly.
Aj keď 3D tlač umožňuje pomerne jednoducho vyrábať ľubovoľné štruktúry, nie je dostatočne ekonomická pre hromadnú výrobu. Vedci však môžu zmeniť inverzné konštrukčné podmienky tak, aby sa vypočítali iba tvary, ktoré sa dajú vytvoriť masovo. Pri bežnom priemyselnom procese sa cez šablónu pretlačí tekutá hmota do pása a stuhne. Pás sa potom nareže na menšie časti. Nový spôsob dizajnu by tak mohol viesť k väčšej tvarovej rozmanitosti nielen vo farmaceutickom priemysle, ale napríklad aj pri výrobe hnojív alebo telies katalyzátorov pre chemickú výrobu.
Zdroj: Inštitút Maxa Plancka1, Inštitút Maxa Plancka2
(JM)
