Modeldrager microdeeltjes voor geïnhaleerde medicijnen ontwikkeld met zeer nauwkeurige 3D-laserafdrukken

Ze zijn nauwelijks dikker dan een menselijk haar – maar ze kunnen de effectiviteit van geïnhaleerde medicijnen aanzienlijk verbeteren: dragerdeeltjes in droge poederinhalatoren transporteren het actieve ingrediënt en zorgen ervoor dat het efficiënt in de longen kan worden ingeademd. Hoe goed dit werkt hangt sterk af van hun vorm.

Een team onder leiding van professor Regina Scherließ aan de Kiel University (CAU) heeft nu voor het eerst kleine dragerdeeltjes geproduceerd met precies gedefinieerde geometrieën en gebruikt ze om de rol van deeltjesvorm in het inhalatieproces te onderzoeken – een zeer precieze 3D -printtechniek.

De onderzoekers ontdekten dat deeltjesvorm een duidelijk effect heeft op de hoeveelheid actieve ingrediënt die kan worden ingeademd. Van de vier geteste ontwerpen presteerde de ene variant aanzienlijk beter dan de andere. De resultaten zijn geweest gepubliceerd in Communicatiemateriaal.

Miljoenen identieke mini-delen

Een innovatieve 3D -printmethode maakte het mogelijk om miljoenen nauwkeurig gevormde deeltjes in serie te produceren. Polymerisatie van twee fotonen is een proces dat werkt met de resolutie van de nanometer. Een laser activeert selectief kleine punten in het materiaal, die onmiddellijk verharden. Dankzij een nieuwe druktechnologie is onlangs vooruitgegaan op het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), kunnen 49 structuren nu tegelijkertijd worden geproduceerd – een belangrijke stap in de richting van het versnellen van dit proces.

Voor elk van de vier geteste ontwerpen produceerde het team meer dan 2 miljoen identieke deeltjes. Bovendien creëerden ze drie varianten van één bepaalde vorm met verschillende oppervlakteruwheidsniveaus – van fijn tot grof. Vervolgens combineerden ze de deeltjes met een modelgeneesmiddel, zoals in echte inhalatieformuleringen.

“Om het medicijn effectief te laten zijn, moet het zich losmaken van de drager wanneer het wordt ingeademd en de longen bereiken met de luchtstroom”, legt de eerste auteur Melvin Wostry uit. “Als het blijft hangen, wordt het gewoon ingeslikt en bereikt het nooit zijn doelwit.”

De tests toonden aan dat de geometrie van de dragerdeeltjes een beslissende invloed had op hoeveel van het actieve ingrediënt werd vrijgegeven tijdens het inademen. “Een vorm die we ‘Pharmacone’ noemen, was de duidelijke winnaar. De sterachtige geometrie heeft verschillende uitstekende tips op het oppervlak,” zegt Scherließ.

“De fijne deeltjesfractie-die het gedeelte van het medicijn in het respWize-bereik onder de 5 micrometers betekent-was vier keer hoger met deze geometrie dan met het volgende beste ontwerp.”

De onderzoekers gaan ervan uit dat de onderscheidende tips van het farmacoonontwerp botsingen en rotaties tussen deeltjes vergroten, waardoor het voor het medicijn gemakkelijker wordt losgemaakt. Oppervlakteruwheid had daarentegen geen meetbaar effect op afgifte.

Perspectieven voor de ontwikkeling van drugs

Voor nu zijn deze kleine dragers modeldeeltjes voor basisonderzoek – ze zijn niet geschikt voor inademing. Toch zien de onderzoekers een groot potentieel voor toekomstige toepassingen. Op de lange termijn zouden dergelijke nauwkeurig afgedrukte structuren kunnen dienen als biologisch afbreekbare medicijndragers die direct worden geïntegreerd in droge poederinhalatoren.

“Onze resultaten laten zien dat moderne technologieën zoals 3D-printen met hoge resolutie volledig nieuwe wegen openen in farmaceutische ontwikkeling”, zegt Scherließ. “We kunnen nu opzettelijk het gedrag van medicijnen beïnvloeden door middel van ontwerp-een soort verfijning op de micrometerschaal.”