Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
In vitro 3D in vitro tái chế mô hình capsule nhiều ngăn cho việc phát hành thuốc có kiểm soát
Tóm tắt
Việc phân phối thuốc với các tổ hợp thuốc tùy chỉnh, liều lượng thuốc có thể kiểm soát và động học phát hành theo yêu cầu là rất quan trọng cho y học cá nhân hóa. Trong nghiên cứu này, được lấy cảm hứng từ sự mở ra liên tiếp của các cấu trúc lớp và cấu trúc phân vùng trong thực vật, chúng tôi đã thiết kế một cấu trúc capsule nhiều ngăn cho việc phát hành thuốc có kiểm soát. Cấu trúc được thiết kế dưới dạng một loạt các ngăn, được xác định bởi độ dày gradient của các bức tường bên ngoài và các phân vùng bên trong. Dựa trên sự lựa chọn cẩn thận và tối ưu hóa các bioinks được tạo thành từ gelatin, tinh bột và alginate, các cấu trúc capsula đã được sản xuất thành công bằng cách in 3D thông qua mô hình lắng đọng hòa tan. Các viên nang cho thấy sự hòa quyện và liên kết chặt chẽ giữa các lớp in, tạo thành các cấu trúc hoàn chỉnh mà không có khiếm khuyết đáng kể trên các bức tường bên ngoài và các khớp bên trong. Các khoang bên trong có thể tích khác nhau được tạo ra cho việc nạp thuốc khác nhau như đã thiết kế. Việc sưng in vitro cho thấy sự hòa tan và mở ra liên tiếp của các bức tường bên ngoài của các ngăn capsule khác nhau, cho phép các xung thuốc khác nhau từ các viên nang, dẫn đến việc phát hành lâu dài kéo dài khoảng 410 phút. Việc phát hành thuốc được kéo dài đáng kể so với một lần phát tán đơn từ thiết kế capsule truyền thống. Thiết kế và sản xuất lấy cảm hứng sinh học của các viên nang nhiều ngăn cho phép phát hành thuốc tùy chỉnh theo cách có thể điều khiển với các tổ hợp của các loại thuốc khác nhau, liều thuốc, và động học phát hành, và có tiềm năng sử dụng trong y học cá nhân hóa.
Từ khóa
#phát hành thuốc #y học cá nhân hóa #cấu trúc capsule phân vùng #in 3D #bioink #gelatin #alginateTài liệu tham khảo
An G, Guo FX, Liu XM, et al., 2020. Functional reconstruction of injured corpus cavernosa using 3D-printed hydrogel scaffolds seeded with HIF-1α-expressing stem cells. Nat Commun, 11:2687. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16192-x
Bohidar HB, Jena SS, 1993. Kinetics of sol-gel transition in thermoreversible gelation of gelatin. J Chem Phys, 98(11): 8970–8977. https://doi.org/10.1063/1.464456
Bose S, Ke DX, Sahasrabudhe H, et al., 2018. Additive manufacturing of biomaterials. Prog Mater Sci, 93:45–111. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.08.003
Carlier E, Marquette S, Peerboom C, et al., 2019. Investigation of the parameters used in fused deposition modeling of poly(lactic acid) to optimize 3D printing sessions. Int J Pharm, 565:367–377. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2019.05.008
Chen G, Xu YH, Kwok PCL, et al., 2020. Pharmaceutical applications of 3D printing. Addit Manuf, 34:101209. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101209
Duconseille A, Astruc T, Quintana N, et al., 2015. Gelatin structure and composition linked to hard capsule dissolution: a review. Food Hydrocoll, 43:360–376. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2014.06.006
Economidou SN, Uddin MJ, Marques MJ, et al., 2021. A novel 3D printed hollow microneedle microelectromechanical system for controlled, personalized transdermal drug delivery. Addit Manuf, 38:101815. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101815
Elvira C, Mano JF, Roman JS, et al., 2002. Starch-based biodegradable hydrogels with potential biomedical applications as drug delivery systems. Biomaterials, 23(9): 1955–1966. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(01)00322-2
Fina F, Goyanes A, Madla CM, et al., 2018. 3D printing of drug-loaded gyroid lattices using selective laser sintering. Int J Pharm, 547(1–2):44–52. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.05.044
Gioumouxouzis CI, Karavasili C, Fatouros DG, 2019. Recent advances in pharmaceutical dosage forms and devices using additive manufacturing technologies. Drug Discov Today, 24(2):636–643. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2018.11.019
Guvendiren M, Lu HD, Burdick JA, 2012. Shear-thinning hydrogels for biomedical applications. Soft Matter, 8(2): 260–272. https://doi.org/10.1039/c1sm06513k
Holland I, Logan J, Shi JZ, et al., 2018. 3D biofabrication for tubular tissue engineering. Bio-Des Manuf, 1(2):89–100. https://doi.org/10.1007/s42242-018-0013-2
Holländer J, Genina N, Jukarainen H, et al., 2016. Three-dimensional printed PCL-based implantable prototypes of medical devices for controlled drug delivery. J Pharm Sci, 105(9):2665–2676. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2015.12.012
Isreb A, Baj K, Wojsz M, et al., 2019. 3D printed oral theophylline doses with innovative ‘radiator-like’ design: impact of polyethylene oxide (PEO) molecular weight. Int J Pharm, 564:98–105. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2019.04.017
Jameson JL, Longo DL, 2015. Precision medicine-personalized, problematic, and promising. N Engl J Med, 372(23): 2229–2234. https://doi.org/10.1056/NEJMsb1503104
Kadry H, Al-Hilal TA, Keshavarz A, et al., 2018. Multi-purposable filaments of HPMC for 3D printing of medications with tailored drug release and timed-absorption. Int J Pharm, 544(1):285–296. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.04.010
Kyobula M, Adedeji A, Alexander MR, et al., 2017. 3D inkjet printing of tablets exploiting bespoke complex geometries for controlled and tuneable drug release. J Control Release, 261:207–215. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2017.06.025
Lawlor KT, Vanslambrouck JM, Higgins JW, et al., 2021. Cellular extrusion bioprinting improves kidney organoid reproducibility and conformation. Nat Mater, 20(2):260–271. https://doi.org/10.1038/s41563-020-00853-9
Lee KY, Mooney DJ, 2012. Alginate: properties and biomedical applications. Prog Polym Sci, 37(1): 106–126. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2011.06.003
Li QJ, Guan XY, Cui MS, et al., 2018. Preparation and investigation of novel gastro-floating tablets with 3D extrusion-based printing. Int J Pharm, 535(1–2):325–332. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2017.10.037
Li XR, Deng QF, Zhuang TT, et al., 2020. 3D bioprinted breast tumor model for structure—activity relationship study. Bio-Des Manuf, 3(4):361–372. https://doi.org/10.1007/s42242-020-00085-5
Li XY, Wu MB, Xiao M, et al., 2019. Microencapsulated β-carotene preparation using different drying treatments. J Zhejiang Univ-Sci B (Biomed & Biotechnol), 20(11): 901–909. https://doi.org/10.1631/jzus.B1900157
Liaw CY, Guvendiren M, 2017. Current and emerging applications of 3D printing in medicine. Biofabrication, 9(2): 024102. https://doi.org/10.1088/1758-5090/aa7279
Ligon SC, Liska R, Stampfl J, et al., 2017. Polymers for 3D printing and customized additive manufacturing. Chem Rev, 117(15):10212–10290. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00074
Lim SH, Chia SMY, Kang LF, et al., 2016. Three-dimensional printing of carbamazepine sustained-release scaffold. J Pharm Sci, 105(7):2155–2163. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2016.04.031
Lim SH, Kathuria H, Tan JJY, et al., 2018. 3D printed drug delivery and testing systems—a passing fad or the future? Adv Drug Deliv Rev, 132:139–168. https://doi.org/10.1016/j.addr.2018.05.006
Maharjan S, Bonilla D, Sindurakar P, et al., 2021. 3D human nonalcoholic hepatic steatosis and fibrosis models. Bio-Des Manuf, 4(2):157–170. https://doi.org/10.1007/s42242-020-00121-4
Maroni A, Melocchi A, Parietti F, et al., 2017. 3D printed multi-compartment capsular devices for two-pulse oral drug delivery. J Control Release, 268:10–18. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2017.10.008
Noor N, Shapira A, Edri R, et al., 2019. 3D printing of personalized thick and perfusable cardiac patches and hearts. Adv Sci, 6(11): 1900344. https://doi.org/10.1002/advs.201900344
Norman J, Madurawe RD, Moore CMV, et al., 2017. A new chapter in pharmaceutical manufacturing: 3D-printed drug products. Adv Drug Deliv Rev, 108:39–50. https://doi.org/10.1016/j.addr.2016.03.001
Ozbolat IT, Hospodiuk M, 2016. Current advances and future perspectives in extrusion-based bioprinting. Biomaterials, 76:321–343. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.10.076
Ozbolat IT, Peng WJ, Ozbolat V, 2016. Application areas of 3D bioprinting. Drug Discov Today, 21(8): 1257–1271. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2016.04.006
Paxton N, Smolan W, Bock T, et al., 2017. Proposal to assess printability of bioinks for extrusion-based bioprinting and evaluation of rheological properties governing bioprintability. Biofabrication, 9(4): 044107. https://doi.org/10.1088/1758-5090/aa8dd8
Peng WM, Liu YF, Jiang XF, et al., 2019. Bionic mechanical design and 3D printing of novel porous Ti6Al4V implants for biomedical applications. J Zhejiang Univ-Sci B (Biomed & Biotechnol), 20(8):647–659. https://doi.org/10.1631/jzus.B1800622
Pereira BC, Isreb A, Forbes RT, et al., 2019. ‘Temporary plasticiser’: a novel solution to fabricate 3D printed patient-centred cardiovascular ‘polypill’ architectures. Eur J Pharm Biopharm, 135:94–103. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2018.12.009
Placone JK, Engler AJ, 2018. Recent advances in extrusion-based 3D printing for biomedical applications. Adv Healthc Mater, 7(8): 1701161. https://doi.org/10.1002/adhm.201701161
Rastogi P, Kandasubramanian B, 2019. Review of alginate-based hydrogel bioprinting for application in tissue engineering. Biofabrication, 11(4): 042001. https://doi.org/10.1088/1758-5090/ab331e
Trivedi M, Jee J, Silva S, et al., 2018. Additive manufacturing of pharmaceuticals for precision medicine applications: a review of the promises and perils in implementation. Addit Manuf, 23:319–328. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.07.004
Urciuolo A, Poli I, Brandolino L, et al., 2020. Intravital three-dimensional bioprinting. Nat Biomed Eng, 4(9):901–915. https://doi.org/10.1038/s41551-020-0568-z
Velasco-Hogan A, Xu J, Meyers MA, 2018. Additive manufacturing as a method to design and optimize bioinspired structures. Adv Mater, 30(52): 1800940. https://doi.org/10.1002/adma.201800940
Wu MX, Zhang YJ, Huang H, et al., 2020. Assisted 3D printing of microneedle patches for minimally invasive glucose control in diabetes. Mater Sci Eng C, 117:111299. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111299
You F, Wu X, Kelly M, et al., 2020. Bioprinting and in vitro characterization of alginate dialdehyde—gelatin hydrogel bio-ink. Bio-Des Manuf, 3(1):48–59. https://doi.org/10.1007/s42242-020-00058-8
Zhang B, Xue Q, Hu HY, et al., 2019. Integrated 3D bioprinting-based geometry-control strategy for fabricating corneal substitutes. J Zhejiang Univ-Sci B (Biomed & Biotechnol), 20(12):945–959. https://doi.org/10.1631/jzus.B1900190
Zhang BQ, Sun H, Wu LN, et al., 2019. 3D printing of calcium phosphate bioceramic with tailored biodegradation rate for skull bone tissue reconstruction. Bio-Des Manuf, 2(3): 161–171. https://doi.org/10.1007/s42242-019-00046-7
Zhang HB, Jackson JK, Chiao M, 2017. Microfabricated drug delivery devices: design, fabrication, and applications. Adv Funct Mater, 27(45): 1703606. https://doi.org/10.1002/adfm.201703606
Zhang NZ, Liu HS, Yu L, et al., 2013. Developing gelatin-starch blends for use as capsule materials. Carbohydr Polym, 92(1):455–461. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.09.048
Zhu YZ, Joralmon D, Shan WT, et al., 2021. 3D printing bio-mimetic materials and structures for biomedical applications. Bio-Des Manuf, 4(2):405–428. https://doi.org/10.1007/s42242-020-00117-0