Soongon Tech AutoBio2000 поддержала Китайский фармацевтический университет в публикации статьи по АСМ (ИФ=19)

Недавно исследовательская группа профессоров Цзяньпин Чжоу и Ян Дин из Школы фармации Китайского фармацевтического университета опубликовала исследовательскую статью под названием «Кинетика по дизайну: изготовление персонализированных профилей высвобождения лекарств по требованию с использованием многоматериальной 3D-печати» в ведущем международном журнале Advanced Functional Materials (ИФ = 19).

Первый автор статьи, Пэйхун Чен, совместно с Shenzhen Soongon Technology Co., Ltd. основал компанию Shenzhen YuanYi Intelligent Pharmaceutical Technology Co., Ltd., Китай. Компания специализируется на интеллектуальном дизайне и производстве 3D-печатных фармацевтических препаратов, постоянно развивая исследования и применение технологии 3D-печати в фармацевтической области.

Soongon Technology (YuanYi Intelligence) оказала критическую техническую и ресурсную поддержку для успешного завершения данного исследования. 3D-принтер AutoBio 2000 Direct Ink Writing (DIW), послуживший основной экспериментальной платформой, позволил команде создать трехмерную структуру «кинетика по дизайну». Это позволило персонализировать и программировать профили высвобождения лекарств с высокой растворимостью и узким терапевтическим индексом (NTI), предлагая новаторское технологическое решение для исследований в области прецизионной фармацевтики.

Предпосылки исследования: решение проблем контролируемого высвобождения лекарств с высокой растворимостью и узким терапевтическим индексом (NTI)

В современной медицине точная доставка лекарств давно является центральной целью для ученых. Это особенно важно для лекарств с узким терапевтическим индексом (NTI), таких как 4-аминопиридин (4-АП), где даже незначительные колебания концентрации в плазме могут привести к терапевтической неудаче или токсическим реакциям. Традиционные методы введения часто не соответствуют требованиям персонализированной терапии, в то время как появление технологии 3D-печати открыло новые возможности для решения этой проблемы.

В настоящее время введение 4-АП сопряжено со значительными ограничениями. Формы немедленного высвобождения часто вызывают резкие пики концентрации в плазме, увеличивая риск приступов судорог. Хотя формы с замедленным высвобождением снижают этот риск, они обычно обеспечивают фиксированные и однородные профили высвобождения. Такие конструкции не могут учитывать индивидуальные различия между пациентами, а также обеспечивать более сложные, адаптивные кинетические профили высвобождения, необходимые для уязвимых групп населения, таких как пациенты с хронической болезнью почек. Следовательно, отсутствует масштабируемая платформа, способная перейти от персонализации дозы к индивидуальной настройке динамически запрограммированной кинетики высвобождения.

С другой стороны, лекарства с высокой растворимостью представляют дополнительные трудности. Хотя высокая растворимость облегчает всасывание лекарства, она также затрудняет точный контроль кинетики высвобождения. В традиционных лекарственных формах водорастворимые лекарства равномерно диспергированы в матрице, и их поведение при высвобождении в значительной степени определяется внутренними физико-химическими свойствами, такими как растворимость, чувствительность к pH и степень ионизации. В результате модуляция промежуточных стадий растворения затруднена, и достижение точных, программируемых профилей высвобождения остается серьезной проблемой.

Традиционные фармацевтические процессы в основном полагаются на итерационные корректировки рецептуры и оптимизацию процессов для регулирования профилей высвобождения водорастворимых лекарств. Этот подход трудоемкий, требует много времени и плохо подходит для быстрого производства персонализированных лекарств. Появление технологии 3D-печати предлагает многообещающую альтернативу, потенциально позволяющую перенести контроль высвобождения с состава рецептуры на структурный дизайн. Однако существующие стратегии 3D-печати по-прежнему имеют заметные ограничения.

Во-первых, даже в геометрически сложных напечатанных конструкциях лекарства обычно равномерно распределены в матрице, а поведение при высвобождении по-прежнему определяется внутренней скоростью растворения активного фармацевтического ингредиента (АФИ), что препятствует тонкой настройке на промежуточных стадиях. По сути, большинство существующих систем 3D-печати остаются композиционно однородными, и потенциал пространственно разрешенных многоматериальных архитектур для достижения сложного контроля высвобождения еще не полностью реализован.

Во-вторых, некоторые передовые конструкции, такие как лекарственные формы с каналами, пытаются влиять на высвобождение путем модуляции гидродинамики. Однако эта стратегия может быть палкой о двух концах. Многие такие системы используют эродируемые матрицы, которые набухают или структурно деградируют во время растворения, динамически изменяя соотношение площади поверхности к объему (SA/V), нарушая локальную гидродинамику и делая профили высвобождения непредсказуемыми. Даже в неэродируемых матрицах внешние каналы могут быть заблокированы частицами пищи или желудочно-кишечным содержимым, что приводит к дальнейшей вариабельности.

В ответ на эти ограничения исследовательская группа инновационно предложила основную концепцию «кинетика, закодированная структурой». Используя возможности многоматериальной печати системы AutoBio2000, разработанной Soongon Tech (Yuanyi Smart Medicine), контроль высвобождения лекарств переносится с традиционного состава рецептуры на пространственную архитектуру. Эта стратегия нарушает традиционную парадигму разработки, зависящую от рецептуры, и создает новую структурную основу для программируемой доставки лекарств.

Рисунок 1: Схема трехслойной структуры «Кинетика по дизайну». Верхний левый угол иллюстрирует создание стабильной микросреды в DLS, где усеченные деформации тела, вызванные сушкой, градуируются и оптимизируются с помощью угла θ, что обеспечивает стабильное мелкосерийное производство. Верхний правый угол показывает, что путем регулировки соотношения площади поверхности к объему можно достичь персонализированного высвобождения и построить предиктивные модели. Нижний левый угол изображает BGP, которые образуют инертный барьерный слой для достижения анизотропной диффузии и обеспечения персонализированной регуляции высвобождения в течение 16 часов. Нижний правый угол показывает PMP, которые встраивают структуры без лекарств (DFS) в качестве «кинетических ворот», обеспечивая регулировку времени задержки и динамический контроль фаз ускорения-замедления, создавая сегментированные многостадийные профили высвобождения для удовлетворения индивидуальных потребностей в дозировке.

Обзор трехслойной структуры «Кинетика по дизайну»

«Кинетика по дизайну» — это инновационная стратегия контроля высвобождения лекарств, поддерживаемая технологией многоматериальной 3D-печати. Она устанавливает трехслойную структуру, направленную на точное управление высвобождением лекарств посредством структурного дизайна, а не состава, предлагая новое решение для персонализированной лекарственной терапии.

Эта структура использует 4-АП в качестве модельного лекарства и систематически решает проблемы высвобождения высокорастворимых и чувствительных к pH лекарств. Первый слой, структура с загруженным лекарством (DLS), служит основополагающей единицей. Благодаря рациональному дизайну рецептуры и оптимизации процесса устраняется зависимость от pH, решается проблема усеченных конусов, вызванных сушкой, и достигается высоковоспроизводимое производство. Эта структура обладает отличной механической прочностью и характеристиками высвобождения лекарств, позволяя персонализированное высвобождение в течение 4 часов путем регулировки соотношения площади поверхности к объему.

Второй слой, барьерно-направляемая подготовка (BGP), обеспечивает анизотропную диффузию, превращая длину пути и площадь высвобождения в программируемые переменные. Используя многоматериальную 3D-печать, вокруг структуры с загруженным лекарством создается инертный барьерный слой для создания однонаправленного пути высвобождения, обеспечивая предсказуемое замедленное высвобождение в течение 8–20 часов. Профиль высвобождения хорошо соответствует общей модели (R² = 0,992).

Третий слой, подготовка с модуляцией пути (PMP), дополнительно включает внутренние «кинетические ворота». Встраивая структуры без лекарств в матрицу с загруженным лекарством, он обеспечивает регулировку времени задержки и динамический контроль фаз ускорения-замедления. Эта конструкция делает профили высвобождения лекарств очень гибкими и разнообразными, способными удовлетворять сложные клинические требования к лечению и предоставлять более точные средства для индивидуальной терапии.

В целом, трехслойная структура «Кинетика по дизайну» трансформирует высвобождение лекарств из традиционных механизмов, зависящих от рецептуры, в структурно контролируемые процессы посредством продуманного структурного дизайна и передовой технологии 3D-печати. Она предлагает эффективное решение для проблем высвобождения высокорастворимых и чувствительных к pH лекарств, обещает продвижение персонализированной лекарственной терапии и может улучшить результаты лечения и качество жизни пациентов.

Рисунок 2: Результаты скрининга и оптимизации рецептуры DLS. Это включает в себя влияние различных содержаний Soluplus и PVP K90 на характеристики растворения DLS, механическую прочность, набухание, смачиваемость поверхности, давление экструзии чернил, давление печати и однородность веса таблеток, а также профили растворения в различных условиях pH.

Рисунок 3: Стабильность окружающей среды и точность изготовления DLS. Он показывает влияние различных содержаний FA на профили растворения DLS в различных средах pH, влияние удаления TEC на характеристики растворения и механическую прочность DLS, количественную оценку и разрешение эффекта усеченного конуса, профили растворения DLS при различных скоростях вращения лопасти и условиях pH, влияние загрузки лекарства на скорость высвобождения DLS, а также результаты анализов DSC, PXRD и FT-IR.

Рисунок 4: Контроль качества DLS и кинетическое моделирование. Линейная регрессия объема-веса показывает R² = 0,9997, что указывает на то, что соотношение площади поверхности к объему (SA/V) является доминирующим фактором, определяющим кинетику высвобождения. Углы заполнения [0°, 90°] и [45°, 135°] настроены для обеспечения изотропной механической прочности.

Рисунок 5: BGP, обеспечивающие длительное персонализированное высвобождение. Он иллюстрирует принцип однонаправленного высвобождения и процесс изготовления BGP, профили растворения и набухания BGP с различными площадями высвобождения и путями диффузии, профили растворения BGP с различными геометрическими формами, но схожими площадями поверхности, профили растворения в различных условиях pH и скорости вращения лопасти, а также индивидуальные профили растворения по требованию, достигнутые путем модификации структур BGP.

Рисунок 6: Динамические характеристики высвобождения PMP. Он показывает динамические профили высвобождения PMP с различными конструкциями «кинетических ворот», включая время задержки и фазы ускорения-замедления. Сравнивая кривые высвобождения PMP с различными конструкциями, он наглядно демонстрирует способность PMP достигать полного контроля профиля и точного регулирующего воздействия «кинетических ворот» на высвобождение лекарств.

Рисунок 7: Микроструктура рецептур и их динамическая эволюция во время обработки и растворения. Он представляет изображения SEM поверхностей и поперечных сечений DLS, DFS и BS, выявляя их отличительные микроструктуры; 3D-морфологию поверхностей DLS, DFS и BS на различных стадиях (после печати, после сушки, после растворения и после растворения с последующей сушкой); изменения средней арифметической шероховатости (Ra) и максимальной высоты профиля (Rz) DLS, DFS и BS до и после сушки; параметры шероховатости поверхности DLS, DFS и BS после печати, после сушки, после растворения и после растворения с последующей сушкой; а также 3D-морфологию поверхностей, показывающую потенциальные дефекты при печати, такие как поверхностный коллапс, вызванный пузырьками или разрывом нити. Многомасштабные методы визуализации проливают свет на взаимосвязь между макроскопическими характеристиками рецептуры и их микроструктурой.

Прикладная ценность и будущие перспективы

Структура «Кинетика по дизайну» предлагает прорывы в области персонализированной медицины и разработки лекарств. В области персонализированной медицины она позволяет настраивать профили высвобождения лекарств в соответствии с индивидуальными различиями пациентов, достигая точного дозирования и эффективно снижая риски токсичности и терапевтической неудачи, связанные с лекарствами с узким терапевтическим индексом. В то же время, обеспечивая замедленное высвобождение лекарств, она улучшает приверженность пациентов к лечению и помогает лучше контролировать хронические заболевания.

В разработке лекарств эта структура может ускорить процесс разработки новых лекарств, объединяя компьютерное моделирование с 3D-печатью для быстрой разработки и тестирования лекарственных форм, тем самым сокращая сроки разработки. Кроме того, она решает проблемы высвобождения высокорастворимых и чувствительных к pH лекарств, расширяя их применимость, снижая затраты на здравоохранение и повышая медицинскую эффективность. В будущем команда планирует интегрировать моделирование на основе ИИ с технологиями аналитической обработки процессов для дальнейшего обеспечения масштабируемого производства клинически значимых персонализированных лекарств.

Видео демонстрирует мелкосерийное непрерывное производство 80 таблеток с использованием Auto Bio2000.

Название: Кинетика по дизайну: изготовление персонализированных профилей высвобождения лекарств по требованию с использованием многоматериальной 3D-печати — опубликовано в Advanced Functional Materials (2026).

Ссылка DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202527954

Первый автор: Пэйхун Чен (陈培鸿), электронная почта: 15992585225@163.com

Ответственные авторы: Цзяньпин Чжоу (周建平) и Ян Дин (丁杨)