Tailored Doses by Means of Semi-Solid Extrusion-Based 3D Printing : A Study in Pharmaceutical Sciences
Monaco, Erica (2023-11-17)
Åbo Akademi - Åbo Akademi University
17.11.2023
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4319-6
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4319-6
Tiivistelmä
The field of pharmaceutical sciences recognizes the need for tailored doses to address dosing challenges in specific patient populations, particularly pediatric and veterinary patients. Conventional manufacturing methods lack the flexibility required to produce personalized dosage forms, and compounding in pharmacies is labor-intensive and prone to errors. Three-dimensional printing (3DP) offers a transformative approach to the production of tailored dosage forms. Of particular interest is the application of semi-solid extrusion (SSE) 3DP, which enables printing at ambient conditions, making it suitable for a wide range of drugs, including thermolabile active pharmaceutical ingredients (API). The utilization of disposable pre-filled syringes in SSE 3DP ensures compliance with critical quality requirements set by regulatory agencies. This technology has been investigated specifically for the production of orodispersible and chewable dosage forms, which cater to patient populations with swallowing difficulties.
This thesis investigates the suitability of SSE 3DP for the production of tailored solid oral dosage forms for pediatric and veterinary patients, addressing the limitations in dose customization and dosage form flexibility. In this thesis, individual customization of five drugs is investigated through the preparation of tailored doses, sizes, and types of solid oral dosage forms. These five drugs were formulated into semi-solid drug inks adapted for SSE 3DP.
In the first study, thin and flexible orodispersible films (ODFs) in various sizes containing therapeutic doses were successfully printed. Low standard deviation in drug content indicates the suitability of this method for drugs with narrow therapeutic indexes. In the second study, SSE 3DP and inkjet printing (IJP) were evaluated and compared to oral dose sachets (OPS) prepared at the hospital pharmacy using a standard operating procedure for the preparation of personalized doses. SSE 3DP demonstrated superior characteristics compared to the two other methods in producing tailored ODFs. The third study assesses different SSE printers' capability to produce tailored doses for veterinary care, achieving a strong correlation between designed size and drug amount for the best performing printer. The fourth study explores the production of hard ChewTs for veterinary care, achieving excellent content uniformity. The fifth study investigates the loading of a different drug using the same ink base as in the fourth study, showcasing the feasibility of manufacturing pet-friendly ChewTs utilizing a standard ink base. In the sixth study, oral thin films containing therapeutic doses of nanoformed particles were successfully printed using SSE 3DP, highlighting the potential for personalized medicine of poorly soluble drugs.
This thesis contributes to the advancement of personalized medicine by exploring the application of SSE 3DP as a novel approach for on-demand manufacturing of tailored drug-loaded solid oral dosage forms close to the pointof-care. The findings of this research demonstrate the potential of SSE 3DP in addressing dosing challenges, improving treatment outcomes, and enhancing patient adherence and comfort, particularly in the fields of pediatric and veterinary care. By harnessing the capabilities of SSE 3DP, the healthcare industry can unlock new possibilities for personalized medicine, optimizing treatment outcomes, and enhancing patient experiences. The ability to create customized dosage forms with specific properties showcases the potential of SSE 3DP to shape the future of pharmaceutical manufacturing and healthcare delivery. This thesis highlights the importance of SSE 3DP in advancing personalized medicines and provides insights that can contribute to the development of innovative solutions in the field of pharmaceutical sciences. Forskningsområdet inom farmaceutiska vetenskaper erkänner behovet av skräddarsydda doser för att möta doseringsutmaningar hos specifika patientgrupper, särskilt hos barn och djur. Konventionella tillverkningsmetoder saknar den flexibilitet som krävs för att producera individanpassade dosformer och framställning av läkemedel på apotek är arbetsintensivt och kan leda till fel. Tredimensionell utskrift (3DP) erbjuder ett revolutionerande tillvägagångssätt för tillverkning av skräddarsydda dosformer. Av särskilt intresse är tillämpningen av halvfast extrudering (SSE), vilket möjliggör utskrift utan användning av värme och passar således för ett brett spektrum av läkemedel, inklusive värmeömtåliga aktiva substanser. Användningen av förfyllda engångssprutor i SSE 3DP säkerställer att de kritiska kvalitetskrav som ställs av regleringsmyndigheter uppfylls. Denna teknik har specifikt undersökts för framställning av munsönderfallande och tuggbara dosformer som riktar sig till patientgrupper med svårigheter att svälja.
Denna avhandling undersöker lämpligheten av SSE 3DP för framställning av skräddarsydda fasta orala läkemedel för barn och djur. I denna avhandling undersöks individanpassning av fem läkemedel genom framställning av skräddarsydda doser, storlek och typ av fasta orala dosformer. Dessa fem läkemedel var formulerade till halvfasta läkemedelsbläck anpassade för SSE 3DP.
I den första studien utskrevs framgångsrikt tunna och flexibla munsönderfallande filmer (ODF) av olika storlekar som innehöll terapeutiska läkemedelsdoser. Låg standardavvikelse i läkemedelsinnehåll indikerar lämplighet för läkemdel med smalt terapeutiskt fönster. I den andra studien utvärderas och jämförs SSE 3DP med bläckstråleutskrift (IJP) och orala pulver i endospåsar (OPS) framställda på sjukhusapoteket enligt standardiserat förfarande för beredning av individanpassade doser. SSE 3DP uppvisade superioritet jämfört med de två andra metoderna för framställning av skräddarsydda ODF. I den tredje studien bedöms olika SSE-skrivares förmåga att producera skräddarsydda doser för veterinärvård. Den överlag bäst presterande skrivaren visade en stark korrelation mellan modellerad storlek och läkemedelsmängd. Den fjärde studien utforskar tillverkningen av hårda tuggtabletter för veterinärvård, med utmärkt enhetlig innehållsmängd. Den femte studien undersöker möjligheten att använda samma bläckbas som i den fjärde studien men med ett annat läkemedel. Studien visar att det är möjligt att framställa tuggtabletter som är anpassade för djur med hjälp av en standardiserad bläckbas. Den sjätte studien framställer framgångsrikt oral tunnfilm med terapeutiska doser av nanopartiklar med hjälp av SSE 3DP, vilket betonar potentialen för skräddarsydd medicin för dåligt lösliga läkemedel.
Denna avhandling bidrar till framsteg inom individanpassad medicinering genom att utforska tillämpningen av SSE 3DP som ett nytt tillvägagångssätt för att tillverka skräddarsydda läkemedelsinnehållande fasta orala dosformer vid behov i närheten av vårdplatsen. Resultaten av denna forskning visar potentialen för SSE 3DP för att möta doseringsutmaningar, förbättra behandlingsresultat och öka patienternas följsamhet och upplevelse, särskilt inom pediatrisk och veterinär vård. Genom att utnyttja möjligheterna som SSE 3DP erbjuder kan hälso- och sjukvårdsbranschen öppna nya möjligheter för individanpassad medicinering, optimera behandlingsresultat och förbättra patientupplevelsen. Möjligheten att tillverka individanpassade dosformer med specifika egenskaper visar potentialen hos SSE 3DP att forma framtidens läkemedelsframställning och hälso- och sjukvård. Denna avhandling lyfter fram betydelsen av SSE 3DP för att främja individanpassad medicinering och ger insikter som kan bidra till utvecklingen av innovativa lösningar inom farmaceutisk vetenskap.
This thesis investigates the suitability of SSE 3DP for the production of tailored solid oral dosage forms for pediatric and veterinary patients, addressing the limitations in dose customization and dosage form flexibility. In this thesis, individual customization of five drugs is investigated through the preparation of tailored doses, sizes, and types of solid oral dosage forms. These five drugs were formulated into semi-solid drug inks adapted for SSE 3DP.
In the first study, thin and flexible orodispersible films (ODFs) in various sizes containing therapeutic doses were successfully printed. Low standard deviation in drug content indicates the suitability of this method for drugs with narrow therapeutic indexes. In the second study, SSE 3DP and inkjet printing (IJP) were evaluated and compared to oral dose sachets (OPS) prepared at the hospital pharmacy using a standard operating procedure for the preparation of personalized doses. SSE 3DP demonstrated superior characteristics compared to the two other methods in producing tailored ODFs. The third study assesses different SSE printers' capability to produce tailored doses for veterinary care, achieving a strong correlation between designed size and drug amount for the best performing printer. The fourth study explores the production of hard ChewTs for veterinary care, achieving excellent content uniformity. The fifth study investigates the loading of a different drug using the same ink base as in the fourth study, showcasing the feasibility of manufacturing pet-friendly ChewTs utilizing a standard ink base. In the sixth study, oral thin films containing therapeutic doses of nanoformed particles were successfully printed using SSE 3DP, highlighting the potential for personalized medicine of poorly soluble drugs.
This thesis contributes to the advancement of personalized medicine by exploring the application of SSE 3DP as a novel approach for on-demand manufacturing of tailored drug-loaded solid oral dosage forms close to the pointof-care. The findings of this research demonstrate the potential of SSE 3DP in addressing dosing challenges, improving treatment outcomes, and enhancing patient adherence and comfort, particularly in the fields of pediatric and veterinary care. By harnessing the capabilities of SSE 3DP, the healthcare industry can unlock new possibilities for personalized medicine, optimizing treatment outcomes, and enhancing patient experiences. The ability to create customized dosage forms with specific properties showcases the potential of SSE 3DP to shape the future of pharmaceutical manufacturing and healthcare delivery. This thesis highlights the importance of SSE 3DP in advancing personalized medicines and provides insights that can contribute to the development of innovative solutions in the field of pharmaceutical sciences.
Denna avhandling undersöker lämpligheten av SSE 3DP för framställning av skräddarsydda fasta orala läkemedel för barn och djur. I denna avhandling undersöks individanpassning av fem läkemedel genom framställning av skräddarsydda doser, storlek och typ av fasta orala dosformer. Dessa fem läkemedel var formulerade till halvfasta läkemedelsbläck anpassade för SSE 3DP.
I den första studien utskrevs framgångsrikt tunna och flexibla munsönderfallande filmer (ODF) av olika storlekar som innehöll terapeutiska läkemedelsdoser. Låg standardavvikelse i läkemedelsinnehåll indikerar lämplighet för läkemdel med smalt terapeutiskt fönster. I den andra studien utvärderas och jämförs SSE 3DP med bläckstråleutskrift (IJP) och orala pulver i endospåsar (OPS) framställda på sjukhusapoteket enligt standardiserat förfarande för beredning av individanpassade doser. SSE 3DP uppvisade superioritet jämfört med de två andra metoderna för framställning av skräddarsydda ODF. I den tredje studien bedöms olika SSE-skrivares förmåga att producera skräddarsydda doser för veterinärvård. Den överlag bäst presterande skrivaren visade en stark korrelation mellan modellerad storlek och läkemedelsmängd. Den fjärde studien utforskar tillverkningen av hårda tuggtabletter för veterinärvård, med utmärkt enhetlig innehållsmängd. Den femte studien undersöker möjligheten att använda samma bläckbas som i den fjärde studien men med ett annat läkemedel. Studien visar att det är möjligt att framställa tuggtabletter som är anpassade för djur med hjälp av en standardiserad bläckbas. Den sjätte studien framställer framgångsrikt oral tunnfilm med terapeutiska doser av nanopartiklar med hjälp av SSE 3DP, vilket betonar potentialen för skräddarsydd medicin för dåligt lösliga läkemedel.
Denna avhandling bidrar till framsteg inom individanpassad medicinering genom att utforska tillämpningen av SSE 3DP som ett nytt tillvägagångssätt för att tillverka skräddarsydda läkemedelsinnehållande fasta orala dosformer vid behov i närheten av vårdplatsen. Resultaten av denna forskning visar potentialen för SSE 3DP för att möta doseringsutmaningar, förbättra behandlingsresultat och öka patienternas följsamhet och upplevelse, särskilt inom pediatrisk och veterinär vård. Genom att utnyttja möjligheterna som SSE 3DP erbjuder kan hälso- och sjukvårdsbranschen öppna nya möjligheter för individanpassad medicinering, optimera behandlingsresultat och förbättra patientupplevelsen. Möjligheten att tillverka individanpassade dosformer med specifika egenskaper visar potentialen hos SSE 3DP att forma framtidens läkemedelsframställning och hälso- och sjukvård. Denna avhandling lyfter fram betydelsen av SSE 3DP för att främja individanpassad medicinering och ger insikter som kan bidra till utvecklingen av innovativa lösningar inom farmaceutisk vetenskap.
Kokoelmat
- 317 Farmasia [16]