Design and development of personalized dosage forms by printing technology

Abstract

Uurimistöö keskendus personaliseeritud ravimvormide valmistamisele kahemõõtmelise printimise abil. Personaliseeritud meditsiin arvestab patsiendi füsioloogiliste, ealiste ja käitumuslike eripäradega. Printimistehnoloogia abil saab valmistada personaliseeritud ravimvorme väikestes kogustes vastavalt patsiendi individuaalsetele vajadustele. Prinditud ravimvormid on suukaudsed ravimvormid, mis sarnanevad välimuselt väikestele paberitükkidele, mida on kerge manustada ka ilma veeta. Nendesse ravimvormidesse lisati raviaine valmistamisprotsessi käigus, st raviaine kanti söödava kandematerjali pinnale tindiprinteri või fleksograafilise trükimasinaga. Uurimistöö tulemused näitasid, et printimistehnoloogia on mitmekülgne meetod tootmaks suukaudseid ravimvorme, milles raviaine kogus on reguleeritav valmistamise käigus. Täpselt kohandatud annuses ravimite manustamine on eelkõige oluline lastele ja vanuritele. Ravimite individuaalne annustamine tagab ohutuma ravi, vähendades raviainete üleannustamise ja kõrvaltoimete esinemise riski. Raviaine kogus prinditud ravimvormides määratleti arvutipõhiselt enne valmistamist. Tootmisprotsessi kontrollitavus tagas prinditud raviainete täpse annustamise. Ravimite kvaliteeti oli võimalik proovi kahjustamata mõõta infrapuna spektroskoopia abil. Lisaks loodi uudne kahte raviainet sisaldav ravimvorm, mille valmistamisel kombineeriti kaks erinevat meetodit: tindiprintimine ja elektrospinnimine. Taoliste ravimvormide tootmine võimaldab muuta ravimite koostist, mis on abiks patsientidele, kes vajavad mitut ravimit samaaegselt. Uurimistöö annab põhjaliku ülevaate prinditud ravimvormide disainimise, valmistamise ja kvaliteedikontrolli põhiaspektidest. Uurimistöö tulemused näitavad, et prinditud ravimite valmistamine võib parandada ravimite annustamise paindlikkust personaliseeritud ravis.

The aim of this thesis was to investigate the use of two-dimensional printing technology for the preparation of personalized dosage forms. Personalized drug therapy considers the individuality of different patients. Printing technology enables to manufacture tailored dosage forms in small quantities according to the specific needs of the patient. The printed dosage forms are edible drug formulations that look like small pieces of paper that could be administered easily even without water. The drugs were incorporated into these dosage forms during the manufacturing process, i.e., the drug-containing ink was deposited onto the edible carrier material by inkjet or flexographic printing. The results demonstrated the versatility of printing technology for the preparation of oral dosage forms in several dose strengths. The administration of drugs in suitable doses is especially important for children and elderly people. The individual dosing of drugs contributes to the safety of drug treatment by decreasing the risk of drug overdosing and adverse reactions. The drug amount in the printed dosage forms was defined before manufacturing by the computer-aided design. The controllability of the fabrication process ensured also the dose accuracy of the printed drugs. The drug content was controlled after the production, for example, by non-destructive infrared spectroscopy. In addition, a novel dosage form with two drugs was developed by using a combination of different manufacturing methods. Such dosage forms can be tailored for individual patients who need multiple drugs at the same time. The thesis provides comprehensive insights into the patient-specific tailoring, manufacturing and quality control of printed dosage forms. The research results demonstrate that the production of printed pharmaceuticals could improve the flexibility of dosing for personalized drug therapy.

Syftet med denna avhandling var att undersöka ifall personifierade läkemedelsformer kunde tillverkas med hjälp av tvådimensionell utskriftsteknologi. Personifierad läkemedelsterapi beaktar individualiteten hos olika patienter. Utskriftsteknologi möjliggör tillverkning av skräddarsydda läkemedelsformer och en produktion av dem i små satser enligt patientens behov. De utskrivna läkemedelsformerna är ätbara och ser ut som små pappersstycken som man kan svälja lätt även utan vatten. Läkemedel tillsattes i dessa former under framställningsprocessen, dvs. bläck som innehöll läkemedel överfördes på det ätbara bärarmaterialet med hjälp av en bläckstråleskrivare eller flexografisk tryckning. Resultaten visade att utskriftsteknologi är en mångsidig metod för framställning av ätbara läkemedelsformer med flera olika doser. Att få en tillräcklig mängd läkemedel är speciellt viktigt för barn och äldre människor. Individuell dosering av läkemedel bidrar till säkrare vård, eftersom den minskar risken för överdosering och biverkningar av läkemedel. I utskrivna formuleringar kunde mängden läkemedel beräknas innan framställningen med hjälp av datorstödd design. Tillverkningsprocessens kontrollerbarhet säkerställde också att läkemedelsdoserna var noggranna. Efter framställningen kontrollerades mängden läkemedel, till exempel med icke-destruktiv infraröd spektroskopi. Dessutom utvecklades nya utskrivna läkemedelsformer med två läkemedel genom en kombination av olika tillverkningsmetoder. Dylika läkemedelsformer kan skräddarsys individuellt för patienter som behöver flera läkemedel samtidigt. Avhandlingen erbjuder omfattande insikter i patientspecifik finjustering, framställning och kvalitetskontroll av utskrivna läkemedelsformer. Forskningsresultaten visar att tillverkningen av läkemedelsformer med hjälp av utskriftsteknologi kan förbättra läkemedelsterapin för patienter som behöver personifierad dosering av läkemedel.