Des pilules imprimées en 3D à libération contrôlée de médicaments - un pas en avant dans la médication

Les pilules à l'aspect amusant ne sont pas un gadget, elles peuvent libérer des médicaments dans un régime de temps souhaité !

22.05.2023 - Allemagne

MPI-INF

Ne soyez pas surpris de voir apparaître à l'avenir des pilules aux formes inhabituelles. À première vue, elles peuvent sembler bizarres, mais elles peuvent libérer des produits pharmaceutiques dans l'organisme de manière contrôlée. La combinaison de méthodes informatiques avancées et de l'impression 3D permet de produire des objets qui se dissolvent dans des liquides d'une manière prédéterminée. Un groupe d'informaticiens de l'Institut Max Planck d'informatique de Sarrebruck (Allemagne) et de l'Université de Californie à Davis a inventé un processus qui repose uniquement sur la forme de l'objet pour une libération contrôlée dans le temps. Cette découverte aura d'importantes répercussions sur l'industrie pharmaceutique, qui a récemment commencé à s'intéresser de près à l'impression 3D.

Le contrôle des niveaux de médicaments chez les patients est un élément important de la médication. Dans le cas d'une perfusion intraveineuse, la concentration dans le sang est déterminée par le débit du goutte-à-goutte multiplié par la proportion du médicament dans la solution intraveineuse. Une concentration constante de médicament peut être obtenue en administrant initialement une dose importante et en la maintenant par la suite avec des doses plus faibles. Avec l'administration orale, ce régime est beaucoup plus difficile à assurer. Une idée serait d'utiliser des structures multi-composants et multi-matériaux avec différentes concentrations de médicaments à différents endroits, ce qui est difficile à fabriquer. D'un autre côté, les progrès considérables de l'impression 3D et ses capacités insurmontables de création de formes complexes, la fabrication de médicaments de forme libre avec une distribution constante du produit biochimique dans le matériau porteur est actuellement une option viable. Pour ces médicaments, la libération dépend uniquement de la forme géométrique, qui est plus facile à garantir et à contrôler.

Le projet, dirigé par le Dr Vahid Babaei (MPI for Informatics) et le professeur Julian Panetta (UC Davis), permet de produire des objets en 3D qui se dissolvent en fonction du temps souhaité, libérant ainsi leur contenu de manière contrôlée. En combinant astucieusement la modélisation mathématique, la configuration expérimentale et l'impression 3D, l'équipe peut imprimer des formes 3D qui délivrent une quantité chronométrée de médicament au fur et à mesure de leur dissolution. Cela peut être utilisé pour fixer des concentrations prédéterminées de médicaments par voie orale.

Étant donné qu'aucune influence extérieure n'est possible après l'ingestion dans le tube digestif, la libération souhaitée du médicament en fonction du temps doit être générée par la forme (surface active qui se dissout) de l'échantillon. Avec un peu d'effort, la dissolution en fonction du temps peut être calculée à partir d'une forme géométrique donnée. Pour une sphère, par exemple, elle est strictement proportionnelle à la surface sphérique décroissante. L'équipe de recherche propose une simulation avancée, basée sur l'intuition géométrique que les objets sont dissous une couche à la fois. Toutefois, les praticiens sont surtout intéressés par la définition d'une libération souhaitée, puis par la recherche d'une forme qui se dissout en fonction de ce profil de libération. Même avec cette simulation efficace, l'ingénierie inverse pour trouver la forme tridimensionnelle appropriée pour un régime de médicament souhaité présente des difficultés significatives.

C'est là que l'optimisation topologique (TO) trouve son application : les simulations en amont sont inversées pour trouver une forme qui présente une certaine propriété. Développée à l'origine pour les composants mécaniques, l'optimisation topologique a entre-temps gagné un large éventail d'applications. L'équipe est la première à proposer une stratégie de conception inverse pour trouver la forme à partir du comportement de libération basé sur l'optimisation topologique. La dissolution est validée par des expériences : les courbes de libération mesurées sont très proches des valeurs souhaitées.

Dans la configuration expérimentale, les objets sont imprimés à l'aide d'une imprimante 3D à filament. La dissolution est ensuite évaluée par un système de caméra, c'est-à-dire qu'elle est réellement mesurée, et pas seulement calculée par un modèle mathématique. Pour ce faire, la transmittance optique du solvant est enregistrée optiquement. Contrairement aux méthodes de mesure couramment utilisées jusqu'à présent, qui déterminent directement la concentration de l'ingrédient actif (par exemple par titrage), cette méthode est beaucoup plus rapide et plus simple à mettre en œuvre. Les méthodes optiques de mesure de la densité des substances actives sont d'ailleurs utilisées depuis longtemps : lors du foulage du raisin pour la fabrication du vin, la teneur en sucre (Öchsle) du jus de raisin est déterminée par réfractométrie.

La méthode de conception inverse peut également intégrer les différentes contraintes de fabricabilité des différents systèmes de fabrication. Par exemple, elle peut être modifiée pour générer des formes extrudées et n'entrave donc pas la production de masse. Au-delà de l'application discutée en pharmacie, d'autres possibilités incluent la production de corps catalytiques ou même d'engrais à gros grains.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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