3D-печатные таблетки позволяют контролируемо высвобождать активные вещества

Для успешного лечения лекарственными препаратами необходимо иметь возможность регулировать концентрацию действующих веществ в организме. При внутривенной инфузии это сделать относительно легко, поскольку уровень действующего вещества можно поддерживать постоянным, вводя сначала большую дозу, а затем продолжая регулярное введение меньших доз для поддержания достигнутого уровня.

При терапевтическом подходе, когда применяются таблетки, это гораздо сложнее. Одним из возможных вариантов является изготовление таблеток из различных компонентов с разной концентрацией действующих веществ. Но такие таблетки сложно производить.

Идея заключается в применении 3D-печати, позволяющей при относительно небольших затратах создавать объекты сложной формы. Таким образом, форма таблетки является единственным фактором, контролирующим высвобождение активного ингредиента, если он равномерно распределен в материале-носителе.

Исследовательская группа под руководством Вахида Бабаеи, руководителя исследовательской группы в Институте информатики Макса Планка, и Джулиана Панетты, профессора Калифорнийского университета в Дэвисе, применила метод обратного проектирования и так называемой топологической оптимизации для расчета форм таблеток, высвобождающих необходимое количество активного вещества при растворении в пищеварительном тракте, обеспечивая тем самым необходимый уровень активного вещества в организме.

В этом методе, который был разработан для проектирования механических компонентов, сначала определяются свойства геометрической фигуры. В случае с таблетками исследователи сначала определяют временной профиль, в котором таблетка должна высвобождать действующее вещество. Затем они рассчитывают форму, которая будет иметь именно такой профиль высвобождения. Для этого используется модель, регистрирующая процесс растворения геометрических фигур различной формы в жидкости. Рассчитанные структуры иногда напоминают кристаллы соли, иногда диатомовые водоросли, а иногда даже экстравагантные дизайнерские объекты, отмечается в пресс-релизе.

В своих экспериментах исследователи продемонстрировали, что таблетка со смоделированной формой действительно высвобождает активный ингредиент относительно точно в заданный промежуток времени. Эксперименты включали растворение различных таблеток в воде и определение концентрации вещества в растворе по его светопропусканию. Для того чтобы таблетки причудливой формы можно было проглотить, их можно изготавливать из мягкого материала-носителя или заключать в быстрорастворимую капсулу.

Отмечается, что поиск оптимальной формы таблетки, обеспечивающей необходимый уровень препарата в организме, - не единственная сильная сторона инверсного дизайна; он может учитывать и то, как процесс производства ограничивает выбор формы. Хотя 3D-печать позволяет относительно легко изготавливать произвольные структуры, она недостаточно экономична для массового производства. Однако ученые могут изменить условия обратного проектирования таким образом, чтобы рассчитывались только те формы, которые могут быть созданы методом экструзии.