Gli anelli vaginali stampati in 3D potrebbero trattare le infezioni batteriche
I sistemi di somministrazione vaginale dei farmaci possono fornire una liberazione a lungo termine e costante del principio farmaceutico attivo anche per mesi. Per il nostro esperimento, la stampa 3D FDM è stata utilizzata per produrre i campioni di anelli vaginali da un filamento di poliuretano termoplastico, che consente la produzione rapida di farmaci complessi e personalizzati. La stampa 3D può essere un’ottima alternativa alla produzione industriale, che è complicata e richiede molto tempo. Nel nostro lavoro, gli anelli vaginali stampati in 3D sono stati riempiti manualmente con metronidazolo gelatinizzato o cloramfenicolo per il trattamento della vaginosi batterica. La necessità del riempimento manuale è stata certificata dai risultati del test termogravimetrico e del flusso di calore. I campioni prodotti sono stati analizzati da un apparato di dissoluzione Erweka USP tipo II, e il profilo di dissoluzione può essere distinto in base agli agenti gelificanti applicati e alle API. Tutti i campioni sono stati considerati non simili in base al confronto a coppie. Le proprietà di biocompatibilità sono state determinate mediante test MTT prolungato su cellule HeLa e il polimero potrebbe essere considerato non tossico. Sulla base del test microbiologico suE. coli campioni contenenti metronidazolo e chitosano hanno avuto effetti battericidi mentre solo metronidazolo o solo campioni contenenti chitosano hanno un effetto batteriostatico. Nessuno di questi campioni ha mostrato un effetto fungistatico o fungicida contro C. albicans. Sulla base dei nostri risultati, abbiamo prodotto con successo anelli vaginali stampati in 3D riempiti con metronidazolo gelatinizzato.i ricercatori dell’Università di Debrecen e dell’Università di Szeged stanno utilizzando la stampa 3D di modellazione a deposizione fusa (FDM) per creare un sistema che fornisce farmaci per via vaginale. Nel loro articolo , il team spiega che i sistemi di somministrazione vaginale di farmaci possono offrire una “liberazione a lungo termine e costante del principio farmaceutico attivo anche per mesi”.
“Per il nostro esperimento, la stampa 3D FDM è stata utilizzata per produrre campioni di anelli vaginali da filamenti di poliuretano termoplastico, che consentono la produzione rapida di farmaci complessi e personalizzati. La stampa 3D può essere un’ottima alternativa al posto della produzione industriale, che è complicata e richiede molto tempo”, hanno scritto in astratto.
Le infezioni vaginali, sebbene non siano tipicamente mortali, sono diffuse e spesso durano a lungo. Possono anche essere difficili da curare, scomodi e ansiosi per il paziente, senza dubbio. Inoltre, a causa dell’anatomia della vagina e della “diffusione batterica tra il retto e la vagina”, possono verificarsi spesso ricadute di infezioni e i ricercatori affermano che il 30% delle donne trattate con antimicrobici, come clindamicina e metronidazolo, sperimenterà una recidiva di l’infezione vaginale per vari motivi.
Come spiega il team, il primo brevetto per un sistema di somministrazione di farmaci ad anello vaginale, in cui gli utenti possono “iniziare o interrompere l’uso quando lo desiderano”, è stato concesso nel 1970. Sfortunatamente, i metodi di progettazione e produzione sono diversi per ciascun prodotto, poiché le agenzie mediche hanno non ha offerto regolamenti o linee guida pertinenti. Mentre lo stampaggio a iniezione e l’estrusione a caldo sono stati utilizzati per fabbricare questi anelli, i ricercatori hanno utilizzato la modellazione a deposizione fusa, o FDM, stampa 3D, che è una tecnologia AM popolare e “consente la produzione di forme di dosaggio orale, sistemi intrauterini, impianti o anelli vaginali.
“Per la produzione di un sistema di somministrazione di farmaci con stampa 3D, i ricercatori incorporano l’API nel filamento con estrusione a caldo, quindi il filamento contenente API viene stampato con la tecnologia FDM”, hanno spiegato i ricercatori. “L’elevata temperatura di estrusione utilizzata nell’FDM (oltre 120 ◦C) e nell’estrusione hot-melt (oltre 150 ◦C) consente solo l’incorporazione di API termostabili nel filamento polimerico. Anche la modifica del polimero o diversi eccipienti aggiunti possono ridurre la temperatura di stampa, ma la temperatura di stampa più bassa utilizzata era 165 ◦C, che non è ancora adeguata per molte API. Anche se molti progetti di ricerca stanno cercando di risolvere il problema dell’elevata temperatura di stampa, la soluzione più promettente sarebbe quella di produrre un sistema di supporto in cui possono essere incorporati tutti i tipi di API”.
Figura 2: Immagine dei campioni fabbricati.
Questi ricercatori hanno invece deciso di stampare in 3D anelli vaginali per fungere da sistemi di trasporto di farmaci per la vaginosi batterica e riempire i campioni prestampati con API gelatinizzate (gel vaginali), in particolare gli antibiotici metronidazolo e cloramfenicolo (CAP), come i vantaggi dei gel vaginali includono comfort, facilità di fabbricazione e “capacità di coprire la superficie della membrana mucosa”. I modelli digitali per gli anelli, basati sul NuvaRing disponibile in commercio ma con bordi smussati, sono stati progettati in SOLIDWORKS e il team ha stampato lotti di quattro sistemi di somministrazione di farmaci da acido polilattico (PLA), gesso PLA e schiuma PLA di Philament e poliuretano termoplastico (TPU) 80A LF di Ultrafuse FFF su un sistema Craftbot 3.
Hanno preparato quattro diverse formulazioni delle API:
Carbopol 934 e una soluzione 1 p/p%, prodotta con acqua distillata a 500 giri/min agitazione
3% p/p di chitosano e 4% p/p di idrossietilcellulosa (HEC)
1% p/p di chitosano e 4% p/p di HEC, con acqua distillata, agitazione a 300 giri/min e miscelazione manuale
Soluzione di agar-agar 1 p/p%, preparata con acqua distillata e riscaldando fino a 100°C
Le parti superiore e inferiore dell’anello vaginale sono state prestampate e sono stati misurati 5 g di cloramfenicolo o metronidazolo prima di essere sospesi con 20 g di gel. Quindi, le varie sospensioni sono state messe in siringhe, e 1,5 g di ciascun gel sono stati aggiunti alle parti inferiori degli anelli, prima che le parti superiori fossero aggiunte e chiuse manualmente.
I ricercatori hanno pesato individualmente dieci campioni da ciascuna formulazione, prima che fossero “aperti per la determinazione dell’uniformità del contenuto”. Quindi hanno eseguito analisi termogravimetriche (TG) e di flusso termico (DSC) sui campioni, che hanno certificato la “necessità del riempimento manuale”, prima che i campioni fossero analizzati da un apparato di dissoluzione; tutti erano “considerati non simili in base al confronto a coppie”. Il test MTT prolungato su cellule HeLa è stato utilizzato per determinare le proprietà di biocompatibilità dei campioni, che sono risultati non tossici. Il team ha anche eseguito misurazioni dell’angolo di contatto con il metodo della caduta sessili e ha misurato i risultati con un sistema microCT.
Figura 7: Immagine microCT ricostruita da un taglio verticale del campione stampato (a) e del campione esaminato dopo il test di dissoluzione (b). La dimensione dei pixel dell’immagine è di 5 µm.
Figura 8: Immagine microCT ricostruita dalla superficie superiore del campione stampato (a) e del campione esaminato dopo il test di dissoluzione (b). La dimensione dei pixel dell’immagine è di 5 µm.
È stato anche eseguito il test di dissoluzione in vitro ed è stata utilizzata la spettrofotometria UV per determinare l’assorbanza del farmaco di rilascio. Nella Figura 7 è possibile vedere la localizzazione del gel rimanente dopo la dissoluzione, ma sulla superficie del campione disciolto nella Figura 8 non è stato rilevato alcun cambiamento.
Il team ha anche valutato la microbiologia dei campioni negli anelli stampati in 3D, al fine di “esaminare l’effetto degli anelli vaginali contenenti composti diversi” e ha scoperto che l’ E.coli è notevolmente diminuito “in presenza di tre anelli testati”.
“I campioni testati erano i seguenti: (a) anello vaginale vuoto; (b) anello vaginale contenente metronidazolo; (c) 3% p/p di chitosano e 4% p/p di anello vaginale contenente idrossietilcellulosa; (d) 3% p/p di chitosano e metronidazolo contenenti anello vaginale.
Il team ha stabilito che il TPU era migliore del PLA per la stampa 3D degli anelli, perché era più flessibile e che “la 32a regolazione dei parametri di stampa era accettabile per la produzione”. Per quanto riguarda le formulazioni, la prima è risultata troppo acquosa, mentre la seconda era omogenea e consistente. Il terzo era più acquoso del secondo ma meno del primo e, dopo il raffreddamento, il quarto divenne un gel semisolido.
Figura 11. La citotossicità prolungata del campione stampato in 3D da TPU. I test di vitalità cellulare MTT sono stati eseguiti nei giorni 4, 8 e 12. La vitalità cellulare è stata espressa come percentuale di controllo non trattato (Co-). Come controllo positivo (Co+), è stato utilizzato Triton X 100 (10% p/v). I dati sono stati espressi come mezzo di quattro esperimenti indipendenti ± SD.
Diversamente dal test MTT originale, hanno anche eseguito un test di vitalità cellulare prolungato per saperne di più sulla citocompatibilità (proprietà di non essere dannoso per una cellula) degli anelli vaginali stampati in 3D e hanno scoperto che non sono citotossici, sulla base del Norma ISO 10993-5:2009(3).
Nel complesso, il team ha stabilito che la stampa 3D FDM potrebbe essere utilizzata per fabbricare con successo anelli vaginali in TPU e ha suggerito che il metronidazolo fosse la strada da percorrere in termini di riempimento del sistema di somministrazione dei farmaci.
“La speciale disposizione sperimentale garantisce che tutti i tipi di API possano essere utilizzati durante la stampa senza danni da calore o perdita di API, come confermato dai risultati del TGA. Sulla base delle curve di dissoluzione, l’API e l’agente gelificante utilizzati possono modificare la quantità di API disciolta. Sulla base dei risultati del test MTT, il polimero TPU può essere considerato citocompatibile. La valutazione microbiologica ha confermato che metronidazolo e chitosano hanno un effetto sinergico contro E. coli”.
