Una piattaforma multi-farmaco core-shell per migliorare la salute microbica del tratto gastrointestinale usando la stampa 3D

Sistemi di consegna multi-farmaco per la stampa 3D per una migliore salute gastrointestinale

Ricercatori internazionali stanno cercando modi per promuovere una migliore salute umana migliorando la salute gastrointestinale, sottolineando i loro risultati nel recente pubblicato ” Una piattaforma multi-farmaco core-shell per migliorare la salute microbica del tratto gastrointestinale usando la stampa 3D “.

La stampa 3D è oggi connessa al campo medico in innumerevoli modi mentre i ricercatori e i produttori continuano a innovare, incoraggiati dal potenziale di un numero infinito di progetti per consentire modelli e strumenti medici , dispositivi come impianti e protesi e software di accompagnamento, hardware e materiali. In questo studio, gli autori si diramano in un’area della medicina più unica e complessa, creando fibre della struttura core-shell attraverso la stampa 3D elettroidrodinamica.

Questi tipi di fibre possono essere fabbricati in una varietà di forme e dimensioni e devono essere in grado di fornire e rilasciare farmaci; infatti, i ricercatori affermano che il profilo di rilascio del farmaco bifasico nel liquido intestinale simulato offre “un rilascio di scoppio entro le prime 12 ore e un rilascio prolungato più lento fino a 72 ore”.

I batteri che vivono nel tratto gastrointestinale possono essere sia buoni che cattivi. Può essere responsabile della fornitura di vitamine, sostanze nutritive e digestione, ma a sua volta può anche essere pericoloso per la salute umana in caso di squilibrio, causando una serie di problemi di salute dall’obesità al diabete e, ancor peggio, al cancro. Con probiotici adeguati, tuttavia, e la conseguente salute gastrointestinale, molti pazienti vedono che la loro salute migliora complessivamente.

Le membrane fibrose utilizzate in questo studio hanno avuto successo nel mostrare il potenziale per una migliore salute gastrointestinale, unita alla stampa 3D elettroidrodinamica (EHD). Gli autori hanno scelto questa tecnica per i seguenti vantaggi:

Abilitazione dell’ingegneria delle fibre da micro a nanoscala
Controllo e sviluppo di strutture complesse
Stampa precisa di fibre impilate e allineate
È possibile creare farmaci personalizzati
“… L’acetato di cellulosa (CA) e la resina poliacrilica II (PRII) sono stati usati come materiali eccipiente della medicina specifica per via enterica grazie alle sue buone caratteristiche di biocompatibilità [ 29 ], non tossicità [ 28 ] e dipendente dal pH [ 30 ]”, hanno spiegato gli autori . “Lo stachyose incapsulante CA (CA-STA) è stato utilizzato come shell mentre il proteoglicano a caricamento PRII (PRII-PRO) è stato utilizzato per formare il nucleo delle strutture fibrose.”

Diagramma schematico del sistema di stampa 3D EHD core-shell (a); processo di formatura della modalità a getto stabile core-shell continuo a diverse tensioni applicate (b): i a 0 kV, ii a 1 kV, iii (vista frontale) a 2,5 kV e iv (vista laterale) a 2,5 kV quando è stata stampata la fibra a 20 mm s − 1, rispettivamente; fibra core-shell con due tipi di modelli di caricamento del farmaco (c): i — PRII-PRO / CA-STA, ii — PRII-ST / CA-PRO A; vista dall’alto della membrana fibrosa modellata con varie geometrie (d): i — quadrato, ii — semicerchio, iii — cerchio intero; la vista frontale della membrana modellata (e) corrispondente a i, ii e iii di (d); caratteristiche della membrana (f): i, lo spazio tra due fibre stampate; ii, il raggio delle curve e iii era la fibra stampata con linea retta e / o curva.

La stampante EHD era composta da:

Stadio di movimento programmabile XYZ
Tensione di alimentazione elevata
Due pompe a siringa
Ugello coassiale in acciaio inossidabile (aghi interni ed esterni)
Per lo studio, gli autori hanno creato una griglia quadrata, un semicerchio e un cerchio intero usando una deposizione a 10 strati con uno spessore medio di 61,5 ± 2,6 μ m. Le fibre stampate sono state esaminate con microscopia ottica, poiché il team ha sostituito PRO con rodamina B nello strato di core PRII caricato. I diametri dei gusci interni ed esterni erano 10,8 ± 3,7 μ m e 61,2 ± 6,2 μ m.

Le immagini ottiche della membrana fibrosa stampata con geometria quadrata (a); distribuzione del diametro delle fibre con varie geometrie (b1) quadrate, (b2) semicerchio e (b3) cerchio intero.

La capsula enterica, testata un sistema di rilascio per farmaci orali, era composta dalle fibre del campione.

“Il rilascio del farmaco in vitro è stato effettuato utilizzando la soluzione PBS (pH = 7,4) per imitare il fluido intestinale”, hanno spiegato i ricercatori. “Il LC per STA e PRO era rispettivamente 3,67 ± 0,1% e 1,1 ± 0,02%; e l’EE era rispettivamente 90,3 ± 1,7% e 95,3 ± 0,5%. Ciò conferma che ciascun farmaco è stato caricato in modo efficiente nello strato esterno e nello strato interno, rispettivamente. “

Immagini ottiche (a1) – (c1) e immagini elettroniche a scansione (a2) – (c2) di fibre di stampa che caricano STA e PRO con vari motivi: (a1) e (a2), quadrato; (b1) e (b2), semicerchio; (c1) e (c2), cerchio intero.

Per ogni campione, lo spessore è stato misurato prima dell’esecuzione della prova di trazione, rispettivamente per le membrane quadrate, semicircolari e a cerchio intero a 64,4 ± 2,6 μ m, 61,9 ± 4,2 μ m e 58,1 ± 2,5 μ m.

Spettri FT-IR (a), spettri XRD (b), tensione di trazione (c) e risultati TGA (d) di fibre stampate e materie prime.

Poiché i motivi a zig-zag erano importanti nella struttura a sandwich della membrana, il team di ricerca li nota come elementi critici nel decidere le proprietà meccaniche dei campioni stampati in 3D. Le resistenze a trazione e le deformazioni rotte aumentavano, tuttavia, all’aumentare della proporzione del cerchio, attribuita alle fibre circolari che si trasformavano in una linea retta quando erano sotto la pressione della forza di trazione. La massima resistenza alla trazione è stata anche indicata come “maggiore di 0,22 MPa”, la pressione gastrointestinale nell’uomo.

“La membrana stampata caricata con il farmaco possedeva una buona biocompatibilità sulle cellule L929 e eccellenti effetti di miglioramento su Bifidobacterium bifidum , oltre a adeguati effetti di inibizione su E. coli . Rispetto al controllo, il rapporto di proliferazione di Bifidobacterium bifidum può essere aumentato al 294,2% e 242,7%, rispettivamente, al trattamento di 0,1 g PRII-STA / CA-PRO e PRII-PRO / CA-STA ”, hanno concluso i ricercatori.

“Gli effetti di inibizione su E. coli erano rispettivamente del 37,0% e del 27,5%, al trattamento di 0,1 g PRII-STA / CA-PRO e PRII-PRO / CA-STA, rispettivamente. Questo risultato ha confermato la fattibilità del miglioramento della proliferazione dei probiotici ( Bifidobacterium bifidum ) in combinazione con l’inibizione della crescita patogena ( E. coli ) in un unico dosaggio per l’utilizzo di un doppio carico di farmaco. Le strutture core-shell sviluppate qui possono essere estremamente vantaggiose in una terapia efficiente per le condizioni gastrointestinali. ”

a) Immagini dell’angolo di contatto con l’acqua del farmaco fibroso caricato con membrana come PRII-PRO / CA-STA in vari momenti: 0 s, 30 se 60 s, (prima colonna nella figura 5 (a): vista dall’alto di la membrana modellata con varie geometrie; il punto rosso presenta la posizione della goccia d’acqua per il test dell’angolo di contatto con l’acqua); (b) la figura (a) espressa con un istogramma.

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