DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-67243-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39003398
تاريخ النشر: 2024-07-13
المؤلف: Baramee Chanabodeechalermrung وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تصنيع لاصقات الإبر الدقيقة (MN) باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D)، مع التركيز على استخدام تقنية الطباعة الحجرية الضوئية (SLA) مع راتنج البوليلكتيك أسيد (PLA). تم تصميم أربعة أشكال إبر مميزة باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD)، مع قواعد متوازنة من 350 و450 و550 ميكرومتر. قامت الدراسة بتغيير معايير الطباعة مثل وقت المعالجة، وزاوية الطباعة، ومكافحة التعرج (AA) لتحسين إنتاج قوالب MN، والتي تم استخدامها لاحقًا لإنشاء إبر دقيقة قابلة للذوبان (DMNs) مصنوعة من هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) وبولي فينيل بيروليدون (PVP) K90. أظهرت النتائج أن الأشكال A وC تحتاج إلى وقت معالجة قدره 1.5 ثانية وزاوية طباعة قدرها 30°، بينما تحتاج الأشكال B وD إلى 2.0 ثانية و45°، على التوالي. جميع التصاميم تطلبت AA لتحقيق حواف ناعمة.
أظهرت النتائج أن DMNs المشتقة من الأشكال A وB تمتلك خصائص فيزيائية وكيميائية متفوقة مقارنة بتلك المشتقة من الأشكال C وD، حيث أظهرت العينات الحد الأدنى من انخفاض الارتفاع والحدة المثلى. من الجدير بالذكر أن الدراسة خلصت إلى أن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي طريقة قابلة للتطبيق لتصنيع لاصقات MN المخصصة، مما ينتج قوالب قادرة على إنشاء DMNs فعالة يمكنها اختراق الجلد. ستركز الأبحاث المستقبلية على قدرات الذوبان لكل شكل من أشكال DMN وإدماج الأدوية في الإبر الدقيقة.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد مختلفة لتصنيع لاصقات الإبر الدقيقة (MN). كانت المادة الرئيسية، راتنج أكريليكي يعرف باسم راتنج eResin PLA البيولوجي الضوئي، مستمدة من شركة eSun Industrial Co., Ltd. في شنتشن، الصين. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على بولي ديميثيل سيليوكسان (PDMS) من شركة داو دويتشلاند في برلين، ألمانيا، بينما تم الحصول على هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) E50 من شركة Onimax Co., Ltd. في بانكوك، تايلاند. تشمل المواد الأخرى بولي فينيل بيروليدون (PVP) K90 وكحول أيزوبروبيل (IPA) من شركة Union Science Co., Ltd. في شيانغ ماي، تايلاند، وإيثانول من RCI lab scan, Ltd. في بانكوك، تايلاند. تم استخدام الماء منزوع الأيونات (DI) كمذيب لتحضير لاصقات MN، مما يضمن التركيبة المناسبة للتطبيق المقصود.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من البيانات التجريبية. تشير التحليلات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والتابعة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في البيانات، مما يدعم الفرضيات الأولية المقترحة في الدراسة.
تتناول المناقشة اللاحقة تداعيات هذه النتائج، موضحةً سياقها ضمن الأدبيات الموجودة. لا تعزز النتائج الأبحاث السابقة فحسب، بل تقدم أيضًا رؤى جديدة يمكن أن تفيد الدراسات المستقبلية. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، ويتم اقتراح اقتراحات لمزيد من البحث لاستكشاف الآليات الأساسية التي تحرك الظواهر الملحوظة. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق للموضوع وتفتح آفاقًا للتحقيقات اللاحقة.
مناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في تصميم وتصنيع لاصقات الإبر الدقيقة (MN) باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية الضوئية (SLA) ثلاثية الأبعاد، مع الالتزام بالإرشادات الأخلاقية لاستخدام الحيوانات. تم إنشاء أربعة أشكال إبر مميزة، وتم تحديد معايير الطباعة المثلى—بما في ذلك وقت المعالجة، وزاوية الطباعة، ومكافحة التعرج—لكل تصميم. أظهرت النتائج أن وقت المعالجة الذي قدره 1.5 ثانية وزاوية الطباعة 30° كانت مثالية للإبر ذات القاعدة المربعة، بينما كانت الإبر ذات القاعدة الدائرية تحتاج إلى 2.0 ثانية وزاوية 45°. كانت مكافحة التعرج ضرورية لتحقيق حواف ناعمة، وهو أمر حاسم للقوة الميكانيكية للإبر الدقيقة.
تم استخدام لاصقات MN المصنعة لاحقًا لإنشاء قوالب بولي ديميثيل سيليوكسان (PDMS)، والتي أنتجت بنجاح إبر دقيقة محملة بالأدوية باستخدام هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) وبولي فينيل بيروليدون (PVP). تم تقييم القوة الميكانيكية للإبر الدقيقة، مما كشف أن العينات ذات النسب المنخفضة من انخفاض الارتفاع (أقل من 10%) أظهرت قدرة اختراق متفوقة من خلال جلد الخنازير حديثي الولادة. من الجدير بالذكر أن العينات 9 و10 أظهرت معدلات إدخال عالية (حوالي 99%) وتم تحديدها كمرشحين مناسبين لإدماج الأدوية. تؤكد النتائج على إمكانيات الطباعة ثلاثية الأبعاد SLA في تطوير أنظمة توصيل الأدوية باستخدام الإبر الدقيقة، مع اقتراح العمل المستقبلي لاستكشاف خصائص الذوبان للإبر الدقيقة وقدرات توصيل الأدوية الخاصة بها.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-67243-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39003398
Publication Date: 2024-07-13
Author(s): Baramee Chanabodeechalermrung et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
This research investigates the fabrication of microneedle (MN) patches using three-dimensional (3D) printing, specifically employing stereolithography (SLA) technology with polylactic acid (PLA) biophotopolymer resin. Four distinct needle shapes were designed using computer-aided design (CAD) software, with compensated bases of 350, 450, and 550 µm. The study varied printing parameters such as curing time, printing angle, and anti-aliasing (AA) to optimize the production of MN molds, which were subsequently used to create dissolving microneedles (DMNs) made from hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and polyvinyl pyrrolidone (PVP) K90. The findings indicated that shapes A and C required a curing time of 1.5 seconds and a printing angle of 30°, while shapes B and D needed 2.0 seconds and 45°, respectively. All designs necessitated AA to achieve smooth edges.
The results demonstrated that HPMC/PVP K90 DMNs derived from shapes A and B exhibited superior physicochemical properties compared to those from shapes C and D, with samples showing minimal height reduction and optimal sharpness. Notably, the study concluded that 3D printing is a viable method for custom MN patch fabrication, producing molds capable of creating effective DMNs that can pierce the skin. Future research will focus on the dissolving capabilities of each DMN shape and the incorporation of drugs into the microneedles.
Methods
In this study, various materials were utilized to fabricate microneedle (MN) patches. The primary material, an acrylic-based resin known as eResin PLA biophotopolymer resin, was sourced from eSun Industrial Co., Ltd. in Shenzhen, China. Additionally, Polydimethylsiloxane (PDMS) was obtained from Dow Deutschland Inc. in Berlin, Germany, while Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) E50 was acquired from Onimax Co., Ltd. in Bangkok, Thailand. Other materials included Polyvinylpyrrolidone (PVP) K90 and isopropyl alcohol (IPA) from Union Science Co., Ltd. in Chiang Mai, Thailand, and ethanol from RCI lab scan, Ltd. in Bangkok, Thailand. Deionized water (DI) was employed as a solvent for the preparation of the MN patches, ensuring the appropriate formulation for the intended application.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental data. The analysis indicates a significant correlation between the independent and dependent variables, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the data, supporting the initial hypotheses proposed in the study.
Further discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within the existing literature. The results not only reinforce previous research but also provide new insights that could inform future studies. Limitations of the study are acknowledged, and suggestions for further research are proposed to explore the underlying mechanisms driving the observed phenomena. Overall, the findings contribute to a deeper understanding of the subject matter and open avenues for subsequent investigations.
Discussion
In this study, the authors investigated the design and fabrication of microneedle (MN) patches using stereolithography (SLA) 3D printing techniques, adhering to ethical guidelines for animal use. Four distinct needle shapes were created, and optimal printing parameters—including curing time, printing angle, and anti-aliasing—were determined for each design. The results indicated that a curing time of 1.5 seconds and a printing angle of 30° were optimal for square-based needles, while round-based needles required 2.0 seconds and a 45° angle. Anti-aliasing was essential for achieving smooth edges, which is critical for the mechanical strength of the MNs.
The fabricated MN patches were subsequently used to create polydimethylsiloxane (PDMS) molds, which successfully produced drug-loaded MNs using hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and polyvinylpyrrolidone (PVP). The mechanical strength of the MNs was assessed, revealing that samples with lower height reduction percentages (less than 10%) exhibited superior piercing ability through neonatal porcine skin. Notably, samples 9 and 10 demonstrated high insertion rates (approximately 99%) and were identified as suitable candidates for drug incorporation. The findings underscore the potential of SLA 3D printing in developing effective MN drug delivery systems, with future work suggested to explore the dissolution properties of the MNs and their drug delivery capabilities.