3Dプリンターからの錠剤(Pills from the 3D printer)

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特殊な形状により活性物質を制御された方法で放出できる Special shapes can release active substances in a controlled manner

2023-07-31 マックス・プランク研究所

3Dプリンターからの錠剤(Pills from the 3D printer)
3D printed pill © MPI-INF

◆薬の効果的な治療には、体内の有効成分の濃度を目的のレベルに調整することが必要です。静脈内投与では、最初に高用量を投与し、その後は定期的な小量の投与で濃度を維持することが比較的容易です。しかし、錠剤などの治療法では、このような調整が困難です。3Dプリンティング技術の進歩により、錠剤の形状を調整して有効成分の放出を制御する方法が提案されています。
◆数学モデルと実験を組み合わせて、特定の時間プロファイルで有効成分を放出する錠剤の形状を決定し、3Dプリンターで製造します。この方法により、錠剤の形状を最適化し、必要な薬物レベルを体内に確実に提供することが可能です。
◆将来的には、この手法を工業的な製造に応用し、薬剤だけでなく、肥料や化学生産のための触媒体の製造など、さまざまな分野で形状の多様性を拡大することが期待されます。

<関連情報>

放出から得られる形状: 成分放出制御機構のインバースデザインと構造化 Shape from Release: Inverse Design and Fabrication of Controlled Release Structures

Julian Panetta,Haleh Mohammadian,Emiliano Luci,Vahid Babaei
ACM Transaction on Graphics  Published:30 November 2022
DOI:https://doi.org/10.1145/3550454.3555518

Abstract

Objects with different shapes can dissolve in significantly different ways inside a solution. Predicting different shapes’ dissolution dynamics is an important problem especially in pharmaceutics. More important and challenging, however, is controlling the dissolution via shape, i.e., designing shapes that lead to a desired release behavior of materials in a solvent over a specific time. Here, we tackle this challenge by introducing a computational inverse design pipeline. We begin by introducing a simple, physically-inspired differentiable forward model of dissolution. We then formulate our inverse design as a PDE-constrained topology optimization that has access to analytical derivatives obtained via sensitivity analysis. Furthermore, we incorporate fabricability terms in the optimization objective that enable physically realizing our designs. We thoroughly analyze our approach on a diverse set of examples via both simulation and fabrication.

有機化学・薬学
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