دواء مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

يُعدّ إنتاج الأقراص والكبسولات التطبيق الأكثر شيوعًا للطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال المستحضرات الصيدلانية . توفر هذه التقنية إمكانية تحديد الجرعات بدقة، وتصميم أقراص ذات خصائص إطلاق محسّنة، ودمج عدة أدوية في قرص واحد. ^{[ 3 ]} تركز التطورات الحالية بشكل أساسي على طباعة الأدوية ثلاثية الأبعاد لمرضى الأطفال وكبار السن ومرضى الطب النفسي ومرضى الأعصاب، حيث غالبًا ما تكون تعديلات الجرعات ضرورية بناءً على حالة المريض، ويُمثل التزام المريض بالعلاج تحديًا. ^{[ 4 ] [ 5 ]} كان دواء سبريتام ( ليفيتيراسيتام )، وهو دواء مضاد للصرع ، أول قرص مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد يحصل على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية . ^{[ 6 ]}

تم ابتكار تصاميم متنوعة لتمكين إطلاق الدواء بأنماط مختلفة. كما طُوّرت بروتوكولات الطباعة ثلاثية الأبعاد لطباعة أقراص ذات إطلاق فوري وأخرى ذات إطلاق مُعدّل . ويُحدد ترتيب الطبقات واتجاهها الهندسي في القرص، وشكل الأقراص، والمواد المساعدة المستخدمة، نمط إطلاق المكونات الصيدلانية الفعالة . ^{[ 7 ]}

إضافةً إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد للأدوية، والتي تهدف إلى طباعة تركيبات دوائية ، يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع مواد مُعدّلة وظيفيًا بالأدوية، مثل المضادات الحيوية أو عوامل تحفيز تكوين الأوعية الدموية . ^{[ 8 ]} يهدف هذا المجال، الذي يُعد جزءًا من هندسة المواد الحيوية ، إلى إنتاج منتجات مثل اللصقات اللاصقة لعلاج الجروح ، وغرسات الهيدروجيل وغير الهيدروجيل ، بدلًا من الأقراص أو الكبسولات. ولذلك، يختلف هذا المجال عن الطباعة ثلاثية الأبعاد للأدوية المذكورة سابقًا.

تبدأ تقنية الطباعة النفاثة الرابطة بنشر طبقة رقيقة من المسحوق على المنصة باستخدام أسطوانة. ^{[ 9 ]} بعد ذلك، يقوم رأس طباعة قابل للإزالة برش قطرات، رابطًا المسحوق بشكل انتقائي لتكوين البنية المطلوبة. ثم تُخفض المنصة، وتُنشر طبقة جديدة من المسحوق بينما يستمر رأس الطباعة في ترسيب القطرات. تتكرر هذه الطريقة، طبقة تلو الأخرى، حتى يكتمل تكوين الجسم. أخيرًا، تُستخرج المنتجات النهائية، ويُزال المسحوق الزائد، وتُجرى أي معالجة لاحقة ضرورية. ^{[ 10 ]} تحتوي أحبار الطباعة عادةً على المادة الرابطة فقط، بينما يحتوي مسحوق الطباعة على المادة الدوائية الفعالة (API) ومكونات تكميلية أخرى. في بعض الحالات، يمكن إضافة المادة الدوائية الفعالة إلى مسحوق الطباعة على شكل محلول أو معلق جسيمات نانوية . تجدر الإشارة إلى أن تقنية الطباعة النفاثة الرابطة ثلاثية الأبعاد لا تقتصر على المواد الدوائية الفعالة ذات الذوبان العالي في الماء . بالنسبة للمواد الصيدلانية الفعالة قليلة الذوبان في الماء، يمكن تحسين ذوبانها من خلال طرق المعالجة المسبقة، على الرغم من أن الأبحاث في هذا المجال محدودة نسبياً. ^{[ 11 ]}

أُتيحت تقنية نمذجة الترسيب المنصهر ^{[ 12 ]} للعموم في عام 2009، وهي حاليًا من الأساليب الشائعة الاستخدام في الطباعة ثلاثية الأبعاد للأدوية. تبدأ العملية بخيط بوليمري مُدمج فيه الدواء. يُغذى هذا الخيط عبر فوهة عالية الحرارة بواسطة بكرتين، يتحكم بهما برنامج حاسوبي للطباعة. بمجرد اكتمال طبقة واحدة، تبدأ منصة الطباعة في طباعة الطبقة التالية. يستمر هذا التسلسل حتى تكتمل عملية الطباعة بالكامل. ^{[ 13 ]}

تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية الترسيب بالبثق المنصهر على مزيج من تقنيات البثق بالصهر الساخن ونمذجة الترسيب المنصهر. تبدأ العملية بإدخال المكونات الصيدلانية الفعالة (API) ومواد مساعدة متنوعة في أجهزة تغذية منفصلة. ثم تُعرَّض هذه المواد للحرارة والقص الشديد داخل نظام البثق بالصهر الساخن، مما ينتج عنه حالة انصهار متجانسة. ^{[ 14 ]} بعد ذلك، تُنقل هذه المادة المنصهرة إلى وحدة البثق بالصهر الساخن. تنسق محطات الطباعة عملياتها، مما يسمح بدمج المواد المنصهرة المتنوعة، والتي تُرسَّب بعد ذلك طبقة تلو الأخرى على منصة الطباعة. ينتج عن التحكم الدقيق في الضغط ودرجة الحرارة إنتاج مستحضرات مطبوعة ثلاثية الأبعاد تحاكي بدقة البنية المطلوبة.

تستخدم تقنية التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) المسحوق كمادة خام، والليزر كمصدر للطاقة لدمج الجزيئات معًا. وقد دُرست هذه التقنية في إنتاج الأدوية في دراسات عديدة، إلا أنها لم تُطرح في الأسواق حتى الآن. ولأن معظم المواد الصيدلانية تكون مساحيق في درجة حرارة الغرفة ، فإن تقنية SLS لا تتطلب أي خطوات لتحضير المواد. علاوة على ذلك، لا حاجة عمليًا لأي معالجة لاحقة نظرًا لظروف الطباعة الجافة وعدم وجود هياكل داعمة. من عيوب هذه التقنية ارتفاع احتمالية التلوث المتبادل عند طباعة مواد مختلفة في الطابعة نفسها، بالإضافة إلى ارتفاع معدل فشل الطباعة مع المواد غير المُحسَّنة لطباعة SLS. ^{[ 15 ]}

تقنية البثق شبه الصلب (SSE) هي تقنية تصنيع إضافية تُبنى فيها الأجسام طبقةً تلو الأخرى. في هذه التقنية، يتبع رأس البثق مسارًا محددًا مسبقًا، حيث يقوم بترسيب مادة شبه صلبة لتكوين كل طبقة، ثم يرصّها تدريجيًا لتشكيل المنتج النهائي. ^{[ 16 ]} تتشابه تقنية البثق شبه الصلب من حيث المفهوم مع تقنية الترسيب المنصهر (FDM)، مع اختلاف جوهري: فالمادة المستخدمة في هذه التقنية تكون شبه صلبة في درجة حرارة الغرفة. وهذا يعني أن التحكم الدقيق في درجة الحرارة ضروري أثناء عملية الطباعة لمنع تليين المادة بشكل مفرط نتيجة ارتفاع درجات الحرارة، مما يضمن الحفاظ على شكلها المطلوب.

لتسهيل هذه العملية، تحتوي محقنة مخصصة على مادة الطباعة شبه الصلبة. ويمكن بثق المادة باستخدام طرق مختلفة، مثل الضغط الهوائي أو الطاقة الميكانيكية أو نظام كهرومغناطيسي. تتيح هذه التقنية إنشاء هياكل معقدة وأجسام مصممة خصيصًا من خلال التحكم الدقيق في ترسيب المادة شبه الصلبة طبقة تلو الأخرى. ^{[ 17 ]}

تعتمد تقنية الطباعة المجسمة الضوئية (SLA) على مبدأ التصلب الضوئي، حيث تستخدم المسح الليزري لتصليد الراتنج السائل وبناء الأجسام المطبوعة ثلاثية الأبعاد طبقةً تلو الأخرى. ^{[ 18 ]} يمكن ضبط عملية الطباعة لتتم إما من الأعلى إلى الأسفل أو العكس، وذلك حسب إعدادات الطابعة. لبدء الطباعة، يُسكب راتنج البوليمر الضوئي السائل في خزان، وتقوم مرآة مسح بتركيز شعاع ليزر على سطح الراتنج، مما يُنشئ بقعة ضوئية مركزة. تعمل هذه البقعة الضوئية على تصليد الراتنج ضمن نطاق مسحها. بمجرد اكتمال طبقة المسح، تنخفض منصة الطباعة بمقدار ارتفاع طبقة واحدة، وتقوم مكشطة بتسوية سطح الراتنج لطباعة الطبقة التالية. تستمر هذه العملية حتى يتشكل الجسم بالكامل. بعد ذلك، يُستخرج المنتج النهائي، وتُزال أي راتنج زائد وهياكل داعمة. تُعد تقنية SLA مفيدة بشكل خاص للأدوية الحساسة للحرارة . ^{[ 19 ]}