• 3D-tulostus
• Lääkeimplantti

3D-tulostuksen soveltaminen lääketeollisuudessa tarjoaa monia uusia mahdollisuuksia. Näihin mahdollisuuksiin kuuluu muun muassa monimateriaalinen tulostus, jossa yksi lääkeimplantti muodostetaan useammasta eri lääkeaineesta, jotka vapautuvat kehossa eri nopeuksilla. Tällä tavoin voidaan luoda personoituja lääkeimplantteja potilaan tarpeiden mukaisiksi.

3D-tulostetut lääkeimplantit ovat olleet, ja ovat edelleenkin, laajan tutkimuksen kohteena. Erityisesti on tarkasteltu kuori-ydin-rakenteisia lääkeimplantteja, jotka voitaisiin implantoida kehoon, jossa ne vapauttaisivat lääkeainetta pitkäaikaisesti ja tasaisesti. Suosituimpia materiaaleja implanttien valmistuksessa ovat erilaiset hydrogeelit, erityisesti PEGDA:an eli poly(etyyliglykoli)diakrylaattiin perustuvat hydrogeelit niiden hyvän bioyhteensopivuuden sekä räätälöitävien ominaisuuksien vuoksi.

Miksi kuori–­ydin-malli?

Kuori-ydin-tyyppiset lääkeimplantit edustavat kehittynyttä lääkeannosteluteknologiaa, jossa yhdistyvät kontrolloitu vapautuminen ja monikompponenttinen rakenne. Kuori-ydin-rakenteen avulla voidaan kapseloida lääkeaine implantin ytimeen ja ympäröidä se kuorella, joka toimii diffuusiobarrierina hidastaen lääkkeen vapautumisnopeutta. Kuoren avulla voidaan myös vähentää alkuvaiheen lääkeannospiikkiä, joka on yleinen ongelma yksinkertaisemmissa lääkeannostelujärjestelmissä.

Toisaalta lääkeainetta voidaan lisätä myös implantin kuoriosuuteen, jolloin kuoren lääkeaine vapautuu ja vaikuttaa kehossa nopeammin kuin ytimestä hitaammin vapautuva lääke. Kuori-ydin-rakennetta voidaan tällä tavoin käyttää muokkaamaan lääkkeiden vapautumisprofiileja yksilöllisemmiksi, esimerkiksi vastaamaan potilaan ikää, painoa, elintoimintoja tai sairauden vakavuutta. 3D-tulostus mahdollistaa näiden rakenteiden tarkan valmistuksen ja räätälöinnin, mikä parantaa hoidon tehokkuutta ja vähentää haittavaikutuksia. Viimeaikaisessa tutkimuksessa on keskitytty kuoren paksuuden ja materiaalikoostumuksen vaikutuksiin vapautumisprofiiliin, biohajoavien polymeerien käyttöön sekä monilääkkeisten implanttien kehittämiseen. 3D-tulostuksen käyttö tarjoaa merkittäviä etuja perinteisiin valmistusmennetelmiin verrattuna, kuten nopeamman prototypoinnin, monimutkaisten geometrioiden toteutuksen sekä mahdollisuuden yhdistää useita erilaisia materiaaleja yhteen rakenteeseen.

Lääkkeen vapautumisen tutkimus

3D-tulostettuja kuori-ydin-tyyppisiä PEGDA-poloksameeri-hydrogeelistä valmistettuja lääkeimplantteja liuotettiin ihmiskehoa jäljittelevissä olosuhteissa kuukauden ajan, jonka jälkeen niistä vapautunut deksametasoni mitattiin eri aikapisteissä HPLC-menetelmällä. Kuvassa 1 näkyy deksametasonin kumulatiivinen vapautuminen implanteista viikon ajalta. Jokaiselle implanttityypille laskettiin myös SA/V-arvot, jotka kuvaavat kappaleen pinta-alaa suhteessa sen tilavuuteen. Korkeampi SA/V-arvo tarkoittaa nopeampaa lääkeaineen vapautumista, kun taas matalampi SA/V-arvo hitaampaa vapautumista.

Kuvan perusteella voidaan tehdä seuraavat päätelmät:

• Mitä paksumpi implantin kuori oli, sitä hitaammin deksametasoni vapautui
• Suurin osa deksametasonista vapautui jo 48 tunnin aikana
• Vapautuminen noudatteli SA/V-arvojen suuruusjärjestystä

Selvä vaikutus

Vaikka alkuvaiheen ns. burst release -vapautumispiikki jäi edelleen melko suureksi, eikä ytimien tarkkaa massaa saatu kuori-ydin-implanteissa arvioitua, voidaan silti havaita, että lääkeimplanttien kuori-ydin-rakenteella pystytään selvästi saamaan vaikutus deksametasonin vapautumisen määrään ja nopeuteen. Implanttien kuorenpaksuutta säätelemällä voidaan siis hidastaa lääkeaineen vapautumista ytimestä ja näin pidentää lääkkeen vapautumisaikaa.

Mitä enemmän aiheesta tehdään tutkimusta ja mitä enemmän lääkeimplanttien tulostusprosesseja kehitetään, sitä lähemmäs päästään tulevaisuutta, jossa personoituja lääkeimplantteja pystytään valmistamaan itse hoitopaikoissa paikan päällä.

Artikkeli on osa Uudet materiaalit ja prosessit -tutkimusryhmän julkaisuja.

Lähteet

Nuottajärvi, M. 2025. Lääkeainetta vapauttava 3D-tulostettu komposiitti-implantti – Theseus. Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.

Kuva: © Matilda Nuottajärvi