Dokument: Entwicklung und Charakterisierung eines gekoppelten Zweischneckenextrusions-3D-Druck-Herstellungsverfahrens zur individuellen Produktion von festen lipidbasierten Zubereitungen
| Titel: | Entwicklung und Charakterisierung eines gekoppelten Zweischneckenextrusions-3D-Druck-Herstellungsverfahrens zur individuellen Produktion von festen lipidbasierten Zubereitungen | |||||||
| Weiterer Titel: | Development and characterization of a coupled twin-screw extrusion 3D printing manufacturing process for the individual production of solid lipid-based preparations | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=68175 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250129-111203-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Blume, Arne [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Breitkreutz, Jörg [Gutachter] Prof. Dr. Seidlitz, Anne [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung und Charakterisierung eines gekoppelten Zweischneckenextrusions-3D-Druck-Herstellungsverfahrens zur individuellen Produktion von festen lipidbasierten Zubereitungen (LBZs). Hierfür wurde im Rahmen einer Kollaboration mit der Technischen Hochschule Köln der Zweischneckenextruder mit einer speziellen 3D-Druckdüse modifiziert und um eine voll bewegliche 3D-Druckplattform erweitert. Im Rahmen der Arbeit wurde das entwickelte System fortwährend weiterentwickelt und hinsichtlich seiner Funktionen und möglichen Einflussgrößen, wie Druckgeschwindigkeit, untersucht. Einen wichtigen Teil der Untersuchungen stellte dabei ein integrierter Volumenpuffer dar, welcher den konstanten Materialfluss des Extruders im 3D-Druck abbremsen sollte. So sollten die Nachteile der Schmelzschichtung (eine herkömmliche Art des 3D-Drucks), wie hohe thermische Belastung, überwunden und Zugang zu neuen Materialien gewährt werden, welche nicht die Eigenschaften für die Verarbeitung mit Schmelzschichtung erfüllt hätten. Im Vordergrund standen dabei die Lipide und festen Tenside, die im späteren Teil der Arbeit zur Entwicklung einer LBZ verwendet wurden, welche anschließend mit dem neu entwickelten 3D-Drucksystem produziert wurde. Als Modellwirkstoff wurde Ritonavir verwendet.
Die Ergebnisse zeigten, dass Lipidgemische und weniger aufgereinigte Substanzen besser mit dem System verarbeitbar sind, da sie breitere Schmelzbereiche aufweisen, weshalb sich die Viskosität während des Prozesses besser über die Temperatur der 3D-Druckdüse steuern lässt. Ein reines Triglycerid ließ sich hingegen nicht erfolgreich mit dem System verarbeiten. Die Druckgeschwindigkeit des 3D-Druckers, bei der 3D-Objekte produziert werden konnten, war vergleichbar mit der anderer 3D-Drucker, wobei die Möglichkeiten zu einer schnelleren Produktion primär von der Dosierrate sowie der Haftung des Materials am Drucktisch abhängig waren. Die Produktion von 3D-Objekten mit einem Durchmesser von 8 mm war reproduzierbar möglich. Ebenfalls konnten vier Materialien, davon ein Lipid, ein festes Tensid und zwei Polymere reproduzierbar mit dem System verarbeitet werden. Die Ergebnisse mit wirkstoffbeladenen Materialien zeigten, dass durch die Verwendung von Lipiden die Prozesstemperatur deutlich gesenkt und dadurch die Zersetzung des Wirkstoffs reduziert werden konnte. Zur Produktion der LBZ wurde eine von Lösungsmittel freie Methode verwendet. Die Formulierungen wurden anschließend in Lipolyse und Permeation untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Kombination mit Lipiden in allen Fällen eine Steigerung der Wirkstoffkonzentration zur Folge hatte. Mittelkettige Triglyceride erwiesen sich in der Lösungsvermittlung effektiver als Langkettige, wobei dies höchstwahrscheinlich mit dem geringen gelösten Anteil des langkettigen Triglycerids zusammenhängt. Präzipitationsinhibitoren zeigten keinen positiven Effekt auf die Konzentrations-Zeit-Verläufe von Ritonavir. Die auf Basis der Vorversuche am vielversprechendste LBZ wurde anschließend mit dem neuen System produziert und erfüllte dabei die selbst gesetzten Kriterien. Verglichen mit derselben Formulierung aus anderen 3D-Drucksystemen konnte die Homogenität verbessert und eine gleichmäßigere Freisetzung während der ersten vier Stunden erreicht werden.The present dissertation deals with the development and characterization of a coupled twin-screw extrusion 3D printing manufacturing process for the individualized production of solid lipid-based formulations (LBFs). In collaboration with the Technical University of Cologne, the twin-screw extruder was modified with a special 3D printing nozzle and expanded to include a fully movable 3D printing platform. Throughout the work, the developed system was continuously refined and examined regarding its functions and possible influencing factors, such as printing speed. An important part of the investigations was an integrated volume buffer, which aimed to stabilize the constant material flow of the extruder during 3D printing. This was intended to overcome the disadvantages of melt layering (a conventional type of 3D printing), such as high thermal stress, and to provide access to new materials that would not have the properties suitable for processing with melt layering. The focus was on lipids and solid surfactants, which were later used to develop an LBF that was subsequently produced with the newly developed 3D printing system. Ritonavir was used as the model active ingredient. The results showed that lipid mixtures and less purified substances were more compatible with the system, as they exhibited broader melting ranges, allowing for better control of viscosity during the process via the temperature of the 3D printing nozzle. In contrast, a pure triglyceride could not be successfully processed with the system. The printing speed of the 3D printer, at which 3D objects could be produced, was comparable to that of other 3D printers, with the potential for faster production primarily dependent on the dosing rate and the adhesion of the material to the print bed. The production of 3D objects with a diameter of 8 mm was reproducibly achievable. Additionally, four materials, including one lipid, one solid surfactant, and two polymers, could be reproducibly processed with the system. The results with drug-loaded materials indicated that the use of lipids significantly lowered the process temperature, thereby reducing the degradation of the active ingredient. A solvent-free method was used for the production of the LBFs. The formulations were subsequently investigated in terms of lipolysis and permeation. It was found that the combination with lipids resulted in an increase in the active ingredient concentration in all cases. Medium-chain triglycerides proved to be more effective in solubilization than long-chain triglycerides, likely due to the low dissolved fraction of the long-chain triglyceride. Precipitation inhibitors showed no positive effect on the concentration-time profiles of Ritonavir. The most promising LBF based on preliminary experiments was subsequently produced with the new system and met the self-imposed criteria. Compared to the same formulation from other 3D printing systems, the homogeneity was improved, and a more uniform release was achieved during the first four hours. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 29.01.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 29.01.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 19.06.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 10.07.2024 |
