Sommario Negli ultimi anni l’interesse verso l’uso di materiali polimerici termoplastici e delle relative tecnologie di trasformazione per la realizzazione di nuovi sistemi di dosaggio di farmaci è molto cresciuto, in virtù della grande varietà di forma e dimensioni dei prodotti ottenibili. La corretta progettazione di un manufatto in materiale polimerico non può prescindere dall’ottimizzazione del processo di trasformazione coinvolto, il quale richiede la conoscenza delle caratteristiche termiche, reologiche e di processo dei materiali impiegati. Tali informazioni sono ancora molto scarse per materiali di interesse farmaceutico, che tipicamente consistono in sistemi complessi costituiti da polimeri di grado farmaceutico additivati con specifiche sostanze (p.e.: farmaci, plastificanti, modificatori di rilascio), e questa è forse la principale limitazione nella diffusione delle tecniche di trasformazione dei polimeri termoplastici in questo specifico settore. Gli autori del presente contributo, unendo competenze di tecnologia farmaceutica e di scienza e ingegneria dei polimeri, stanno portando avanti un lavoro dal carattere multidisciplinare volto alla messa a punto di nuovi sistemi per il rilascio modificato di farmaci (“drug delivery systems”, DDS). Si è considerato il caso della realizzazione via micro-stampaggio a iniezione (μIM) di contenitori capsulari per il rilascio prolungato di farmaci destinati alla somministrazione per via orale, in “compound” a base di etilcellulosa. L’analisi della processabilità di questi materiali, oggetto del presente contributo, si è articolata sui seguenti punti:

1. caratterizzazione reologica dei fusi polimerici per mezzo di prove di reometria capillare, per lo studio della risposta in flusso pienamente sviluppato a velocità di deformazione confrontabili a quelle dei reali processi di stampaggio, e rotazionale (in regime oscillatorio di piccola ampiezza), per l’analisi della risposta viscoelastica;
2. caratterizzazione reologica di tipo più tecnologico basata sull’impiego di un miscelatore da laboratorio con un reometro in linea;
3. studio della “stampabilità” dei materiali via μIM, con il riferimento a protocolli di indagine specificatamente sviluppati, basati sull’esecuzione di prove di μIM e l’ottenimento di manufatti campione.

La combinazione di misure fondamentali e tecnologiche si è rivelata particolarmente efficace allo sviluppo del processo di interesse. Lo stesso approccio potrà essere impiegato per la messa a punto di altri processi per la produzione di nuove forme di dosaggio.

Parole chiave etilcellulosa, reometria capillare, micro-stampaggio a iniezione, rilascio di farmaci

Abstract The interest towards thermoplastic polymeric systems and the relevant processing technologies to manufacture new drug delivery systems (DDS) has significantly grown, due to their capability to grant great freedom in these systems shapes and dimensions.

The proper design of a polymer-based device requires the optimization of the processing operation: this in turn involves a deep knowledge of the polymer processability, especially of its thermal and rheological behaviour. This knowledge is still very limited in the case of materials of interest in pharmaceutics, mainly consisting in pharmaceutical grade polymers compounded with additives (e.g. processing aids, release enhancers) or drugs, and this severely limits the diffusion of thermoplastic polymer processing technologies in pharmaceutics. To overcome this limitation, the authors of the present work shared their skills in pharmaceutical technology and polymer engineering and science in a multidisciplinary activity aimed at developing DDS through thermoplastic polymer processing technologies. The exploitation of micro-injection moulding (μIM) was taken into consideration to produce ethylcellulose compounds based capsular containers for the prolonged oral delivery of drugs. The assessment of the processability of the materials of interest was carried out in three steps:

1. rheological characterization of polymer melts, i) through capillary rheometry, aimed at describing their flow behaviour in a fully developed flow at flow rates comparable with those typical of real injection moulding process and ii) via rotational rheometry (in the small amplitude oscillatory regime) to investigate their viscoelastic response;
2. rheological characterization in a laboratory-scale compounder equipped with an online rheometer, and comparison of the results from fundamental and “technological” methods;
3. assessment of the examined materials mouldability via μIM through the application of ad-hoc developed methods, based on moulding of specifically designed screening items.

The combination of measurements from fundamental and “technological” techniques revealed very effective to the setup of the considered process. The same approach may be successfully adopted to tune or develop other processes for the production of DDS based on thermoplastic polymers.

Keywords ethylcellulose, capillary rheometry, micro-injection moulding, drug release