3D-Printed Franz cells - update on optimization of manufacture and evaluation.

OBJECTIVES: Laboratory in vitro permeation processes require the use of modified Franz type diffusion cells which are conventionally fabricated from glass. Fragility and high cost are frequently associated with this type of laboratory apparatus. The purpose of our present research was to develop a simple, economical and versatile approach to manufacture Franz type cells using additive manufacturing (AM). METHODS: Graphical Franz diffusion cell designs were reproduced with a stereolithography (SLA) 3D printer and assessed over a minimum period of 24 h. The surface morphology of AM printouts was analysed before and after compatibility studies using scanning electron microscopy (SEM). Comparative permeation studies in both glass and AM Franz type diffusion cells were conducted using a caffeine solution (1.5 mg mL-1 ), applied to a model silicone membrane. RESULTS: Testing of the 3D printed scaffolds confirmed similar recovery of the permeant when compared to glass cells: 1.49 ± 0.01 and 1.50 ± 0.01 mg mL-1 , respectively, after 72 h. No significant differences were visible from the SEM micrographs demonstrating consistent, smooth and non-porous surfaces of the AM Franz cells' core structure. Permeation studies using transparent 3D printed constructs resulted in 12.85 ± 0.53 µg cm-2 caffeine recovery in the receptor solution after 180 min with comparable permeant recovery, 11.49 ± 1.04 µg cm-2 , for the glass homologues. CONCLUSION: AM constructs can be considered as viable alternatives to the use of conventional glass apparatus offering a simple, reproducible and cost-effective method of replicating specialised laboratory glassware. A wider range of permeants will be investigated in future studies with these novel 3D printed Franz diffusion cells.

OBJECTIF: les processus de perméation in vitro en laboratoire nécessitent l'utilisation de cellules de diffusion de type Franz modifiées, fabriquées traditionnellement en verre. La fragilité et un coût élevé sont fréquemment associés à ce type d'appareil de laboratoire. L'objectif de nos travaux de recherche actuels était de développer une approche simple, économique et polyvalente pour fabriquer des cellules de type Franz à l'aide de la fabrication additive (FA). MÉTHODES: les conceptions des cellules de diffusion Franz graphiques ont été reproduites avec une imprimante 3D stéréolithographie (SLA) et évaluées sur une période minimum de 24 h. La morphologie de surface des impressions FA a été analysée avant et après des études de compatibilité à l'aide de la microscopie électronique à balayage (MEB). Des études comparatives de perméation des cellules de diffusion de type Franz en verre et FA ont été réalisées à l'aide d'une solution de caféine (1,5 mg ml-1 ) appliquée à un modèle de membrane en silicone. RÉSULTATS: les tests des supports imprimés 3D ont confirmé une récupération similaire du perméant par rapport aux cellules de verre : 1,49 ± 0,01 et 1,50 ± 0,01 mg ml-1 , respectivement, après 72 h. Aucune différence significative n'a été observée sur les micrographiques MEB, montrant des surfaces cohérentes, lisses et non poreuses de la structure centrale des cellules Franz FA. Les études de perméation utilisant des constructions transparentes imprimées en 3D ont conduit à une récupération de la caféine de 12,85 ± 0,53 µg cm-2 dans la solution de récepteur après 180 min avec une récupération de perméant comparable, 11,49 ± 1,04 µg cm-2 , pour les homologues de verre. CONCLUSION: les constructions FA peuvent être considérées comme des alternatives viables à l'utilisation d'appareils de verre conventionnels offrant une méthode simple, reproductible et rentable de réplication de la verrerie de laboratoire spécialisée. Une gamme plus large de perméants sera étudiée dans de futures études avec ces nouvelles cellules de diffusion Franz imprimées en 3D.

Characterization and topical delivery of phenylethyl resorcinol.

OBJECTIVE: Phenylethyl resorcinol (PR) has been used widely in the personal care industry as a novel skin lightening ingredient. Surprisingly, there is only limited information describing the physicochemical properties of this active. Therefore, the primary objective of this study was to perform a comprehensive characterization of PR. A secondary objective was to investigate the delivery of this molecule to mammalian skin. METHODS: Phenylethyl resorcinol was characterized using differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) and nuclear magnetic resonance (NMR). A new high-performance liquid chromatographic (HPLC) method for analysis of PR was developed and validated. The log P (octanol water partition coefficient), value, solubility and short-term stability of PR in a series of vehicles were also determined using HPLC. The evaporation of the selected vehicles was examined using dynamic vapour sorption (DVS). The permeation profiles of PR were investigated under finite dose conditions in porcine and human skin. RESULTS: The melting point of PR was determined to be 79.13 °C and the measured log P (octanol water partition coefficient) at 21 °C was 3.35 ± 0.03. The linearity of the HPLC analytical method was confirmed with an r2 value of 0.99. Accuracy of the method was evaluated by average recovery rates at three tested concentrations, and the values ranged from 99 to 106%. The limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) were 0.19 and 0.57 µg mL-1 , respectively. The solubility of PR in PG, DMI, glycerol was within the range of 367 to 877 mg mL-1 . The stability of PR in tested solvents was also confirmed by the 72 h stability studies. From the DVS studies, 70-125% of applied formulations were recovered at 24 h. The permeation through porcine skin at 24 h ranged from 4 to 13 µg cm-2 , while the corresponding amounts of PR delivered through human skin were 2 to 10 µg cm-2 . CONCLUSION: The physicochemical properties of PR confirm it is suitable for dermal delivery. In this study, propylene glycol was the most promising vehicle for PR delivery to human skin. Future work will expand the range of vehicles studied and explore the percutaneous absorption from more complex formulations.

OBJECTIF: Le phényléthyl résorcinol (PR) est largement utilisé dans le secteur des soins personnels comme ingrédient éclaircissant pour la peau. Pour autant, on ne dispose que d'informations limitées concernant les propriétés physicochimiques de ce principe actif. C'est pourquoi cette étude avait pour objectif principal de réaliser une caractérisation exhaustive du PR. Son objectif secondaire était d'étudier l'administration de cette molécule à la peau de mammifères. MÉTHODES: Le phényléthyl résorcinol a été caractérisé par calorimétrie différentielle à balayage (CDB), analyse thermogravimétrique (ATG) et par résonance magnétique nucléaire (RMN). Pour analyser le PR, une nouvelle méthode de chromatographie liquide à haute performance (CLHP) a été développée et validée. On s'est servi de la CLHP pour déterminer les propriétés suivantes du PR : log P (coefficient de partage octanol/eau), valeur, solubilité et stabilité à court terme du PR dans plusieurs véhicules. L'évaporation des véhicules sélectionnés a été examinée par sorption de vapeur dynamique (DVS). Les profils de perméabilité du PR ont été étudiés dans des conditions de dose finie dans des peaux porcine et humaine. RÉSULTATS: On a pu déterminer que le point de fusion du PR était de 79,13 °C et le log P (coefficient de partage octanol/eau) à 21 °C était de 3,35 ± 0.03. La linéarité de la méthode analytique de la CLHP a été confirmée avec une valeur r2 de 0,99. L'exactitude de la méthode a été évaluée par les taux moyens de récupération à trois concentrations testées, avec des valeurs résultantes comprises entre 99 et 106 %. La limite de détection (LD) et la limite de quantification (LQ) ont été déterminées à 0,19 et 0,57 µg/ml_ 1, respectivement. La solubilité du PR dans le PG, le DMI et le glycérol reste dans une plage comprise entre 367 et 877 mg/ml _ 1. La stabilité du PR dans les solvants testés a également pu être confirmée par les études de stabilité à 72 h. Parmi les formulations appliquées lors des études de DVS, 70 à 125 % de celles-ci ont été récupérées à 24 h. La pénétration par la peau porcine à 24 h était comprise entre 4 et 13 µg/cm_ 2, tandis que les quantités de PR correspondantes délivrées à travers la peau humaine étaient de 2 à 10 µg/cm_ 2. CONCLUSION: Les propriétés physicochimiques du PR confirment qu'il est adapté à l'administration dermique. Dans le cadre de cette étude, le propylène glycol est apparu comme le véhicule le plus prometteur pour l'administration de PR dans la peau humaine. De futurs travaux étudieront davantage de véhicules et examineront l'absorption percutanée lors de l'emploi de formulations plus complexes.

3D-printed Franz type diffusion cells.

OBJECTIVE: Franz cells are routinely used to measure in vitro skin permeation of actives and must be inert to the permeant under study. The aim of the present work was to develop and manufacture transparent Franz-type diffusion cells using 3D printing. Printouts were then tested using a range of model active compounds. The study also aims to identify the critical 3D-printing parameters necessary for the process, including object design, choice of printing resin, printout curing and post-curing settings and introduction of model coatings. METHODS: Transparent Franz cells were constructed using an online computer aided design program and reproduced with different stereolithography 3D printers. The two acrylate-based resins used for the fabrication process were a commercially available product and a polymer synthesised in-house. Comparative studies between glass and 3D-printed Franz cells were conducted with selected model actives: terbinafine hydrochloride (TBF), niacinamide (NIA), diclofenac free acid (DFA) and n-methyl paraben (MPB). In preliminary studies, MPB showed the lowest recovery when exposed to the receptor compartment of 3D printed cells. Consequently, in vitro permeation studies were carried out using only MPB with polydimethylsiloxane (PDMS) membrane. RESULTS: A decrease in the amounts of selected compounds was observed for transparent 3D-printed Franz cells compared to glass cells. MPB showed the lowest recovery (53.8 ± 13.1%) when compared with NIA (74.9 ± 4.0%), TBF (81.5 ± 12.0%) and DFA (90.2 ± 12.9%) after 72 h. Permeation studies conducted using 3D-printed transparent cells with PDMS membrane also showed a decrease in MPB recovery of 51.4 ± 3.7% for the commercial resin and 94.4 ± 3.5% for the polymer synthesised in-house, when compared to glass cells. Although hydrophobic coatings were subsequently applied to the 3D-printed cells, the same reduction in MPB concentration was observed in the receptor solution. CONCLUSION: Transparent Franz cells were successfully prepared using 3D printing and were observed to be robust and leak-proof. There are few resins currently available for preparation of transparent materials and incompatibilities between the actives investigated and the 3D-printed cells were evident. Hydrophobic coatings applied as barriers to the printed materials did not prevent these interactions.

Use of LC-MS analysis to elucidate by-products of niacinamide transformation following in vitro skin permeation studies.

OBJECTIVE: To explore and elucidate the formation of niacinamide (NIA) by-products during in vitro skin permeation studies using liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS) analysis. METHODS: Porcine skin permeation studies of various NIA formulations were conducted using Franz diffusion cells for a period of 24 hours. NIA by-products were identified by LC, extracted and further qualitatively analysed by LC-MS. RESULTS: Analysis and characterisation of NIA by-products using LC-MS resulted in the identification of different molecular entities with similar structures to NIA. The most prevalent molecular specie in this study was 1,4,5,6-tetrahydropyridine-3-carboxamide with the highest ion abundance. Other structural NIA analogues were also identified and reported, namely piperidine-3-carboxamide and 1,4-dihydropyridine-3-carboxamide. None of these NIA derivatives were detected in stability studies of NIA in the medium used as the receptor phase, phosphate buffered saline (PBS), that had not been in contact with skin. CONCLUSION: The comparatively low recovery of NIA following in vitro mass-balance and permeation studies for pseudo-finite and finite dosing of the active compared with infinite dosing is attributed to chemical derivatisation of the molecule during skin penetration. These findings reported here will allow the development of more sensitive methods to ensure full mass balance recovery of NIA following topical application of NIA preparations.