Individuální léky pomocí 3D tisku

Systém vyvinutý v projektu HME 3D sestává z tiskového stolu (vlevo) a extruderu (vpravo). (Obrázek: Heike Fischer / TH Köln)

Extruder na tavení tavení a míchání polymerů a lékařských účinných látek. (Obrázek: Heike Fischer / TH Köln)

Vstřikovací válec s dávkovačem (vpravo) a tiskový systém HME (vlevo). (Obrázek: Heike Fischer / TH Köln)

Hlavice tisku může vyrábět až 160 tablet za hodinu, přičemž lze tisknout nejen polymery, ale také lipidy. (Obrázek: Heike Fischer / TH Köln)

Kromě polymerů lze také vytlačit lipidy. (Obrázek: Heike Fischer / TH Köln)

Tablety vzniklé v projektu. (Obrázek: Heike Fischer/TH Köln)

3D-tištěné léky mohou být velmi přesně přizpůsobeny konkrétnímu onemocnění, což zlepšuje účinek a snižuje vedlejší účinky. Aby byla technologie praktičtější, vyvinuly TH Köln a Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf v projektu HME 3D novou tiskovou metodu. Díky ní lze vytisknout více účinných látek a nosných materiálů.

U nejčastěji používané technologie 3D tisku se plast taví a formuje do dlouhých vláken, takzvaných filamentů. 3D tiskárna je znovu roztaví a vytvoří z nich finální produkt. „Pokud se při takovém procesu používají farmaceutické polymery a jsou dvakrát zahřívány, poškozuje to obsažené léčivé látky. Navíc jsou filamenty z farmaceutického polymeru často příliš měkké nebo křehké a nelze je spolehlivě tisknout. Proto jsme vyvinuli proces, při kterém se plast přímo vytiskne, aniž by se předtím vytvářel filament,“ vysvětluje Ines Haase z Institutu pro vývoj produktů a konstrukční techniku TH Köln.

„Naším hlavním oborem použití je pediatrie. Kvůli rychlému růstu malých dětí a kojenců by měly být dávky léků skutečně upravovány v velmi malých krocích. To na trhu takto není možné pokrýt. Pokud lékaři vypočítají potřebnou dávku, mohli bychom lék přesně vytisknout na recept,“ doplňuje prof. Dr. Julian Quodbach, který vedl projekt na Institutu pro farmaceutickou technologii a biopharmazii Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) a nyní je profesorem na Univerzitě v Utrechtu. Tento postup lze využít i v precizní medicíně, kde jsou léky dávkovány přesně podle pacienta. Možné jsou dávky od jednoho po několik tisíc tablet.

Nová tisková metoda

Výzkumný tým z Laboratoře výrobních systémů TH Köln vyvíjí pro tento účel novou tiskovou metodu. Výchozím bodem je tavicí extruder, který taví a míchá polymery a účinné látky. Tento materiál je dopraven do tiskové hlavy a formován do tablet. „Tavicí extruze je kontinuální proces – vždy vychází stejná množství materiálu z stroje. Naopak 3D tisk je diskrétní proces, protože po každé tabletě je třeba tisk přerušit,“ vysvětluje Haase. Aby se tento problém vyřešil, tým přidal do systému zásobník, který se během procesu naplňuje přebytečným materiálem.

Další výzvou je, že tavicí extruze probíhá horizontálně, zatímco tisk se provádí vertikálně. Proto je nutné roztavenou hmotu přesměrovat. „Použité farmaceutické materiály jsou velmi citlivé. Museli jsme zajistit, aby přesměrování nemělo negativní dopad na kvalitu taveniny. Přitom však musí být použité technické zařízení jednoduché, protože podle předpisů ‚Good Manufacturing Practice‘ pro zařízení ve farmaceutické výrobě musí být po každém extruzním procesu snadno demontovatelné a čistitelné,“ říká Haase. Během projektu vznikl prototyp, který byl testován na HHU.

Nové materiály

Farmaceuti z HHU se zároveň zabývali vývojem materiálů určených k tisku. „Nová technologie nám umožnila uvažovat o podstatně širší škále nosných materiálů a účinných látek. Protože je zacházení s materiálem šetrnější, lze zpracovávat i citlivější účinné látky. Navíc je možné použít i lipidy, tedy tukové látky, jako nosné materiály. Tím rozšiřujeme pole možných léčivých složek, protože řada zajímavých kandidátů na účinné látky se nedá zpracovat v polygonech,“ říká Arne Schulzen, doktorand na Institutu pro farmaceutickou technologii a biopharmazii HHU.

Pro výrobu polymerů a lipidů s požadovanými vlastnostmi provedl tým HHU rozsáhlé vývojové a testovací série. „Požadavky na tyto látky jsou velmi rozsáhlé: na jedné straně musí dobře rozptýlit léčivé látky, na druhé straně musí dobře fungovat při tisku, aby byla zajištěna rovnoměrná podpora. K tomu je třeba sledovat parametry, například teplotu v extruderu,“ vysvětluje Quodbach. V dalším kroku lze také otestovat tisk vosků, aby se získaly ještě větší možnosti výroby.

Projekt „HME 3D – 3D tisk farmaceutických forem pomocí tavicí extruze“ byl financován prostřednictvím programu „Industriální společný výzkum“ (IGF) spolkového ministerstva hospodářství a klimatu. Tento program podporuje například základní výzkum s důrazem na průmyslové nebo komerční aplikace.