Medicamentos personalizados mediante impresión 3D

El sistema desarrollado en el proyecto HME 3D, que consiste en la mesa de impresión (a la izquierda) y el extrusor (a la derecha). (Imagen: Heike Fischer / TH Köln)

El extrusor de fundido derrite y mezcla polímeros y principios activos médicos. (Imagen: Heike Fischer / TH Köln

Extrusor de barril con dosificador (derecha) y sistema de impresión HME (izquierda). (Imagen: Heike Fischer / TH Köln)

La cabeza de impresión puede producir hasta 160 tabletas por hora, pudiendo imprimir no solo polímeros sino también lípidos. (Imagen: Heike Fischer / TH Colonia)

Además de los polímeros, también se pueden imprimir lípidos. (Imagen: Heike Fischer / TH Colonia)

Tabletten, die im Projekt entstanden sind. (Bild: Heike Fischer/TH Köln)

Los medicamentos impresos en 3D pueden adaptarse con mucha precisión a cada cuadro clínico, lo que mejora su eficacia y reduce los efectos secundarios. Para hacer que esta tecnología sea más práctica, la TH Köln y la Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf desarrollaron en el proyecto HME 3D un nuevo método de impresión. Gracias a esto, se pueden imprimir más principios activos y materiales portadores.

En la tecnología de impresión 3D más utilizada, se funde plástico y se forma en filamentos largos, conocidos como filamentos. La impresora 3D vuelve a fundir estos filamentos y forma el producto final. “Cuando en un proceso así se utilizan polímeros farmacéuticos y se calientan dos veces, esto perjudica los principios activos medicinales que contienen. Además, los filamentos de polímero farmacéutico suelen ser demasiado blandos o frágiles y no se pueden imprimir de manera fiable. Por eso, hemos desarrollado un proceso en el que el plástico se imprime directamente, sin que previamente se genere un filamento”, explica Ines Haase del Instituto de Desarrollo de Productos y Tecnología de Diseño de la TH Köln.

“Nuestro campo de aplicación es principalmente la pediatría. Debido al rápido crecimiento de los niños pequeños, las dosis de medicamentos deberían ajustarse en pasos muy pequeños. Esto no está reflejado en el mercado. Cuando los médicos calculan la dosis necesaria, podríamos imprimir el medicamento exactamente según la receta”, añade el Prof. Dr. Julian Quodbach, quien dirigió el proyecto en el Instituto de Tecnología Farmacéutica y Biofarmacia de la Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf (HHU) y ahora es profesor en la Universidad de Utrecht. También en la medicina de precisión, que dosifica los principios activos de manera específica para cada paciente, puede aplicarse este método. Son posibles lotes de entre una y varios miles de comprimidos.

Nueva tecnología de impresión

Un equipo del Laboratorio de Sistemas de Fabricación de la TH Köln está desarrollando un nuevo método de impresión para ello. La base es un extrusor de fusión que funde y mezcla polímeros y principios activos. Este material se transporta al cabezal de impresión y se moldea en forma de comprimidos. “La extrusión por fusión es un proceso continuo, por lo que siempre sale la misma cantidad de material de la máquina. La impresión 3D, en cambio, es un proceso discontinuo, ya que después de cada comprimido hay que detener la impresión”, explica Haase. Para solucionar este problema, el equipo añadió un depósito de almacenamiento intermedio que se llena con el material sobrante durante el proceso.

Otro desafío: la extrusión por fusión se realiza en horizontal, pero la impresión se hace en vertical. Por ello, hay que redirigir la masa fundida. “Los materiales farmacéuticos utilizados son muy sensibles. Tuvimos que asegurarnos de que el cambio de dirección no afectara negativamente la calidad de la fusión. Sin embargo, la tecnología utilizada debe ser sencilla, ya que, según las normas de ‘Buenas Prácticas de Fabricación’ para instalaciones en producción farmacéutica, debe ser fácil de desmontar y limpiar después de cada proceso de extrusión”, dice Haase. A lo largo del proyecto, se creó un prototipo que fue probado en la HHU.

Nuevos materiales

Los farmacéuticos de la HHU también habían estado desarrollando los materiales que se imprimirían. “La nueva tecnología nos ha permitido pensar en una gama mucho más amplia de materiales portadores y principios activos. Porque un manejo más suave del material permite procesar principios activos más sensibles. Además, es posible usar lípidos, es decir, grasas, como materiales portadores. Así ampliamos significativamente el campo de los principios activos posibles, ya que muchos candidatos interesantes no pueden procesarse en polímeros”, explica Arne Schulzen, doctorando en el Instituto de Tecnología Farmacéutica y Biofarmacia de la HHU.

Para fabricar polímeros y lípidos con las propiedades necesarias, el equipo de la HHU realizó extensas series de desarrollo y pruebas. “Los requisitos para los materiales son muy amplios: por un lado, los principios activos medicinales deben distribuirse bien en ellos. Por otro, deben funcionar correctamente en el proceso de impresión para garantizar una alimentación uniforme. Para ello, hay que tener en cuenta parámetros como la temperatura en el extrusor”, explica Quodbach. En un siguiente paso, también se puede probar la impresión con cera para obtener aún más posibilidades en la fabricación.

El proyecto “HME 3D – Impresión 3D de formas farmacéuticas mediante extrusión por fusión” fue financiado por el programa “Investigación industrial conjunta” (IGF) del Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima. Con este programa, el ministerio apoya, entre otras cosas, la investigación básica con un enfoque en aplicaciones industriales o comerciales.