Médicaments personnalisés par impression 3D

Le système développé dans le cadre du projet HME 3D, composé d'une table d'impression (à gauche) et d'un extrudeur (à droite). (Photo : Heike Fischer / TH Cologne)

L'extrudeuse de fusion fond et mélange des polymères et des principes actifs médicaux. (Image : Heike Fischer / TH Köln

Corps d'extrudeuse avec doseur (à droite) et système d'impression HME (à gauche). (Image : Heike Fischer / TH Köln)

La tête d'impression peut produire jusqu'à 160 comprimés par heure, en plus de pouvoir imprimer des polymères ainsi que des lipides. (Image : Heike Fischer / TH Cologne)

En plus des polymères, les lipides peuvent également être imprimés. (Image : Heike Fischer / TH Cologne)

Comprimés produits lors du projet. (Bild: Heike Fischer/TH Köln)

Les médicaments imprimés en 3D peuvent être parfaitement adaptés à chaque pathologie, ce qui améliore leur efficacité et réduit les effets secondaires. Afin de rendre cette technologie plus pratique, la TH Cologne et l'Université Heinrich-Heine de Düsseldorf ont développé, dans le cadre du projet HME 3D, une nouvelle méthode d'impression. Grâce à celle-ci, davantage de principes actifs et de matériaux porteurs peuvent être imprimés.

La technologie d'impression 3D la plus couramment utilisée consiste à faire fondre du plastique et à le façonner en longs filaments, appelés filaments. L'imprimante 3D refond ces filaments pour former le produit final. « Lorsqu'on utilise des polymères pharmaceutiques dans un tel processus et qu'on les chauffe deux fois, cela nuit aux principes actifs médicinaux qu'ils contiennent. De plus, les filaments en polymère pharmaceutique sont souvent trop mous ou trop fragiles et ne peuvent pas être imprimés de manière fiable. C'est pourquoi nous avons développé un procédé où le plastique est directement extrudé, sans passer par la fabrication préalable d’un filament », explique Ines Haase de l’Institut de développement de produits et de technologie de conception de la TH Cologne.

« Notre domaine d’application est principalement la pédiatrie. En raison de la croissance rapide des tout-petits et des enfants, les doses de médicaments devraient en réalité être ajustées par petites étapes très fines. Cela n’est pas représenté sur le marché tel quel. Lorsque les médecins traitants calculent la dose nécessaire, nous pourrions imprimer le médicament sur ordonnance avec précision », ajoute le Prof. Dr. Julian Quodbach, qui a dirigé le projet à l’Institut de technologie pharmaceutique et de biopharmacie de l’Université Heinrich-Heine de Düsseldorf (HHU) et est maintenant professeur à l’Université d’Utrecht. La méthode peut également être utilisée en médecine de précision, où les médicaments sont dosés précisément pour chaque patient. Des lots allant d’une à plusieurs milliers de comprimés sont possibles.

Nouvelle méthode d'impression

Une équipe du laboratoire des systèmes de fabrication de la TH Cologne développe à cet effet une nouvelle méthode d'impression. Le point de départ est un extrudeur de fusion, qui fond et mélange des polymères et des principes actifs. Ce matériau est transporté vers la tête d'impression et façonné en comprimés. « L'extrusion par fusion est un processus continu – la même quantité de matériau sort toujours de la machine. L'impression 3D, en revanche, est un processus discontinu, car après chaque comprimé, l'impression doit être interrompue », explique Haase. Pour résoudre ce problème, l'équipe a ajouté un réservoir tampon, qui se remplit au cours du processus avec le surplus de matériau.

Un autre défi : l'extrusion par fusion se fait horizontalement, alors que l'impression se fait verticalement. Il faut donc rediriger la masse fondue. « Les matériaux pharmaceutiques utilisés sont très sensibles. Nous avons dû nous assurer que la déviation ne nuit pas à la qualité de la fusion. Cependant, la technologie utilisée doit rester simple, car, selon les normes de la « Bonne pratique de fabrication » (BPF) pour les installations de production pharmaceutique, elle doit pouvoir être démontée et nettoyée facilement après chaque extrusion », indique Haase. Au cours du projet, un prototype a été créé et testé à la HHU.

Nouveaux matériaux

Les pharmaciens de la HHU avaient parallèlement travaillé sur le développement des matériaux à extruder. « La nouvelle technologie nous a permis d’envisager une gamme beaucoup plus large de matériaux porteurs et de principes actifs. En effet, une manipulation plus douce du matériau permet de traiter des principes actifs plus sensibles. De plus, il est également possible d’utiliser des lipides, c’est-à-dire des substances grasses, comme matériaux porteurs. Cela élargit considérablement le champ des médicaments possibles, car un grand nombre de candidats actifs intéressants ne peuvent pas être traités dans des polymères », explique Arne Schulzen, doctorant à l’Institut de technologie pharmaceutique et de biopharmacie de la HHU.

Pour produire des polymères et des lipides avec les propriétés nécessaires, l’équipe de la HHU a mené de vastes séries de développements et de tests. « Les exigences pour ces substances sont très importantes : d’un côté, les principes actifs médicinaux doivent bien se disperser dans ces matériaux. De l’autre, ils doivent fonctionner efficacement lors de l’impression pour garantir une alimentation régulière », explique Quodbach. Dans une étape suivante, l’impression de cires pourra également être expérimentée pour ouvrir encore plus de possibilités de fabrication.

Le projet « HME 3D – Impression 3D de formes pharmaceutiques par extrusion fondue » a été financé dans le cadre du programme « Recherche industrielle conjointe » (IGF) du ministère fédéral de l’Économie et de la Protection du Climat. Ce programme soutient notamment la recherche fondamentale axée sur des applications industrielles ou commerciales.