Személyre szabott gyógyszerek 3D nyomtatással

A HME 3D projektben kifejlesztett rendszer, amely a nyomtatóasztalt (balra) és az extrudert (jobbra) tartalmazza. (Kép: Heike Fischer / TH Köln)

A olvadékextruder megolvasztja és keveri a polimereket és az orvosi hatóanyagokat. (Kép: Heike Fischer / TH Köln

Extruderhülsen mit Dosierer (rechts) und HME-Drucksystem (links). (Bild: Heike Fischer / TH Köln)

A nyomtatófej akár 160 tablettát is képes gyártani óránként, és nemcsak polimerek, hanem lipidek nyomtatására is alkalmas. (Kép: Heike Fischer / TH Köln)

A polimerek mellett lipidek is nyomtatókészülékekkel nyomtathatók. (Kép: Heike Fischer / TH Köln)

A projekt során keletkezett tabletták. (Kép: Heike Fischer/TH Köln)

A 3D-ben nyomtatott gyógyszerek nagyon pontosan személyre szabhatók az adott betegségképhez, ami javítja a hatékonyságot és csökkenti a mellékhatásokat. Annak érdekében, hogy a technológia gyakorlati szempontból is alkalmazhatóbbá váljon, a TH Köln és a Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf a HME 3D projekt keretében kifejlesztett egy új nyomtatási eljárást. Ennek segítségével több hatóanyagot és hordozóanyagot lehet nyomtatni.

A leggyakrabban használt 3D nyomtatási technológiában műanyagokat olvasztanak meg, és hosszú szálakká, ún. filamentumokká formálják. A 3D nyomtató ezeket újra megolvasztja, és a végterméket alakítja ki. „Ha ilyen folyamat során gyógyszerészeti polimereket használnak, és kétszer hevítik őket, az károsíthatja a bennük lévő orvosi hatóanyagokat. Emellett a gyógyszerészeti polimerekből készült filamentumok gyakran túl puhák vagy törékenyek, és nem nyomtathatók megbízhatóan. Ezért kifejlesztettünk egy olyan folyamatot, amelyben a műanyagot közvetlenül nyomtatják, anélkül, hogy először filamentumot kellene készíteni” – magyarázza Ines Haase a TH Köln Termékfejlesztési és Konstrukciós Intézetéből.

„Fő alkalmazási területünk a gyermekgyógyászat. A kisgyermekek gyors növekedése miatt a gyógyszerdózisokat valójában nagyon kicsi lépésekben kellene módosítani. Ez a piacon nem valósítható meg így. Amikor a kezelőorvosok kiszámítják a szükséges dózist, pontosan ki tudjuk nyomtatni a gyógyszert recept szerint” – egészíti ki Prof. Dr. Julian Quodbach, aki a Düsseldorfi Heinrich-Heine-Universität Gyógyszertechnológiai és Biopharmaziai Intézetében vezette a projektet, és jelenleg az Utrecht Egyetemen tanít. A precíziós orvoslásban, ahol a gyógyszereket pontosan a beteg igényei szerint adagolják, szintén alkalmazható lehet ez a módszer. Lehetséges adagolási egységek száma egytől több ezer tablettáig terjedhet.

Új nyomtatási eljárás

Az egyik TH Köln Gyártási Rendszerek Laboratóriuma egy újszerű nyomtatási módszert fejleszt ki ehhez. A kiindulási pont egy olvasztási extruder, amely polimereket és hatóanyagokat olvaszt meg és kever össze. Ez az anyag a nyomtatófejbe kerül, és tablettákká formálódik. „Az olvasztási extrudálás egy folyamatos folyamat – mindig ugyanannyi anyag kerül ki a gépből. A 3D nyomtatás viszont szakaszos folyamat, mert minden tabletta után meg kell szakítani a nyomtatást” – mondja Haase. Ennek a problémának a megoldására a csapat egy puffer tárolót épített, amely a folyamat során az anyag feleslegét gyűjti össze.

Egy másik kihívás: az olvasztási extrudálás vízszintes irányban történik, míg a nyomtatás függőlegesen. Ezért az olvadt masszát át kell irányítani. „A használt gyógyszerészeti anyagok nagyon érzékenyek. Meg kellett győződnünk arról, hogy az irányítás nem befolyásolja hátrányosan az olvadék minőségét. Ugyanakkor a technikának egyszerűnek kell maradnia, mivel a ,Good Manufacturing Practice’ (GMP) előírásai szerint minden extrudálási folyamat után könnyen szétszerelhetőnek és tisztíthatónak kell lennie” – mondja Haase. A projekt során egy prototípus készült, amelyet a HHU-n teszteltek.

Új anyagok

A HHU gyógyszerészei párhuzamosan foglalkoztak a nyomtatandó anyagok fejlesztésével. „Az új technológia lehetővé tette számunkra, hogy sokkal szélesebb hordozóanyag- és hatóanyag-kínálatot vegyünk figyelembe. Mert az anyaggal való kíméletes bánásmód lehetővé teszi, hogy érzékenyebb hatóanyagokat is feldolgozzunk. Emellett lehetőség van lipidek, azaz zsírszövetek felhasználására is hordozóként. Ez jelentősen bővíti a gyógyszerek körét, mert sok érdekes hatóanyag-kanditát nem lehet polimerekben feldolgozni” – mondja Arne Schulzen, a HHU Gyógyszertechnológiai és Biopharmaziai Intézetének PhD-hallgatója.

Az anyagok, például polimerek és lipidek előállításához a HHU csapata kiterjedt fejlesztési és tesztelési sorozatokat végzett. „Az anyagokkal szemben támasztott követelmények rendkívül magasak: egyrészt a gyógyszerészeti hatóanyagoknak jó eloszlásban kell lenniük bennük, másrészt a nyomtatási folyamat során jól működőnek kell lenniük, hogy egyenletes adagolást biztosítsanak. Ehhez figyelembe kell venni olyan paramétereket, mint például az extruderben lévő hőmérséklet” – mondja Quodbach. A következő lépésben akár a viaszok nyomtatását is kipróbálhatják, hogy még több lehetőséget nyissanak a gyártásban.

A „HME 3D – 3D nyomtatás gyógyszerészeti formákhoz olvasztási extrudálással” című projektet a Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium „Ipari Közösségi Kutatás” (IGF) programja támogatta. A program célja többek között az alapkutatás támogatása az ipari vagy kereskedelmi alkalmazási területekre fókuszálva.