Application of 3D printing and design of experiments for the development of pharmaceutical products
Authors: Τσινταβή Ελένη 
Published: October 2022

Σχεδόν όλα τα αναπτυγμένα φαρμακευτικά προϊόντα διατίθενται στην αγορά σε μια συγκεκριμένη δόση που ταιριάζει στον μέσο όρο του πληθυσμού. Χαρακτηριστικά όπως η ηλικία, η φυλή, το φύλο ή το βάρος που μπορεί να οδηγήσουν σε μεταβλητότητα στο θεραπευτικό αποτέλεσμα δεν λαμβάνονται υπόψιν. Αυτή η προσέγγιση, «ένα μέγεθος για όλους», δεν είναι κατάλληλη για όλους, ειδικά σε περιπτώσεις παιδιατρικών πληθυσμών ή δοσολογικών μορφών με στενό θεραπευτικό εύρος. Έτσι, ο τομέας των εξατομικευμένων φαρμακευτικών μορφών, που επιτρέπει σε κάθε ασθενή ξεχωριστά να συνταγογραφείται με προσαρμοσμένες δόσεις και προσαρμοσμένα προφίλ αποδέσμευσης κατάλληλων φαρμακευτικών μορφών, κερδίζει έδαφος.Όταν οι φαρμακοποιοί παρασκευάζουν εξατομικευμένες φαρμακευτικές μορφές στα φαρμακεία, η ποιότητα του σκευάσματος βασίζεται στην επαγγελματική τους εκπαίδευση, την επαγγελματική άδεια και την αδειοδότηση των χώρων του φαρμακείου. Επιπλέον, η παρασκευή γαληνικών προϊόντων στα φαρμακεία δεν είναι εναρμονισμένη τουλάχιστον σε όλες τις ευρωπαϊκές χώρες. Σε αντίθεση με τα προϊόντα που διατίθενται στην αγορά, τα γαληνικά σκευάσματα δεν ελέγχονται για την αποτελεσματικότητα, την ασφάλεια και τη μέθοδο παραγωγής τους, καθώς και για την επικύρωση και τον καθαρισμό του εξοπλισμού ή τη σωστή επισήμανση και απόρριψή τους. Επομένως, υπάρχουν ελλείψεις στον ποιοτικό έλεγχο και τη διασφάλιση της ποιότητας αυτών των προϊόντων.Από όλα τα παραπάνω είναι προφανές ότι η μέχρι τώρα επικρατούσα προσέγγιση έχει πολλά σοβαρά μειονεκτήματα όσον αφορά την εφαρμογή της στην παραγωγή εξατομικευμένων φαρμακευτικών προϊόντων, ιδιαίτερα όταν χρησιμοποιούνται φαρμακολογικά δραστικές ουσίες σε χαμηλές δόσεις με στενό θεραπευτικό εύρος σε ομάδες ασθενών όπως π.χ. παιδιά.Μια τεχνολογία όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί δυνητικά να ξεπεράσει αυτές τις προκλήσεις και να αποτελέσει εργαλείο που επιτρέπει την εύκολη, ευέλικτη, χαμηλού κόστους και γρήγορη τροποποίηση της δόσης και της αποδέσμευσης του δραστικού φαρμακευτικού συστατικού σύμφωνα με τις ανάγκες του ασθενή και μπορεί να προσφέρει το επιθυμητό θεραπευτικό αποτέλεσμα, στο σημείο ανάγκης και τη στιγμή της ανάγκης. Απλώς μεταβάλλοντας τις βασικές παραμέτρους στο ψηφιακό σχέδιο, η εξατομίκευση του προϊόντος μπορεί να επιτευχθεί χωρίς την ανάγκη περίπλοκου εξοπλισμού και διαδικασιών παραγωγής.Ο κύριος στόχος αυτού του έργου ήταν να καταδείξει την εφαρμογή της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης στον φαρμακευτικό τομέα για την παραγωγή εξατομικευμένων δοσολογικών μορφών στο σημείο ανάγκης και όταν χρειάζεται, διασφαλίζοντας παράλληλα την ποιότητα του προϊόντος. Ο συνδυασμός τεχνολογιών Pharma 4.0 όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση και η μηχανική όραση, οι αναλυτικές τεχνικές και η Ποιότητα από Σχεδιασμό έδειξε ότι εξατομικευμένες μορφές χορήγησης μπορούν να κατασκευαστούν on demand και ταυτόχρονα μπορεί να διασφαλιστεί η ποιότητα και η ιχνηλασιμότητα σε όλη τη διαδικασία παραγωγής.Η πειραματική μεθοδολογία που ακολουθήθηκε ήταν αρχικά η χρήση της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη μερική επικάλυψη δισκίων με λιπίδια, όπου η απελευθέρωση δραστικών συστατικών ρυθμίζεται με ακρίβεια ελέγχοντας μόνο τα χαρακτηριστικά της επικάλυψης, χωρίς τροποποίηση της σύνθεσης του πυρήνα. Η καταλληλόλητα της προτεινόμενη τεχνολογίας φάνηκε με την τροποποίηση της γεωμετρίας της επικάλυψης και την απόκτηση γνώσης για το ποιες από αυτές τις παραμέτρους ή/και τις αλληλεπιδράσεις τους επηρεάζουν το προφίλ αποδέσμευσης του δραστικού συστατικού και επιτυγχάνοντας έτσι εξατομικευμένους ρυθμούς αποδέσμευσης σύμφωνα με τις ανάγκες του ασθενή.Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα αξιόπιστο, ευέλικτο, οικονομικά αποδοτικό και κυρίως με κέντρο τον ασθενή σύστημα για τη διασφάλιση της ποιότητας κατά την παρασκευή των φαρμακευτικών προϊόντων στα φαρμακεία και έτσι τη μείωση των κινδύνων που συνδέονται με τα λάθη που προκύπτουν κατά την παραγωγή τους στο φαρμακείο. Το σύστημα που σχεδιάστηκε είναι σύμφωνο με τις πιο πρόσφατες κανονιστικές οδηγίες που ενσωματώνουν τεχνολογίες της λεγόμενης 4ης βιομηχανικής επανάστασης και επιτρέπει την παραγωγή εξατομικευμένων φαρμακευτικών προϊόντων στο σημείο όπου χρειάζεται με τη χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης, ενώ σε συνδυασμό με ένα σύστημα μηχανικής όρασης που βασίζεται σε Deep Neural Networks και αναλυτικών μεθόδων διασφαλίζει τόσο την ποιότητα όσο και την ιχνηλασιμότητα σε όλη τη διαδικασία παραγωγής.Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπιση των προκλήσεων που σχετίζονται με την παραγωγή εξατομικευμένων φαρμάκων. Μέσω της ευελιξίας της τρισδιάστατης εκτύπωσης, της οικονομικής αποδοτικότητας, της ακρίβειας και της ταχύτητας κατασκευής, νέες και καινοτόμες ιδέες για την ανάπτυξη και την παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων ήταν δυνατές.