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Costruire pillole strato dopo strato

La stampa 3D consente ai produttori di farmaci di creare compresse personalizzate piuttosto che di produrre qualche miliardo delle stesse pillole. Ecco uno scienziato che contribuisce al progresso di questo settore.

Thomas Kipping con occhiali di sicurezza e in camice da laboratorio sta in piedi vicino a una stampante laser 3D.

2 febbraio 2024 | 5 min 

La maggior parte dei bambini non sa cosa fanno i loro genitori al lavoro, ma Thomas Kipping non ha un lavoro come la maggior parte dei genitori. Kipping, impiega almeno una parte del suo tempo a produrre pillole utilizzando i laser.  

Per suo figlio Léopol, di otto anni, l'idea che i laser possano essere utilizzati al di fuori delle spade laser, come si vede nei suoi film preferiti, è strabiliante. Anche per la maggior parte degli adulti, l’idea che i laser possano produrre farmaci sembra un futuro lontano. In realtà, è più vicino di quanto si possa pensare.  

Léopol tiene in mano una torcia per simulare una spada laser.

Léopol sfoggia il suo "laser” in casa.

I laser sono solo una delle diverse tecniche utilizzate nella stampa 3D, nota anche come produzione additiva, che i ricercatori utilizzano per produrre farmaci su scala ridotta. Kipping, insieme ai suoi colleghi, cerca di ottimizzare le tecniche esistenti e di perfezionarne di nuove.

Capire come produrre efficacemente lotti più piccoli di farmaci è un ostacolo logistico importante per il progresso della medicina di precisione. La medicina di precisione prevede la creazione di piani di trattamento personalizzati per i pazienti in base alle loro esigenze specifiche. Perché ciò funzioni, i farmaci dovranno essere personalizzati per ogni singolo paziente e prodotti su scala ridotta. 

Via il vecchio, a volte

La produzione farmaceutica tradizionale è giustamente nota come “processo in batch” e può richiedere settimane o addirittura mesi, dando spesso luogo alla produzione di miliardi di pillole. Necessita di infrastrutture e investimenti significativi e prevede un ingombro di spazio considerevole. In sostanza, grandi macchinari comprimono gli ingredienti grezzi in polvere a formare uno strato solido, una compressa. 

Questo è ottimo per alcuni farmaci, come l’ibuprofene, per cui la domanda da parte dei consumatori è costante e la cui finestra di dosaggio è relativamente tollerante. Gli adulti assumono una o due pillole, non 1,15 pillole. Modulare requisiti di dosaggio specifici è difficile e richiede molto tempo con questo allestimento produttivo tradizionale. 

Anche produrre piccoli quantitativi di un farmaco è difficile con i metodi convenzionali. La produzione di poche centinaia di compresse per gli studi clinici o di qualche decina per un paziente specifico è costosa e inefficiente. Queste sono le due ragioni principali per cui i produttori biofarmaceutici sono alla ricerca di un modo diverso di produrre farmaci. La stampa 3D è un'opzione da non sottovalutare.

La stampa 3D, che ha fatto il suo primo debutto nel 1987, è già ampiamente utilizzata in numerosi ambiti industriali; dal mondo alimentare al settore della plastica, gli oggetti stampati in 3D sono ovunque intorno a noi. Sebbene il primo farmaco approvato dalla Food and Drug Administration stampato in 3D risalga al 2015, non ne sono seguiti altri, almeno per ora. La tecnologia sfruttata nel 2015 è stata inizialmente progettata per un'applicazione molto specifica, quindi c'è voluto del tempo per estenderla ad altri farmaci.

Kipping e i suoi colleghi lavorano a una manciata di diverse concezioni di stampa 3D e prevedono altre approvazioni all'orizzonte.

La farmacia del futuro (prossimo)

Un approccio alla stampa 3D, noto come estrusione a caldo, attualmente vede alcuni farmaci in fase di sperimentazione clinica. Utilizzando il calore elevato, si miscelano i principi attivi con altri additivi che aiutano la somministrazione e l'assorbimento. Ottenere il giusto mix di ingredienti “inattivi” – noti come eccipienti – è fondamentale. Senza di essi, i principi attivi non verrebbero assorbiti e finirebbero letteralmente nella toilette.

Ottimizzare gli eccipienti è una aspetto importante del lavoro di Kipping. Poiché lo stile di produzione è diverso rispetto ai metodi tradizionali, i clienti hanno bisogno di una combinazione unica di eccipienti e di know-how per la produzione, che Kipping e il suo team aiutano a creare.

Per esempio, il processo di estrusione a caldo è molto più facile da trasportare al di fuori degli ambienti industriali rispetto ad altri metodi, compresi quelli che prevedono l'uso del laser. Per consentire la preparazione di farmaci personalizzati nelle farmacie, il team di Kipping sta lavorando in stretta collaborazione con un team dell’università di Bari. Stanno valutando la tecnologia di stampa a estrusione diretta, una tecnica che rende la stampa 3D più accessibile nelle farmacie locali o ospedaliere. 

Per questo motivo, Kipping e altri sono ottimisti sul fatto che la produzione di farmaci inizierà presto ad avvenire al di fuori degli ambienti produttivi di grandi dimensioni. La produzione di farmaci vicino al paziente è un altro progresso che renderebbe la medicina personalizzata un po' più fattibile. 

Thomas Kipping e Florian Hess lavorano insieme a un apparecchio. Entrambi indossano occhiali di sicurezza e guardano il pannello di controllo.

Thomas Kipping (S) e Florian Hess (D) usano un apparecchio per il test di dissoluzione per vedere come potrebbe comportarsi una compressa nel corpo umano nel momento in cui il farmaco viene rilasciato.

Focalizzati sul laser

Un altro approccio, per la gioia del figlio di Kipping, è quello della stampa 3D basata sul laser. Grazie alla stretta collaborazione tra gruppi di ricerca dell'Università di Uppsala e dell'Università di Utrecht, il team sta lavorando per comprendere meglio le complessità dell'uso del laser per stampare pillole in 3D. 

In sostanza, un sottile strato di polvere, comprendente principi attivi e una varietà di polimeri, forma un letto di polvere; quindi un laser fonde uniformemente le polveri. Poi entra un nuovo strato di polvere e il laser torna a fondere. Questo processo si ripete finché non prende forma una struttura 3D. Sebbene sembri un'operazione lenta e faticosa, il processo si svolge alla velocità della luce. 

“I laser si muovono con estrema rapidità attraverso il letto di stampa" spiega Kipping. 

La stampa laser crea pillole piuttosto porose, ovvero dotate di piccoli fori in tutta la loro struttura. Il fatto che l'acqua possa permeare attraverso recessi e fessure significa che le pillole si dissolvono rapidamente dopo l’ingestione da parte del paziente. Per questo motivo, la stampa laser è particolarmente interessante per i farmaci che devono andare incontro a un rilascio immediato una volta ingeriti.

“Crediamo che la stampa laser abbia un grande potenziale ed è per questo che ci stiamo lavorando fin dalle fasi iniziali" afferma Kipping. I ricercatori stanno lavorando duramente perché la stampa laser entri a far parte della dotazione dei produttori di farmaci.

Secondo Kipping, ma anche secondo altri che lavorano in questo settore, sono proprio al limite di ciò che è possibile e plausibile. Le implicazioni per la medicina personalizzata e il futuro dell'assistenza sanitaria non sono ancora interessanti per suo figlio, che è ancora entusiasta dei laser.


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