3D 프린팅은 약물을 제조할 때 수십억 개의 동일한 알약을 만드는 대신 개인 맞춤형 정제를 만들 수 있게 합니다. 이 분야를 발전시키며 이끌고 있는 연구자를 만나보세요.
2024년 2월 2일 | 5분
대부분의 아이들은 부모가 직장에서 무엇을 하는지 모릅니다. 하지만 Thomas Kipping은 대부분의 부모들과는 다른 직업을 가지고 있습니다. Kipping은 적어도 어느 정도의 시간 동안 알약을 만들기 위해 레이저를 사용합니다.
그의 8살 아들인 Léopol에게는 자기가 제일 좋아하는 영화에 나오는 것처럼 레이저가 라이트 세이버 바깥에서 사용될 수 있다는 것은 상상도 할 수 없는 일입니다. 대부분의 어른들에게도, 레이저로 약물을 만들 수 있다는 생각은 먼 미래의 일처럼 보입니다. 하지만 생각하는 것보다 더 가까울 수도 있습니다.
Léopol이 집에서 자신의 "레이저"를 가지고 놀고 있습니다.
레이저는 연구자들이 더 작은 규모의 약물을 만들기 위해 사용하는 적층 제조라고도 알려진 3D 프린팅에 사용되는 몇몇 기술 중 하나일 뿐입니다. Kipping은 동료들과 함께 기존의 기술을 최적화하고 새로운 기술을 연마하려고 합니다.
더 작은 배치의 약물을 효과적으로 제조하는 방법을 알아내는 것은 정밀 의학 분야를 발전시키는 데 있어 주요 장애물입니다. 정밀의료에는 환자의 특정 요구에 따라 개별화된 치료 계획을 수립하는 것이 포함됩니다. 그렇게 하기 위해서는 약물을 환자별 맞춤형이자 더 작은 규모로 제조할 필요가 있습니다.
때로는 기존에서 벗어나야 합니다
기존의 약물 제조는 "배치 프로세싱"으로 잘 알려져 있으며 몇 주 또는 심지어 몇 달이 소요되고, 종종 수십억 개의 알약을 만들어야 합니다. 여기에는 상당한 인프라, 투자, 넓은 점유 공간이 필요합니다. 기본적으로, 대형 기계가 분말형 원재료를 압축하여 정제(tablet)라고 하는 고형의 단층정을 만듭니다.
이는 이부프로펜과 같이 소비자 수요가 꾸준하고 복용량 범위가 비교적 관대한 특정 약물에 적합합니다. 성인은 1개나 2개의 알약을 복용하며 1.15개의 알약을 복용하는 건 아닙니다. 이런 기존의 제조 환경에서 특정 투여량 요구조건을 맞추는 것은 까다롭고 시간 소모적입니다.
또한 기존의 방법으로는 적은 수량의 약물을 생산하는 것이 어렵습니다. 임상시험을 위해 수백 개의 정제를 생산하거나 특정 환자를 위해 수십 개의 정제를 생산하는 것은 손해가 많고 비효율적입니다. 이러한 점이 바로 생물제약 제조업체가 다른 약물 생산 방법을 찾고 있는 이유입니다. 3D 프린팅을 떠올려 보십시오.
1987년에 처음 공개된 3D 프린팅은 이미 식품 분야에서 플라스틱까지 수많은 산업 분야에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있으며, 3D 프린팅된 물건이 우리 주변 도처에 있습니다. 미국 식품의약국이 3D 프린팅으로 만든 약물을 처음 인정한 것은 2015년이지만, 적어도 아직까지는 뒤를 이어 승인받은 약물이 없습니다. 2015년에 활용된 기술은 원래 매우 특정한 응용분야를 위해 고안되었으므로 다른 약물로 해당 기술을 확장하는 데에는 시간이 걸립니다.
Kipping과 그의 동료들은 몇 가지 다양한 3D 프린팅 개념을 연구하고 있습니다. 그들은 곧 더 많은 승인을 받을 것이라고 예견합니다.
(근)미래의 약학
가열 압출로 알려진 한 3D 프린팅 접근법으로 지금 임상시험을 하고 있는 몇 가지 약물이 있습니다. 고열을 사용하여 활성 성분을 전달 및 흡수를 돕는 다른 첨가물과 혼합합니다. 부형제라고 부르는 "불활성" 성분을 올바르게 섞는 것도 매우 중요합니다. 그런 성분들이 없으면 활성 성분은 흡수되지 못하며 결국 문자 그대로 화장실로 사라집니다.
부형제 최적화는 Kipping의 업무 중 중요한 문제입니다. 제조 방식이 기존의 방법과는 다르기 때문에 고객은 부형제와 제조 노하우를 특별하게 조합하는 것이 필요하며, Kipping과 그의 팀이 이를 만들도록 도와 줍니다.
예를 들어 고온 용융 압출 공정은 레이저를 수반하는 방법을 포함한 다른 방법에 비해 산업 환경 외부로 운반하는 것이 훨씬 쉽습니다. 개인 맞춤 약물을 약국에 제공할 수 있도록, Kipping의 팀은 Bari 대학교의 팀과 긴밀하게 협력하고 있습니다. 그들은 지역 약국이나 병원 약국에서 기술을 보다 쉽게 이용할 수 있도록 하는 직접 압출 인쇄 기술을 평가하고 있습니다.
이로 인해 Kipping과 다른 이들은 곧 대규모 제조 환경의 한계를 넘어서 약물이 제조되기 시작할 것이라는 것에 낙관적입니다. 환자 가까이에서 의약품을 제조하는 것은 맞춤형 의약품을 좀 더 실현 가능하게 만드는 또 다른 발전입니다.
Thomas Kipping(왼쪽)과 Florian Hess(오른쪽)가 약물이 방출되었을 때 체내에서 정제가 얼마나 효능이 있는지 확인하기 위해 용해 시험기를 사용합니다.
레이저 집중형
Kipping의 아들이 매우 좋아하는 레이저 기반 3D 프린팅 기술은 또 다른 접근법입니다. Kipping의 팀은 Uppsala 대학교와 Utrecht 대학교 연구 그룹 간의 긴밀한 협업을 통해서 3D 프린팅 알약에 레이저를 사용하는 것의 복잡함을 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있습니다.
기본적으로, 활성 성분 및 여러 고분자가 포함된 얇은 분말층은 분말 베드를 형성합니다. 그런 뒤 레이저가 분말을 함께 균일하게 용융시킵니다. 새로운 분말층을 넣고 레이저가 다시 용융시킵니다. 3D 형태가 모양을 갖출 때까지 이 공정을 반복합니다. 힘들고 느리게 들리지만, 이 공정은 빛의 속도로 수행됩니다.
"레이저는 프린트 베드를 초고속으로 통과해 움직입니다"라고 Kipping은 말합니다.
레이저 기반 프린팅은 상당히 다공성인 알약 또는 전체적으로 작은 구멍이 있는 알약을 만듭니다. 구석과 틈을 통해 물이 침투할 수 있다는 사실은 해당 알약이 환자가 삼킨 후 빠르게 흡수된다는 의미입니다. 이 때문에, 레이저 기반 프린팅은 삼키자마자 즉시 방출될 필요가 있는 약물에 매력적입니다.
"저희는 레이저 기반 프린팅에서 많은 잠재력을 보기 때문에 초기부터 그것에 몰두하고 있습니다"라고 Kipping은 이야기합니다. 연구자들은 레이저 기반 프린팅을 약물 제조 도구로 가져오기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
Kipping과 이 분야에서 일하는 다른 사람들은 가능성과 타당성의 경계에 바로 서 있습니다. 그의 아들은 개인 맞춤 약물의 영향과 보건의 미래에 아직 관심이 없습니다. 아들은 여전히 레이저에 대해 가장 열광합니다.
머크의 서비스 소개
낮은 용해도는 제약 제제 개발에서 여전히 주요 과제로 남아 있습니다. 저분자에 대해 두루 적용되는 솔루션은 존재하지 않지만, 머크의 팀은 3D 프린팅을 포함한 기술을 연마하고 용해도를 향상시키는 새로운 제형을 개발하려고 노력하고 있습니다. 머크의 애플리케이션 서비스는 혁신적인 Parteck® 부형제 포트폴리오로 제형 설계를 단순화하는 것을 포함하여 매우 다양한 어려움이 있는 고객을 도와 드립니다.
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