Tabletka jak pączek. Naukowcy drukują leki na miarę

Przez dziesięciolecia przemysł farmaceutyczny doskonalił produkcję milionów identycznych tabletek. To model skuteczny, tani i potrzebny, ale ma swoje ograniczenia. Pacjenci różnią się wiekiem, masą ciała, metabolizmem, chorobami współistniejącymi, a czasem także możliwością połknięcia klasycznej tabletki. Zespół z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu pokazuje, że druk 3D może być jedną z technologii, które przesuną farmację w stronę leków bardziej dopasowanych do konkretnej osoby. W najnowszych badaniach naukowcy opracowali hydrożelowe tabletki zawierające kaptopryl, lek stosowany m.in. w terapii nadciśnienia tętniczego i niewydolności serca.

Dlaczego wybrano kaptopryl?

Kaptopryl jest dobrym przykładem leku, przy którym problem dawkowania staje się bardzo praktyczny. Najmniejsza dostępna komercyjnie tabletka zawiera 12,5 mg substancji czynnej, tymczasem u dzieci dawki mogą wynosić 0,3–0,5 mg na kilogram masy ciała. W praktyce oznacza to konieczność dzielenia tabletek albo przygotowywania receptur aptecznych. Wrocławscy badacze zadali więc pytanie: czy zamiast dopasowywać pacjenta do gotowej tabletki, można od początku przygotować tabletkę z dawką potrzebną konkretnej osobie? To właśnie tutaj druk 3D może mieć największy potencjał – szczególnie w pediatrii, geriatrii, chorobach rzadkich i wszędzie tam, gdzie standardowa dawka lub postać leku nie odpowiada potrzebom pacjenta.

Hydrożel zamiast klasycznej tabletki

W badaniu wykorzystano metodę semi-solid extrusion, czyli druk z półstałego materiału. Największym wyzwaniem było opracowanie odpowiedniego „atramentu lekowego”: takiego, który da się precyzyjnie wyciskać przez dyszę drukarki, utrzyma zaprojektowany kształt, będzie bezpieczny i pozwoli kontrolować uwalnianie substancji czynnej. Zespół opracował hydrożel oparty na diakrylanie glikolu polietylenowego, czyli PEGDA. Ważnym elementem rozwiązania było zastosowanie układu opartego na ryboflawinie, czyli witaminie B2, oraz L-argininie. Dzięki temu możliwe było utwardzanie hydrożelu światłem UV bez użycia niektórych powszechnie stosowanych fotoinicjatorów budzących obawy toksykologiczne.

Tani ekstruder do standardowej drukarki

Równolegle z pracami nad hydrożelem dr Marta Kozakiewicz-Latała opracowała autorski ekstruder typu SSE, który można zamontować do standardowej drukarki FDM (nie ma konieczności budowania kosztownej aparatury od podstaw). Jak podaje Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu, koszt elementów potrzebnych do skonstruowania ekstrudera wynosi około 22 euro. To znacząco obniża próg wejścia dla laboratoriów badawczych i ośrodków akademickich, które chciałyby prowadzić prace nad farmaceutycznym drukiem 3D.

Tabletka w kształcie torusa

Jednym z najbardziej obrazowych elementów projektu jest kształt tabletki. Badacze nie wybrali klasycznej okrągłej tabletki, lecz torus – formę przypominającą małą oponkę albo pączek z dziurką. To nie jest zabieg estetyczny. Otwór w środku zwiększa powierzchnię kontaktu preparatu z płynami, co przyspiesza rozpuszczanie i uwalnianie substancji czynnej. W badaniu około 60 proc. kaptoprylu uwolniło się już w ciągu pierwszych pięciu minut, po 15 minutach było to ponad 80 proc., a pełne uwolnienie następowało po około 30 minutach. Taki profil odpowiada postaci o natychmiastowym uwalnianiu, co w przypadku kaptoprylu ma znaczenie terapeutyczne.

Precyzja ma znaczenie

W drukowanych lekach kluczowa jest nie tylko forma, ale też powtarzalność dawki. Analizy LC-MS wykazały wysoką jednorodność zawartości substancji czynnej w wydrukowanych tabletkach. Średnio każda zawierała 6,18 ± 0,11 mg kaptoprylu. To istotny wynik, bo w medycynie personalizowanej sama możliwość „wydrukowania” tabletki nie wystarczy. Każda dawka musi być przewidywalna, powtarzalna i bezpieczna.

Lek nie był tylko biernym składnikiem

Jednym z ciekawszych wniosków z badań było spostrzeżenie, że sam kaptopryl może wpływać na tworzenie hydrożelu. Analizy FT-IR i NMR zasugerowały, że grupa tiolowa obecna w cząsteczce kaptoprylu może uczestniczyć w procesie polimeryzacji i sieciowania materiału. To ważna obserwacja, bo pokazuje, że substancja czynna nie zawsze jest tylko „ładunkiem” zamkniętym w nośniku. Może również wpływać na właściwości technologiczne całej formulacji. Jeśli potwierdzą to kolejne badania, takie podejście może pomóc w projektowaniu następnych generacji drukowanych leków.

Personalizacja to nie tylko dawka

Największy potencjał druku 3D w farmacji polega na tym, że można projektować nie tylko ilość substancji czynnej. Można też zmieniać kształt tabletki, jej porowatość, skład materiałowy, właściwości mechaniczne i tempo uwalniania leku.

W przyszłości mogłoby to mieć znaczenie np. u osób starszych przyjmujących wiele leków jednocześnie. Prof. Bożena Karolewicz wskazuje, że druk 3D może otworzyć drogę do preparatów przygotowywanych na żądanie, a także do tzw. polypills, czyli tabletek zawierających kilka substancji czynnych w jednej postaci leku.

Do aptek jeszcze długa droga

Nie oznacza to jednak, że drukowane tabletki szybko pojawią się w rutynowej praktyce aptecznej czy szpitalnej. Od eksperymentu laboratoryjnego do produktu stosowanego u pacjentów prowadzi długa droga. Konieczne są dalsze badania stabilności formulacji, walidacji procesu, bezpieczeństwa i zgodności z wymaganiami regulacyjnymi.

Najnowsza publikacja zespołu dr Marty Kozakiewicz-Latały i prof. Bożeny Karolewicz w „International Journal of Pharmaceutics” pokazuje jednak, że wiele barier technologicznych można pokonać: opracowano bezpieczniejszy system fotopolimeryzacji, tani ekstruder, uzyskano powtarzalną zawartość substancji czynnej i korzystny profil uwalniania leku.

Farmacja przyszłości może być bardziej osobista

Badania z Wrocławia dobrze pokazują, że przyszłość farmacji nie musi polegać wyłącznie na odkrywaniu nowych cząsteczek. Równie ważne może być to, jak podajemy leki już znane – czy da się je przygotować w dawce, kształcie i formule lepiej dopasowanej do pacjenta. Dla dzieci, osób starszych, pacjentów z trudnościami w połykaniu i chorych wymagających niestandardowego dawkowania może to być zmiana bardzo praktyczna. Nie chodzi o technologiczny gadżet, ale o prostą ideę: lek ma pasować do pacjenta, a nie pacjent do tabletki.