3D 프린터로 만든 맞춤형 알약은 복잡한 질병을 저렴하게 치료한다.

지난 세기 후반에 시작된 이래로 3D프린팅 (적층제조라고도 함)은 단순한 플라스틱 부품제작을 훨씬 뛰어 넘었다. 오늘날 이 기술은 코로나19와 싸우는 의료종사자들을위한 개인보호장비와 같이 절실히 필요한 의료용품을 생산하는 데 사용되었다. 다른 발전 중에서도 3D프린팅은 이제 바이오프린팅을 통해 의학 및 약리학을 발전시키는 중요한 도구로 간주된다. Bioprinting은 수술전 환자의 해부학적 모델과 일부 생물학적 조직을 프린트 할 수 있으며, 이는 심장과 같은 전체 복잡한 장기를 인쇄하는 것을 목표로한다. 그러나 3D 바이오프린팅에 대한 또 다른 새로운 잠재적인 혁신적인 용도는 특정 환자의 요구를 충족하도록 맞춤화된 의약품 생산, 즉 알약 프린트이다.

2015년 FDA는 약국이 발작치료를 위해 Aprecia Pharmaceuticals에서 만든 최초의 3D프린팅의약품 SPRITAM (levetiracetam)을 승인했다. 이 약물은 현재 FDA에서 승인한 유일한 3D프린팅 약물이지만, 3D프린팅 약물의 많은 장점은 FDA가 규제프레임워크를 공식화하는 작업을 진행함에 따라 이제 각족 알약 프린팅이 가능해질 듯하다.

바이오프린팅 제약은 기존의 의약품 제조가 불가능한 것을 달성하며, 이는 특별한 투여량, 양 또는 약물구성이 필요한 특정 환자를위한 맞춤형 알약의약품을 저비용으로 생산하는 것이다. 알약은 고유한 크기, 모양 및 느린 릴리스 기능으로 3D프린트 할 수 있다. 또한 3D프린팅을 사용하면 하나의 알약에 환자가 처방한 여러 약물을 하나의 알약에 포함시킬 수 인어 "폴리 필 0다중약)"을 저렴하게 생성할 수 있으므로 복용해야하는 알약의 수를 줄일 수 있다. 바이오프린팅은 또한 이론적으로 병원이나 약국과 같은 적절한 3D프린터가있는 곳이면 어디에서나 의약품을 생산할 수 있도록한다. 이를 통해 환자가 때때로 특정 중재에 대해 경험하는 대기시간을 줄일 수있을뿐만 아니라 이를 운반할 필요성도 줄일 수 있다.

의약품을 조달하고 복용하기 더 편리하게 만드는 것 외에도 바이오프린팅은 훨씬 더 깊은 방식으로 제약산업에 영향을 미친다. 소위 희귀질병은 인구의 극히 일부가 복용할 약물의 개발, 테스트 및 제조를 필요로하기 때문에 제약 회사에 도전이었지만 3D프린터로 맞춤약제를 프린트 가능하게 되었다. 이러한 약물 중 일부는 생산을 위해 특수 장비가 필요할 수도 있다. 반대로 3D프린팅은 소규모 배치로 만들어진 맞춤형 알약에 적합하기 때문에 특이 질병을 치료하기위한 의약품 생산에 적합하다.

2017년 Aprecia와 Cycle Pharmaceuticals는 유체를 사용하여 다층 분말을 결합하는 ZipDose 3D프린팅기술을 개발하기 위해 협력하여 물을 추가하면 빠르게 용해되고 최대 1,000mg의 고용량 로딩을 지원하며 쉽게 맛있게 만들 수 있다. 이 특허받은 방법은 만성질환이있는 환자의 투약 일정을 단순화하고 용이하게한다. ZipDose는 컨베이어 벨트와 유사한 것을 사용하여 활성약물이 포함된 분말 층을 증착한다. 그런 다음 층은 잉크젯 아래로 이동하여 다양한 접합에서 유체를 결합제로 추가한다. 이 과정은 층별로 반복되어 다층 3D프린팅 태블릿을 생성한다. 수분이 주어진 정제의 산발적인 결합접합부에 닿으면 즉시 용해된다.

ZipDose 3D프린팅 기술

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Aprecia Pharmaceuticals, the company behind the first and only FDA approved 3D printed drug Spritam, has entered into an agreement with Cycle Pharmaceuticals Ltd. based in Cambridge, UK. 

ZipDose 외에도 개발중인 제약바이오프린팅의 다른 방법이 있다. 선택적 레이저 소결은 작은 입자가 레이저에 의해 함께 융합되어 알약을 형성하는 한 가지 방법이다. 융합 증착 모델링은 재료가 한 번에 한 층씩 추가되는 가장 일반적인 3D프린팅 프로세스이며 간단한 플라스틱 부품뿐만 아니라 약물을 만드는 데 사용할 수 있다. Stereolithography는 빛을 사용하여 화학물질을 폴리머로 만들어 알약을 형성한다. 또 다른 방법은 잉크젯 기반 제작으로, 정밀기기를 사용하여 표면에 액체 방울을 증착하여 패턴을 만든다.

ZipDose 방법으로 생산된 Aprecia의 SPRITAM (levetiracetam)에 대해 주목할 점은 약물이 수용성이므로 신체에 용해되고 흡수 될 수 있다는 것이다. 그러나 많은 약물은 물에 불용성이므로 신체에 접근 할 수 있도록 계면 활성제-폴리 전해질 복합체 형태의 특수전달시스템이 필요하다. 새로운 연구는 이 방법이 음전하 계면 활성제와 양전하 고분자 전해질을 사용하는 3D프린팅 약물에 어떻게 적용되었는지 보여주었다.

연구원인 Clive Roberts는 영국노팅엄대학연구소에서 폴리필 생산에 참여했다. polypills의 한 가지 문제는 일부 약물을 동시에 투여해서는 안된다는 것이다. Roberts는 3D프린터를 사용하여 단일 태블릿에 여러 약물이 포함된 알약을 생산했다. 각 약물은 약물 부작용을 최소화하기 위해 다른 정기 방출 일정을 가질 수 있다. 전통적인 제조기술은 폴리필을 생산할 수 있지만 동일한 알약이 모든 환자에게 적합하지 않을 수 있으며, 알약에 포함 된 약물이 많을수록 특정 환자에게 알레르기반응이나 약물부작용이 발생할 가능성이 높아진다. 점점 더 많은 사람들, 특히 당뇨병, 암 환자들의 약은 부작용이 있을 수 있다.

HP D300e BioPrinter. (HP의 이미지 크레딧.)

바이오프린팅 및 코로나19

이번 여름, HP는 코로나19 퇴치를위한 백신 및 약물개발을 지원하기 위해 미국과 유럽의 연구자들에게 D300e BioPrinter를 배포했다. D300e는 잉크 대신 의약품을 인쇄하는 잉크젯 기반 제조 3D프린터이다. 프린터는 작은 분자와 생체 분자를 포함하는 소량을 분배한다. 휴스턴대학의 핵 수용체 및 세포 신호 센터에서 높은 정확도로 시약을 분배하고 코로나19에 대한 약물 개발을 지원하기 위해 사용하고 있다. 이 바이오프린터는 또한 스페인국립연구위원회에서 의료종사자 및 노인과 같은 고위험 인구에서 코로나19 단백질이 어떻게 반응하는지 조사하는 데 사용된다.

“우리는 이 전염병을 더 잘 이해하기 위해 전 세계 실험실에서 수행하는 연구에서 영감을 얻었다. 이러한 과학자들의 손에있는 HP D300e BioPrinter가 약물 및 백신연구를 가속화하는 데 도움이 될 수 있다면 앞으로 나아가 자원과 기술에 헌신하는 것이 우리의 책임이다." HP의 특수인쇄시스템 총괄책임자이자 글로벌 책임자 Annette Friskopp은 이렇게 말했다.

HP D300e BioPrinter와 같은 바이오 프린터를 사용하면 코로나19와의 싸움에서 중요한 도구가 될 수 있다. 전염병은 의료장비 및 소모품을 포함한 다양한 상품에 대한 글로벌 공급망에 혼란을 일으켰다. 또한 이미 일부 국가에 다른 국가보다 더 많은 영향을 미치는 의약품 공급망의 취약성을 노출했다. 기업들이 호흡기질환에 대한 백신 및 치료법을 개발하기 위해 경쟁함에 따라 3D프린팅은 취약한 글로벌 공급망에 의존하는 대신 지역수준에서 생산을 생성 할 수 있기 때문에 필요한 환자에게 약물을 공급하는 방법 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다.

잠재적인 함정

3D프린팅된 제약은 의학분야에서 많은 가능성을 가지고 있지만 기술은 몇 가지 문제를 극복해야한다. 인간 치료를 위해 의약품 제조에 들어가는 모든 연구, 테스트 및 안전 프로토콜을 고려할 때 현재까지 단 하나의 3D프린팅 의약품 만이 FDA 승인을 받았다는 것은 놀라운 일이 아니다. 3D프린팅 약물은 이론적으로 훨씬 더 작은 규모로 전통적인 제조공장 외부에서 생산 될 수 있기 때문에 잠재적인 오염 및 오류에 대한 새로운 기회를 제공하여 생명을 앗아 갈 수 있다. 또한 프린터를 실행하는 기술자는 전문 교육이 필요합니다. 또한 다양한 바이오 프린팅 방법으로 약물을 제조하기 위해 다양한 재료가 사용되기 때문에 이러한 모든 약물이 인간이 섭취하기에 안전한지 확인하기 위해 더 많은 연구가 수행되어야한다.

또 다른 잠재적 인 걸림돌은 3D프린팅이 불법 약물 배포 및 사용으로 이어질 수 있다는 것이다. 다른 기술과 마찬가지로 바이오프린터가 잘못된 손에 들어가면 당국이 추적하기 어려울 수있는 소규모 불법약물제조로 이어질 수 있다. 또한 불법약물은 실제 구성을 가리거나 캡슐에 포함되어 인체 내에서 운송되어 보안 검색 대를 피하는 등의 방식으로 제작 될 수 있다. 이러한 위험으로 인해 바이오프린팅 연구자와 회사는 특정 유형의 의약품에 대한 제조 정보를 보호해야한다. Engineering.com