I farmaci stampati in 3D sono il futuro della medicina personalizzata?

La medicina personalizzata è una soluzione ottimale per adattare la terapia alle caratteristiche individuali di ogni paziente. Una delle tecnologie che consente di realizzare dei trattamenti su misura è la produzione additiva. Nel settore medicale, le tecnologie di stampa 3D sono già state utilizzate per creare protesi, impianti, dispositivi medici su misura e addirittura organi. Un altro modo per adattare le cure ai pazienti è lo sviluppo di farmaci personalizzati. I farmaci stampati in 3D sono stati sviluppati per adattarsi alle esigenze di ciascun paziente e, a lungo termine, potrebbero cambiare radicalmente le terapie. Oggi esploriamo le varie tecnologie di stampa 3D utilizzate per creare questa tipologia di farmaci. Quali sono le tecniche attuali? Quali vantaggi apportano al paziente? E, naturalmente, che impatto avranno sull’industria farmaceutica?

Al giorno d’oggi, milioni di persone si affidano regolarmente a farmaci su prescrizione medica per diverse condizioni e malattie. Un problema è che, a causa della produzione di massa di pillole uniformi, spesso consumiamo dosi superiori a quelle raccomandate. Secondo Fred Paretti l’amministratore delegato di Multiply Labs, produttore di filamenti farmaceutici per la creazione di pillole stampate in 3D: “Attualmente i farmaci sono sviluppati soprattutto per gli uomini adulti bianchi, il che significa che tutte le donne e i bambini hanno una prescrizione eccessiva per il loro corpo. Questo fatto sottolinea l’importanza dell’assunzione dei farmaci personalizzati, oltre a mettere in evidenza l’individualità di ogni paziente. Poiché l’errore nel dosaggio di alcuni principi attivi può addirittura portare al malfunzionamento di alcune terapie”.

Statistiche sul mercato dei medicinali stampati in 3D nel 2023. Si prevede che il mercato crescerà di circa l’8% all’anno fino al 2030 (crediti fotografici: Maximize Market Research).

Se diamo uno sguardo più attento allo sviluppo dei farmaci stampati in 3D, vediamo un futuro incoraggiante. Secondo uno studio di Maximize Market Research, nel 2023 il valore del mercato globale dei medicinali stampati in 3D ammontava a 334,30 milioni di dollari. Per i prossimi anni, tuttavia, si prevede un tasso di crescita annuo compreso tra l’8 e il 9% e quindi le dimensioni del mercato dovrebbero essere maggiori stimato a 575,54 milioni di dollari entro il 2030. Queste stime mostrano che c’è molto movimento in quest’area, guidato dalla ricerca e dallo sviluppo di Tecniche 3D.

Quando sono stati sviluppati i primi farmaci stampati in 3D?

Nel 2015 è stato lanciato il primo farmaco stampato in 3D: Spritam. Si tratta di una pillola creata con tecnologie a letto di polvere ed è stata sviluppata per il trattamento dell’epilessia. È stato anche il primo farmaco approvato dalla FDA, Food and Drug Administration. Sviluppato da Aprecia Pharmaceuticals, Spritam ha aperto la strada a pillole personalizzate, consentendo un trattamento con dosi diverse per ogni paziente. Oggi Aprecia è diventata uno degli attori principali di questo settore e continua a produrre il farmaco con la tecnologia brevettata ZipDose® che permette ai farmaci di dissolversi in pochi secondi. Si tratta di un grande vantaggio per le persone che soffrono di epilessia o per i pazienti che hanno problemi di deglutizione.

Nel 2015 è stata rilasciata la prima pillola stampata in 3D: Spritam. Crediti fotografici: Appreciates Pharmaceuticals.

Basandosi su studi condotti presso l’Università Nazionale di Singapore sulla combinazione di più farmaci nella stessa capsula, la startup Multiply Labs si è lanciata nel 2016 nella produzione di filamenti farmaceutici per la stampa 3D di pillole a rilascio programmato. Sebbene inizialmente la startup avesse pianificato di produrre farmaci personalizzati per il trattamento del cancro, alla fine si è concentrata sulla produzione di integratori alimentari stampati in 3D a causa degli ostacoli posti dall’Agenzia per i medicinali.

Anche le aziende farmaceutiche tradizionali si stanno rivolgendo alle nuove tecnologie. Il gruppo Merck con sede a Darmstadt, una delle aziende chimiche e farmaceutiche più antiche del mondo, ha incaricato AMCM 2020, una filiale di EOS, di produrre medicinali su misura utilizzando la tecnologia SLS. Merck ha visto un potenziale significativo nella stampa 3D per la personalizzazione e la produzione rapida e a basso costo di tali farmaci.

Triastek, fondata nel 2015, è un’azienda che ha fatto anche dello sfruttamento di queste potenzialità il suo cavallo di battaglia. Già nel 2022, il farmaco cardiovascolare T20 stampato in 3D è entrato nella fase di test per gli studi clinici, dopo l’approvazione della FDA. Più recentemente (2024), anche il prodotto per la ritenzione gastrica T22 ha ricevuto l’autorizzazione all’immissione in commercio, diventando il primo nel suo genere.

Sin dagli albori dei medicinali stampati in 3D, sempre più istituzioni e aziende farmaceutiche si sono interessate ad essi e oggi troviamo un gran numero di startup e aziende innovative che utilizzano la stampa 3D per lo sviluppo di medicinali personalizzati. Ciò è dovuto anche ai progressi tecnologici. Diamo quindi un’occhiata a come vengono stampati in 3D questi farmaci!

Multiply Labs produce gli scomparti per pillole e il coperchio stampati in 3D. Crediti fotografici: Multiply Labs

Tecnologie di stampa 3D utilizzate

Dall’arrivo del primo farmaco stampato in 3D nel 2015, lo sviluppo di tecniche per la produzione di medicinali è andato aumentando. Per individuare queste tecniche ci siamo avvalsi della collaborazione di FabRx, Pharmaceutical Biotechnology Spin-out dell’University College of London (UCL), specializzato nella stampa 3D di forme di dosaggio orali, ovvero nella creazione di farmaci mediante produzione additiva. In particolare a condividere con noi informazioni in questo campo è stata Patricija Januskaite, Senior Scientist dell’azienda farmaceutica.

Modellazione a Deposizione Fusa (FDM)

La tecnica FDM/FFF è una delle più diffuse nella stampa 3D di farmaci. Per la produzione di compresse si possono utilizzare filamenti caricati con sostanze medicinali. Una delle grandi sfide nell’utilizzo di questa tecnica è la regolazione delle temperature di estrusione in modo da non intaccare i principi attivi di ogni compressa. “La modellazione a deposizione fusa (FDM) ha la capacità di produrre combinazioni di più farmaci, nonché compresse a rilascio prolungato o ritardato”, spiega Patricija Januskaite.

Oltre a caricare i filamenti con i farmaci, esiste anche la possibilità di utilizzare filamenti farmaceutici che non influiscono sul farmaco originario, come nel caso di Multiply Labs. “Possiamo stampare in 3D un compartimento o una pillola con una parete molto sottile che può rilasciare il prodotto, in circa 30 minuti, e poi aggiungere un’altra parete che può rilasciare un altro farmaco in 2 ore; il tutto in una singola capsula con due compartimenti che consentono un rilascio programmato”, commenta Fred.

Direct Powder Extrusion

Si tratta di una tecnica simile a quella utilizzata per lo sviluppo del primo farmaco stampato in 3D: ZipDose®. Nel caso di quest’ultimo, il suo sviluppo è utilizzato principalmente per creare farmaci con un elevato carico di farmaco e con un’alta disintegrazione dovuta alla porosità dei materiali. L’estrusione diretta di polvere è stata brevettata da FabRx. Consiste nell’estrusione di una miscela di principi attivi ed eccipienti in polvere attraverso un ugello utilizzando un estrusore a vite unica. Secondo l’azienda farmaceutica britannica, questo tipo di farmaco consente un dosaggio a rilascio prolungato o ritardato.

Stereolitografia (SLA)

La stereolitografia o SLA utilizza fotopolimeri per la solidificazione di resine o materiali liquidi. Nel caso di questa tecnologia, i farmaci possono essere incorporati nella rete polimerica per produrre pillole cariche di principi attivi o per sviluppare dispositivi medici a rilascio prolungato. Questa tecnologia è quella che meglio consente di combinare diversi farmaci nello stessa pillola stampata in 3D.

Sinterizzazione laser selettiva (SLS)

Per poter creare una pillola stampata in 3D mediate l’uso della tecnologia SLS devono essere miscelati ingredienti attivi con alcuni copolimeri, poi fusi insieme utilizzando un laser. L’uso di questa tecnica permette di creare farmaci con diverse caratteristiche: si può passare da forme di dosaggio a rilascio controllato a forme orodispersibili. Il professor Simon Gaisford, responsabile del settore farmaceutico presso l’University College di Londra e co-fondatore di FabRx, spiega: “La sinterizzazione laser selettiva ha un grande potenziale nell’industria farmaceutica. Permette di produrre compresse prive di leganti (come quelle utilizzate nel processo di binder jetting)”.

Farmaci creati grazie alla tecnologia SLS. (Crediti fotografici: Sintratec).

Material Jetting

Anche se questa tecnica ricorda i metodi di stampa 2D, in realtà è più vicina alla tecnologia Binder Jetting. Nel caso della produzione di farmaci, combinazioni di principi attivi ed eccipienti o inchiostri vengono spruzzati attraverso l’ugello che crea le strutture strato per strato. Queste vengono solidificate con l’aiuto di un substrato di polvere. Nel 2019, i ricercatori dell’Università dell’East Anglia hanno utilizzato il getto di materiale per sviluppare il processo di stampa 3D a gocce hotmelt, in cui le goccioline vengono depositate da un estrusore dotato di un ugello a otturatore controllato da un sistema piezoelettrico. Quest’anno (2024), un’altra tecnologia basata sul Material Jetting ha attirato l’attenzione, vale a dire la stampa 3D a getto d’inchiostro multimateriale (MM-IJ3DP), sviluppata presso il Centro per la produzione additiva dell’Università di Nottingham. Un inchiostro polimerico solubile – poly-ACMO – si solidifica quando esposto alla luce ultravioletta e forma una struttura di sostanza attiva idrosolubile all’interno di una compressa.

Oltre alle tecniche sopra menzionate, alcune di esse presentano variazioni e molte aziende farmaceutiche stanno sviluppando le proprie tecnologie o migliorando quelle esistenti. Sempre più giovani aziende si lanciano in questa avventura, come la startup francese MB Therapeutics.

Vantaggi e sfide

I vantaggi dei farmaci stampati in 3D sono numerosi e sono mirati principalmente all’ottenimento di cure mediche personalizzate. Da un lato, il colore, il gusto e la consistenza delle pillole stampate in 3D possono essere adattati in modo che la loro assunzione non sia più associata ad esperienze negative. Ciò riguarda soprattutto i bambini e le persone con difficoltà di deglutizione. Progettando le compresse utilizzando la stampa 3D e i materiali utilizzati in modo che siano facili da deglutire, l’assunzione dei farmaci può essere resa più semplice. D’altro canto il vantaggio risiede anche nella flessibilità e nel rilascio graduale del principio attivo. Spesso, le compresse stampate in 3D possono rilasciare il principio attivo in un momento specifico, o anche in più momenti, al fine di mantenere un livello costante di somministrazione. I pazienti vengono quindi costantemente trattati, anche se devono ingoiare solo una compressa al giorno. Un medicinale può anche combinare diversi principi attivi. Ciò aiuta a contrastare la politerapia, problema legato alla necessità di assumere una compressa per ogni principio attivo.

Tuttavia, ci sono ancora molte sfide e di conseguenza i progetti a volte falliscono. Talvolta le sfide sono di natura tecnologica, ad esempio perché alcuni principi attivi non possono essere trattati durante la stampa. Anche le normative rappresentano un ostacolo. In generale, i medicinali sono soggetti alle leggi sui medicinali, a norme e test rigorosi.

I farmaci stampati in 3D consentono di combinare diversi principi attivi in ​​un’unica compressa di dimensioni contenute. (crediti fotografici: Gruppo Merck)

Qual è il futuro dei farmaci stampati in 3D?

I medicinali stampati in 3D non sono più una novità sul mercato e gli ultimi dieci anni hanno fornito importanti basi in questo settore per le innovazioni future. I dati citati sul mercato dei medicinali stampati in 3D illustrano questa tendenza. Negli anni a venire, sempre più farmaci stampati in 3D conquisteranno quindi il mercato farmaceutico e saranno autorizzati e sottoposti a studi clinici. Sebbene la ricerca stia cercando di sviluppare sempre più metodi per produrre medicine personalizzate e le tecnologie 3D stiano migliorando in questa direzione, la sfida ora è accelerare l’utilizzo dei medicinali stampati in 3D.

Sappiamo che il futuro dei farmaci stampati in 3D è indubbiamente promettente e cambierà il corso dei trattamenti odierni: “Tra dieci anni nessun paziente accetterà di prendere la stessa prescrizione di un altro milione di persone. E nessun medico prescriverà lo stesso farmaco a due pazienti”, conclude Fred Paretti di Multiply Labs.

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