3D Printing for Personalized Medicine and Customized Drug Delivery – 3D-CURE

3D-tulostus on tunnistettu potentiaaliseksi tuotantoteknologiaksi myös lääketeollisuudessa. 3D-tulostetuissa implanteissa onkin mahdollista käyttää monikomponenttimateriaaleja sekä monimutkaisia muotoja, joita on vaikea valmistaa tavanomaisilla valmistusmenetelmillä. Näiden ominaisuuksien hyödyntäminen parantaa one-size-fits-all-tyyppisten lääkkeiden tehoa ja mahdollistaa yksilöllisen lääkityksen räätälöinnin potilaan tilan mukaan lyhyt- tai pitkävaikutteiseen tarpeeseen.

Näistä mahdollisuuksista huolimatta 3D-tulostuksen laajempaan teollisen skaalan käyttöönottoon liittyy useita haasteita. Ensinnäkin erilaisten biomateriaalien adaptaatio kontrolloitujen lääkeannostelulaitteiden 3D-tulostamiseksi on vielä lapsenkengissä, ja on monia lääkemolekyylejä, joiden 3D-tulostamiseksi ei ole vielä kunnollista ratkaisua. Jopa perinteisten pienmolekyylilääkkeiden kapselointi 3D-tulosteisiin on haastavaa, mutta erityisen vaativaa on biologisten lääkemolekyylien kapselointi, sillä ne eivät siedä korkeita prosessointilämpötiloja.

Näin ollen uusien materiaalien suunnittelu ja mukauttaminen lääkkeiden kapseloimiseksi 3D-tulosteisiin onkin olennainen tutkimuslinja näihin haasteisiin vastaamiseksi. Turvallisen ja tehokkaan tuotannon varmistamiseksi myös koko lääkeannostelulaitteiden tuotantoprosessi aina suunnittelusta valmistukseen tulee digitalisoida, jotta 3D-tulostusteknologioiden tarjoama joustavuus kyetään hyödyntämään täydellisesti lääketeollisuudessa. Tämä taasen edellyttää uusien laskennallisten mallien ja digitaalisten kaksosten kehittämistä sekä tuotannonaikaista laadunhallintaa.

3D-CURE-projekti kokoaa yhteen neljä eri tutkimusorganisaatiota ja useita yrityksiä. Projektia johtaa Turun ammattikorkeakoulu. Åbo Akademi, Turun yliopisto sekä Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto yhdessä Bayerin, Brinterin, Gaseran, CH-BioForcen, UPM Biomedicalsin, Rokote Laboratoriesin, DelsiTechin ja EDR & Medeson kanssa muodostavat yhteenliittymän, jonka tavoitteena on kehittää täysin uudenlaista tapaa suunnitella yksilöllistä lääkitystä data- ja mallipohjaisesti, sekä kyseisen prosessin tuotannollistamista erilaisten materiaalien 3D-tulostustestauksen kautta.

Konsortio kattaa koko arvoketjun raaka-aineista uusien lääkkeiden ja monikomponenttisten lääkeannostelulaitteiden suunnitteluun, valmistukseen 3D-tulostuksen keinoin sekä laadunhallintaan. Lisäksi hanke seuraa regulaatiokenttää ennakoidakseen 3D-tulostettujen lääkkeiden tulevia tutkimus- ja kehityssäädöksiä. Hankkeessa toivotaan syntyvän uutta tietoa 3D-tulostuksen soveltuvuudesta lääkevalmistukseen ja tutkitaan mahdollisuuksia reaaliaikaiseen 3D-tulostusprosessin seurantaan.

Projektin keskeiset tavoitteet ovat:

• uusien lääketieteellistä laatua olevien (monikomponentti)materiaalien, formulaatioprosessien ja erityisesti 3D-tulostukseen räätälöityjen tuotteiden testaaminen ja kehittäminen
• lääkekehitysprosessiin liittyvän materiaaliannostelun ja 3D-tulostuksen digitalisointi tarkoilla numeerisilla malleilla, jotka käsittelevät laadunvalvontaa ja epävarmuutta
• kriittisten materiaali- ja prosessiparametrien määrittely ja testaus 3DP-tuotteiden laatuattribuuttien tunnistamiseksi ja niiden laatukohdetuoteprofiilien määrittelemiseksi
• 3DP-lääkkeiden regulaatiokentän analysointi ja seuraaminen 3DP-lääkkeiden tutkimus- ja tuotekehitystä koskevien tulevien säännösten ennakoimiseksi
• fotoakustisen spektroskopian (PAS) testaus ja kehittäminen online-prosessin seurantaan lopputuotteen laadun validoimiseksi (ja lopulta ohjaamiseksi lähes reaaliajassa).