Julkaistu numerossa 3/2018
Teemat

Tuoko 3D-tulostus räätälöidyt lääkevalmisteet lähemmäs potilaita?

Lääketieteellisten ja farmaseuttisten 3D-tulostussovellusten määrä kasvaa tulevaisuudessa. Niiden odotetaan mullistavan terveydenhuoltoa. Onko potilaskohtaisten lääkevalmisteiden tulostaminen järkevää ja realistista tulevaisuudessa?

Teknologia mahdollistaa jo nyt lääkevalmisteiden suunnittelun digitaalisesti tietokoneella. Digitaalinen informaatio siirtyy tietokoneelta tulostimelle, joka printtaa räätälöidyn lääkevalmisteen tulevaisuuden visioissa nykyistä paljon lähempänä itse potilasta (kuvio 1). Sopivien apuaineiden ja lääkeaineiden joustava yhdistäminen sekä geometrisen rakenteen tarkka muotoilu mahdollistavat entistä hienostuneempien ja kehittyneempien tuotteiden valmistamisen.   

Kuvio 1. Lääkevalmisteiden ja lääkinnällisten laitteiden 3D-tulostuksen vaiheet. © Niklas Sandler, kuvitus: Designcrowd/aneskayirt

Nykyisillä 3D-sovelluksilla voidaan jo tulostaa kudoksia ja elimiä sekä räätälöityjä proteeseja anatomisten mallien valmistukseen. Lisäksi voidaan tulostaa implantteja lääkinnällisten laitteiden ja  lääkevalmisteiden valmistuksen tarpeisiin. Bio- ja lääketulostuksen viimeaikainen kehitys luo uusia käytäntöjä ja konsepteja erilaisten tuotteiden valmistukseen ja lääkehoitojen toteuttamiseen.

FDA hyväksyi tulostetun lääkkeen

Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto FDA myönsi vuonna 2015 myyntiluvan ensimmäiselle 3D-tulostustekniikalla valmistetulle lääkevalmisteelle. Kyseinen tulostusteknologia ei kuitenkaan ole uusi, vaan itse asiassa joukko vakiintuneita tekniikoita, jotka alun perin kehitettiin tuottamaan teknisiä prototyyppejä eri tarpeisiin. Monia tulostustekniikoita onkin kehitetty ja tutkittu kiinteiden annostusmuotojen valmistamisessa laajasti viime vuosina. Materiaaleja voidaan yhdistellä parhaimmillaan joustavasti ja luoduilla rakenteilla on mahdollista kontrolloida lääkevalmisteiden ominaisuuksia tarkasti aina lääkeaineen vapautumisesta lähtien.

Valmisteen tulostaminen on kehittynyttä mutta haastavaa

3D-tulostusteknologioissa objekti (valmiste) konstruoidaan lisäämällä siihen valmistusmateriaaleja yksittäinen kerros kerrallaan. Näin ollen on mahdollista luoda monimutkaisia ​​rakenteita, erilaisia valmisteen ​​sisäisiä struktuureja, huokosia tai useiden materiaalien yhdistelmiä. Kerroksia tarvitaan tulostuksessa monta, minkä vuoksi laadukkaiden yksityiskohtien tuottaminen voi olla hankalaa ja valmistus ​​hidasta. Ongelmia on tuolloin odotettavissa myös valmistusprosessin skaalautuvuudessa eli tuotantokapasiteetin lisäämisessä. Alan kirjallisuudessa kuvattujen esimerkkien perusteella tulostus toteutettaneenkin tulevaisuudessa modulaarisesti, eli hyödyntämällä laitteita, joissa on useita tulostuspäitä eri ainesosille, ja siten voidaan myös kasvattaa tuotantomääriä.

3D-tekniikoita joka lähtöön

Usein oletetaan, että 3D-tulostus viittaa johonkin yksittäiseen teknologiaan. Tosiasiassa eri toimintaperiaatteella toimivia 3D-tulostusteknologioita on lukuisia. Tulostuksen lähtömateriaalit voivat olla kiinteitä, jauhemaisia, puolikiinteitä, suspensioita ja liuoksia. On siis selvää, että hyödynnettävän tulostusteknologian vaatimukset vaihtelevat suuresti.

Tulostustekniikoista suurta huomiota on saanut FDM-tekniikka (Fused Deposition Modelling), jossa polymeeri (kiinteä polymeeri-lääkeaineseos) sulatetaan tulostuspäässä, ja valmiste tulostuu alustalle kerros kerrokselta. Lääkevalmisteen valmistuksessa voidaan käyttää myös niin sanottua jauhetulostusta, jolloin kappaleen valmistamiseen tarvitaan kaksi pääkomponenttia eli jauhe ja sidosaine. Tulostus alkaa ohuen jauhepedin levittämisestä, ja sidosaineneste tulostetaan mustesuihkutulostuksella jauheeseen kerros kerrokselta.

Mustesuihkuteknologialla annostarkkuutta ja potilasturvallisuutta

Mustesuihkuteknologia on osoittautunut lupaavaksi erityisesti matala-annoksisten lääkevalmisteiden tulostuksessa. Pääpiirteenä on lääkeainemusteen tulostus suussa sulaville kalvoille. Annostus on erittäin tarkkaa. Lisäksi mahdollista on tulostaa esimerkiksi yksilöllistä potilasinformaatiota lääkemuotoon. Hiljattain julkaistiin tutkimus, jossa haloperidolimustetta annosteltiin suussa sulavalle kalvolle QR-koodin muotoon. QR-koodin voi skannata esimerkiksi mobiililaitteella, ja se sisältää tietoa esimerkiksi lääkkeestä, lääkeannoksesta ja potilaasta. Lähestymistapa tuo mahdollisuuksia lääkkeen käytön seurantaan, jäljitettävyyteen ja lääkitysturvallisuuteen.

Mikä ohjaa muutosta?

Lääkkeiden 3D-tulostus voi tulevaisuudessa mahdollistaa joustavien annosvahvuuksien ja lääkkeen vapautumisprofiilin räätälöinnin osana yksilöllistä lääkehoidon toteutumista. Samalla lääkkeiden valmistusta voi hajauttaa ja muokata todennettua tarvetta vastaavaksi (on-demand). Tällainen toimintaympäristö edellyttää kuitenkin vielä tekniikkaan ja sääntelyyn liittyvien kysymysten ratkaisemista. Valmistuslaitteiden tulee täyttää GMP-vaatimukset (Good Manufacturing Practice), laadunvalvonnan tulee olla organisoitua ja tuotteiden vapauttamisen ja jäljitettävyyden tulee vastata säädöksiä. 

Hyötyykö potilas?

3D-tulostetun lääkevalmisteen ensisijainen hyöty voi olla huokoisen rakenteen mahdollistama nopeasti suussa tapahtuva hajoaminen. Tämä on etu nimenomaan silloin, kun lääkeaineen vaikutuksen toivotaan alkavan nopeasti jo ruoansulatuskanavan alkupäässä (kohtauslääkitys). Kliininen näyttö tällaisen annostelumuodon paremmuudesta ja potilashyödystä puuttuu vielä.

Voisiko lääkevalmistuksen sitten tuoda lähemmäs potilasta esimerkiksi suoraan apteekkeihin? Jos lääkkeitä voidaan näin annostella tarkoituksenmukaisemmin ja luoda terveyshyötyä taloudellisesti kannattavalla tavalla, olisi tulostusteknologian käyttö perusteltua.

On epätodennäköistä, että 3D-tulostuksesta tulisi yleinen vaihtoehto lääkkeiden vakiintuneille massatuotantoprosesseille. Tulostekniikat ovat kuitenkin todistaneet toimivuutensa. Ne voivat tuoda uudenlaisia mahdollisuuksia ainakin lääkkeiden prekliinisen kehitysvaiheen joustavaan annostelutarpeeseen ja useita erilaisen vapautumisprofiilin lääkeaineita sisältävien innovatiivisten lääkevalmisteiden kehitykseen. Hajautetusta lääkevalmistuksesta voivat hyötyä myös avoapteekit ja sairaala-apteekit ex tempore -valmistuksessa ja pandemioihin valmistauduttaessa.

Niklas Sandler

Niklas Sandler

FaT
Professori, luonnontieteiden ja tekniikan tiedekunta, farmasian laitos, Åbo Akademi