I farmaci personalizzati potrebbero rendere i trattamenti più efficienti e con meno effetti collaterali, poiché la biodisponibilità del principio attivo è adattata individualmente al paziente. Un metodo per produrre tali farmaci è la stampa 3D. Mi Steinbach sta lavorando a un metodo e materiali per la produzione di impianti stampati in 3D che rilasciano ingredienti attivi in modo uniforme per un lungo periodo di tempo come parte del suo dottorato presso il TH di Colonia e l’Università di Coblenza-Landau.
La ricerca di Steinbach copre due aree: l’ottimizzazione di un nuovo processo di stampa e lo sviluppo di una resina polimerica che si indurisce sotto la radiazione laser. “Soprattutto, c’è la questione di come il rilascio di un ingrediente attivo possa essere controllato con precisione in un periodo di tempo definito”, afferma Steinbach.
Il processo potrebbe essere utilizzato nello sviluppo di impianti che vengono applicati sotto la pelle. Lì il principio attivo si diffonde in modo controllato dalla matrice polimerica nel flusso sanguigno. Ciò consente di controllare la biodisponibilità, ovvero quanto ingrediente attivo raggiunge il sito di azione e quanto velocemente. La preparazione effettiva non è solubile nel corpo umano e viene nuovamente rimossa. È concepibile, ad esempio, che possa essere utilizzato da persone che hanno difficoltà a prendere farmaci da soli in modo regolare.
Il processo di stampa è delicato sugli ingredienti attivi e crea strutture lisce
Per la produzione di impianti, Steinbach nel gruppo di lavoro del Prof.Dr. Michael Gartz dell’Istituto di ottica applicata ed elettronica del TH Köln ha ulteriormente sviluppato un metodo di stampa 3D classico: la stereolitografia . Il metodo di Steinbach utilizza una resina liquida composta da vari polimeri a cui sono stati aggiunti i principi attivi medicinali e un iniziatore fotosensibile. Quando irradiato con luce di una certa lunghezza d’onda, l’iniziatore si disintegra, inizia la cosiddetta polimerizzazione e la resina si indurisce. Nella stereolitografia classica, la resina viene polimerizzata sulla superficie e gli oggetti 3D vengono creati pezzo per pezzo in un processo di stratificazione.
Steinbach e Gartz hanno ulteriormente sviluppato questo metodo in quella che è nota come Multi Laser Volume Stereolithography (MLVS). L’utilizzo di più raggi laser permette di creare strutture tridimensionali all’interno della miscela di resina. “A seconda dell’approccio, utilizzo da quattro a sei raggi laser, ognuno dei quali ha un’intensità molto bassa. I singoli raggi penetrano nella resina senza indurirla. I raggi si incontrano quindi in un punto del volume della resina e la loro intensità si sovrappone, in modo che la polimerizzazione abbia inizio e la resina si indurisca ”, spiega Steinbach.
A differenza della modellazione a deposizione fusa, un comune metodo di stampa 3D in cui le materie prime vengono fuse e poi stampate a strati, il metodo di Steinbach non genera alcun calore che potrebbe danneggiare gli ingredienti attivi nella resina. Ciò aumenta le possibilità di utilizzo, poiché possono essere utilizzati anche principi attivi sensibili al calore. Inoltre, non è necessaria una post-elaborazione che richiede tempo, poiché è possibile stampare superfici lisce invece di strati con una transizione irregolare.
Resina polimerica sviluppata con farmaco
Per poter applicare la tecnologia di stampa nel settore farmaceutico, Steinbach lavora nel gruppo di lavoro del Prof.Dr. Richard Hirsch della Facoltà di Scienze Naturali Applicate del TH Köln sta lavorando allo sviluppo di una propria miscela di resine: “È fondamentale che l’impianto finito non contenga più ingredienti che potrebbero essere tossici per l’uomo. Poiché i principi attivi medici vengono aggiunti alla resina sin dall’inizio, è opportuno escludere anche che reagiscano con i polimeri “, afferma Steinbach.
La biodisponibilità può essere controllata sia tramite la composizione della resina, ma anche tramite i parametri di produzione per la stampa 3D. A seconda della lunghezza delle catene polimeriche nella resina, si forma una rete polimerica con maglie più strette o più larghe. Ciò ha un impatto diretto sulla velocità con cui il principio attivo si diffonde fuori dalla forma del farmaco. Inoltre il rigonfiamento dei polimeri nel liquido porta a proprietà di rilascio che cambiano nel tempo. Steinbach effettua quindi misurazioni a lungo termine del rilascio del principio attivo per caratterizzare le diverse miscele di resine polimeriche.
La cinetica della polimerizzazione e la dimensione delle maglie della rete polimerica non solo determinano il rilascio del principio attivo, ma anche la stabilità meccanica dei materiali. Ciò che serve è un materiale reticolato tridimensionale che sia stabile anche dopo l’impianto nel corpo. Steinbach conduce indagini su queste questioni presso l’Università di Coblenza-Landau sotto la direzione del Prof.Dr. Silke Rathgeber attraverso.
Mi Steinbach è assistente di ricerca presso la Facoltà di scienze applicate del TH Köln. Il suo dottorato in cooperativa è svolto presso il TH Köln dal Prof.Dr. Richard Hirsch (Facoltà di scienze naturali applicate) e il Prof.Dr. Michael Gartz (Institute for Applied Optics and Electronics) e presso l’Università di Koblenz-Landau, Campus Koblenz, dal Prof.Dr. Silke Rathgeber (Istituto di scienze naturali integrate).
