Politechnika Wrocławska pracuje nad lekami i implantami z drukarek 3D

Badacze z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej pracują nad niskokosztową przyrostową technologią wytwarzania tabletek i struktur przestrzennych, gotową do wdrożenia przez firmy farmaceutyczne i medyczne.

Drukowane nośniki leków są nadal rzadko spotykane i praktycznie niedostępne dla szerokiej grupy odbiorców, ale na całym świecie trwają już prace nad rozwiązaniami, które pozwolą wprowadzić je do medycznego użytku. Dają bowiem możliwości, jakich tradycyjne lekarstwa nie zapewnią pewnie nigdy. Ich wytwarzanie – warstwa po warstwie – pozwala na kształtowanie zarówno geometrii zewnętrznych, jak i złożonych struktur wewnętrznych, umożliwiając w rezultacie dokładne zaplanowanie czasu uwalniania się leku w organizmie. Możemy więc przyjąć tabletkę, która będzie stopniowo rozpuszczała się w żołądku, działając przez wiele godzin, lub taką, która zadziała bardzo szybko, będąc niemal od razu wchłanianą przez organizm, albo nawet taką, która „uwolni” dawki substancji leczniczej o dokładnie zaplanowanych godzinach od czasu jej przyjęcia. Technologie przyrostowe są już także wykorzystywane do wytwarzania implantów personalizowanych. Jeśli więc pacjent onkologiczny ze względu na konieczność wycięcia zmienionej chorobowo tkanki utraci np. fragment kości żuchwy, chirurg uzupełnia go strukturą wytworzoną na drukarce 3D. Swoim kształtem idealnie odwzorowuje ona i wypełnia powstały ubytek (jest projektowana w oparciu o dane pacjenta pochodzące z obrazowania medycznego). Taki personalizowany „wypełniacz” jest oczywiście dużo bardziej komfortowy dla pacjenta niż wykorzystywane dotychczas rozwiązania i zdecydowanie przyspiesza regenerację uszkodzonych tkanek. Zespół badaczy ma również w planach opracowanie rusztowań dla inżynierii tkankowej (tzw. skafoldów) z materiałów bioresorbowalnych. Ulegając stopniowej degradacji, będą ustępować miejsca komórkom np. kościotwórczym, odtwarzając ubytek. Takie struktury mogą też zawierać substancje o działaniu leczniczym, odżywczym czy przeciwzapalnym, które będą uwalnianie w organizmie. Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej w ubiegłym roku rozpoczęli prace nad rozwinięciem jednej z technologii przyrostowych – czyli właśnie druku 3D – w kierunku wytwarzania personalizowanych nośników leków. Interdyscyplinarnym zespołem kieruje dr inż. Patrycja Szymczyk-Ziółkowska z Katedry Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji na Wydziale Mechanicznym. Na projekt o nazwie „BIOAddMed” uzyskała grant z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu „Lider”, który finansuje przedsięwzięcia rokujące na to, że ich rezultaty zostaną wdrożone w gospodarce. – W zależności od rodzaju technologii przyrostowego wytwarzania wyrób może powstawać w procesie klejenia, spiekania, topienia i utwardzania warstw, polimeryzacji cieczy lub przez miejscowe dostarczenie energii (wiązką elektronową, laserową czy światła UV). My postanowiliśmy skupić się na technologii ekstruzji materiału. Brzmi to pewnie skomplikowanie, ale sprowadza się do tego, że do głowicy urządzenia dostarcza się „drut” lub „filament” wykonany z polimeru termoplastycznego, który następnie jest nagrzewany i w postaci uplastycznionej wytłaczany na platformę roboczą w postaci cienkiej ścieżki, której szerokość określa średnica robocza dyszy drukarki – opowiada dr Szymczyk-Ziółkowska. Naukowcy z PWr skoncentrowali się na technologii Fused Filament Fabrication (FFF), która stanowi niskobudżetową odmianę Fused Deposition Modeling (FDM) i zapewnia nieograniczony dostęp do dokumentacji oraz możliwość edycji wszystkich parametrów procesowych. Badacze pracują nad odpowiednim materiałem wsadowym (filamentem). – Wstępnie opracowaliśmy już filamenty, których skład i jakość były dla nas zadowalające – opowiada kierownik projektu. – Wytwarzamy z nich teraz materiały i struktury testowe, które poddamy ocenie pod kątem właściwości mechanicznych. Wyniki już teraz są obiecujące, choćby z tego względu, że udało nam się zachować jednorodność materiału. Przed naukowcami jeszcze dwa lata pracy. W tym czasie m.in. określą stopień i czas degradacji testowych próbek, zajmą się zapewnieniem sterylności procesu produkcji czy przeprowadzą badania pozwalające na analizę i ocenę wpływu cech geometrycznych wytwarzanych obiektów na czas degradacji i stopień uwalniania substancji leczniczych. Wszystko to we współpracy z firmą farmaceutyczną. Materiały opracowane w ramach projektu przetwarzane są na typowym komercyjnym urządzeniu ze średniej półki cenowej. Ma ono jednak otwarte parametry, co pozwala na ich modyfikację. Naukowcy zamierzają dostosować „drukarkę 3D”, tak by gwarantowała sterylność i powtarzalność procesu, co jest konieczne, zanim gotowe wyroby trafią do badań klinicznych. Członkowie zespołu chcą m.in. odpowiednio osłonić urządzenie, zastąpić pewne elementy tymi wykonanymi ze stali nierdzewnej i zainstalować wewnątrz czujniki, które pozwolą na pełną kontrolę temperatury i wilgotności. Nad projektem „BIOAddMed” pracuje zespół w składzie: dr inż. Patrycja Szymczyk-Ziółkowska, dr inż. Grzegorz Ziółkowski, dr inż. Małgorzata Rusińska, dr inż. Magdalena Tomanik, mgr inż. Piotr Gruber, mgr inż. Viktoria Hoppe, inż. Emilia Tokarczyk – wszyscy z Wydziału Mechanicznego oraz dr hab. inż. Konrad Szustakiewicz z Wydziału Chemicznego. Źródło: © Politechnika Wrocławska, autorka: Lucyna Róg