Un groupe d'intelligence artificielle utilise une nouvelle stratégie pour développer des pilules imprimées en 3D

Une équipe de scientifiques de l'Institut Max Planck d'informatique de Sarrebruck, en Allemagne, et de l'Université de Californie à Davis, ont mis au point un nouveau procédé d'impression 3D de pilules capables de libérer des médicaments pharmaceutiques à des vitesses prédéterminées.

Le chef du groupe de recherche a fourni des informations à l'industrie de l'impression 3D sur les implications de la technique.

Dans un article de recherche récemment publié dirigé par le Dr Vahid Babaei de l'Institut Max Planck et le professeur Julian Panetta de l'UC Davis, l'équipe a démontré comment les pilules peuvent être imprimées en 3D avec des formes spécifiques pour déterminer la vitesse à laquelle elles se dissolvent dans le corps humain.

Les formes géométriques sont plus faciles à contrôler que les autres méthodes d'administration de médicaments chronométrées telles que la perfusion intraveineuse. Ainsi, compte tenu de l'importance du contrôle des niveaux de médicaments pharmaceutiques chez les patients, il est affirmé que cette nouvelle méthode a un potentiel important au sein de l'industrie pharmaceutique. Au-delà de la pharmacie, la production de corps catalytiques et d'engrais granulaires grossiers est également pointée comme des applications potentielles.

« Je suis convaincu que le point de service, la médecine personnalisée sont à nos portes et que l'impression 3D jouera un rôle majeur », a commenté le Dr Babaei, chef de groupe de recherche, groupe de conception et de fabrication assistées par l'intelligence artificielle, à l'Institut Max Planck d'informatique.

Une recherche première pour la stratégie de conception inverse

Les chercheurs ont combiné des méthodes informatiques avancées, la modélisation mathématique et la technologie d'impression 3D basée sur FDM lors du test et de l'évaluation de ce nouveau processus.

L'équipe de recherche a effectué des simulations des conceptions développées avec l'optimisation de la topologie. Ensuite, les simulations directes ont été inversées pour trouver une forme spécifique qui présente certaines propriétés de dissolution. Des expériences pratiques ont ensuite confirmé ces prédictions concernant la dissolution. L'équipe de recherche affirme qu'elle est la première à utiliser une stratégie de conception inverse pour trouver la forme souhaitée à partir du comportement de libération basé sur l'optimisation de la topologie.

Lors de la réalisation des expériences, les chercheurs ont d'abord imprimé en 3D les composants souhaités à l'aide d'une imprimante 3D Prusa i3 MK3s FDM équipée d'une buse Kaika de 0,2 mm de Tecdia Co. AquaSys 120 d'Infinite Materials Solutions, un filament soluble dans l'eau généralement utilisé pour les structures de support, a également été utilisé.

Une fois imprimées, les pièces ont été placées dans de l'eau distillée. Un système de caméra a ensuite été utilisé pour mesurer la vitesse à laquelle les morceaux se sont dissous. Alors que des équipements alternatifs, coûteux et spécialisés sont souvent utilisés pour mesurer les taux de dissolution, un système basé sur l'image a été utilisé ici car il était beaucoup plus rapide et plus simple à mettre en place pour les scientifiques.

Au final, les courbes de libération mesurées étaient très proches des valeurs souhaitées. Cela a validé les prédictions de la stratégie de conception inverse et confirmé que des formes spécifiques peuvent être utilisées pour déterminer des taux de libération spécifiques pour les médicaments.

Bien que l'équipe de recherche n'ait pas encore quantifié le marché adressable total pour cette nouvelle méthode de production de pilules, elle a breveté son travail. Le Dr Babaei affirme que "Notre groupe se soucie profondément de mettre nos recherches en pratique." En effet, l'équipe a déjà lancé un projet spin-off pour l'industrie du laser appelé Oraclase.

Applications pharmaceutiques pour l'impression 3D

L'utilisation de la technologie d'impression 3D pour les applications pharmaceutiques a une histoire raisonnable. En 2016, Aprecia Pharmaceuticals a annoncé l'approbation par la Food and Drug Administration des États-Unis de son médicament Spritam - le premier produit pharmaceutique imprimé en 3D à terminer le processus de la FDA. Conçu pour traiter une gamme de crises, Spritam est imprimé en 3D sous forme de comprimé instantanément soluble, ce qui rend le médicament plus accessible aux patients qui auraient autrement des difficultés à avaler une pilule.

Malgré certaines similitudes, il existe certainement des distinctions claires entre l'offre d'Aprecia et ce nouveau processus axé sur la forme. "À ma connaissance, Spritam a un seul mode de dissolution - un mode rapide et immédiat", a commenté le Dr Babaei. "Dans notre cas, nous laissons l'utilisateur dessiner pratiquement n'importe quel profil de libération (rapide ou autre), puis calculons la forme en conséquence."

Ailleurs, en 2020, une équipe de recherche de Grèce et d'Italie a exploité l'impression 3D par extrusion semi-solide pour éditer des comprimés, permettant des taux de libération de médicaments personnalisables et spécifiques au patient. Ici, plutôt que d'imprimer les pilules en 3D, les scientifiques ont utilisé la technologie d'impression 3D pour enrober partiellement les comprimés de glycérides. En contrôlant les caractéristiques d'enrobage, les chercheurs ont réussi à réguler avec précision la libération de deux ingrédients pharmaceutiques actifs (API) dans les comprimés. Selon les auteurs de l'étude, cela a permis "des taux de libération de médicaments personnalisés en fonction des besoins du patient".

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Alex est un journaliste technologique de l'industrie de l'impression 3D qui aime rechercher et écrire des articles couvrant une grande variété de sujets. Titulaire d'un baccalauréat en histoire militaire et d'une maîtrise en histoire de la guerre, il s'intéresse vivement aux applications de fabrication additive dans les industries de la défense et de l'aérospatiale.