جذبت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في الآونة الأخيرة الكثير من الاهتمام للعلماء والباحثين في مجال العلوم الصيدلانية، وقطاع صناعة الدواء خلال السنوات العشر الماضية؛ وبالأخص، بعد أن أجازت هيئة الغذاء والدواء الأمريكية FDA في عام 2015، تصنيع دواء «سبريتام» لصالح شركة أبريسيا فارماسوتيكلز (Aprecia Pharmaceuticals)، والمستخدم في علاج نوبات الصرع. ويعد هذا الدواء أول دواء منتج بشكلٍ مطبوع من خلال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing. وبوجود هذه التقنية، يُفتح فصل جديد وثورة كبيرة في مجال صناعة الأدوية المخصصة (personalized medicine) والتي تعتمد إنتاج تصميم دوائي يتكيف في مقدار الجرعة والحجم والشكل بما يناسب الحالة المرضية لكل مريض على حدة.
البصمة الدوائية
أشار المبتعث عبدالله الزهراني، الباحث بمجال العلوم الصيدلانية بجامعة الميسيسبي بالولايات المتحدة، والحائز على جائزة الجامعة للإنجاز الأكاديمي للعام 2022، أن اعتماد تقنية كهذه سيوفر نقلة نوعية في مجال الصناعات الدوائية عبر زيادة درجة ملاءمة الصيغة الدوائية. وأضاف أنه من الممكن مستقبلا تصميم الدواء حسب عمر ووزن وحالة المريض، ومن ثم طباعة الدواء لكل مريض على حدة، في خطوة أقرب لما يمكن أن يطلق عليها (بصمة دوائية) يتم وفق معطياتها طباعة الدواء المناسب للمريض.
أشار الزهراني إلى أن هذه التقنية ستساعد المستشفيات والمستوصفات والصيدليات في المناطق النائية لإيجاد حلو أكثر كفاءة وسهولة، كما يمكن استخدامها كذلك، في مجال الدراسات السريرية من خلال تصميم جرعات محددة ومناسبة لكل حالة مرضية.
تقنية التصنيع التراكمية
أضاف الزهراني أن تقنية طباعة الأدوية ثلاثية الأبعاد تعتبر إحدى تقنيات التصنيع التراكمية additive manufacturing، والتي تعتمد في مبدأ الطباعة الطبقية – طبقة تلو أخرى - والتي يتم عبرها تصنيع وبناء طبقات الدواء عن طريق إنشاء عدد من الطبقات على لوحة التصميم الخاصة بالطابعة. وتمتاز تقنية التصنيع التراكمي، بالعديد من المزايا مقارنة بطرق التصنيع التقليدية المستخدمة حالياٍ في مصانع الأدوية العالمية conventional manufacturing technologies.
مزايا طباعة الأدوية
وأبان أن استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing يحوي عددا من المزايا في مجالات تصنيع الأدوية وطرق نجاعتها على المرضى. وأحد تلك المزايا تتمثل في قدرة هذه التقنية على تعيين المادة الفعالة للدواء في موقع محدد من الدواء المطبوع للتحكم في امتصاص الدواء داخل الجسم في الوقت الأنسب. كما أن هذه التقنية 3D printing تساعد في عملية تحديد أحجام وأشكال الأدوية مهما كان صغر حجم الدواء أو نوعية الشكل الذي ينتهي إليه. يسبق هذه العمليات العمل على برمجة الدواء وتصميمه من خلال عدد من برامج معالجة التصميم، قبل البدء بعملية الطباعة النهائية للدواء. علاوة على ذلك، تسهل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد عملية دمج المواد الفعالة للأدوية في قرص دوائي واحد، بل تصل في بعض الأحيان، عملية الدمج إلى دمج أكثر من 5 أدوية في القرص الواحد، وهو ما يعرف بمفهوم «الصيدلية المتعددة» أو (poly-pharmacy)، مما يُشكل نقلة نوعية في عملية توفير الدواء وسهولة تناول المرضى له، دون الاضطرار لتناول أنواع متعددة من الأدوية والمعروفة علمياً بـ (patient compliance).
استخدامات الــ 3D Printing
توصل الزهراني في أحد الأبحاث المتخصصة التي أجراها في مجال تطوير بعض الأدوية والأشكال الصيدلانية باستخدام هذه التقنية إلى تحسين وتطوير دواء مركب لمادتين فعالتين (fixed dose combination) تستخدمان في علاج ارتفاع ضغط الدم. وأشار في حديثه لصحيفة الوطن إلى أن نتيجة الدمج تلك في قرص ذكي مطبوع زادت من القدرة على التحكم ديناميكيا بالجرعة الدوائية والشكل الصيدلاني للقرص الدوائي. يشار إلى أن الباحث الزهراني، قام في بحث علمي آخر، بتطوير شريحة مطبوعة تحتوي على مضاد حيوي، توضع داخل العين (ocular insert) تستخدم بمعدل نقطتين كل 15 دقيقة لعلاج حالات الالتهاب الحاد للعين، أو ما يعرف بالتهاب الملتحمة (conjunctivitis) وتعتمد هذه التقنية إمكانية استخدام الشريحة الدوائية المطبوعة مباشرة على سطح قرنية العين، عن طريق امتصاص الدواء على فترة 24 ساعة، عوضاً عن استخدام قطرات العين لأكثر من مرة.
مستقبل تقنية 3D Printing
وأكد أنه في حال تم اعتماد هذه التقنية بشكل كامل من قِبل هيئات التشريع الدوائية في الولايات المتحدة الأمريكية، والهيئات الأوروبية، والوصول لصيغة توافقية لتنظيم الصناعة الدوائية باستخدام هذه التقنية في شركات ومصانع الأدوية، بعد تحقيق وضمان معايير الجودة والسلامة، ستساعد وزارات الصحة في تمكين المستشفيات، والعيادات الصحية، وغرف الطوارئ، والصيدليات أن تطبع بعض الأدوية من خلال هذه التقنية لغرض الاستخدام المباشر (immediate consumption) بما يعود على المريض والبشرية بالنفع. وأشار الزهراني إلى أن تقنية إنتاج الأدوية باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد منزلياً ممكن لكنه ما زال بحاجة إلى مزيد من الأبحاث العلمية في هذا المجال من أجل ضمان السلامة الدوائية للمريض (Drug safety).
أنواع الطابعات الثلاثية الأبعاد المستخدمة في الأبحاث الطبية والدوائية:
نمذجة الترسيب المنصهر Fused Deposition Modelling FDM
البلمرة الضوئية والتصليد الحراري Vat Photo-polymerization
التليين الحراري Material Extrusion
بودرة الطباعة (Powder Bed Fusion)
النقطية Material Jetting
ثلاثية الأبعاد باستخدام الليزر selective laser sintering SLS
ثلاثية الأبعاد (ستيريوليثغرافي) stereolithography SLA
القرص العلاجي بتقنية ثلاثية الأبعاد
القرص العلاجي بأحجام مختلفة
البصمة الدوائية
أشار المبتعث عبدالله الزهراني، الباحث بمجال العلوم الصيدلانية بجامعة الميسيسبي بالولايات المتحدة، والحائز على جائزة الجامعة للإنجاز الأكاديمي للعام 2022، أن اعتماد تقنية كهذه سيوفر نقلة نوعية في مجال الصناعات الدوائية عبر زيادة درجة ملاءمة الصيغة الدوائية. وأضاف أنه من الممكن مستقبلا تصميم الدواء حسب عمر ووزن وحالة المريض، ومن ثم طباعة الدواء لكل مريض على حدة، في خطوة أقرب لما يمكن أن يطلق عليها (بصمة دوائية) يتم وفق معطياتها طباعة الدواء المناسب للمريض.
أشار الزهراني إلى أن هذه التقنية ستساعد المستشفيات والمستوصفات والصيدليات في المناطق النائية لإيجاد حلو أكثر كفاءة وسهولة، كما يمكن استخدامها كذلك، في مجال الدراسات السريرية من خلال تصميم جرعات محددة ومناسبة لكل حالة مرضية.
تقنية التصنيع التراكمية
أضاف الزهراني أن تقنية طباعة الأدوية ثلاثية الأبعاد تعتبر إحدى تقنيات التصنيع التراكمية additive manufacturing، والتي تعتمد في مبدأ الطباعة الطبقية – طبقة تلو أخرى - والتي يتم عبرها تصنيع وبناء طبقات الدواء عن طريق إنشاء عدد من الطبقات على لوحة التصميم الخاصة بالطابعة. وتمتاز تقنية التصنيع التراكمي، بالعديد من المزايا مقارنة بطرق التصنيع التقليدية المستخدمة حالياٍ في مصانع الأدوية العالمية conventional manufacturing technologies.
مزايا طباعة الأدوية
وأبان أن استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing يحوي عددا من المزايا في مجالات تصنيع الأدوية وطرق نجاعتها على المرضى. وأحد تلك المزايا تتمثل في قدرة هذه التقنية على تعيين المادة الفعالة للدواء في موقع محدد من الدواء المطبوع للتحكم في امتصاص الدواء داخل الجسم في الوقت الأنسب. كما أن هذه التقنية 3D printing تساعد في عملية تحديد أحجام وأشكال الأدوية مهما كان صغر حجم الدواء أو نوعية الشكل الذي ينتهي إليه. يسبق هذه العمليات العمل على برمجة الدواء وتصميمه من خلال عدد من برامج معالجة التصميم، قبل البدء بعملية الطباعة النهائية للدواء. علاوة على ذلك، تسهل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد عملية دمج المواد الفعالة للأدوية في قرص دوائي واحد، بل تصل في بعض الأحيان، عملية الدمج إلى دمج أكثر من 5 أدوية في القرص الواحد، وهو ما يعرف بمفهوم «الصيدلية المتعددة» أو (poly-pharmacy)، مما يُشكل نقلة نوعية في عملية توفير الدواء وسهولة تناول المرضى له، دون الاضطرار لتناول أنواع متعددة من الأدوية والمعروفة علمياً بـ (patient compliance).
استخدامات الــ 3D Printing
توصل الزهراني في أحد الأبحاث المتخصصة التي أجراها في مجال تطوير بعض الأدوية والأشكال الصيدلانية باستخدام هذه التقنية إلى تحسين وتطوير دواء مركب لمادتين فعالتين (fixed dose combination) تستخدمان في علاج ارتفاع ضغط الدم. وأشار في حديثه لصحيفة الوطن إلى أن نتيجة الدمج تلك في قرص ذكي مطبوع زادت من القدرة على التحكم ديناميكيا بالجرعة الدوائية والشكل الصيدلاني للقرص الدوائي. يشار إلى أن الباحث الزهراني، قام في بحث علمي آخر، بتطوير شريحة مطبوعة تحتوي على مضاد حيوي، توضع داخل العين (ocular insert) تستخدم بمعدل نقطتين كل 15 دقيقة لعلاج حالات الالتهاب الحاد للعين، أو ما يعرف بالتهاب الملتحمة (conjunctivitis) وتعتمد هذه التقنية إمكانية استخدام الشريحة الدوائية المطبوعة مباشرة على سطح قرنية العين، عن طريق امتصاص الدواء على فترة 24 ساعة، عوضاً عن استخدام قطرات العين لأكثر من مرة.
مستقبل تقنية 3D Printing
وأكد أنه في حال تم اعتماد هذه التقنية بشكل كامل من قِبل هيئات التشريع الدوائية في الولايات المتحدة الأمريكية، والهيئات الأوروبية، والوصول لصيغة توافقية لتنظيم الصناعة الدوائية باستخدام هذه التقنية في شركات ومصانع الأدوية، بعد تحقيق وضمان معايير الجودة والسلامة، ستساعد وزارات الصحة في تمكين المستشفيات، والعيادات الصحية، وغرف الطوارئ، والصيدليات أن تطبع بعض الأدوية من خلال هذه التقنية لغرض الاستخدام المباشر (immediate consumption) بما يعود على المريض والبشرية بالنفع. وأشار الزهراني إلى أن تقنية إنتاج الأدوية باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد منزلياً ممكن لكنه ما زال بحاجة إلى مزيد من الأبحاث العلمية في هذا المجال من أجل ضمان السلامة الدوائية للمريض (Drug safety).
أنواع الطابعات الثلاثية الأبعاد المستخدمة في الأبحاث الطبية والدوائية:
نمذجة الترسيب المنصهر Fused Deposition Modelling FDM
البلمرة الضوئية والتصليد الحراري Vat Photo-polymerization
التليين الحراري Material Extrusion
بودرة الطباعة (Powder Bed Fusion)
النقطية Material Jetting
ثلاثية الأبعاد باستخدام الليزر selective laser sintering SLS
ثلاثية الأبعاد (ستيريوليثغرافي) stereolithography SLA
القرص العلاجي بتقنية ثلاثية الأبعاد
القرص العلاجي بأحجام مختلفة
