3Dプリントで現代の製薬業界を変える

出典: Geek Park

タッチスクリーン操作が家電製品に革命をもたらしたのと同じように、3D プリンティングは医薬品業界に変化をもたらすでしょうか?

2011年、ジョブズの死後、iPhone 4sが発売されました。 iPhone 4の最適化バージョンとして、iPhoneとともにスマートフォンの分野で画期的な製品となった。これらの登場により、人々の手におけるタッチスクリーンの操作性が再定義され、消費者向け電子機器製造業界にも変化がもたらされます。

同じ時期に、化学薬品工場は文化財展示館になりました。その年の終わりに、医薬品評価研究センター（CDER）の所長ジャネット・ウッドコックは、米国薬剤師会（AAPS）の年次総会で次のように述べました。「1950年代の製薬専門家は、現在の製薬プロセスを容易に認識できました。」

医薬品は人々の生命安全にかかわるもので、厳しい監督は必然的に開発の遅れにつながります。しかし、これは安定した産業には新興技術が必要ないということを意味するものではありません。ジャネット・ウッドコック氏の推進力により、CDER は課題に直面している新興技術へのサポートを提供するために ETT 緊急技術チームを設立しました。

2015年7月31日、アメリカのAprecia社が開発した世界初の3Dプリント医薬品「Spritam（レベチラセタム）」がFDA（米国食品医薬品局）の承認を受けた。これは、南京に4日間滞在したばかりのTriassicにとって、間違いなく嬉しい驚きだった。これは、3D プリントされた医薬品の規制承認の前例があることを意味します。

最初の 3D プリント医薬品 | 出典: Aprecia、米国 Triassic は、同社の共同創設者兼最高科学責任者である Xiaoling Li P hD 教授の科学的仮説から生まれました。それは、3D プリント技術を使用して、医薬品の研究開発と製造におけるボトムレベルのイノベーションを実行するというものです。

さまざまな部屋がある小さな建物のように、内部にさまざまなサイズと形の部屋がある錠剤を想像してみてください。各部屋には異なる薬物成分が含まれています。人体に入った後、各ドアの開放時間、シーケンスの順序、成分の放出速度、さらには胃腸の特定の部分に到達してからの放出まで、すべてが事前の設計に従って実行され、薬剤の放出プロセスが事前にプログラムされています。

01 医薬品製造のデジタル化：プログラム可能な錠剤

有効成分が薬の「魂」であるならば、剤形はそれに形を与える「体」です。

医薬品が商品として販売されるためには、有効成分の発見や検証に加え、製剤化も重要な部分です。有効成分を賦形剤とどのように組み合わせて、最終的に錠剤、カプセル、顆粒などの適切な形状にするか、そして飲み込んだ後、どのように溶解、放出され、人体に吸収されるかは、製剤化において考慮する必要がある問題です。

徐放性カプセルについて聞いたことがあるかもしれません。これは、遅延放出技術の伝統的な形式です。各カプセルには多数の小さな粒子が含まれており、それぞれの小さな粒子は外側にコーティングされています。コーティングの厚さに応じて、これらの小さな粒子が体内でバッチごとに溶解し、コアの有効成分をバッチごとに放出して、薬効を持続させます。ご想像のとおり、このタイプのカプセルの製造には複数のステップが必要です。コーティングの厚さが異なる小さな粒子が別々に製造され、その後、割合に応じてカプセルに充填されます。

パラメータに従って作成する前に、一連のテストが必要です。「特定の速度が必要な場合は、適切な厚さのコーティングを探す必要があります。さまざまな厚さとそれに応じた速度を試し、試行錯誤してそのうちの1つを見つける必要があります」とLi Xiaoling氏は紹介した。最も一般的な錠剤は、有効成分と賦形剤を均一に混合し、圧縮することによって作られます。製造前に、2 つの成分を適切な割合で混合した後の溶解挙動をテストおよび測定し、複数回の試行を通じて最適化することも必要です。

3D プリンティングの革命的な性質は、構造設計への新しいアプローチを使用して薬剤の放出プロセスを制御できるという事実にあります。

単純な定率放出を例にとると、賦形剤が有効成分と反応しないという前提で、賦形剤をよく混合し、設計された構造に従って錠剤の対応する部分に層ごとに印刷します。そして人体に入った後、薬剤は層ごとに溶解します。各層の表面積を調整することで、該当部分の放出速度を調整できます。

この調整は試行錯誤ではなく計算に依存します。利用可能な材料、溶解速度、表面積などの既存のデータに基づいて、薬物の内部構造がまずコンピュータ上で数学的にモデル化され、次にそのモデルに基づいて印刷されます。

設計と生産のデジタル化により、医薬品製造の効率が向上すると考えられます。この製造方法の優れた点は、本来の「錠剤」と「カプセル」のさまざまな放出機能と薬物送達機能を実現するだけでなく、両者の技術的な違いをなくすことにあります。

Triassic 3D プリント錠剤 | 出典: Triassic 従来の技術では、錠剤の製造には錠剤圧縮技術が使用され、カプセルの製造にはカプセル充填技術が使用されます。 3D プリンティングでは、構造がいかに複雑であっても、すべての剤形は実際には単なるプロセスです。つまり、数学的モデルパラメータに基づいて 3D プリンターを使用して薬剤構造を印刷するだけです。 Triassicの創設者兼CEOであるチェン・センピン氏は、次のように説明した。「Triassicはデジタルインフラプロジェクトに取り組んでいます。私たちは現代的な医薬品ハイウェイを構築しています。」

現在、Triassic は 4 年間の技術検証期間を終え、第 2 段階である製品開発に突入しました。今年 1 月、Triassic 社の最初の 3D プリント医薬品が米国 FDA から新薬臨床承認 (IND) を受け、今後は臨床試験が行われる予定です。これは、2015 年以降に米国 FDA から IND 承認を受けた世界で 2 番目の 3D プリント医薬品です。中国でもこの薬は登録申請段階に入っている。

T19と呼ばれるこの製品は、関節リウマチの治療薬であり、2023年にFDAに販売承認申請される予定です。

02 科学的概念から製品へ

医薬品における 3D プリントの歴史は 1996 年にまで遡ります。マサチューセッツ工科大学（MIT）のマイケル・シーマ教授は、最初に「粉末結合」3Dプリント技術を使って医薬品を作ろうと試み、多くの機関がその研究を引き継ぐこととなった。

現在、ドイツのメルクや米国のMSDなどの製薬大手は、医薬品の3Dプリントの計画を立てている。しかし、開発段階では、技術検証を終えて製品開発を実現しているのは、最初の医薬品を登録したアメリカのAprecia社のほか、Triassic社の2社のみだ。

両社は技術的なルートが異なります。アプレシアはMITの「粉末接合」技術を活用し、工業化しています。この技術は、有効成分と賦形剤を粉末状にし、プリントヘッドを使用して結合剤を噴霧して錠剤を形成します。形成された錠剤は緩く多孔質であり、数秒以内に水に完全に溶解することができます。短時間で多量の有効成分が放出され、速やかに効果を発揮するため、薬を飲み込むことが困難な方にも特に適しています。

しかし、この方法では薬物の複雑な内部構造を印刷することはできません。 Triassic は感熱印刷を選択しました。ホットメルト印刷の考え方は、固体を半固体に溶かし、それをプリントヘッドから押し出し、必要な形状に固めるというものです。

一般的なホットメルト印刷技術の供給材料はフィラメントである必要があり、これにより原材料にさらなる制限が加わります。 Triassic は、溶融押し出し堆積 (MED Melt Extrudeposition) という新しい技術の先駆者です。粉末状の原材料と補助材料は軟化または溶融されて流動性のある半固体となり、プリントヘッドから押し出され、層ごとに印刷され、堆積して固化し、最終的に事前に設計された 3 次元構造になります。

これにより、より幅広い材料を印刷できるようになり、テクノロジーの汎用性が向上します。

技術的なルートは、望ましい効果に直接関係します。程森平氏は、三畳紀は構造的な準備を実現したいと考えており、「押し出し」などの3Dプリント原理が最も適していると紹介した。

彼女は、Triassic は 2 人の理想主義者によって設立された会社であると述べた。 Li Xiaoling 氏はパシフィック大学薬学部の終身教授です。薬物送達技術の研究開発で 30 年の経験があり、豊かな科学的想像力を持っています。テクノロジーへの関心について語る彼は、電気と機械が好きで、ガレージに自分の旋盤を持っているとGeek Parkに語った。程森平氏は揚子江製薬の米国支社の創設者であり、中国と米国の両方で11年間の起業家経験を持っています。彼女は常に、中国発で世界に影響を与える技術革新を生み出したいと考えていました。

特許スケッチと最初の 3D プリント錠剤 | 出典: Triassic が設立される数か月前に、Li Xiaoling は一連の特許スケッチを描きました。最初の特許スケッチでは、3 つのチャンバーを持つ錠剤と、その横に 3 つの異なる成分に対応する放出曲線が描かれていました。半年後、ついに内部構造を備えた最初の錠剤が試作機によって印刷されました。

現在、Triassic の 3D 印刷技術により、現在の技術では実現が難しい複雑な構造の錠剤を印刷することが可能になりました。たとえば、重度の不眠症患者向けに設計された薬には、1 つの錠剤に 3 つの異なる成分と 3 つの放出プロファイルが含まれています。薬が人体に入ると、最初に放出されるのはオキサゾリジノンです。これは鎮静剤として作用し、患者がすぐに眠りにつくのを助けます。

その後、2 番目の成分であるメラトニンが放出され始め、睡眠時間全体にわたって約 7 時間にわたって一定の割合で放出されます。そして早朝には、3 番目の成分である約 70 mg のカフェイン (コーヒー 1 杯の効果に相当) が放出され、患者を目覚めさせます。

重度の不眠症患者のための不眠薬の設計 | 出典: 三畳紀
03 30年ビジョン

これまでにない医薬品技術の根本的な革新を実現するには、Triassic は印刷装置、材料データ、剤形設計という 3 つの技術分野で進歩する必要があります。同社のチームは典型的な学際的な「混合力」です。程森平氏は「サナシは20以上の専門分野の人材を結集して、この3つのことを実現した。これはこれまでの製薬会社ではできなかったことだ。私たちは設備開発、材料研究、製剤開発を完了した」と語った。

このようなチームでは、さまざまな分野や職歴を持つ人々が知識とスキルを統合する必要があります。同社はまた、人材の採用と研修においても苦労した。

程森平氏は笑いながら、若い頃は才能の越境能力について幻想を抱いていたが、苦労した後で初めて、新しい技術が新しい職業を生み出すという現実を受け入れたと語った。三畳紀に関しては、どんな背景や職業の人であっても、経験は 3 分の 1 しかありません。そのため、当社は経験を移転する能力に重点を置きます。また、会社に採用した人材に対しては忍耐強く接し、会社にさらなる価値を生み出すことを期待しながらトレーニングを行う必要があります。革新を起こす意欲があるかどうかも重要です。 Li Xiaoling 氏は GeekPark に次のように語った。「ただ給料をもらいたいだけで、この仕事に専念したくない人には、教えることはできません。それは心からのものではありません。」

同社の人材は、主にエンジニアリング、材料科学、薬学という 3 つの異なる分野から集まっています。科学者とエンジニアはそれぞれ異なる専門的特性を持っており、共同作業中に最初に生じる対立は、彼らの考え方から生じます。異なる思考パターンの衝突は新しいアイデアを刺激する可能性がありますが、多くの誤解や摩擦も生じます。「混成部隊は二つのことをうまくやらなければならない。一つ目は目標について合意に達すること、二つ目は共に戦いに勝つことだ。戦いに勝つことで互いの戦闘スタイルに適応でき、次の勝利を勝ち取ることができる」と程森平氏は語った。

二人の創業者の異なる考え方も、お互いを補完し合うことができます。李暁玲は科学技術の根底にある論理からポジティブ思考をするのが得意で、程森平はビジネス変革と企業運営の最終点からリバース思考をするのが得意です。 2 人が協力して作業すると、閉じたループを形成し、テクノロジーから製品、そしてビジネス運営まで、あらゆる側面について考えることができます。

ビジネスの観点からは、テクノロジーの進歩だけでなく、テクノロジーから製品に至るまでの道のりも考慮する必要があります。

2016年と2017年に、Triassicは12種類以上の薬剤投与形態の設計に関する体系的な研究を開始しました。その後、投資家に研究内容を説明するだけでも数時間かかることが判明した。そこで同社は決断を下し、その後の製品を迅速に開発するために、十分に研究された比較的シンプルなデザインのみをいくつか残しました。

トライアシックは、世界規模で先駆的な企業として、当然のことながら、グローバルな視点で技術革新を考えます。現在、医薬品3Dプリントの分野で、同社は独自の特許の堀を確立しています。世界には 3D プリントされた医薬品の特許が 500 件以上あり、Triassic 社はそのうち 140 件を所有しています。これらの特許は、開発方法パラダイム、薬剤投与形態、印刷装置などさまざまな側面に分布しています。

2020年、TriassicのMED 3Dプリント技術はCDERの新興技術グループのプロジェクトに選ばれ、同社は米国薬局方からも3Dプリント医薬品規格の策定に参加するよう招待されました。

新たな段階に入ったTriassicは、オープン戦略を打ち出し、技術リソースを開放し、世界の製薬会社と広範な協力関係を築き、3Dプリント医薬品技術の商業化を実現しました。テクノロジープラットフォーム企業として位置づけられるTriassicは、主に2つのビジネスモデルを展開しています。1つは独自に開発したグローバル製品の販売権を外部にライセンス供与すること、もう1つはグローバルおよび中国の製薬企業と共同で医薬品を開発することです。

いずれにせよ、同社はいくつかの大ヒット製品を通じて、3Dプリント医薬品の価値を市場に証明する必要がある。 2023年に上市申請が予定されているT19薬の背景には、技術、臨床効果、承認に加え、商業的価値も考慮される要素の一つとなっている。

他の分野の起業と比べると、製薬業界の人はより多くの忍耐力を必要とします。製薬業界の専門家が学術的な訓練から業界での経験を積むまでには、平均 20 年かかります。程森平氏は、MED 3Dプリント技術は「100年以上前に錠剤製造技術が発明されて以来、最も普遍的な固形剤の開発・製造技術」だと考えている。創業者2人は、Triassicを世界的な影響力を持つスマートな製薬会社にし、製薬業界の変化を促進し、独自の新興技術の産業化と商品化の道を歩むことを望んでいる。チェン・センピンさんは、このプロジェクトに30年を費やしたいと考えています。

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