Pfizer: дорогой открытий

Pfizer: дорогой открытий

Препараты для лечения артрита создают с 3D принтером MakerBot

Каждый день лекарственные препараты компании Pfizer меняют к лучшему жизнь сотен миллионов людей по всему миру. Обширный ассортимент одной из крупнейших фармацевтических корпораций мира охватывает лекарственные препараты, вакцины, товары медицинского назначения. Среди выпускаемых компанией лекарственных средств марки Lyrica, Zoloft, Celebrex, Prevnar 13, EpiPen, Advil, Centrum.

Своими успехами компания Pfizer во многом обязана открытиям: экспериментами и исследованиями занимается сразу девять центров научных исследований и разработок. Одна из задач ученых здесь — поиск новых, более эффективных методик исследований. В процессе разработки лекарственных препаратов для лечения остео- и ревматоидного артрита специалисты научно-исследовательского центра в Гротоне (США) добились отличных результатов, задействовав принтер MakerBot®. Освоив 3D печать, компания Pfizer ускорила исследования и укрепила позиции на рынке — инвестиции полностью окупились.

Препараты для лечения артрита создают с 3D принтером MakerBot

Разработка средств для лечения ревматоидных артритов

Сотрудники отдела сравнительной медицины Дэвид Закур и Эдвин Берримен проводят доклинические испытания лекарственных средств с помощью сканера Micro CT. Задача — получить в высоком разрешении 3D-изображения образцов костной ткани, взятых преимущественно у крыс.

Артрит представляет собой заболевание суставов, при котором страдают в первую очередь хрящевая ткань и кость под ней. Для целей данного исследования используется образец проксимального отдела большеберцовой кости, формирующего коленный сустав у крысы и человека. По форме образец длиной 1,5 см напоминает киль каноэ и служит для оценки состояния суставного хряща и прилегающей поверхности кости. Изучая изображения с разрешением 10 мкм, ученые оценивают эффективность экспериментального лечения на примере образцов контрольной группы и результатов лечения существующими препаратами.

Процесс сканирования непрост. Сначала объект предварительно сканируется с низким разрешением, чтобы проверить правильность расположения образца — от этого напрямую зависит итоговый результат. После этого образец сканируют с высоким разрешением, вымачивают в контрастном препарате Гексабрикс и снова сканируют с высоким разрешением. Первое изображение служит для анализа костной ткани, а с помощью окраски и повторного сканирования ученые исследуют хрящевую ткань. «Нас интересует не только хрящевая ткань, но и кость. Первое изображение получается более четким по сравнению с некоторой размытостью, которое дает окрашенная кость. По возможности мы стараемся публиковать полученные данные, и пара таких изображений в публикациях наглядно иллюстрирует состояние хрящевой ткани», — объясняет Закур.

Проблема

При каждом сканировании образец кости должен находиться в одном и том же положении, иначе полученное изображение непригодно для работы. Чтобы получить новые, эффективные лекарственные средства, востребованные рынком, необходимы инновационные методики тестирования. Поскольку тесты весьма специфичны, готовые держатели для таких образцов костей просто отсутствовали. Изготовление одного такого держателя под заказ обошлось бы в две–три тысячи долларов.

Учитывая ограниченный бюджет на проект, ученые попробовали изготовить держатель самостоятельно из конической трубки и прозрачной пипетки. Держатель с образцом вставляли в сканирующую трубку, а всю эту конструкцию — в карусельный магазин сканера. В 40% случаев держатель не справлялся, и приходилось тратить время и нервы на повторное сканирование. Необходимо было эффективное, надежное решение — со 100% гарантией результата.

Решение

Ответ был найден в лаборатории исследовательской и репродуктивной токсикологии: его подсказал ученый Тим Винтон. Зная, что в работе над проектами он использует настольный 3D-принтер MakerBot Replicator® , Закур и Берриман попросили его спроектировать и напечатать держатель для костей.

Винтон быстро понял, что кости отнюдь не плоские. Соответственно, первая сложность заключалась в том, чтобы держатель не только удерживал кость в нужном положении, но и подходил для несколько отличающихся образцов от разных животных. Слишком просто? Еще одно условие: вымоченные в Гексабриксе образцы не должны высыхать, иначе сканер «не увидит» хрящевую ткань, и изображение будет испорчено. Для поддержания нужной влажности в трубку сканера добавляют немного физраствора. Поэтому Винтону нужен был держатель из материала достаточной плотности, чтобы тот не плавал. Металл для этой цели не подходил, поскольку сканер работает с рентгеновскими лучами. В конце концов, с десятой попытки ему удалось получить нужный результат с помощью ПО AutoDesk 123D и 3D принтера MakerBot.

Секрет успеха — быстрая и стабильная печать прототипов. Винтон отмечает, при проектировании была крайне важна точность, ведь для получения качественного результата в модель вносились незначительные изменения. «По образцу готовой модели нужно было напечатать множество держателей. И вновь принтер не подвел, выдавая одну за другой точные копии.  Важнее всего была точность выемок для костей, одинаковых для всех держателей, и Replicator показал отличные результаты», — резюмирует он.

Отпечатанный 3D способом держатель с образцом кости

Результат

С новым держателем сканирование образцов и упорядочивание изображений идет гораздо быстрее. Изначально процесс выглядел так: настроив сканер и поместив образцы в держатели, Закур и Берриман запускали предварительное сканирование, вынимали и заново выравнивали те образцы, которые не сканировались качественно, снова вставляли их в сканер — и цикл, включая предварительное сканирование, повторялся заново. Получение качественного результата требовало несоразмерных временных затрат: на 500 отсканированных изображений приходилось лишь 100 подходящих для работы.

С новым держателем время сканирования сократилось на час. Гораздо быстрее проходит и отбор результатов. На отсканированных изображениях ученые находят практически идентичные участки для одинаковых образцов кости и практически идентичные анатомические структуры.

Оптимизировав процесс, ученые дополнительно сократили затраты, получая только нужные изображения. Кроме того, налицо экономия в две–три тысячи долларов: именно столько стоила бы одна модель такого держателя у стороннего поставщика.

Вместо этого, в Pfizer обошлись своими силами, поэкспериментировав с дизайном и получив множество недорогих держателей при тех же затратах: стоимость 3D принтера MakerBot плюс 48 долл. за большую катушку PLA-пластика. Даже на фоне множества других исследований эта небольшая инновация сэкономила компании тысячи часов рабочего времени и десятки тысяч долларов.

По словам Роберта Чапина, старшего специалиста отдела исследовательской и репродуктивной токсикологии, устройство MakerBot Replicator изначально приобреталось как доступная базовая модель для освоения 3D печати. Инвестиции полностью окупились: «С 3D печатью специалисты Pfizer получают больше возможностей в работе и могут улучшать свои инструменты, чтобы выполнять проекты быстрее, качественнее и с меньшими трудозатратами».

Для работающих в компании ученых 3D принтер MakerBot стал надежным и простым в эксплуатации средством тестирования потенциально перспективных лекарственных препаратов, немыслимых ранее.

Перевод Олеси Зайцевой

Карта сайта