Ciência simplificada na Pfizer

Ciência simplificada na Pfizer

Desenvolver Drogas com Artrite de Forma Eficiente com uma Impressora 3D MakerBot

Sobre Pfizer

Pfizer faz a diferença em milhões de vidas todos os dias. Como uma das maiores corporações farmacêuticas do mundo, seu amplo portfólio consiste em medicamentos, vacinas e produtos de saúde ao consumidor. Por exemplo, Lyrica, Zoloft, Celebrex, Prevnar 13, EpiPen, Advil e Centrum são todos da Pfizer.

O sucesso da Pfizer baseia-se em grande parte em descobertas através de experimentos e estudos rigorosos em suas nove instalações de pesquisa e desenvolvimento. Os cientistas sempre buscam aperfeiçoar seus métodos para fazer melhor o trabalho. Para o desenvolvimento de tratamentos para osteoartrite e artrite reumatoide, os cientistas da sede global de Pesquisa e Desenvolvimento da Pfizer em Groton, Connecticut, estão otimizando suas pesquisas com a MakerBot®. Por meio da impressão 3D, a Pfizer está acelerando a inovação e mantendo uma vantagem competitiva no mercado - tudo com um ROI comprovado para isso.

Desenvolvendo Drogas para Osteo e Artrite Reumatóide

Departamento de Medicina Comparada Os cientistas David Zakur e Edwin Berryman testam os tratamentos pré-clínicos da artrite com um Micro CT Scanner. Este scanner permite que eles captem imagens 3D de alta resolução de amostras ósseas, principalmente nas espécies de ratos.

A artrite é uma doença da articulação, afetando principalmente a cartilagem e osso subjacente. Para estes estudos, uma amostra de 1,5 cm de comprimento é usada a partir da tíbia proximal; um dos ossos que compreende a articulação do joelho em ratos e seres humanos. A amostra tem a forma de uma quilha de canoa. Seu objetivo é estudar a cartilagem articular e osso subjacente da articulação. Examinando a cartilagem com uma alta resolução de 10 micrômetros, eles podem comparar os efeitos de um tratamento experimental em um conjunto de amostras contra amostras para grupos de controle e para tratamentos de artrite existentes.

O processo de digitalização é trabalhoso. Uma imagem preliminar é obtida em baixa resolução para garantir que a amostra esteja orientada corretamente, o que é crítico. A amostra é então escaneada em alta resolução, depois embebida no agente de contraste Hexabrix e, em seguida, escaneada novamente em alta resolução. A primeira varredura permite coletar e compilar dados ósseos enquanto o corante e a segunda varredura são para examinar a cartilagem. Zakur explica o processo com: “Também precisamos de dados ósseos e a imagem anterior dá uma resolução mais nítida para essas imagens devido ao 'brilho' não específico criado com o osso embebido em contraste ... sempre procuramos publicar nossos dados, e antes e depois imagens ajudam a contar a história com imagens de cartilagem. ”

CIÊNCIA AVANÇADA NO PFIZER 2

Desafio

Para cada varredura, a amostra precisa estar exatamente na mesma posição; caso contrário, os dados da imagem não poderão ser usados. Para desenvolver tratamentos novos e eficazes que possam competir no mercado, eles precisam garantir que seus métodos de teste sejam inovadores. Como esse teste é tão específico, não existe um suporte para essas amostras específicas de ossos de ratos. A terceirização de uma iteração pode custar de dois a três mil dólares.

Como seu orçamento era limitado, os cientistas inicialmente fabricaram seu próprio suporte no laboratório a partir de um tubo cônico e uma pipeta de transferência. Esse suporte e a amostra entram no tubo de digitalização que cabe dentro de um carrossel dentro do scanner. O detentor tinha uma taxa de falha de 40%, o que exigia que eles digitalizassem as imagens com frequência, resultando em tempo perdido e muita frustração. Para realizar este teste, eles precisavam de uma solução eficiente e confiável com uma taxa de sucesso de 100%.

Solução

A resposta foi no Laboratório de Toxicologia da Reprodução e Desenvolvimento, com o cientista Tim Winton. Sabendo que ele trabalhou em projetos com uma impressora 3D MakerBot Replicator® Desktop, Zakur e Berryman perguntaram se Winton poderia projetar e imprimir em 3D um porta-osso.

Winton aprendeu rapidamente que não há "ossos chatos". Portanto, seu primeiro desafio foi projetar um suporte que pudesse segurar o osso na orientação correta e acomodar todas as amostras de osso, que diferem ligeiramente de animal para animal. Para aumentar o desafio, as amostras colocadas no Hexabrix não podem secar. Se o fizerem, a imagem ficará inutilizável porque a cartilagem não pode ser “vista” pelo scanner. Para manter a umidade necessária, uma pequena quantidade de solução salina é adicionada ao tubo que se encaixa dentro do scanner. Winton precisava criar um suporte suficientemente denso para não flutuar; também não poderia ser metal, já que essas varreduras são raios X. Depois de dez interações usando o software AutoDesk 123D Design e sua impressora MakerBot 3D, ele conseguiu.

Impressões rápidas e consistentes durante a fase de protótipo são fundamentais. De acordo com Winton, “Essa consistência é imperativa durante o processo de projeto, quando ajustes sutis aos suportes foram feitos para entregar o produto final. Quando o projeto final estava completo, precisávamos imprimir inúmeros suportes. A consistência do Replicador foi exibida novamente ao entregar duplicações exatas dos detentores de impressão para impressão. Mais notavelmente, os entalhes dentro do suporte onde o osso é colocado são necessários para serem exatos e replicáveis ​​entre todos os estandes, e o Replicador forneceu excelentes resultados. ”

CIÊNCIA AVANÇADA NO PFIZER 3
O suporte de osso impresso 3D com amostra de osso

Benefício

O novo detentor permitiu que Zakur e Berryman simplificassem todo o processo de digitalização de amostras e organização das imagens. Em seu fluxo de trabalho inicial, eles precisavam configurar e posicionar amostras em suportes, executar imagens de reconhecimento e digitalizações, descarregar e reposicionar as amostras que não digitalizavam corretamente, substituí-las na câmara de digitalização e passar pelo processo de varredura e digitalização novamente . Escaneamento constante e redigitalização exigiam que eles gastassem quantidades exorbitantes de tempo vasculhando 500 imagens para encontrar 100 que eram utilizáveis.

O novo detentor reduziu o tempo de escaneamento em uma hora, o que também traduziu em muito menos tempo selecionando as imagens posteriormente. Os cientistas podem encontrar localizações geográficas quase idênticas das mesmas amostras ósseas através de múltiplas varreduras e localizar estruturas anatômicas quase idênticas entre as amostras.

Com esse processo eficiente, esses detentores também permitiram que os cientistas economizassem dinheiro tirando apenas as imagens de que precisavam. Também em termos de custo, um titular terceirizado custaria de duas a três mil dólares.

CIÊNCIA AVANÇADA NO PFIZER 4

Em vez disso, a Pfizer poderia iterar em um projeto e, em seguida, criar muitos proprietários a baixo custo, gastando a mesma quantidade em uma impressora 3D MakerBot e os US $ 48 por um grande carretel de filamento de PLA. Espalhada através de inúmeros estudos, esta pequena inovação elevou-se a milhares de horas e dezenas de milhares de dólares economizados.

De acordo com Robert Chapin, Pesquisador Sênior em Toxicologia do Desenvolvimento e Reprodutiva, ele originalmente trouxe o MakerBot Replicator como uma entrada acessível para a impressão 3D. Essa recompensa foi compensada, compartilhando "A impressão 3D permite a todos um maior grau de controle e influência sobre seu trabalho, incentivando as pessoas a otimizarem as ferramentas usadas para que o trabalho seja executado de forma mais rápida, suave e melhor".

Com uma impressora 3D MakerBot confiável e fácil de usar, os cientistas da Pfizer têm o poder de testar tratamentos potencialmente inovadores que não seriam possíveis antes.