Uso de la simulación para mejorar la efectividad en la entrega de fármacos

REPORTE ESPECIAL: ENTREGA DE FÁRMACOS



Marc Horner y Ralf Kroeger

Las compañías farmacéuticas están respondiendo al alto costo de introducción de nuevos fármacos al mercado en diferentes formas. Para los nuevos fármacos, las compañías están examinando los productos farmacéuticos y sus sistemas de entrega muy al principio en la fase de diseño de lo que lo hacían en el pasado para asegurar el éxito de la combinación del nuevo fármaco y el dispositivo. Al mismo tiempo, los APIs existentes están siendo reorientados para nuevos tratamientos terapéuticos o nuevas formas de entrega utilizando una formulación mejorada y métodos de entrega que pueden resolver mejor las barreras fisiológicas, bioquímicas y fisicoquímicas. Estos cambios han incrementado el enfoque de la industria sobre la plataforma de entrega de fármacos, como una tecnología facilitadora que puede optimizar la eficacia del fármaco y la redituabilidad.

El software de simulación es una tecnología que puede mejorar el desempeño del dispositivo permitiendo que las compañías farmacéuticas virtualmente modelen y hagan el prototipo de la entrega de los nuevos fármacos. Pueden examinarse varias propiedades, incluyendo la composición del fármaco, el tamaño de partícula, el flujo y la fisiología humana.

Las herramientas de simulación numérica, tales como el análisis de elementos finitos (FEA) y la dinámica de fluidos computacional (CFD) proporcionan una manera para examinar, rápida y económicamente un amplio arreglo de tecnologías de entrega de fármacos. Al principio del ciclo del diseño, la simulación numérica identifica diseños y condiciones de operación que podrían no cumplir los requisitos terapéuticos, permitiendo así que las compañías aborden éstos y que desarrollen un diseño exacto, seguro y efectivo antes de desarrollar el primer prototipo. Posteriormente, pueden construirse modelos para simular el proceso real de entrega del fármaco en humanos. Aunque estos estudios avanzados conllevan más esfuerzo directo, especialmente si se requiere validación, éstos proporcionan ventajas significativas sobre los procesos de desarrollo conducidos experimentalmente. Por lo tanto, pueden reducir la posibilidad de cambios en el diseño después de que el producto entra a estudios en animales o clínicos. Este artículo describe estas tecnologías de simulación y estudios de caso relacionados.

Herramientas dinámicas de fluido por computación
Debido a la naturaleza fluida de la entrega de fármacos, las herramientas CFD se utilizan comúnmente para comprender y optimizar el proceso de entrega. La CFD saca ventaja de los métodos numéricos para resolver las ecuaciones fundamentales para el flujo de fluidos y la transferencia de calor/masa. El proceso comienza creando el dispositivo médico en una herramienta de diseño ayudado por computadora (CAD) o en otro software de modelado sólido. El siguiente paso es descomponer el dominio en una rejilla o malla de computación. Las estructuras anatómicas se incorporan según sea necesario utilizando una de dos técnicas:

• Creando un modelo anatómico idealizado (utilizando software de modelado sólido); ó
• Extrayendo la estructura anatómica de las imágenes del barrido médico utilizando el software de segmentación, como Mimics (Materialise) o ScanIP (Simpleware).