Science presenteert software die een complete proefopzet voor organische synthese omzet in een 3D-print. Vooral handig als je kleine hoeveelheden ingrediënten voor geneesmiddelen wilt maken, denken Philip Kitson, Lee Cronin en collega’s van de universiteit van Glasgow.

Ze voorspellen dat hun aanpak uiteindelijk zal leiden tot een ‘digitalisering van de chemische synthese’ die het mogelijk maakt om medicijnen lokaal te laten produceren door eindgebruikers. Als je de synthese zo veel mogelijk automatiseert en het bouwen van de proefopzet onderdeel laat uitmaken van het digitale recept, maak je de kans op fouten immers een stuk kleiner dan wanneer je mensen laat knoeien met laboratoriumglaswerk in de zuurkast.

Het plan borduurt voort op Cronins eerdere idee van een 3D-geprinte chemische ‘treiterkubus’ waarbij elk blokje diende als reactor en de reactanten naar het volgende blokje liepen wanneer je het geheel ondersteboven hield.

Kitsons uitwerking ziet er een stuk professioneler uit. De kubusjes hebben plaats gemaakt voor ‘cartridges’, geprinte polypropeen flesjes die je met slangetjes aan elkaar zet. Tijdens het printproces geef je ze een binnenwerk mee dat ze geschikt maakt voor hun toegewezen taken, zoals reageren, filteren of fasen scheiden. Moet er iets in dat je niet kunt printen, zoals een heterogene katalysator of een membraan, dan onderbreek je eventjes het printproces zodat je het er in kunt leggen.

Voor dat printen kun je een redelijk goedkope printer gebruiken, mits de kop heet genoeg wordt om polypropeen te verspuiten; Cronins lab heeft er een aantal Ultimaker 2’s voor staan.

Om te beginnen liet Kitson cartridges printen voor een aantal deelreacties uit de synthese van drie ingrediënten: (±)-baclofen, lamotrigine en zolimidine. In de meeste gevallen was de opbrengst net een beetje lager dan wanneer je glaswerk gebruikt; zo’n 3D-geprinte wand is nooit helemaal glad en de onderzoekers vermoeden dat een beetje vloeistof op de ribbeltjes blijft hangen.

Alleen de kopergekatalyseerde jodering, die te pas komt aan de synthese van zolimidine, viel de opbrengst erg tegen. Vermoedelijk omdat jood ook met polypropeen reageert.

Als proof of principle is vervolgens de complete synthese uitgeprint van (±)-baclofen, voluit RS-β-4-chloorfenyl-γ-aminoboterzuur, uit methyl 4-chloorcinnamaat. Daar zijn twaalf bewerkingen voor nodiig, waarvan drie reacties: een Michael-additie van nitromethaan, een nikkelgekatalyseerde reductieve lactamisering en een zure hydrolyse.

Kitson verdeelde het over vijf cartridges waarvan de eerste de additie, een verdamping en een extractiestap met ether omvat. De twee wisselt het oplosmiddel en zorgt voor de reductie, de derde omvat een fasenscheiding en een filtratiestap, de vierde wisselt weer van oplosmiddel en doet de hydrolyse, en de vijfde filtreert. Het werkte redelijk.

De auteurs zien wel aankomen dat je de regelgeving voor geneesmiddelen helemaal nieuw zult moeten opzetten om met dit soort productieprocessen te kunnen omgaan.

bron: Science