IMPACTIVE è un progetto europeo basato sulla meccanochimica, cioè una branca della chimica basata sul principio che le molecole reagiscano quando si scontrano tra loro in assenza di solvente, e per la quale gli studi suggeriscono una maggior sostenibilità ambientale, minor tossicità e tempi di produzione più brevi.
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La ricerca di processi chimici sostenibili è da lungo tempo una sfida, soprattutto nel settore della produzione farmaceutica. La complessità dei farmaci terapeutici e i numerosi passaggi coinvolti nella loro produzione rappresentano ostacoli significativi per la riduzione degli sprechi ambientali. La revisione dell’attuale legislazione farmaceutica, presentata lo scorso 26 aprile dalla Commissione Europea, prevede di mitigare ulteriormente l’impatto ambientale della produzione di medicinali, in linea con gli obiettivi del Green Deal europeo. Ciò, come viene anche espresso nelle linee guida sviluppate dall’EMA a riguardo, può richiedere cambiamenti nella manifattura dei medicinali. È qui che entra in gioco la meccanochimica.
La meccanochimica è un ramo della chimica che si basa sul principio che le molecole reagiscano quando si scontrano tra loro in assenza di solvente: a differenza della chimica tradizionale che si basa su soluzioni e varie tecniche di agitazione, la meccanochimica schiaccia le molecole insieme utilizzando strumenti come i mulini a sfere o gli estrusori. Questi dispositivi, comunemente impiegati in settori come la produzione di plastica, sono eccellenti nel macinare, schiacciare e comprimere materiali insieme.
Le possibilità della meccanochimica sono al centro di IMPACTIVE, un progetto europeo finanziato dalla Commissione Europea con 7,7 milioni di euro tramite il programma Horizon. Evelina Colacino, professoressa di Chimica organica e Green Chemistry all’Università di Montpellier, in Francia, è alla regia del progetto: «L'applicazione della meccanochimica nella produzione farmaceutica presenta un enorme potenziale. Sfruttando la forza meccanica, generata da impatti, compressioni, sfregamenti, alcune reazioni chimiche possono essere facilitate senza la necessità di solventi, riducendo gli sprechi e la tossicità. Inoltre, i metodi meccanochimici spesso richiedono tempi di reazione più brevi e presentano rese più elevate rispetto agli approcci tradizionali a base di solvente, contribuendo a una produzione potenzialmente più efficiente ed economica».
In uno studio pubblicato sulla rivista ACS Sustainable Chemistry and Engineering, che ha rappresentato il punto di partenza di IMPACTIVE, il gruppo di ricerca guidato da Colacino ha confrontato il metodo di sintesi tradizionale per la produzione del principio attivo della nitrofurantoina (un antibatterico), a base di solventi, con quello della meccanochimica mediante estrusione reattiva. Il metodo che utilizza solventi è risultato produrre un quantitativo di 603 kg di CO2 per ogni kg di principio attivo prodotto. Grazie all'applicazione della meccanochimica, questa emissione è stata drasticamente ridotta a soli 74 kg di CO2 per chilogrammo di prodotto. Esiti simili sono stati osservati per quanto riguarda l'ecotossicità terrestre, che comprende l'inquinamento dell'acqua, del suolo e dell'aria.
Questi cambiamenti positivi sono stati principalmente attribuiti a una sostanziale riduzione della quantità di reagenti utilizzati (il processo non richiede reattivi in eccesso) e all'eliminazione completa di solventi. Per stimare le potenziali emissioni annuali di gas serra per la produzione commerciale di nitrofurantoina, i ricercatori hanno calcolato un'impressionante riduzione dell'87% se si utilizzasse la meccanochimica. Inoltre, hanno riscontrato una significativa flessione dei costi, con una diminuzione delle spese annuali da 162.000 dollari utilizzando il metodo basato sui solventi a soli 19.000 dollari con la meccanochimica. Allargando la prospettiva per considerare i costi di produzione e vendita di vari prodotti farmaceutici, le implicazioni di questo studio sono profonde.
Il progetto IMPACTIVE rappresenta una collaborazione di rilievo tra diversi paesi europei, tra cui Francia, Germania, Italia, Olanda, Belgio, Irlanda, Estonia, Spagna, Portogallo, Svizzera e Israele. Coinvolge istituti di ricerca prestigiosi come il BAM di Berlino, il Max Planck Institute di Mülheim e il Consorzio Interuniversitario per lo Sviluppo dei Sistemi a Grande Interfase (CSGI), con sedi a Cagliari, Firenze, Parma e Salerno. «Applicheremo la meccanochimica nella sintesi di sei farmaci già commercializzati, tra cui trattamenti antitumorali, farmaci per il diabete e antipertensivi», spiega Colacino. «L'obiettivo finale è quello di sviluppare prototipi che le grandi industrie farmaceutiche possano adottare. Abbiamo scelto di sviluppare principi attivi di farmaci (e anche i cosiddetti intermedi chiave per arrivare alle molecole finali) per i quali ci sono problemi di sviluppo in soluzione. Questi problemi possono essere di diverso tipo, per esempio di natura chimica, regolatoria, di sicurezza o legati alla natura stessa della molecola. Se noi possiamo ridurre l'impatto ambientale o aumentare la sicurezza dei processi cambiando il modo in cui queste molecole sono realizzate, sicuramente c'è un guadagno in termini di sicurezza, in termini di tempo, di ottimizzazione delle risorse, di abbattimento dei costi energetici, di costi per lo smaltimento dei rifiuti, perché ci sono meno rifiuti».
Se il progetto avrà successo, rappresenterà un’opportunità per mantenere la produzione di principi attivi in Europa: «L’Unione Europea sta chiedendo soluzioni per fare in modo che ciò che attualmente viene realizzato all’estero per problemi di costi venga invece realizzato in Europa. Il nostro progetto potrebbe dare un contributo in questo senso».
Uno degli obiettivi principali del progetto è fornire risultati che possano essere facilmente implementati dall'industria farmaceutica. Per garantire la scalabilità e la fattibilità dei risultati del progetto in un contesto industriale, due importanti aziende europee, Merck e Novartis, sono attivamente coinvolte nel consorzio. «Novartis è partner di un programma di lavoro specifico di IMPACTIVE, che riguarda il ciclo di vita, la sicurezza e la valutazione del rischio», spiega Wojciech Nowak, Senior Director Global Public Affairs di Novartis. «Questo gruppo si propone di realizzare farmaci ecologici, analizzando l'intero ciclo di produzione, monitorando da vicino tutti i processi, per tenere conto degli impatti ambientali, sanitari e sociali. La nostra azienda si è impegnata a contribuire fornendo supporto per le metriche del programma. L'obiettivo condiviso del gruppo rimane lo scambio di informazioni, finalizzato a comprendere se la tecnologia rappresenti un'opzione valida in tema di sostenibilità. Negli ultimi mesi ci sono state crescenti e forti aspettative, grazie a un buon slancio e a un alto livello di energia nel gruppo, insieme alla necessità urgente di ridurre rapidamente l'impronta ambientale dei nostri processi, ma lo sforzo collettivo attuale e a medio termine costituirà al massimo una prova di concetto, in modo più realistico. Solo in caso di esito positivo, si potrebbe ipotizzare una penetrazione rapida e incisiva della tecnologia. I nostri esperti coinvolti in questo programma considerano la meccanochimica una tecnologia potenzialmente molto interessante, che potrebbe portare a un significativo miglioramento della sostenibilità e risparmi di CO2, specialmente rispetto alla chimica classica. Al momento non possiamo dire di più, poiché stiamo assistendo e cercando di agevolare i primi tentativi di collegamento tra la ricerca accademica e un'applicabilità più concreta di questa tecnologia ai nostri composti».
Nonostante la necessità di ulteriori ricerche e di affrontare sfide tecniche, il progetto IMPACTIVE sulla meccanochimica cerca di stendere le basi per una nuova era di produzione farmaceutica sostenibile, che potrebbe avere un impatto significativo sul settore e rispondere agli obiettivi richiesti dall’Unione Europea.
