Dank 3D-Druck können Pharmaunternehmen personalisierte Tabletten herstellen, anstatt milliardenfach identische Tabletten zu produzieren. Lernen Sie einen Wissenschaftler kennen, der hierbei Pionierarbeit leistet.
2. Februar 2024 | 5 Min.
Die meisten Kinder wissen wenig über den Beruf ihrer Eltern. Doch Thomas Kipping hat keinen Beruf wie die meisten Eltern. Einen Teil seiner Zeit verbringt Kipping damit, mit Laserstrahlen Tabletten herzustellen.
Sein achtjähriger Sohn Léopol kann sich kaum vorstellen, dass Laser für etwas anderes verwendet werden als für die Lichtschwerter in seinen Lieblingsfilmen. Selbst für die meisten Erwachsenen scheint die Herstellung von Arzneimitteln mit Laserstrahlen reine Zukunftsmusik zu sein. Doch diese Zukunft ist näher, als man denkt.
Léopol hat seinen eigenen „Laser“ zu Hause.
Laser sind nur eine von verschiedenen Methoden des 3D-Drucks. Diese additiven Fertigungsverfahren können für die Herstellung von Arzneimitteln in kleinen Chargen eingesetzt werden. Gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen arbeitet Kipping daran, diese Verfahren zu verbessern und neue Methoden zu entwickeln.
Die effiziente Herstellung kleinerer Chargen von Arzneimitteln ist eine große logistische Hürde für die Präzisionsmedizin. Bei diesem Ansatz geht es um die Erstellung individueller Behandlungspläne für Patienten auf der Grundlage ihrer spezifischen Bedürfnisse. Damit dies funktioniert, müssen die Medikamente auf jeden einzelnen Patienten zugeschnitten und in kleineren Mengen hergestellt werden.
Altes muss manchmal weichen
Die konventionelle Herstellung von Arzneimitteln in großen Chargen dauert oft Wochen oder Monate, wobei nicht selten Milliarden von Tabletten produziert werden. Eine komplexe Infrastruktur, hohe Investitionen und große Produktionsflächen sind erforderlich. Im Wesentlichen werden dabei pulverförmige Rohstoffe in großen Maschinen in nur einer Schicht zu festen Tabletten gepresst.
Für bestimmte Medikamente wie Ibuprofen ist diese Methode ideal, solange die Nachfrage konstant hoch ist und die Dosierung nicht zu genau eingehalten werden muss. Erwachsene nehmen eine oder zwei Tabletten ein – nicht 1,15. Die Anpassung der Wirkstoffdosierung ist in der konventionellen Produktion schwierig und zeitaufwändig.
Ebenso problematisch ist die konventionelle Herstellung kleiner Mengen eines Medikaments. Es ist kostspielig und ineffizient, einige hundert Tabletten für eine klinische Studie oder einige Dutzend für einen bestimmten Patienten herzustellen. Das sind zwei der Hauptgründe, warum die biopharmazeutische Industrie nach alternativen Methoden zur Herstellung von Arzneimitteln sucht. Und genau hier kommt der 3D-Druck ins Spiel.
Der 3D-Druck ist seit 1987 bekannt und wird bereits in vielen Branchen verwendet. 3D-gedruckte Produkte sind unter anderem in der Lebensmittel- und Kunststoffindustrie gang und gäbe. Obwohl bereits 2015 das erste von der FDA zugelassene Medikament im 3D-Druckverfahren hergestellt wurde, sind bisher keine weiteren gefolgt, zumindest noch nicht. Die 2015 eingesetzte Technologie wurde für eine sehr spezielle Anwendung entwickelt, sodass es einige Zeit gedauert hat, sie auf andere Medikamente auszuweiten.
Kipping und sein Team arbeiten an einer Handvoll verschiedener 3D-Druck-Konzepte, von denen sie sich weitere Zulassungen erhoffen.
Die Apotheke der (nahen) Zukunft
Einige Arzneimittel, die mit dem 3D-Druckverfahren der Schmelzextrusion produziert wurden, werden bereits klinisch getestet. Bei diesem Verfahren werden Wirkstoffe unter Hitzeeinwirkung mit anderen Zusatzstoffen vermischt, die die Abgabe und Aufnahme erleichtern. Die „inaktiven“ Hilfsstoffe (sog. Excipients) sind dabei entscheidend, denn ohne sie wird der Wirkstoff nicht aufgenommen und landet buchstäblich in der Toilette.
Die Optimierung dieser Excipients ist ein wichtiger Aspekt von Kippings Arbeit. Da die Arzneimittel nicht auf konventionelle Weise hergestellt werden, benötigen unsere Kunden eine einzigartige Kombination aus Excipients und Fertigungs-Know-how, die von Kipping und seinem Team ermittelt wird.
Beispielsweise lässt sich die Heißschmelzextrusion im Vergleich zu anderen Verfahren wie dem Laserdruck viel einfacher außerhalb industrieller Umgebungen realisieren. Um die Ausgabe personalisierter Arzneimittel in Apotheken zu ermöglichen, arbeitet Kippings Team eng mit einem Team der Universität Bari zusammen. Gemeinsam untersuchen sie die Möglichkeiten des direkten Extrusionsdrucks, der den Zugang zu dieser Technologie in örtlichen Apotheken und Krankenhausapotheken erleichtern würde.
Aus diesem Grund sind Kipping und andere zuversichtlich, dass Arzneimittel in absehbarer Zeit auch außerhalb von Großanlagen hergestellt werden können. Die patientennahe Produktion ist ein weiterer Schritt hin zu einer wirklich personalisierten Medizin.
Thomas Kipping (links) und Florian Hess (rechts) untersuchen mit einem Zerfallstester, wie sich eine Tablette verhalten könnte, wenn der Wirkstoff im Körper freigesetzt wird.
Laserscharf
Sehr zur Freude von Kippings Sohn gehört auch der 3D-Laserdruck zu den untersuchten Verfahren. In Kooperation mit Forschungsgruppen der Universitäten Uppsala und Utrecht arbeitet das Team daran, die Besonderheiten der Lasertechnologie beim 3D-Druck von Tabletten besser zu verstehen.
Dabei wird im Wesentlichen ein dünnes Pulverbett gebildet, das aus Wirkstoffen und verschiedenen Polymeren besteht. Anschließend wird das Pulver mit einem Laser gleichmäßig aufgeschmolzen. Darauf wird eine weitere Pulverschicht aufgetragen, die wiederum aufgeschmolzen wird. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis eine dreidimensionale Form entsteht. Das klingt zwar nach einem langwierigen Prozess, aber der Laser arbeitet mit Lichtgeschwindigkeit.
„Der Laser bewegt sich sehr schnell durch das Pulverbett“, erklärt Kipping.
Mit dem Laser können Tabletten gedruckt werden, die relativ porös sind bzw. winzige Löcher aufweisen. Da durch diese Löcher Wasser eindringen kann, löst sich die Tablette nach der Einnahme schneller auf. Aus diesem Grund ist der Laserdruck besonders für Arzneimittel interessant, die möglichst schnell freigesetzt werden sollen.
„Wir sehen im Laserdruck ein großes Potenzial. Deshalb beschäftigen wir uns schon von Anfang an mit dieser Technologie“, sagt Kipping. Die Forscher arbeiten mit Hochdruck daran, den laserbasierten 3D-Druck von Arzneimitteln für die Pharmaindustrie nutzbar zu machen.
Kipping und andere in diesem Bereich sehen sich unmittelbar vor der Schwelle zur Umsetzung der möglichen und sinnvollen Anwendungen. Für seinen Sohn hingegen sind die Auswirkungen auf die personalisierte Medizin und die Zukunft der Gesundheitsversorgung noch nicht so interessant. Ihn begeistern vor allem die Laser.
Unser Angebot
Die Verbesserung der Löslichkeit ist nach wie vor eine große Herausforderung bei der Entwicklung pharmazeutischer Formulierungen. Und obwohl es für kleine Moleküle keine Patentlösung gibt, arbeiten unsere Teams an der Weiterentwicklung von Verfahren wie dem 3D-Druck und der Entwicklung neuer Rezepturen, die eine bessere Löslichkeit versprechen. Mit unseren Application Services unterstützen wir unsere Kunden bei einer Vielzahl von Herausforderungen. Dazu gehört auch die Vereinfachung von Formulierungen mithilfe unserer innovativen funktionellen Hilfsstoffe der Marke Parteck®.
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