3D-Druck von Tabletten 3D-Drucker für individualisierte Medikamente entwickelt

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TH Köln

Im Projekt „PolyPrint“ hat ein Konsortium aus Wissenschaft und Industrie einen neuartigen 3D-Drucker und optimierte pharmazeutische Polymere für die additive Fertigung von Tabletten entwickelt. Zum Einsatz könnte die neue Technologie in Apotheken oder Krankenhäusern für individualisierte Medikamente kommen.

Hoch individualisierte Medikamente aus dem 3D-Drucker könnten den Behandlungserfolg erhöhen, Nebenwirkungen verringern und die Therapietreue verbessern. Um diese Technologie niedrigschwelliger zu gestalten und etwa für Apotheken oder Krankenhäuser attraktiv zu machen, wurden nun im Projekt Poly Print ein neuartiger 3D-Drucker und optimierte Polymere entwickelt. Am Projekt beteiligt sind die TH Köln, die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), die Merck KGaA und die Gen-Plus GmbH & Co. KG an.

Wie die TH Köln mitteilt, stammen die mit dem 3D-Drucker verarbeiteten und neu entwickelten pharmazeutischen Polymere von der Firma Merck. Sie sind für die Verfahren Hot Melt Extrusion und Fused Deposition Modeling geeignet, welche die Grundlage des neuen 3D-Druckverfahrens sind. Bei der Hot-Melt-Extrusion werden Kunststoffe aufgeschmolzen, mit den pharmazeutischen Wirkstoffen vermischt und zu langen Fäden, den Filamenten, verarbeitet. Das Fused Deposition Modeling ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der die Filamente im Druckkopf ein zweites Mal aufgeschmolzen und zu Tabletten geformt werden. Anforderungen an die neuen Polymere sind unter anderem eine hohe Wasserlöslichkeit, geringe Verarbeitungstemperatur und hohe thermische Stabilität.

Bis zu acht Druckköpfe sollen Tabletten drucken

Der im Labor für Fertigungssysteme der TH Köln entwickelte Prototyp des neuen 3D-Druckers arbeitet mit zwei Druckköpfen. Diese können Filamente mit unterschiedlichen Wirkstoffen verarbeiten und nacheinander oder im Wechsel eine Tablette drucken. Wenn das System komplett ausgebaut ist, könnten bis zu acht Druckköpfe integriert werden. Dabei entspricht das Gerät den Anforderungen der „Good Manufacturing Practice“ nach dem EU-GMP-Leitfaden für Anlagen in der pharmazeutischen Produktion, heißt es. So ist der Druckraum komplett abgekapselt und alle Komponenten, die mit Material in Berührung kommen, können leicht entfernt und gereinigt werden. Der wassergekühlte Druckkopf sei auch für brüchige Filamente geeignet.

Das Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und die Firma Gen-Plus untersuchten den Verarbeitungsschritt vom Polymer zur Tablette. Zentral dafür ist der Extruder, der Polymere und Wirkstoffe vermischt. Dieser wurde so konfiguriert, dass auch bei sehr geringen Dosierungen von 0,1 Prozent Wirkstoff Filamente entstehen, die vollständig homogen sind, damit jede Tablette die gleiche Menge Wirkstoff enthält. Zudem wurden die Druck- und Temperaturbedingungen im Druckkopf analysiert.

Einsatz für individuell benötigte Medikamente

Die mit dem neuen 3D-Drucker hergestellten individuell gedruckten Medikamente könnten zum Beispiel Wirkstoffe an den Körper über einen bestimmten Zeitraum freisetzen. Das ließe sich über bestimmte Geometrien oder Oberflächen steuern. Hier entwickelten die Projektpartner eine Tablette zur Behandlung von Parkinson mit drei Wirkstoffen. Diese wurde so gestaltet, dass die Wirkstoffe sich nacheinander aus der Tablette lösen und so in der Behandlung die optimale, aufeinander abgestimmte Wirkung zeigen. Ebenfalls könnten Kleinkinder und Kinder von der neuen Entwicklung profitieren. Hier ließen sich Medikamentendosen aufgrund des schnellen Wachstums in sehr kleinen Schritten anpassen. Auch in der Präzisionsmedizin, die Arzneistoffe patientengenau zuschneidet, könnte das Verfahren Anwendung finden. Möglich sind Chargengrößen zwischen einer und hundert Tabletten.

Zum Einsatz könnte die neue Technologie in Apotheken oder Krankenhäusern kommen. Der Umgang mit dem neuen 3D-Drucker sowie den Filamenten mit dem Polymer-Wirkstoff-Gemisch soll einfach gestaltet und schnell erlernbar sein. Die gewonnenen Erkenntnisse zu Polymeren, Druckverfahren und Druckerdesign wollen die Projektpartner in ein Start-up einfließen lassen, das in den kommenden Jahren ein marktreifes Produkt entwickeln soll.

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