Medikamente aus dem 3D-Drucker - Grundlagenforschung der TH Köln undder Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Konzept für den Einsatz des 3D-Drucks in der pharmazeutischen Produktion: Im Schmelzextruder(rechts) werden die Ausgangssubstanzen aufgeschmolzen und mit dem Drucksystem (links) inTablettenform gebracht. (Grafik: TH Köln)

Medikamente, die individuell auf die Bedürfnisse der Patientinnen undPatienten zugeschnitten sind, haben eine erhöhte Wirksamkeit und geringere
Nebenwirkungen. Daher bedarf es neuer Methoden, um Tabletten in kleinen
Mengen effektiv herzustellen. Die TH Köln und die Heinrich-Heine-Universität
Düsseldorf (HHU) erforschen in einem im Sommer 2019 gestarteten
gemeinsamen Projekt die Möglichkeiten des 3D-Drucks in derpharmazeutischen Produktion. Im Fokus stehen Arzneimittel
unterschiedlicher Dosis für individualisierte Kleinst- und Kleinchargen.
Basis des Projektes ist ein pharmazeutischer Schmelzextruder, in dem dieAusgangssubstanzen für die Medikamente vermischt und aufgeschmolzen werden,und ein neu zu entwickelndes Drucksystem für die Herstellung oraler

Darreichungsformen wie zum Beispiel Tabletten. Im Extruder werden
pharmazeutische Wirkstoffe unter anderem mit bioresorbierbaren Polymeren – also
Kunststoffen, die der Körper abbauen kann – verarbeitet und aufgeschmolzen.
„Unser Augenmerk liegt darauf, ein absolut homogenes Gemisch herzustellen, dasden Qualitätsstandards der Arzneimittelherstellung entspricht und jederzeit
reproduzierbar ist. Insbesondere die Produktion von Medikamenten mit sehrgeringer Wirkstoffdosierung ist dabei die Herausforderung“, sagt Dr. Julian
Quodbach vom Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie derHHU, das für die Entwicklung und Erforschung der Wirkstoff-Polymermischungenzuständig ist.
Das Labor für Fertigungssysteme der TH Köln entwickelt das Drucksystem, dasdirekt an den Extrusionsprozess anschließt und etwa 100 Tabletten pro Stunde
produzieren soll. „Wenn der Extruder einmal optimal eingestellt ist, muss er
dauerhaft fördern und kontinuierlich Material liefern, um die Qualität undGleichförmigkeit der Tabletten zu garantieren. Das Drucksystem hingegen arbeitet
diskontinuierlich und muss prozessbedingt kurze Pausen einlegen, damit dieeinzelnen Darreichungsformen nicht durch Stränge verbunden sind und keinMaterial vergeudet wird“, erklärt Tilmann Spitz von der TH Köln. Daher wird dasTeam ein Puffersystem entwickeln, in dem das Material für eine gewisse Zeit bei
Schmelztemperatur gespeichert und wieder abgegeben werden kann.
Größere Materialvielfalt durch 3D-Druck ohne Zwischenprodukt
Im herkömmlichen 3D-Druck wird die Polymer-Wirkstoffmasse nach dem Verlassen
des Extruders zu langen Kunststoffsträngen, den sogenannten Filamenten,verarbeitet. Diese werden dann in einem 3D-Drucker ein zweites Mal
aufgeschmolzen und gedruckt. „Da wir den Druckkopf direkt hinter dem Extruder
platzieren, sparen wir das Zwischenprodukt. Die Polymere müssen nur einmal
aufgeschmolzen werden, was besonders für hitzeempfindliche Wirkstoffe gut ist“,sagt Spitz.
Das Forschungskonsortium erhofft sich von der neuen Technologie auch, dass eine
größere Bandbreite an Polymer-Wirkstoffkombinationen und sogar Wachse oder
Lipide verarbeitet werden können. „Es gibt eine Reihe von Polymeren, die dabei
helfen, schwer lösliche Wirkstoffe besser in den Körper aufnehmen zu können.
Diese möchten wir gerne verarbeiten. Wachse und Lipide zeigen andere
interessante Effekte, lassen sich aber nicht zu 3D-druckbaren Filamenten
verarbeiten. Mit dieser neuen Technologie hoffen wir, auch diesevielversprechenden Substanzen für den pharmazeutischen 3D-Druck zugänglich zumachen“, ergänzt Quodbach.
Das Projekt „HME 3D – 3D-Druck pharmazeutischer Darreichungsformen mittels
Schmelzextrusion“ wird über das Programm „Industrielle Gemeinschaftsforschung“(IGF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) von Juni 2019 bis
November 2021 gefördert. Mit dem Programm unterstützt das Ministerium unter
anderem Grundlagenforschung mit Fokus auf industrielle oder kommerzielle
Anwendungsbereiche. Ein projektbegleitender Ausschuss mit Industrievertretern
liefert Input sowie Ideen und dient als Rückkopplung mit der Praxis.
Die TH Köln zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte
Wissenschaften in Deutschland. Sie bietet Studierenden sowie
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland ein
inspirierendes Lern-, Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-,Gesellschafts-, Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind mehr als 26.000
Studierende in rund 100 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. DieTH Köln gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den
Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und Handeln,unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten machen uns in vielen
Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und Wegbereiterin.
Die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) ist seit 1965 die Universität derNordrhein-Westfälischen Landeshauptstadt. Die HHU begreift sich als
Bürgeruniversität, die ihr Wissen kontinuierlich mit der Gesellschaft im Großraum
Düsseldorf teilt. Ihre Verankerung in Wirtschaft, Kultur und Gesellschaft ist ebenso
profilgebend wie ihre Ausrichtung als interdisziplinär agierende deutscheVolluniversität. An ihrer Medizinischen, Mathematisch-Naturwissenschaftlichen,Philosophischen, Wirtschaftswissenschaftlichen und Juristischen Fakultät studierenrund 35.000 Studierende. Im Fokus der Forschung stehen traditionell dieLebenswissenschaften, ergänzt unter anderem durch Schwerpunkte wie
Wettbewerbsforschung, Internet und Demokratie, Algebra und Geometrie sowie
Sprache – Wissen – Kognition. 2018 wurde der seit 2012 bestehende HHUExzellenzcluster CEPLAS, der die künftige Welternährung durch Nutzpflanzen
erforscht, im Rahmen der „Exzellenzstrategie“ von Bund und Ländern bestätigt.
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