Max-Planck-Institut stellt 3D-gedruckte Pillen mit zeitversetzter Wirkung her

Für die Pharmazie bietet die additive Fertigung zahlreiche Vorteile. Unter anderem kann die Technologie dafür verwendet werden, die Medikamente hinsichtlich der Bedürfnisse der Patienten zu personalisieren. Ebenfalls lassen sich Medikamente in ihrer Form und Farbe ändern. Besonders in der Pädiatrie kann es dadurch für die Kinder einfacher sein, Pillen einzunehmen. Dank der vielen positiven Aspekte von 3D-gedruckten Arzneimitteln, wurde der globale Markt hierfür laut einer Studie von Grand View Research im Jahr 2021 auf 72,02 Millionen US-Dollar geschätzt. Dabei soll der Wert zwischen 2022 bis 2030 bei einer durchschnittlich jährlichen Wachstumsrate von 15,32% steigen. Nun haben Informatiker des Max-Planck-instituts für Informatik in Zusammenarbeit mit der University of California in Davis eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, 3D-gedruckte Pillen mit zeitgesteuerter Wirkstofffreisetzung herzustellen. Letzteres wird lediglich durch die Form des Medikamentes beeinflusst.

Um die Form der Pillen zu bestimmen, wird die Topologie-Optimierung verwendet. Hierbei handelt es sich um eine numerische Konstruktion, die es ermöglicht, dank mathematischer Formeln die optimale Materialverteilung in einem gegebenen Volumen zu finden. Anschließend wurde die Auflösung in Experimenten getestet. Mithilfe der Extrusionstechnologie wurden die Objekte gedruckt. Zu den Experimenten gehört auch, dass die Auflösung der Pillen mit einem Kamerasystem gemessen wird. Anschließend wird die optische Durchlässigkeit des Lösungsmittel optisch erfasst, was im Vergleich zu herkömmlichen Messverfahren für die direkte Bestimmung der Wirkstoffkonzentration, weniger zeitaufwendiger sowie einfacher einzurichten ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die gemessenen Freisetzungskurven fast an die anvisierten Werte herankommen.

Durch die Form der 3D-gedruckten Pillen kann eine zeitversetzte Wirkung ermöglicht werden (Bild: Max-Planck-Institut für Informatik)

Doch wozu werden diese 3D-gedruckten Pillen, die eine zeitlich bestimmte Menge an Medikament abgeben, benötigt? Die Antwort darauf ist, dass die Kontrolle des Arzneimittelspiegels ein bedeutender Teil der Medikation ist. Während ein konstanter Wirkstoffspiegel bei einer intravenösen Infusion relativ einfach zu gewährleisten ist, gestaltet sich das gleiche bei der oralen Einnahme schon deutlich schwieriger. Hier kommt der 3D-Druck zum Einsatz, denn die Technologie ermöglicht die Erzeugung von komplexen Strukturen mit einer konstanten Verteilung der Biochemikalie im Trägermaterial. Bei diesen Medikamenten hängt die Freisetzung des Wirkstoffs einzig von der geometrischen Anordnung ab und die Kontrolle davon ist ebenfalls einfach zu gewährleisten.

In der Pressemitteilung heißt es weiter: „Die Methode des inversen Designs kann auch die unterschiedlichen Herstellbarkeitsbeschränkungen der verschiedenen Fertigungssysteme berücksichtigen. Sie kann beispielsweise so modifiziert werden, dass sie extrudierbare Formen erzeugt und somit einer Massenproduktion nicht im Wege steht. Über die diskutierte Anwendung in der Pharmazie hinaus sind damit auch die Herstellung von Katalysatorkörpern oder sogar grobkörnigen Düngemitteln denkbar“. Mehr Informationen zu diesem Projekt finden Sie HIER.

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*Titelbildnachweis: SELF