Bilden 3D-gedruckte Medikamente unsere Zukunft?

Der Fortschritt in der sogenannten personalisierten Medizin schreitet jeden Tag weiter voran und wird dank der 3D-Technologien weiter zunehmen. Gegenwärtig ist einer der Anwendungsbereiche der Hauptanwendungsbereiche des 3D-Drucks zweifellos der medizinische Sektor, der diesen für die Entwicklung von Prothesen, Implantaten und sogar möglichen 3D-biogedruckten Organen verwendet. Eine der wichtigsten Entwicklungen in diesem Bereich ist auch der 3D-Druck von Medikamenten, ein weiterer großer Fortschritt, der uns der patientenfreundlichen Medizin noch näher bringt und die medizinische Behandlung radikal verändern könnte. Heute werden wir uns auf die Lösung einiger der Hauptfragen im Zusammenhang mit der Herstellung von der 3D-gedruckte Medikamente konzentrieren: Worin bestehen die aktuellen Produktionsverfahren? Was sind die ersten Entwicklungen? Und was wird ihre Markteinführung natürlich für die Pharmaindustrie bedeuten?

Millionen von Menschen nehmen heute täglich verschreibungspflichtige Medikamente zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheitsbildern ein. Aufgrund der Massenproduktion von Tabletten konsumieren wir oft höhere Dosen als empfohlen. Laut dem Entwicklerteam von Multiply Labs, einem Hersteller von pharmazeutischen Filamenten zur Herstellung von 3D-Kapseln: „Gegenwärtig werden die meisten Medikamente speziell für erwachsene Männer entwickelt, was dazu führen kann, dass vordergründig Frauen und Kinder eine Überdosis gemessen an ihrem Körpergewicht einnehmen“, sagte Fred Paretti, CEO des Startups. Eine Erklärung, die die Bedeutung des Aufkommens personalisierter Medikamente bestätigt und gleichzeitig die Individualität jedes Patienten hervorhebt. Tatsächlich kann die falsche Dosierung bestimmter Wirkstoffe sogar zur Fehlfunktion bestimmter Behandlungen führen.

Seit 2018 wächst der Markt für 3D-gedruckte Medikamente mit einer Rate von 7% (Bildnachweis: Industry Stats Report)

Wenn wir uns die Entwicklung von 3D-gedruckten Medikamenten genauer betrachtet wird klar, dass die Zukunft vielversprechend aussieht. In den vergangenen zwei Jahren ist der Markt für 3D-gedruckte Medikamente stark gewachsen: Seit 2018 wächst er wertmäßig jährlich um 7 % und wird laut Industry Stats Report im Jahr 2025 voraussichtlich einen Wert von 437,04 Millionen US-Dollar erreichen. Das Land mit dem höchsten Wachstum sind derzeit die Vereinigten Staaten mit 39,75% des Gesamteinkommens. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die großen Pharmaunternehmen des Landes mehr auf die Forschung und Entwicklung von 3D-Techniken konzentrieren.

Die Anfänge der 3D-gedruckten Medikamenten

Im Jahr 2015 kam das erste 3D-gedruckte Medikament auf den Markt: Spritam, eine Pille, die mit der Pulverbett-Technologie hergestellt und zur Behandlung von Epilepsie eingesetzt wurde. Es war auch das erste von der FDA zugelassene Medikament. Diese erste Entwicklung von Aprecia Pharmaceuticals öffnete die Tür zur Herstellung maßgeschneiderter Pillen, die für jeden Patienten eine andere Dosis ermöglichten. Heute ist Aprecia zu einem der Hauptakteure in dieser Branche geworden und stellt dieses Medikament weiterhin mit seiner patentierten ZipDose®-Technologie her, die es ermöglicht, das Medikament in Sekundenschnelle aufzulösen, ein Vorteil für Menschen, die Schluckbeschwerden haben.

Spirtam ist der Name des ersten 3D-gedruckte Medikaments (Bildnachweis: Aprecia Pharmaceuticals)

Im selben Jahr entwickelten Dr. Martin Burke vom Howard Hughes Medical Institute und sein Forscherteam einen 3D-Drucker für die Herstellung von Arzneimitteln auf der Basis von einzelnen Molekülen. Sie hatten festgestellt, dass sich bei kleinen Molekülen bestimmte Muster (Gruppen von Atomen) wiederholen. Sie isolierten daher Hunderte dieser Muster und entwickelten den 3D-Drucker, der in der Lage war, sie zu dem gewünschten Molekül zusammenzusetzen, das in ihrem Fall Chemikalien enthielt und so die Entwicklung personalisierter Kapseln ermöglichte.

Eine weitere wichtige Entdeckung war eine Studie der National University of Singapore (NUS), die zeigte, dass mehrere Medikamente in einer einzigen Pille gedruckt werden können und dass die freigesetzten Substanzen programmiert werden können. Das Unternehmen, das diese Idee in die Realität umsetzte und 2016 den Betrieb aufnahm, ist das Start-up-Unternehmen Multiply Labs, das derzeit pharmazeutische Fäden für den Druck von Pillen mit programmierter Freigabe herstellt: „Bei Multiply Labs wenden wir den 3D-Druck bei der Herstellung der Kapsel oder des Behälters des Medikaments an. Dies ist keine normale Kapsel: In ihrem 3D-bedruckten Deckel haben wir tatsächlich getrennte Fächer. Und jeder Teil der Kapsel kann ein Medikament zu einem anderen Zeitpunkt freisetzen“, sagt Paretti. Obwohl das Unternehmen nicht auf das Drucken von Wirkstoffen spezialisiert ist, können seine 3D-gedruckten Medikamente eine Lösung für große Pharmaunternehmen sein, die es ihnen ermöglichen, nur eine Pille pro Tag einzunehmen, um unterschiedliche Bedürfnisse abzudecken.

Medikamente von Multiply Labs ermöglichen kontrollierte Wirkstofffreisetzung (Bildnachweis: Multiply Labs)

Wie können 3D-gedruckte Medikamente gefertigt werden?

Seit der Markteinführung des ersten 3D-gedruckten Medikaments im Jahr 2015 hat die technische Entwicklung für seine 3D-Herstellung weiter zugenommen. Der Pharmasektor hat die Grundlagen der bereits bekannten 3D-Drucktechnologien übernommen und für den Einsatz angepasst. Bei der Identifizierung dieser Techniken haben wir uns auf die Zusammenarbeit mit FabRx, dem Pharmaceutical Biotechnology Spin-out des University College of London (UCL), verlassen, das auf den 3D-Druck oraler Darreichungsformen spezialisiert ist, d.h. auf die Herstellung von Medikamenten durch Additive Manufacturing“, so Patricija Januskaite, Wissenschaftlerin des Pharmaunternehmens.

Schmelzschichtung (FDM)

Das FDM/FFF-Verfahren ist eines der am weitesten verbreiteten Verfahren für den 3D-Arzneimitteldruck. Mit Arzneistoffen beladene Filamente können für die Herstellung von Pillen verwendet werden. Eine der größten Herausforderungen dieser Technik besteht darin, die Extrusionstemperaturen so einzustellen, dass die Wirkstoffe der einzelnen Pillen nicht beeinträchtigt werden. „Das FDM-Verfahren ermöglicht die Herstellung von Kombinationen mehrerer Medikamente (Polypen) sowie von Tabletten mit verlängerter oder verzögerter Freisetzung“, erklärt Patricija.

Neben der Technik der Beladung von Filamenten mit Medikamenten gibt es auch die Möglichkeit, pharmazeutische Filamente zu verwenden, die das enthaltene Medikament nicht beeinträchtigen, wie dies bei den Entwicklungen von Multiply Labs der Fall ist, was auch die Herstellung von Kapseln mit kontrollierter Freisetzung ermöglicht: „Wir können in 3D ein Fach mit einer sehr dünnen Wand drucken, das das Produkt in etwa 30 Minuten freisetzen kann, und dann eine weitere Wand hinzufügen, die ein anderes Medikament in 2 Stunden freisetzen kann, alles in einer einzigen Kapsel. Wir können bis zu vier oder fünf separate Fächer in derselben Kapsel hinzufügen„, fügt Fred hinzu.

 

Direkte Pulverextrusion

Es handelt sich dabei um eine ähnliche Technik wie bei der Entwicklung des ersten gedruckten 3D-Medikaments: der ZipDose®. Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Arzneimitteln mit einer hohen Arzneimittelbelastung und hohem Zerfall aufgrund der Porosität der Materialien verwendet. Die direkte Pulverextrusion als solche wurde von FabRx patentiert. Es handelt sich um die Extrusion eines Pulvermaterials (eine Mischung aus Wirk- und Hilfsstoffen) durch eine Düse mit Hilfe eines Einschneckenextruders. Diese Art von Medikamenten ermöglicht nach Angaben der britischen Pharmaindustrie eine Dosierung mit verlängerter oder verzögerter Freisetzung.

Stereolithographie (SLA)

Die Stereolithographie oder SLA verwendet eine Wärmequelle, um Photopolymere oder flüssige Harze zu verfestigen. Mit dieser Technologie können Medikamente in das Polymernetzwerk eingebunden werden, um mit Wirkstoffen beladene Pillen herzustellen oder um medizinische Geräte mit verzögerter Freisetzung zu entwickeln. Diese Technologie ist diejenige, die am besten die Kombination verschiedener Medikamente in derselben 3D-Kapsel ermöglicht.

Selektives Lasersintern (SLS) Technologie

Die Herstellung von 3D-gedruckten Medikamenten per SLS-Verfahren erfolgt durch auf das Mischen von Wirkstoffen mit bestimmten Copolymeren, die dann mit Hilfe eines Lasers verschmolzen werden. Der Einsatz dieser Technik ermöglicht die Herstellung von Medikamenten mit mehreren Eigenschaften: Sie können von Dosierungsformen mit kontrollierter Freisetzung bis hin zu organischen Formen reichen.

Mit SLS-Technologie von Sintratec hergestellte Medikamente (Bildnachweis: Sintratec)

Inkjet-Druck

Obwohl diese Technik an 2D-Druckverfahren erinnert, steht sie auch dem Pulverdruck nahe. Bei der Arzneimittelherstellung werden Kombinationen aus Wirk- und Trägerstoffen oder Druckfarben durch die Düse auf die Druckplatte aufgetragen. Sie werden dann mit einem Pulversubstrat verfestigt, das abschließend besprüht wird.

Neben den oben genannten Techniken gibt es Varianten von einigen von ihnen, und viele Pharmaunternehmen entwickeln ihre eigenen Technologien oder verbessern bestehende.

Wie sieht die Zukunft für gedruckte 3D-Medikamente aus?

Wir befinden uns noch in einem frühen Stadium der Entwicklung von 3D-gedruckten Medikamenten und der offiziellen Einführung der personalisierten Medizin, aber wir können nicht leugnen, dass das Wachstum dieses Sektors real ist und rasch voranschreitet. Die befragten Unternehmen sind sich einig, dass wir in weniger als einem Jahrzehnt Veränderungen in unserem Drogenkonsum erleben werden, wenn er weiter so zunimmt wie bisher.

Neben der Schnelligkeit der Entwicklung dürfen wir nicht vergessen, wie wichtig es ist, diese Innovationen den Vorschriften zu unterwerfen, die für den medizinischen Sektor gelten. Wie mit dem Aufkommen vieler neuer Technologien könnte der Missbrauch des 3D-Drucks für die Herstellung von Medikamenten für viele Patienten nachteilig sein und sogar die Anpassung dieser Techniken für die Aufnahme anderer gesundheitsschädlicher Substanzen ermöglichen. Mehr über 3D-gedruckte Medikamente erfahren Sie zudem hier:

Wir sind jedoch davon überzeugt, dass die Zukunft der 3D-gedruckten Medikamente vielversprechend ist und dass sie den Kurs der heutigen Medizin maßgeblich verändern wird: „In zehn Jahren wird kein Patient mehr dazu bereit sein, das Gleiche zu nehmen wie eine weitere Million Menschen. Und kein Arzt wird zwei Patienten das Gleiche verschreiben„, folgert Fred Paretti von Multiply Labs.

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