#Working3D: Sechs Fragen an einen Forscher, der 3D-Druck für Arzneimittel nutzt

Der 3D-Druck im medizinischen Bereich hat in den letzten Jahren unglaubliche Entwicklungen durchlaufen. Es gibt immer mehr Unternehmen, Lösungen und Innovationen, die klare Ergebnisse liefern und Anwendungen ermöglichen, die bereits die Versorgung und das Leben vieler Patienten verbessern. Zu den Bereichen, in denen der 3D-Druck in der Medizin Anwendung findet, gehört der pharmazeutische Sektor. Es gibt bereits mehrere Unternehmen und Universitäten auf der ganzen Welt, die sich mit der Erforschung oder Herstellung von in 3D gedruckten pharmazeutischen Produkten, insbesondere Medikamenten, befassen. Der Einsatz dieser Technologie ermöglicht unter anderem die Herstellung von Arzneimitteln mit einer maßgeschneiderten Dosierung der Wirkstoffe, die Kombination mehrerer Medikamente in einer einzigen Tablette je nach den Bedürfnissen des jeweiligen Patienten sowie die Veränderung ihrer Form und Konsistenz, um sie beispielsweise für Kinder oder ältere Menschen besser geeignet zu machen. Um mehr über diese Welt zu erfahren und darüber, was es bedeutet, in der 3D-Druckforschung für die Pharmaindustrie zu arbeiten, haben wir ein Interview mit Liam Krueger geführt, einem Doktoranden, der sich an der University of Queensland auf den 3D-Druck von Arzneimitteln spezialisiert hat.

3DN: Könnten Sie sich kurz vorstellen?

Mein Name ist Liam Krueger, ich bin Apotheker und Doktorand im letzten Jahr meines Studiums, in dem ich mich mit dem 3D-Druck von Arzneimitteln an der University of Queensland in Australien beschäftige. Ich habe meinen Bachelor of Pharmacy im Jahr 2020 abgeschlossen und bin direkt in meine Doktorarbeit eingestiegen. Obwohl ich mich dem Ende dieses Kapitels nähere, bin ich immer noch sehr leidenschaftlich und motiviert, meine Forschung fortzusetzen.

Liam Krueger, Mitte, mit seinen Kollegen von der Universität Queensland.

3DN: Wie sind Sie zur additiven Fertigung gekommen?

Als ich Pharmaziestudent war, arbeitete mein Betreuer des Forschungsprojekts, Professor Amirali Popat, der heute mein Doktorvater ist, an einem Projekt zur Heißschmelzextrusion und Schmelzmodellierung, und so wurde ich süchtig. Seitdem haben wir unsere 3D-Druckabteilung stark erweitert, mit zwei Schmelzextrudern und etwa einem Dutzend 3D-Druckern.

3DN: Was ist Ihre derzeitige Aufgabe und wie sieht Ihr Alltag aus?

Als Doktorand verbringe ich viel Zeit im Labor und viel Zeit mit Forschung und Schreiben. Ein Großteil meiner Arbeit besteht darin, mit neuen Polymermischungen zu experimentieren und sie mit Arzneimitteln zu kombinieren, um viele Aspekte zu testen, darunter Stabilität, Druckbarkeit und Geschwindigkeit der Arzneimittelfreisetzung. Ich bastle oft an unserem Hotmelt-Extruder und den 3D-Druckern herum und modifiziere sie, damit sie mit einigen der einzigartigen Polymere, die ich untersuche, funktionieren. Verschiedene Polymere haben sehr unterschiedliche Eigenschaften, darunter Biokompatibilität, Auflösungsgeschwindigkeit, Schmelzpunkt, pH-Empfindlichkeit und andere physikalische Faktoren wie Sprödigkeit oder Weichheit nach der Extrusion. Wir verwenden auch Methoden wie die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), die thermogravimetrische Analyse (TGA) und die Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC), die uns mehr Informationen über die thermische Stabilität des Arzneimittels und seinen möglichen Abbau sowie darüber geben, ob es sich in einem kristallinen oder amorphen Zustand befindet.

Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung von Arzneimitteln, die in Bezug auf Konsistenz und Dosierung auf die spezifischen Bedürfnisse der Patienten zugeschnitten sind.

3DN: Welche Qualifikationen und Erfahrungen sind für Ihre Stelle erforderlich?

Um sich für eine Promotion zu bewerben, braucht man in der Regel mindestens einen Bachelor-Abschluss oder einen höheren Abschluss sowie etwas Forschungserfahrung, z. B. durch ein Graduiertenprojekt oder einen Master-Abschluss. Ich denke, dass es in diesem Bereich viele verschiedene Wege gibt. Für den klinischen Teil und die realen Anwendungen ist zum Beispiel mein Hintergrund als Pharmazeut nützlich, aber für Extrusions- und Druckverfahren wäre ein Hintergrund in Maschinenbau oder Softwaretechnik sehr nützlich. Auch ein Hintergrund in Polymerchemie könnte nützlich sein, um die besten Polymere für jede spezifische Anwendung zu ermitteln. Vor diesem Projekt wusste ich praktisch nichts über die Funktionsweise von 3D-Druckern, aber meine Promotion hat mich dazu gebracht, meine eigenen Polymermischungen zu entwickeln und Tabletten zu entwerfen, die in Zukunft in der Medizin eine Rolle spielen könnten.

3DN: Was sind die größten Herausforderungen, denen Sie sich als Forscher im Bereich 3D-Druck für Arzneimittel stellen müssen?

Ohne einen industriellen Partner kann es schwierig sein, Finanzmittel zu finden. Einer der positiven Aspekte der FDM-Technologie ist jedoch, dass sie Open Source geworden ist, sodass zumindest die Drucker und ihre Software jetzt sehr zugänglich sind. Ein weiteres Problem, das ich festgestellt habe, ist, dass es in Australien nicht viele Forscher auf diesem Gebiet gibt, was es ein wenig schwierig macht, Kontakte zu knüpfen und Ideen mit anderen auszutauschen. Ein weiteres Problem ist der rechtliche Status: Die Art des 3D-Drucks, die wir hier betreiben, scheint sich in einer Grauzone zwischen der Herstellung von Arzneimitteln (Compounding), d. h. der Zubereitung von maßgeschneiderten Medikamenten für spezielle Patientenbedürfnisse, und der Produktion zu bewegen. Es gibt hier in Australien keine Beispiele und international nur sehr wenige, in denen 3D-gedruckte Arzneimittel an Patienten abgegeben wurden. Es handelt sich um eine heikle Situation, die eine kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen Forschern, Industrie und Regulierungsbehörden erfordert, aber es scheint unvermeidlich, dass die Integration dieser Technologie in großem Maßstab bald Realität wird.

Der 3D-Druck von Medikamenten ist bereits Realität, aber die Forschung geht weiter.

3DN: Welchen Rat würden Sie jemandem geben, der 3D-Druck für Arzneimittel nutzen möchte?

Wenn Sie die Kombination aus Pharmazie und Technologie reizt und sich Ihnen eine Gelegenheit bietet, sollten Sie sie ergreifen! Es handelt sich um ein sehr neues Gebiet, aber das Interesse daran wächst rapide und in den nächsten Jahren könnte es die Art und Weise, wie wir die personalisierte Medizin angehen, grundlegend verändern.

Weitere Informationen über die Arbeit von Liam Krueger finden Sie HIER.

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*Bildnachweise: Liam Krueger/ The University of Queensland