Zum Inhalt springenZur Suche springen

Pharmazie

Die Pharmazie an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät

Nachrichten aus der WE Pharmazie

Pharmazie: Gemeinsames Forschungsprojekt entwickelt neue Drucker und Polymere
3D-gedruckte Medikamente in Kleinstchargen

Mit verschiedenen Kunststoffen 3D-gedruckte Formen für Medikament-Darreichungsformen. Zoom

Verschiedene 3D-gedruckte Darreichungsformen. (Foto: TH Köln)

„Die Möglichkeit, mehrere Wirkstoffe individuell in eine Arzneiform zu verdrucken, hilft die Therapietreue und die Patientensicherheit zu erhöhen. Zudem wird die Hälfte der heute produzierten Tabletten nicht eingenommen, sondern landen im Müll. Mit Hilfe des 3D-Medikamenten-Drucks können die Tabletten bedarfsgerecht produziert werden“, so Dr. Markus Dachtler, CEO der Gen-Plus. Da solche Arzneimittel aber nur in sehr kleinen Chargen von etwa ein bis 100 Stück benötigt werden, sind neuartige Herstellungsverfahren erforderlich.

Neue Polymere erleichtern Produktion

Bei den verwendeten Rohstoffen steht der Medikamentendruck vor besonderen Herausforderungen. Verdruckt wird eine Mischung aus pharmazeutischen Polymeren und medizinischen Wirkstoffen. Diese Kunststoffstränge, das sogenannte Filament, werden in den Druckkopf eingeführt und dort geschmolzen. „Wir arbeiten zum Teil mit Filament, in dem sich nur 0,1 Prozent Wirkstoff befindet. Dieser muss innerhalb des Kunststoffs absolut gleich verteilt sein und der Druckprozess muss möglichst reibungslos verlaufen, damit sich in jeder Tablette die gleiche Menge Wirkstoff befindet“, sagt Dr. Julian Quodbach vom Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der HHU.

„Insbesondere die mechanischen Eigenschaften sind von großer Bedeutung. Die Kunststoffe dürfen nicht zu flexibel, aber auch nicht zu steif sein, um eine gleichmäßige Produktion und Qualität zu garantieren. Zudem sollen sie schon bei geringeren Temperaturen im Drucker schmelzen und nicht wie üblich bei 180 bis 220 Grad, um die Wirkstoffe zu schonen“, so Quodbach.

Entwicklung eines neuen 3D-Druckverfahrens

Das Team der TH Köln arbeitet daran, einen 3D-Drucker zu entwickeln, der mehrere Wirkstoffe kombinieren kann. „Unser Demonstrator arbeitet mit zwei Druckköpfen, die unterschiedliche Wirkstoffe enthalten können und nacheinander oder im Wechsel eine Tablette drucken. Das System wird hochskalierbar sein, so dass in weiteren Ausbaustufen acht oder noch mehr Druckköpfe zusammenarbeiten können“, so Tilmann Spitz vom Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln.

Auf diese Weise können Therapien, die normalerweise auf der Gabe von mehreren Präparaten basieren, in einer Tablette umgesetzt werden, was Fehler bei der Dosierung vermeidet und die Therapietreue weiter erhöht. Aber nicht nur die Wirkstoffzusammensetzung wird dabei individualisiert: Über den geometrischen Aufbau der Tablette kann zudem bestimmt werden, in welcher Reihenfolge und mit welcher zeitlichen Verzögerung die Wirkstoffe im Körper freigesetzt werden.

Der neue 3D-Drucker soll darüber hinaus den Anforderungen der „Good Manufacturing Practice“ (GMP, Gute Herstellungspraxis) nach dem EU-GMP-Leitfaden für Anlagen in der pharmazeutischen Produktion entsprechen. Den dort formulierten Hygieneansprüchen will das Team dadurch gerecht werden, dass der Druckkopf einfach zu demontieren und zu reinigen ist. Zudem darf der Wirkstoff weder unter- noch überdosiert werden. Hier soll eine automatische Qualitätskontrolle während der Produktion greifen und die Zusammensetzung gegebenenfalls korrigieren.

Das Forschungsprojekt PolyPrint

Auf Basis von Voruntersuchungen hat der Unternehmensbereich Life Science von Merck verschiedene neue Polymere entwickelt, welche verbesserte Eigenschaften für die Extrusion, Verdruckung und Stabilisierung von Arzneistoffen ermöglichen. Die neuen Polymere werden nun hinsichtlich ihrer Unbedenklichkeit für den Menschen, ihrer Eignung für verschiedene Wirkstoffe und ihrer spezifischen Anforderungen wie etwa eine niedrige Wasserlöslichkeit charakterisiert. Das Team der HHU wird für diese Polymere anschließend einen Prozess für die Herstellung der Filamente entwickeln und erste Tabletten drucken. Im GMP-zertifizierten Auftragslabor Gen-Plus wird das neuartige Konzept des 3D-Drucks angewendet, unter anderem mit Langzeituntersuchungen von Filamenten und 3D-gedruckten Tabletten.

Dr. Markus Weigandt aus dem Unternehmensbereich Healthcare von Merck fasst zusammen: „PolyPrint kombiniert auf einzigartige Weise die Expertisen im Bereich der Pharmazie, Material- und Prozesswissenschaft. Als starkes interdisziplinäres Team haben wir hier die Möglichkeit, die personalisierte Medizin enorm weiterzuentwickeln und besser auf die Bedürfnisse unserer Patienten abzustimmen.“ Am Ende stehe ein ganzheitliches System aus neuen Rohstoffen, geeigneten Druckern und individuellen Arzneimitteln, welches alle Aspekte des pharmazeutischen 3D-Drucks abdeckt, so Weigandt.

Das Projekt „PolyPrint – Prozesssichere und reproduzierbare Herstellung pharmazeutischer Darreichungsformen nach dem FLM-Verfahren“ wird durchgeführt von der TH Köln, der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), Merck KGaA und der Gen-Plus GmbH & Co. KG. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben über das Förderprogramm „ProMatLeben – Polymere“ für drei Jahre.

Förderkennzeichen des Projekts: 13XP5064 A-D

Autor/in:
Kategorie/n: Schlagzeilen, Pressemeldungen, Math.-Nat.-Fak.-Aktuell, Pharmazie, Forschung News
Designstudie für einen 3D-Drucker, mit denen Medikament-Darreichungsformen gedruckt werden können. Zoom

Designstudie für den 3D-Drucker. (Grafik: TH Köln)


Die in der Approbationsordnung für Apotheker in relativ engen Grenzen festgelegten Lehrinhalte des Pharmaziestudiums werden durch die vier Institute des Faches abgedeckt. Der Bereich Pharmakologie ist an der HHU, wie an vielen anderen Universitäten, nicht innerhalb der Pharmazie angesiedelt, so dass die hier erforderliche Lehre von der Medizinischen Fakultät abgedeckt wird.

Studiengänge

Die Institute und Fachrichtungen der Pharmazie

Die Forschungsgebiete

Die Forschung am Institut für Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie befasst sich schwerpunktmäßig mit biologisch aktiven Naturstoffen aus marinen Organismen (Schwämme, Seescheiden und andere Invertebraten sowie mit diesen assoziierten Mikroorganismen) und Pflanzen sowie der ökologischen Bedeutung von Naturstoffen in der Interaktion zwischen Pflanzen und Insekten bzw. zwischen marinen Invertebraten und Fischen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Suche nach Antibiotika mit neuartigen Wirkmechanismen.

Die aktuellen Forschungsthemen des Instituts für Pharmazeutische und Medizinische Chemie umfassen theoretische Untersuchungen zur Aufklärung der molekularen Wirkungsmechanismen von Arzneistoffen, die Suche nach neuen Targets, sowie die Entwicklung neuer analytischer Verfahren zur Identifizierung und Testung von Wirkstoffen unter dem Motto “Moleküle nach Maß”.

Forschungsschwerpunkte am Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie sind feste Arzneiformen wie Pulver, Pellets, Granulate und Tabletten. Herstellungsprozesse, Arznei- und Hilfsstoffe werden untersucht und charakterisiert. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse werden die Eigenschaften von Arzneimitteln gezielt eingestellt. Einen Schwerpunkt der Forschungsarbeiten stellen kindgerechte Arzneizubereitungen dar.

Die Forschungsschwerpunkte im Institut für Klinische Pharmazie und Pharmakotherapie beinhalten Aspekte der Arzneimitteltherapiesicherheit und  die Einführung neuer Therapiestrategien und -optimierungen insbesondere für Kinder durch Einsatz von klinischer Pharmakodynamik, Pharmakokinetik, Pharmakogenetik und Studiensimulation.

Die Fachrichtung Pharmazie- und Naturwissenschaftsgeschichte am Institut für Geschichte der Medizin  stellt eine Besonderheit der WE Pharmazie der Heinrich-Heine-Universität dar. Seit der Gründung des Faches Pharmazie an der HHU in den 1970er Jahren ist die Medizingeschichte für den Lehrexport der Lehrveranstaltungen „Pharmazeutische und Medizinische Terminologie“ und „Geschichte der Naturwissenschaften unter bes. Berücksichtigung der Pharmazie“ zuständig.

Verantwortlichkeit: