Druckbare Polymer-Wirkstoff-Filamente für die individuelle orale Arzneistoffdosierung (PolyPrint)

Medizintechnik

Druck einer Tablette

Druckbare Polymer-Wirkstoff-Filamente für die individuelle orale Arzneistoffdosierung (PolyPrint)

Kompetenzen:

  • Personalisierte Medizin

    Polymere

    Wirkstoff-Polymer-Konjugate

    Wirkstofffreisetzung

    Pharmazie

Koordinator:

  • tba

    tba

Projektlaufzeit:

01.02.2019 - 31.01.2022

Aufgaben im Projekt

Merck KGaA
Synthese neuer Polymere, Charakterisierung und Formulierung neuer Darreichungsformen mit pharmazeutischen Wirkstoffen, Stabilitätsstudien

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Formulierung und Charakterisierung von Polymer-Wirkstoff-Filamenten für den 3D-Druck

Technische Hochschule Köln (THK), Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik, Labor für Fertigungssysteme
Aufbau eines sensorgestützten 3D-Drucksystems gemäß den Anforderungen an den pharmazeutischen Einsatz

Gen-Plus GmbH & Co. KG
Untersuchung der Materialeigenschaften der wirkstoffbeladenen Polymere vor und nach dem erfolgten 3D Druck, Stabilitätsstudien

Beschreibung

Extrusionslinie zur Filamentherstellung an der HHU
Abbildung 1: Extrusionslinie zur Filamentherstellung an der HHU (Foto: HHU / Uli Oberländer).

Neue Polymere und 3D-Druck-Systeme für individuelle Arzneistoffdosierungen

Derzeit erfolgt die Herstellung von Tabletten in vollautomatischen Anlagen durch die Verpressung von Pulvergemischen. Die Produktion einer größeren Anzahl unterschiedlicher Wirkstoffdosierungen ist auf den vorhandenen Hochleistungsanlagen mit hohem Durchsatz pro Stunde nicht sinnvoll, da die Verarbeitung nur bei großen Mengen wirtschaftlich wird. Aufgrund dessen ist aktuell eine Herstellung von individuellen Arzneimitteln, die auf das Krankheitsbild und die körperliche Konstitution der Patienten (z.B. Stoffwechselkrankheiten oder metabolische Besonderheiten) angepasst sind, nicht möglich. Besonders gravierend ist dies für Patientengruppen, die häufig nicht verfügbare Wirkstoffdosierungen benötigen, z.B. Kinder. Für diese Patientengruppen kann häufig keine adäquate Therapie gewährleistet werden. Auch die Kombination von mehreren Wirkstoffen in individuellen Dosierungen in einer Tablette ist im Rahmen der derzeitigen Produktion nicht möglich oder unwirtschaftlich. Das interdisziplinäre Konsortium des Projekts PolyPrint erforscht Polymere, Formulierungen mit Wirkstoffen und 3D-Druckverfahren gemeinsam in einem ganzheitlichen Ansatz, um das Potenzial von 3D-Druckverfahren für die zukünftige Produktion von Arzneimitteln in Deutschland zu erschließen.

Neuartige Herstellverfahren aus dem Bereich des 3D-Drucks eröffnen neue Möglichkeiten maßgeschneiderte orale Darreichungsformen mittels Fused Deposition Modeling (FDM) zu generieren. Das Projekt PolyPrint nutzt dieses 3DDruck-verfahren und entwickelt es für die pharmazeutische Produktion weiter. Käuflich erwerbbare Rohstoffe sind für pharmazeutische Zwecke nur sehr bedingt geeignet. Im Rahmen des Projekts PolyPrint werden deshalb neuartige Polymere erforscht, die die geeignete Kombination aus Flexibilität, Viskosität, thermische Stabilität und Schmelztemperatur aufweisen. Bei der Entwicklung der Polymere liegt der Fokus auf völlig neuen Kombinationen und Anordnungen bereits zugelassener Polymerbausteine, die eine Realisierung der benötigten Polymereigenschaften erlauben. Dabei steht die präzise Einstellung der thermophysikalischen Eigenschaften der Polymere im Vordergrund, die maßgeblich für die Verarbeitungstemperaturen und damit für mögliche Polymer-Wirkstoffkombinationen sind.

3D-Druck von wirkstoffhaltigen Darreichungsformen an der HHU.
Abbildung 2: 3D-Druck von wirkstoffhaltigen Darreichungsformen an der HHU (Foto: HHU / Uli Oberländer).

Außerdem müssen die Wirkstoffe sicher und zersetzungsfrei in die Polymere eingebettet und in dieser Kombination lagerstabil sein. Im Körper müssen die Polymere die Wirkstoffe wieder abgeben können und in Einzelfällen auch die Aufnahme positiv beeinflussen.Die derart gedruckten Tabletten werden in Größe, Geometrie, Anzahl der Wirkstoffe und Dosierung anpassbar sein. Es werden Tabletten mit weniger als 100 µg des Wirkstoffs Pramipexol verdruckt werden. Der Kombinationsdruck mit zwei weiteren Wirkstoffen in hohen Dosen zu einem individuellen Kombinationsarzneimittel wird entwickelt, ebenso Tabletten für schwer wasserlösliche Wirkstoffe am Beispiel Ketokonazol.Da kommerziell erhältliche Drucksysteme nicht geeignet sind, pharmazeutische Produkte zu produzieren, wird zusätzlich ein auf das Wirkstoff-Polymergemisch optimiertes Drucksystem entwickelt. Das Fertigungssystem ermöglicht durch seine eigens konstruierte Kinematik mit zwei autonom agierenden Druckköpfen nicht nur die wirtschaftliche Fertigung einer Tablette mit mehreren Wirkstoffen, sondern erlaubt eine rückstandlose Reinigung. Durch den Einsatz von thermischen und strömungsdynamischen Simulationen konnte ein erster Druckkopfprototyp entwickelt werden, der den hohen thermischen Anforderungen des Polymer-Wirkstoffgemisches gerecht wird.

Projektpartner

Merck KGaA
FKZ:13XP5064A

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
FKZ: 13XP5064B

Technische Hochschule Köln (THK), Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik, Labor für Fertigungssysteme
FKZ: 13XP5064C

Gen-Plus GmbH & Co. KG
FKZ: 13XP5064D