„Könnten Sie das Rezept ausdrucken?“ Diese Frage könnte pharmazeutisches Fachpersonal in Zukunft öfters hören. Und anders darauf reagieren, als wir heutzutage vermuten würden: Anstatt den Patientinnen und Patienten Medikamentenpackungen über den Tresen zu reichen, würden die Arzneikundigen dann eine Patrone in einen Tintenstrahldrucker einsetzen, die mit flüssigem Arzneistoff gefüllt ist. Der Wirkstoff würde dann präzise auf ein papierähnliches Substrat gedruckt werden, das sich im Mund auflöst und die aktive Substanz freisetzt.
Maßgeschneiderte Medikamente
Laut Expertinnen und Experten am Research Center Pharmaceutical Engineering (RCPE) könnte dieses Szenario bald Realität werden. Im Forschungsprojekt „MediPrint“ haben sie die Basis für das erste kommerzielle Drucksystem mit integriertem Qualitätskontrollsystem gelegt, das mittels Kameraaufzeichnung den Wirkstoff, dessen Gehalt und seine Verteilung permanent überwacht. Gemeinsam mit Forschenden der TU Graz und der Karl-Franzens-Universität Graz ist es ihnen gelungen, eine große Bandbreite an Formulierungen und Flüssigkeiten – von wässrigen Arzneimittellösungen bis hin zu viskösen Beschichtungen – auf papierdünne, im Mund schmelzende Streifen zu drucken.
Der State-of-the-Art-Arzneimitteldrucker am RCPE.
„Mit dieser Drucktechnologie können wir auch kleinste Wirkstoffmengen präzise aufbringen. Die Kameraaufzeichnung misst permanent das Tropfenvolumen. In Kombination mit der bekannten Konzentration der Wirkstofflösung können wir dann den Wirkstoffgehalt jedes einzelnen Schmelzfilms sehr genau bestimmen“, erklärt Wen-Kai Hsiao. Der Forscher leitet das Folgeprojekt, um die Technologie für ein internationales Pharmaunternehmen weiterzuentwickeln. „Abhängig von der gewählten Drucktechnologie sind Einzeltropfen der Wirkstofflösung bis zu sieben Pikoliter klein – das sind 7x10-12 Liter. Die Dosierungen sind also sehr präzise möglich.“ Als erstes gänzlich industriell finanziertes Projekt in diesem Forschungsbereich steht dem Team vom RCPE ein State-of-the-Art-Tintenstrahldrucker zur Verfügung, der die Durchsatzleistung deutlich erhöht und gleichzeitig die Zuverlässigkeit auf industrielles Niveau hebt. Sven Stegemann, der am Institut für Prozess und Partikeltechnik der TU Graz die Forschungsgruppe „Patientenzentrierte Medikamentenentwicklung und Produktionstechnologie“ leitet, ist Key Researcher im Projekt und zuständig für die patient/innenzentrierten Aspekte in der Anwendung.
Das Gesundheitswesen revolutionieren
Einer der wichtigsten Vorteile der neuen Methode ist, dass die Wirkstoffmengen je nach Alter, Größe und Geschlecht maßgeschneidert und personalisiert und je nach Bedarf produziert werden können. Zudem können mehrere Wirkstoffe einfach auf einem Schmelzstreifen aufgedruckt werden – wie mehrere Farben bei einem Farbdrucker. So können Pharmazeutinnen und Pharmazeuten gemeinsam mit behandelnden Ärztinnen und Ärzten über die beste Dosierung und Medikamentenkombination für eine erfolgreiche Behandlung entscheiden. Besonders Kindern und älteren Personen mit Schluckbeschwerden hilft die Darreichung in Form von Schmelzstreifen, die Medikamente erfolgreich einzunehmen. Durch den sehr präzisen Produktionsansatz wäre die Methode auch umweltfreundlicher, etwa durch minimierten logistischen Aufwand und weniger Verpackungsmüll. Gleichzeitig können hochaktive Wirkstoffe während des Produktionsprozesses besser geschützt werden.
Schematische Darstellung des Arzneimittel-Druckvorgangs mit Qualitätskontrolle.
Herausforderungen auf dem Weg
Das nächste Ziel der Wissenschafterinnen und Wissenschafter ist es, bis Ende 2017 eine Standardarbeitsanweisung (Standard Operating Procedure, SOP) einzureichen, um möglichst bald die GMP(Good Manufacturing Practice)-Zertifizierung gemäß internationalem Produktionsstandard auf den Prozessablauf und die Anlage zu erhalten. „Trotz der möglichen Vorteile der Arzneimittelherstellung mithilfe eines Tintenstrahldruckers stellen die Qualitätskontrolle und die Umsetzung der Methode in die industrielle Praxis noch eine Herausforderung dar“, sagt Wen-Kai Hsiao. Geprüft werden muss auch die Medikamentenverträglichkeit und Patient/innenakzeptanz, also ob Patientinnen und Patienten die neue Darreichungsform regelkonform annehmen. „Eine Lösung zu entwickeln, die dieselbe Wirkung besitzt wie die ursprüngliche Formulierung des Arzneimittels und die gleichzeitig auch für den Tintenstrahldruck geeignet ist, ist nicht trivial. Und es gibt keine universelle Lösung. Also eine flüssige Formulierung, die für alle Tintenstrahldrucker verwendbar ist, oder umgekehrt ein Tintenstrahldrucker, der für alle Formulierungen geeignet ist“, erklärt Wen-Kai Hsiao.
Technische und regulatorische Hürden gibt es also noch zu meistern. Die Technologie ist aber vielversprechend, besonders im Hinblick auf die individualisierte Medizin. In Zukunft könnte das genetische Profil einer Patientin oder eines Patienten herangezogen werden, um die medikamentöse Therapie genau darauf abzustimmen. Die entsprechenden individuellen Formulierungen könnten dann mithilfe des automatisierten Drucksystems sofort hergestellt werden.
Dieses Forschungsprojekt ist im Field of Expertise „Human & Biotechnology“, einem der fünf Stärkefelder der TU Graz, angesiedelt.
