Forscher des Max-Planck-Institut für Informatik stellen in einer Pressemitteilung ihre Arbeit an 3D-gedruckten Pillen mit gewünschter Wirkstofffreisetzung vor. Um den Arzneimittelspiegel bestmöglich bei der oralen Einnahme von Tabletten im Blick zu behalten, könnten zunächst Strukturen aus mehreren Komponenten und mehreren Materialien mit unterschiedlichen Wirkstoffkonzentrationen an verschiedenen Orten eingesetzt werden. Das ist jedoch schwierig herzustellen. Arzneimittel in freier Form mit einer konstanten Verteilung der biochemischen Substanz im Trägermaterial zu realisieren, wäre jedoch mit dem 3D-Druck komplexer Formen möglich. Dr. Vahid Babaei vom MPI für Informatik und Prof. Julian Panetta von der UC Davis leiten das Projekt.
Den richtigen Ansatz finden
Das Team stellte 3D-gedruckte Objekte her, die sich in einer gewünschten Zeit auflösen und so ihren Inhalt kontrolliert freigeben. Um das zu erreichen, verwendeten sie eine Kombination aus mathematischer Modellierung, Versuchsaufbau und 3D-Druck, um 3D-Formen zu ermöglichen, die beim Auflösen eine bestimmte Menge an Medikament abgeben. Das könnte vorgegebene Wirkstoffkonzentrationen durch orale Verabreichung einstellen. Die Forscher konnten aus einer gegebenen geometrischen Form die zeitabhängige Auflösung berechnen. Bei einer Kugel ist sie streng proportional zur abnehmenden Kugeloberfläche. Das Team wollte eine Vorwärtssimulation wählen, die auf der geometrischen Intuition basiert, dass Objekte schichtweise aufgelöst werden.
Ein anderer Ansatz wäre es, die gewünschte Freisetzung zu definieren und dann eine Form zu finden, die sich entsprechend diesem Freisetzungsprofil auflöst. Es ist jedoch selbst bei einer effizienten Vorwärtssimulation schwierig, das Reverse Engineering zum Finden einer geeigneten dreidimensionalen Form für ein gewünschtes Medikamentenregime einzusetzen. Die Topologieoptimierung, bei der die Vorwärtssimulationen invertiert wurden, half den Forschern, eine Form zu finden, die eine bestimmte Eigenschaft aufweist.
Medikamente aus filamentbasiertem 3D-Druck
Das Team druckte dazu Objekte mit filamentbasiertem 3D-Druck. Die Auflösung wird durch ein Kamerasystem ausgewertet, also tatsächlich gemessen und nicht nur durch ein mathematisches Modell berechnet. Dazu wird die optische Transmission des Lösungsmittels optisch erfasst. Diese Methode ist den Forschern zufolge deutlich schneller und einfacher einzurichten. Die inverse Entwurfsmethode kann auch unterschiedliche Herstellbarkeitsbeschränkungen verschiedener Fertigungssysteme berücksichtigen. Da es sich zu extrudierten Formen modifizieren lässt, eignet es sich auch für die Massenproduktion.
Weitere Forschungen in dem Bereich
Andere Unternehmen und Forschungseinrichtungen setzten sich ebenfalls mit dem 3D-Druck von Medikamenten auseinander. Laxxon Medical stellt Medikamente mit einer neuartigen 3D-Siebdruck-Technologie her. Deutsche Forscher entwickelten einen Medikamenten-3D-Drucker. Vor etwa drei Jahren präsentierten Forscher ein 3D-Druckverfahren zur Beschichtung von Medikamenten. In unserer Themenkategorie Medikamente aus dem 3D-Drucker informieren wir Sie über weitere Neuigkeiten aus diesem Bereich. Bleiben Sie außerdem mit einem Abonnement unseres Newsletters über Neues aus der Welt des 3D-Drucks informiert.