3D gedruckte Darreichungsformen für die personalisierte Medizin

M. Sc. Mi Steinbach (Bild: Uli Grohs)

Die personalisierte Medizin rückt immer weiter in den Fokus der Arzneimittelforschung und ermöglicht Therapien, die individuell, maßgeschneidert und zielgerichtet auf die Bedürfnisse der einzelnen Patienten zugeschnitten sind. Um eine solche Therapie zu ermöglichen, beschäftigt sich Mi Steinbach in der Arbeitsgruppe „Pharmazeutische Technologie“ von Prof. Dr. Richard Hirsch mit dem 3D-Druck von Darreichungsformen, die ihre Wirkstoffe diffusionsgesteuert freisetzen. Das Projekt der Nachwuchswissenschaftlerin umfasst verschiedene Themen und Facetten aus den Bereichen Elektrotechnik, Optik, pharmazeutische Technologie und Polymerchemie.

Entstanden ist das Promotionsprojekt aus ihrer Masterarbeit bei Prof. Dr. Michael Gartz am Institut für Angewandte Optik und Elektronik der TH Köln. Dort arbeitete Mi Steinbach in ihrer Masterarbeit an der Entwicklung des „Multi Laser Volume Stereolithographie-Verfahrens“ als neue Technik des 3D-Drucks; insbesondere konnte sie ein geeignetes Photopolymerharz identifizieren und einsetzen. Wie bei der klassischen Stereolithographie besteht das zum Druck eingesetzte Harz bei diesem Verfahren aus verschiedenen Polymeren, denen ein Photoinitiator beigesetzt ist. Der photoempfindliche Initiator zerfällt bei Bestrahlung mit monochromatischem Licht, initiiert die Polymerisation des Harzes und ermöglicht so den 3D-Druck. Im Gegensatz zum herkömmlichen 3D-Druck handelt es sich bei diesem Verfahren nicht um additive Fertigung. Bei der additiven Fertigung werden zweidimensionale Ebenen aufeinander geschichtet, so dass ein dreidimensionales Objekt entsteht. Im Gegensatz dazu wird bei der Multi Laser Volume Stereolithographie im Volumen des Polymerharzes kontinuierlich ausgehärtet.

„Der Vorteil dieser 3D-Druck Methode ist, dass wir hier auch spiralförmig drucken können. Beim herkömmlichen 3D-Druck entsteht ein sogenannter Staircase Effekt, der durch das Schichtenverfahren entsteht; das bedeutet, dass an Rundungen Treppenstufen entstehen. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass man zunächst auch nur die Außenhülle der Druckform aushärten lassen kann. Dies ermöglicht eine große Homogenität des inneren Materials, die durch die anschließende Aushärtung unter einer monochromatischen Lampe erreicht wird. Zudem ist das Verfahren unempfindlich gegen Wechselwirkungen mit Sauerstoff, welche zu Unebenheiten an der Oberfläche führen“, so Mi Steinbach über die Vorteile des entwickelten 3D-Druck-Verfahrens.

In Übereinstimmung mit den Zielen des InnovAGe Forschungsinstitutes sieht die Nachwuchsforscherin in ihrer Arbeit die Möglichkeit, die medikamentöse Therapie von älteren Patienten zu verbessern. Sie ist vor allem von der Interdisziplinarität ihrer Promotion begeistert: „Durch die Beimischung von Wirkstoffen zum Photopolymerharz können wir Tabletten oder Implantate drucken, die ihren Wirkstoff über einen längeren Zeitraum hinweg abgeben. Dadurch wird es möglich, individualisierte Medikamentenformen zu drucken, die genau auf die Patienten abgestimmt sind. Auch individuelle Wirkstoffmischungen sind umsetzbar. Dies bringt viele Vorteile mit sich. Die Patienten müssen z.B. weniger Tabletten schlucken. Wir könnten außerdem die Nebenwirkungen reduzieren, da eine geringere Dosierung und eine zeitgesteuerte Freisetzung möglich werden. Darüber hinaus hat dies auch den Vorteil, dass weniger Wirkstoff in die Umwelt freigesetzt und die Umwelt damit weniger belastet wird. Es ist unheimlich spannend und produktiv an diesem Projekt zu arbeiten. Man merkt, dass jeder Beteiligte unterschiedliche Aspekte und Denkanstöße einbringt. Man lernt voneinander und immer wieder etwas Neues dazu. Am meisten motiviert mich, dass es hinterher einen wirklichen Mehrwert für die Patienten geben kann.“