ZEIT für X
verschiedene Pillen

Pillen aus dem Drucker: Hype oder Science-Fiction?

01. April 2022

Das wär’s doch: Tabletten mit individueller Mixtur und Dosierung auf Rezept. Für eine perfekte Personalisierung wird am 3-D-Druck von Medikamenten geforscht.

Medikamente, die den unterschiedlichen Stoffwechsel von Kindern, Frauen und Männern mitberücksichtigen – welch eine wunderbare Vision der Präzisionsmedizin! Auch vorteilhaft: Wenn man mehrere Wirkstoffe in einer Tablette kombinieren könnte. Das könnte den Alltag vieler Menschen vereinfachen, schließlich schlucken nicht wenige Seniorinnen, Senioren und Mehrfacherkrankte mehr als 15 Tabletten – und das mehrmals am Tag! Den Schlüssel zu beiden Zukunftsvisionen sehen Forscher:innen nun in der gedruckten Pille. Sie käme aus dem 3-D-Printer und könnte je nach Bedarf mit diversen Informationen bestückt werden. Theoretisch könnte man ihr sogar eingeben, zu welchen Tageszeiten sie spezifische Substanzen im Körper freisetzen soll und so die Erkenntnisse der Chronomedizin integrieren. Klingt fantastisch – und ist tatsächlich vielleicht schon bald Wirklichkeit.

Lange Fäden als Basismaterial

Wie sieht die Realität aus? Für die industrielle Fertigung wurde der 3-D-Druck bereits in den Achtziger- und Neunzigerjahren patentiert. Das Prinzip ist bekannt, nur die Anwendung für Arzneimittel bis dato nicht. Üblich in der Industrie ist ein Schmelzschichtverfahren, die sogenannte additive Fertigung. Dreidimensionale Objekte werden durch das Auftragen von immer neuen Schichten erzeugt. Ebene für Ebene entsteht so die gewünschte Form. FLM heißt das im Fachjargon: „Fused Layer Modeling“. Bei den verwendeten Rohstoffen handelt es sich um sogenannte Filamente, Kunststoffe, die aussehen wie lange Fäden.

In der Pharmazie wurde das Verfahren bisher nicht angewendet. Denn es ist nicht so leicht, Kunststoff und Wirkstoff so zusammenzumischen, dass sich der Wirkstoff gleichmäßig verteilt. Überdies werden die Filamente bei hohen Temperaturen geschmolzen – ziemlich kontraproduktiv, will man sie mit den meist hitzeempfindlichen Wirkstoffen verbinden.

Wenn wir einmal gezeigt haben, dass das System zuverlässig funktioniert und gereinigt werden kann, könnte die 3-D-Pille bald kommen.

Julian Quodbach, Pharmazeut und Assistenzprofessor an der Universität Utrecht

Und dennoch: Für Aufsehen sorgte 2015 Spritam, die Pionierspille aus dem 3-D-Drucker, ein Antiepileptikum. Bis heute ist es nur in den USA zugelassen und weltweit die einzige Tablette dieser Machart. Für den Verband Forschender Arzneimittelhersteller e.V. (vfa) ist das nicht verwunderlich. Dr. Siegfried Throm, vfa-Geschäftsführer Forschung, Entwicklung, Innovation, betrachtet die schöne neue 3-D-Welt als „Nischengeschichte“. „Unvorstellbar“ ist es für den promovierten Apotheker, dass Medikamente in naher Zukunft nur noch aus dem Drucker stammen sollen.

Prototyp in greifbarer Nähe

Aktuell wird nichtsdestotrotz im Rahmen eines gemeinschaftlichen Projekts eifrig geforscht: Pharmazeut:innen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf unter der Leitung von Julian Quodbach von der Universität Utrecht kooperieren dafür mit den Ingenieur:innen der Technischen Hochschule Köln unter der Leitung von Ulf Müller und Tilmann Spitz. Aus der Pharmaindustrie sind die Unternehmen Merck sowie Gen-Plus involviert. Ziel der Projektpartner ist es, einen 3-D-Drucker zu entwickeln, der individualisierte Medikamente in Kleinstchargen und für die klinische Prüfung der Phase-I- bis Phase-III-Studien herstellt.

Merck liefert die Polymere. Quodbachs Team forscht an der exakten Formulierung aus Wirkstoff und Polymer. Tilmann Spitz und das Team des Labors für Fertigungssysteme Köln tüfteln an den technischen Voraussetzungen und einem komplett neuen Druckverfahren. Der entwickelte Prototyp werde, so Spitz, „den Anforderungen der Pharmazeuten an Hygiene und Reinigung gerecht“.

Perspektivisch soll der Drucker mit acht oder mehr Druckköpfen ausgestattet sein, sodass die Wirkstoffe im Wechsel oder nacheinander gedruckt werden können und es nicht zu gefürchteten Kreuzkontaminationen kommt. Theoretisch, so Pharmazeut Quodbach, könne die 3-D-Pille bald kommen, „wenn wir einmal gezeigt haben, dass das System zuverlässig funktioniert und gereinigt werden kann“.

Medikamente per 3-D-Implantat

Währenddessen konnte ein Team aus Forschenden an der Universität Greifswald – unter der Leitung von Werner Weitschies vom Institut für Pharmazie – den 3-D-Druck in eine hoffnungsvolle Verbindung mit Implantaten und einer optimalen Wirkstoffvergabe bringen.

3-D-gedruckte Implantate, die Medikamente freisetzen und die speziell an die Anatomie des Patienten angepasst sind, sind bisher jedoch nicht am Markt erhältlich.

Anne Seidlitz, Pharmazeutin und Professorin am Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

„Arzneistoff freisetzende Implantate gibt es schon länger, etwa zur Empfängnisverhütung“, erläutert Anne Seidlitz, die als Pharmazeutin an der Forschungsgruppe beteiligt ist. „3-D-gedruckte Implantate, die Medikamente freisetzen und die speziell an die Anatomie des Patienten angepasst sind, sind bisher jedoch nicht am Markt erhältlich“.

Im Mittelohr befindet sich beispielsweise die sogenannte Rundfensternische, die bei jedem Menschen anders geformt ist. Hier könnte der 3-D-Druck helfen, patientenindividuelle Implantate zu erzeugen, die eingesetzt werden können, um etwa bei einem Hörsturz Arzneistoffe ins Innenohr zu transportieren. „Die orale Gabe der Wirkstoffe ist in sehr hoher Dosierung erforderlich, wodurch das Potenzial für unerwünschte Nebenwirkungen extrem hoch ist. Mit einer Lokaltherapie könnte dies umgangen werden“, erläutert Seidlitz. Eine echte Verbesserung im Sinne der Betroffenen.

Perspektiven des 3-D-Drucks

Die Forschung im Bereich 3-D-Druck schreitet voran. Bei medizinischen Anwendungen ist man indes schon weiter: Beispielsweise bei der Entwicklung von Prothesen oder Implantaten in der Zahnmedizin und sogar als Knochenersatz spielt die 3-D-Technologie jetzt schon eine Rolle. So hat ein Londoner Krankenhaus Ende 2021 einem Patienten erstmals ein voll digital erstelltes Auge implantiert. Erforscht wird auch, inwieweit 3-D-biogedruckte Organe oder Gefäße eine sinnvolle Alternative bei Transplantationen darstellen können.