Tabletten aus dem 3D-Drucker

Der drei­di­men­sion­ale Druck (3D-Druck) offen­bart sein Poten­zial in der Phar­main­dus­trie und lässt per­son­al­isierte Medi­zin Wirk­lichkeit wer­den. Die addi­tive Fer­ti­gung ist in der Lage, schnell, flex­i­bel und wirtschaftlich patien­ten­spez­i­fis­che Medika­mente in genau fest­gelegter Menge und mit maßgeschnei­derten Eigen­schaften hin­sichtlich For­mulierung, Dosierung und Geome­trie herzustellen. Um dabei die stren­gen reg­u­la­torischen Anforderun­gen zu erfüllen, muss die phar­mazeutis­che Indus­trie zuver­läs­sige Strate­gien für Qual­i­ty by Design (QbD) etablieren und Process Ana­lyt­i­cal Tech­nol­o­gy (PAT) anwenden.

Der 3D-Druck ist ein Meilen­stein in der Arzneimit­tel­her­stel­lung, indem er es ermöglicht, Medika­mente – meist in fes­ter Dar­re­ichungs­form zum Ein­nehmen – mit vertret­baren Pro­duk­tion­skosten voll­ständig zu indi­vid­u­al­isieren. Auf diese Weise kön­nen Patien­ten mit präzis­er eingestell­ten Dosierun­gen und Wirk­stof­fkom­bi­na­tio­nen behan­delt wer­den, die exakt ihren Bedürfnis­sen entsprechen. Außer­dem kann die Phar­main­dus­trie mit dieser Tech­nolo­gie Arzneimit­tel mit kom­plex­en bio-funk­tionalen Struk­turen entwick­eln, die mit tra­di­tionellen Her­stel­lungsver­fahren nicht pro­duzier­bar sind.

Die Ver­fahren zum 3D-Druck von Tablet­ten, so genan­nten „Print­lets”, entsprechen den kon­ven­tionellen Ver­fahren der addi­tiv­en Fer­ti­gung wie der Schmelzschich­tung (Fused Depo­si­tion Mod­el­ling, FDM). In den entsprechen­den Sys­te­men entste­ht das Pro­dukt in der Regel, indem exakt bemessene Mate­rial­men­gen Schicht für Schicht aufge­tra­gen wer­den und daraus ein drei­di­men­sion­aler Kör­p­er entste­ht. Repro­duzier­barkeit ist daher ein essen­zielles Kri­teri­um der addi­tiv­en Fer­ti­gung, die ohne kon­ven­tionelle Ver­fahren wie Mahlen, Gran­ulieren oder Pressen auskommt.

Für das FDM-Ver­fahren wird stattdessen zunächst ein virtuelles 3D-Mod­ell des Arzneimit­tel­pro­duk­ts erstellt. Anschließend wer­den die Para­me­ter für das Druck­ver­fahren bes­timmt, u. a. Schicht­dicke, Düsendurchmess­er, Unter­lage, Extrud­ertem­per­atur, Druck- und Extru­sion­s­geschwindigkeit. Jet­zt kann der 3D-Druck­er die Mod­elle lesen und die Befehle abar­beit­en, um das End­pro­dukt herzustellen.

Diese Her­stel­lung per­son­al­isiert­er Medika­mente mit spez­i­fis­chen Wirkungsweisen ver­langt daher eine genaue Ken­nt­nis der ver­schiede­nen 3D-Druck­ver­fahren und deren Ein­fluss auf die endgülti­gen Arzneimit­teleigen­schaften. Nur so lassen sich alle rel­e­van­ten Mech­a­nis­men pla­nen, steuern und feinabstimmen.

QbD als Voraussetzung für die Präzisionsmedizin

Prozessken­nt­nis und ‑überwachung, wie sie für die addi­tive Her­stel­lung von Arzneimit­teln typ­isch sind, bilden auch die Grund­lage von Qual­i­ty by Design (QbD). Dieses Mod­ell beschreibt die Lenkung der Qual­ität eines Pro­duk­ts bere­its in den früh­esten Phasen des Prozess­de­signs – die Steuerung kri­tis­ch­er Prozess­pa­ra­me­ter (Crit­i­cal Process Para­me­ters, CPPs) an jedem Punkt der Pro­duk­tion­slin­ie, um die kri­tis­chen Qual­ität­sat­tribute (Crit­i­cal Qual­i­ty Attrib­ut­es, CQAs) des Medika­ments zu bee­in­flussen. Auf diese Weise kann der Her­steller sich­er sein, dass das End­pro­dukt der jew­eili­gen phar­mazeutis­chen Spez­i­fika­tion entspricht und die geset­zlichen Anforderun­gen erfüllt.

Auch wenn sich die Prozesse für den 3D-Druck von Tablet­ten deut­lich von denen für herkömm­liche Prä­parate unter­schei­den, bleibt die prozes­s­an­a­lytis­che Tech­nolo­gie (PAT) zur Unter­stützung des QbD-Konzeptes das­selbe. Konkret kön­nen mul­ti­vari­ate, zer­störungs­freie Analy­sen wie Farbmes­sung, chemis­che hyper­spek­trale Bildge­bung, Infrarot‑, Nahin­frarot- und Raman-Spek­troskopie als Echtzeit-Inline-Qual­ität­skon­troll­w­erkzeuge in das Drucksys­tem inte­gri­ert wer­den. Auf diese Weise kön­nen Arzneimit­tel­her­steller ihre CQAs überwachen und die CPPs gegebe­nen­falls anpassen.

Um den 3D-Druck effizient zu überwachen und exakt per­son­al­isierte Medika­mente zu pro­duzieren, muss ein Sys­tem vorhan­den sein, dass Analyse- und Prozess­dat­en erfassen, auswerten und spe­ich­ern kann. Auf dieser Grund­lage lassen sich Mod­elle erstellen und vali­dieren, Vorher­sagen gener­ieren und Feed­back an das 3D-Drucksys­tem zurück­melden. Für den Her­steller bedeutet das klare, prax­is­rel­e­vante Erkenntnisse.

Was hier­für benötigt wird, ist ein Werkzeug für PAT-Wis­sens­man­age­ment, so wie die mark­t­führende Lösung syn­TQ von Opti­mal. Über die Hälfte der zehn größten inter­na­tionalen Pharma­her­steller nutzen das Sys­tem bere­its, denn es stellt eine reg­u­la­torisch kon­forme, benutzer­fre­undliche Plat­tform dar, die erken­nen lässt, wann sich ein Prozess aus seinem opti­malen Betrieb­s­fen­ster bewegt, und die Kor­rek­tur der entsprechen­den CPPs in Echtzeit im laufend­en Prozess vornimmt.

Durchbruch im 3D-Druck von Medikamenten

PAT ist die Grund­vo­raus­set­zung für einen Quan­ten­sprung im 3D-Druck von Phar­mazeu­ti­ka. Vor allem beschränkt sich diese Tech­nolo­gie nicht auf die Char­gen­her­stel­lung, son­dern eignet sich gle­icher­maßen für die kon­tinuier­liche addi­tive Fer­ti­gung, auch wenn sich diese noch in der Entwick­lungsphase befind­et. Durch die kon­tinuier­liche Pro­duk­tion kann der 3D-Druck die Pro­duk­tion­szeit­en und ‑kosten noch weit­er reduzieren, indem er die Echtzeit­freiga­be von zulas­sungskon­for­men Medika­menten ermöglicht.

Für die Umstel­lung vom Char­gen- auf den kon­tinuier­lichen Druck muss eine zuver­läs­sige und robuste PAT-Lösung für das gesamte Sys­tem instal­liert wer­den, um die CQAs jedes einzel­nen per­son­al­isierten Medika­ments lück­en­los zu überwachen. Eine Folge der kon­tinuier­lichen Fer­ti­gung ist eine noch größere Menge an anfal­l­en­den Prozess­dat­en. PAT-Wis­sens­man­age­ment mit Plat­tfor­men wie syn­TQ gewin­nt hier­durch noch mehr an Bedeutung.

In dem Maße, wie sich die Chan­cen, Vorteile und Erfolge zeigen, stößt die addi­tive Her­stel­lung in der Phar­main­dus­trie auf immer größeres Inter­esse. Vor dem Hin­ter­grund ver­mehrter Aufmerk­samkeit und voran­schre­i­t­en­der Tech­nolo­gie, ins­beson­dere im Hin­blick auf kon­tinuier­liche Prozesse, wird sich der 3D-Druck in der Pharmapro­duk­tion weit­er durch­set­zen. Das­selbe gilt auch für PAT, die sich bere­its zu einem neuen Indus­tri­e­s­tandard entwick­elt und als wichtig­stes Instru­ment sich­er­stellt, dass per­son­al­isierte Arzneimit­tel ihre beson­deren phar­mazeutis­chen und reg­u­la­torischen Anforderun­gen erfüllen. Mit dem prax­is­be­währten Soft­warew­erkzeug syn­TQ für PAT-Wis­sens­man­age­ment ste­ht Pharma­her­stellern eine solide, nach Bedarf kon­fig­urier­bare Lösung für den Auf­bau ihrer neuen Pro­duk­tion­sprozesse zur Verfügung.

Autor: Mar­tin Gads­by, Direc­tor, Opti­mal Indus­tri­al Technologies