Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Effekte der Wirkstoffdispersität in Polymerzubereitungen bei der schmelzbasierten, additiven Fertigung fester Arzneiformen

Zur grundlegenden Verbesserung des Prozess-Material-Verständnisses und damit verbunden der Verbesserung der Herstellungsauslegung und Qualitätssicherung bei der Verarbeitung partikelbeladener Polymerschmelzen zu Arzneiformen soll eine wissensbasierte, modellgestützte Entwicklungsplattform geschaffen werden. Hierdurch soll insbesondere der Zusammenhang zwischen teilweise gelöstem und partikulärem Wirkstoff, der Prozessierbarkeit und den Produkteigenschaften verstanden und damit vorhersagbar werden, um im Bereich der additiven Pharmazeutikaproduktion zukünftig wettbewerbsfähig Produkte entwickeln, Arzneiformen reproduzierbar und individuell herstellen und die Kombination von Zwischenprodukt und Endfertigungsapparat (3D-Drucker) marktfähig, kostengünstig und sicher anbieten zu können. Dazu soll in diesem Projekt durch die systematische Evaluation des Einflusses disperser Eigenschaften grundlegendes Material-Struktur-Eigenschaftswissen generiert werden, das sich durch die modellhafte Beschreibung der Zusammenhänge auf neue Wirkstoffe und Polymere übertragen lassen soll. So werden essentielle Materialparameter identifiziert und anhand derer zuverlässige Vorhersagen von Herstellungsparametern, Prozessgrenzen und Produkteigenschaften ermöglicht. Mit der im Projekt erarbeiteten Entwicklungsplattform werden pharmazeutische Produktentwickler dazu befähigt, rational hochgefüllte Polymer-Wirkstoff-Zubereitungen mit gewünschten Eigenschaften zeit- und kostensparend zur Marktreife zu bringen. Nach der Zulassung additiver Fertigungsverfahren von Arzneimitteln können insbesondere KMUs (auch bspw. Apotheken), für welche die automatisierte Herstellung individualisierter Arzneimittel in kleiner Stückzahl ein attraktives Geschäftsfeld darstellt, den Wissensvorsprung für ihren Erfolg nutzen. Über pharmazeutische Anwendungen hinaus können 3D-Drucker-Hersteller die Ergebnisse unmittelbar auf bereits bestehende Anwendungen mit gefüllten Polymeren in anderen Geschäftsbereichen übertragen.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Projekt erzielten Ergebnisse und die daraus resultierenden Anwendungsmöglichkeiten können im Detail dem Schlussbericht entnommen werden. Nachfolgend sind jedoch die wichtigsten Erkenntnisse zusammengefasst:

Die im Projekt gesammelten Ergebnisse und angewandten, erweiterten und selbst entwickelten Modelle konnten erfolgreich in einem Wissensbasierten Vorgehensleitfaden zusammengefasst werden, welcher bei der zukünftigen Materialentwicklung für die schmelzbasierte additive Fertigung von Arzneiformen beschleunigend unterstützen kann.

Insbesondere können durch eine etablierte Modellunterstützung sowie ein neu entwickeltes Verfahren bei der Prozessfenstererstellung von Wirkstoff-Polymersystemen, welche Auskunft über den Zusammenhang zwischen Wirkstoffbeladung, Temperatur, Löslichkeit des Wirkstoffs im Polymer und der Viskosität geben, Zeit und Kosten gespart werden.

Hinsichtlich der Filament-Extrusion ist neben Erkenntnissen zur 3D-Druckbarkeit besonders die Entwicklung zweier Methoden hervorzuheben. Durch sie können zum Einen die Partikelgrößenverteilung in Polymermatrizes und zum Anderen die für den 3D-Druck benötigte Kraft ermittelt werden. Dies kann in diversen Wirtschaftszweigen zu einem Verständnis von Kompositmaterialien und insbesondere vom Filament-3D-Druck beitragen.

Hinsichtlich des Aspekts des Quality by Design können vor allem die abgeleitete Designmethode für 3D-gedruckte Arzneiformen sowie die prädiktive Auslegung der Freisetzung über entwickelte Modelle zukünftig sicher produzierte, individualisierte Arzneiformen ermöglichen.

Entsprechend kann zusammenfassend festgehalten werden, dass alle im begutachteten und bewilligten Projektantrag geplanten Ziele vollumfänglich erreicht werden konnten und das Projekt damit erfolgreich abgeschossen wurde. Die entwickelten Methoden können von Firmen und insbesondere KMU direkt zur beschleunigten Materialentwicklung eingesetzt werden.