Forschung aus Braunschweig ermöglicht innovative Arzneimittel

Funktionalisierung von Wirk- und Hilfsstoffen mittels Plasmaverfahren für eine optimierte Herstellung individualisierter Arzneimittel. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg / Functionalization of active ingredients and excipients by means of plasma processes for the optimized production of individualized pharmaceutical products. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Einsatz von 3D-Druck für die Herstellung individualisierter Arzneimittel. © Fraunhofer IST, Krees Nagel / Use of additive manufacturing for the production of individualized pharmaceutical products. © Fraunhofer IST, Krees Nagel

Braunschweig baut seine Stärken in der Herstellung individueller Arzneimittel weiter aus. Dafür kooperieren erstmals das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST und das Zentrum für Pharmaverfahrenstechnik (PVZ) der Technischen Universität Braunschweig.

Die Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt in Braunschweig mit 0,5 Mio € dafür den Aufbau eines Translationslabors »Pharma- und Medizintechnik­produktion« als Teil des neuen niedersächsischen Leistungszentrums »Medizin und Pharmatechnologie«. Es entsteht eine gemeinsam nutzbare Infrastruktur für die individualisierte Arzneimittelproduktion mit dem Ziel, Forschungsergebnisse und Innovationen gemeinsam noch schneller in die Anwendung zu bringen sowie Partner als Innovationslotsen zu begleiten.

Verfahrens- und Fertigungstechnik aus Braunschweig

Individuelle Arzneimittel sind ein wichtiger Baustein in der patientenzentrierten Medizin. Ein Ziel der Forschung ist es, Tabletten oder Kapseln so zu gestalten, dass sie in kleinen Stückzahlen flexibel, d. h. individualisiert für einen Patienten oder eine kleine Patientengruppe hergestellt werden können. Dies bringt hohe Anforderungen an die Herstellung mit sich. Verfahrens- und Fertigungstechnik aus Braunschweig soll dabei künftig eine wichtige Rolle spielen und mit der Expertise aus der Pharmazie kombiniert werden. Der niedersächsische Minister für Wissenschaft und Kultur Björn Thümler begrüßt das Vorhaben: »Mit dem Leistungszentrum ›Medizin und Pharmatechnologie‹ beweist sich, wie stark die Lebenswissenschaften in der Region Hannover/Braunschweig aufgestellt sind. Ich bin davon überzeugt, dass die Kooperation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Fraunhofer-Gesellschaft und der TU Braunschweig das Potenzial hat, neue und individuelle Arzneimittel herzustellen.«

Verbesserungen bei der Herstellung

Dank der Innovationen aus Braunschweig werden neuartige Arzneiformen möglich. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können z. B. Eigenschaften wie die Haftung an Maschinenoberflächen steuern, so kann auf die Verwendung von Trennmitteln in der Arzneimittel-Herstellung verzichtet werden, was die Eigenschaften des Produkts verbessert. Zudem lassen sich durch eine Modifizierung der Oberfläche mit einem »kalten« Plasma die Fließfähigkeit von Pulvern verbessern und Barriere­schichten erzeugen. Auch das führt zu neuen Möglichkeiten – zum Beispiel die Kombination mehrerer Wirkstoffe in einer Tablette, die sonst nicht miteinander kompatibel wären.

Das Fraunhofer IST wird in Kooperation mit dem PVZ auch neue Verfahren wie den 3D-Druck in Kombination mit innovativen Plasmasystemen und neuen Oberflächenbeschichtungen erforschen. Diese sollen Teil einer neuen modularen Prozesskette zur Herstellung von solchen individualisierten Arzneiformen werden. Die Fraunhofer- und TU Braunschweig-Wissenschaftler*innen gehen davon aus, dass diese Forschungen auch Verbesserungen und Innovationsimpulse für die Massenproduktion mit sich bringen.

Neues Translationslabor intensiviert die regionale Kooperation

Mit dem neuen Translationslabor, das 2021 den Betrieb aufnehmen und kontinuierlich weiter ausgebaut werden soll, bauen die TU Braunschweig und die Fraunhofer-Gesellschaft ihre Kooperation am Standort weiter aus. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und Zivilgesellschaft sollen neue Produktionstechnologien in die Anwendung überführt werden. Interessierten Firmen wird so der Einstieg in die partnerschaftliche Technologie- und Prozessentwicklung in diesem Zukunftsmarkt erleichtert. Darüber hinaus soll durch Ausbildungskonzepte der Wissenstransfer in die industrielle Praxis unterstützt werden. Ein solches Translationslabor für die individualisierte Herstellung von Arzneimitteln existiert bisher nicht in Deutschland.

»Dies ist ein wichtiger Schritt für den systematischen Ausbau unserer Kompetenz im Bereich der Pharmaproduktion und der Intensivierung der regionalen Kooperation mit dem PVZ«, sagt Prof. Dr. Michael Thomas, Abteilungsleiter am Fraunhofer IST und Mitglied des PVZ. In seiner Abteilung werden neuartige, bei Atmosphärendruck arbeitende Plasmasysteme und funktionelle Oberflächen entwickelt und in Prozesse integriert. »Diese Plasmasysteme können sehr gut miniaturisiert und in Prozessketten eingebaut werden« erklärt Dr. Kristina Lachmann, Gruppenleiterin Atmosphärendruck-Plasmaverfahren und Oberflächenchemie am Fraunhofer IST. »Dadurch können im Produktionsprozess in-situ Funktionen wie z. B. die Haftung gesteuert oder Barriereschichten erzeugt und damit eine individualisierte Herstellung erreicht werden«, erklärt Dr. Lachmann. »Wir haben bereits jetzt erste industrielle Partner an Bord, die mit uns die Basis der modularen Plattform zur generativen Fertigung von Arzneimitteln aufbauen und die Entwicklung langfristig weiter vorantreiben wollen«, erläutert Prof. Dr. Michael Thomas.

Auch am PVZ ist man begeistert darüber, dass diese Plattform jetzt etabliert wird. »Den Ansatz der individualisierten Arzneimittelproduktion verfolgen wir schon länger«, erläutert Prof. Dr.-Ing. Arno Kwade, Vorstandssprecher des PVZ. »Wir freuen uns, dass das Fraunhofer IST als regionaler Partner dieses Thema mit den Instituten des PVZ vorantreibt und hier seine Expertise in der Verfahrens- und Fertigungstechnik sowie in funktionalen Oberflächen als neue wichtige Kompetenz einbringt, um diesen entscheidenden Forschungszweig im PVZ erfolgreich voranzutreiben.«

Für die Zukunft planen die Partner verstärkte Forschung in der Digitalisierung und Überwachung der Prozesse sowie Erweiterungen der Entwicklung neuartiger Verpackungskonzepte – alles vor dem Hintergrund, Prozesse transparent und nachvollziehbar zu halten: So soll die Qualität jeder einzelnen, individuellen Arzneiform sicher nachgewiesen, dokumentiert und bis zur Einnahme nachverfolgt werden können.

Hintergrund

In dem vom Land Niedersachsen und der Fraunhofer-Gesellschaft geförderten Leistungszentrum »Medizin und Pharmatechnologie« haben sich unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM aus Hannover die Fraunhofer-Einrichtung für Individualisierte und Zellbasierte Medizintechnik IMTE aus Lübeck und das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST aus Braunschweig zusammengeschlossen.

Die Schwerpunkte des Leistungszentrums mit standortspezifischen Translationslaboren liegen in der individuellen Arzneimittelherstellung (Standort Braunschweig), der Entwicklung intelligenter Beatmungssysteme sowie additiv gefertigter Implantate. Neben verschiedenen Unternehmen sind standortspezifische Forschungspartner die Medizinische Hochschule Hannover (MHH), die Leibniz Universität Hannover (LUH), die Universität Lübeck, das Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH) und die Technische Universität Braunschweig mit ihrem Zentrum für Pharmaverfahrenstechnik (PVZ). Ziel des Leistungszentrums ist es, die Lücke zwischen universitärer und außeruniversitärer Forschung und der Wirtschaft zu schließen und den Innovationsprozess von der Idee bis in den Markt zu beschleunigen. Dazu wird nicht nur die notwendige Infrastruktur bereitgestellt, es werden auch wichtige Akteure aus Wirtschaft und Wissenschaft vernetzt.