Das neue Potenzial

Oktober 2020 | Die Zeit | Zukunft Medizin

Das neue Potenzial

Die Digitalisierung hat die Pharmazie erreicht. Medikamente könnten in Zukunft aus einem speziellen 3D- Drucker kommen. Auch Impfstoffe, etwa gegen Covid-19.

Illustrationen: Yvonne Schulze
Mirko Heinemann / Redaktion

Anfang September besuchte der Tesla-Gründer und Raumfahrtpionier Elon Musk das deutsche Unternehmen Curevac in Tübingen. Curevac ist innerhalb der Pharmabranche mit seinen 450 Mitarbeitern ein verhältnismäßig kleines Unternehmen. Nichtsdestotrotz ist es zu einiger Bekanntheit gelangt: Die Schwaben arbeiten an einem Impfstoff gegen Covid-19, die Krankheit, die von dem neuen Corona-Virus ausgelöst wird.

 

 

Aber nicht nur das: Curevac arbeitet an einer völlig neuen Medikamentenklasse. An Pharmazeutika, die auf Basis von Messenger-Ribonukleinsäure (mRNA) entwickelt werden. Das Molekül mRNA wird dabei als Informationsträger benutzt, um den menschlichen Körper zur Produktion der entsprechend kodierten Proteine zu animieren. Damit könnte eine Vielzahl von Erkrankungen bekämpft werden – von Infektionskrankheiten bis zu Krebs. Elon Musk zeigte sich beeindruckt. Allgemein sehe er enormes Potenzial in synthetischer RNA und DNA, schrieb er. Denn künstliche Gen-Sequenzen würden Therapien gegen viele Krankheiten „zu einem Software-Problem“ machen. Was meinte er damit?

 

Tesla baut Corona-Impfstoff-Fabriken

 

Tesla und Curevac arbeiten schon längst zusammen. Der Autohersteller soll Molekül-Produktionseinheiten für die deutsche Biotech-Firma fertigen: „Tesla baut als Nebenprojekt RNA-Mikrofabriken für Curevac und möglicherweise andere“, enthüllte Musk auf Twitter. Die Enthüllung sorgte zunächst für Erstaunen und Unglauben, wurde dann aber aus Kreisen des deutschen Unternehmens bestätigt. Und wie der Blog „Electrek” berichtete, haben Tesla und Curevac sogar schon vor einem Jahr gemeinsam ein Patent für so genannte „RNA-Mikrofabriken“ angemeldet, in denen unter anderem der Impfstoff gegen das neuartige Coronavirus produziert werden könnte.

 

Als „mobilen Molekül-Drucker“ bezeichnet die Nachrichtenagentur Reuters das Gemeinschaftswerk von Tesla und Curevac. Diese brauche Curevac nicht für seine Haupt-produktion in Deutschland, sondern für den mobilen Einsatz. So könnten Impfstoffe und andere Therapien in größeren Mengen direkt vor Ort produziert werden und müssten keine lange Reise aus einem Zentrallager überstehen. Je nach Bedarf ließen sich unterschiedliche mRNA-Rezepte in die Maschine eingeben, schreibt Reuters.

 

Das zeigt, dass die Digitalisierung vor keinem Feld der Medizin Halt macht. Wenn Pharmazeutika demnächst in kleinen „Druckern” mobil vor Ort produziert werden können, eröffnet das unglaubliche Möglichkeiten. Baupläne für künstliche RNA-Moleküle, die individuell auf die Anforderungen des Patienten und seiner Erkrankung zugeschnitten sind, könnten digital an jeden Ort der Welt übertragen werden. Impfstoffe und Medikamente könnten direkt vor Ort produziert werden, ob im New Yorker Krankenhaus oder in der afrikanischen Savanne.  

 

Klassische Pharmazeutika lassen sich nicht vor Ort herstellen, dafür werden sie aber bereits automatisch dosiert und mittels 3D-Druckern in Tablettenform gebracht. Das US-amerikanische Unternehmen „Aprecia Pharmaceuticals Company“ hat bereits 2007 die so genannte „ZipDose“-Technologie entwickelt. Die Tablette „Spritam”, ein Medikament zur Behandlung von Epilepsie, wurde als erstes Pharmazeutikum mit einem 3D-Drucker produziert. Auf diese Weise lässt sich die Dosierung exakt auf die Bedürfnisse des Patienten abstimmen.

 

An den Möglichkeiten des 3D-Drucks in der pharmazeutischen Produktion forschen auch die TH Köln und die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in einem gemeinsamen Projekt. Im Fokus stehen Arzneimittel unterschiedlicher Dosis für individualisierte Kleinst- und Kleinchargen. Basis ist ein so genannter pharmazeutischer „Schmelzextruder”, ein Verfahren zur Herstellung von festen Dispersionen. Darin werden die Ausgangssubstanzen für die Medikamente vermischt und aufgeschmolzen. Angeschlossen ist ein neuartiges Drucksystem für Tabletten.

Im Extruder werden die pharmazeutischen Wirkstoffe mit Kunststoffen vermischt, die der Körper abbauen kann. Die Herausforderung sei, ein homogenes Gemisch herzustellen, das den Qualitätsstandards der Arzneimittelherstellung entspricht und jederzeit reproduzierbar sei, so Dr. Julian Quodbach vom Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der HHU, das für die Entwicklung und Erforschung der Wirkstoff-Polymermischungen zuständig ist.

 

Das Drucksystem für Tabletten entwickelt das Labor für Fertigungssysteme der TH Köln. Es schließt direkt an den Extrusionsprozess an und soll 100 Tabletten pro Stunde produzieren. „Wenn der Extruder einmal optimal eingestellt ist, muss er dauerhaft fördern und kontinuierlich Material liefern, um die Qualität und Gleichförmigkeit der Tabletten zu garantieren”, erklärt Tilmann Spitz von der TH Köln. „Das Drucksystem hingegen arbeitet diskontinuierlich und muss prozessbedingt kurze Pausen einlegen.” Daher entwickelt das Team ein Puffersystem, in dem das Material für eine gewisse Zeit bei Schmelztemperatur gespeichert und wieder abgegeben werden kann.

 

Im herkömmlichen 3D-Druck wird die Polymer-Wirkstoffmasse nach dem Verlassen des Extruders zu langen Kunststoffsträngen, den sogenannten Filamenten, verarbeitet. Diese werden dann in einem 3D-Drucker ein zweites Mal aufgeschmolzen und gedruckt. „Da wir den Druckkopf direkt hinter dem Extruder platzieren, sparen wir das Zwischenprodukt. Die Polymere müssen nur einmal aufgeschmolzen werden, was besonders für hitzeempfindliche Wirkstoffe gut ist“, sagt Spitz.

 

Das Forschungskonsortium erhofft sich von der neuen Technologie auch, dass eine größere Bandbreite an Polymer-Wirkstoffkombinationen und sogar Wachse oder Lipide verarbeitet werden können. „Es gibt eine Reihe von Polymeren, die dabei helfen, schwer lösliche Wirkstoffe besser in den Körper aufnehmen zu können. Diese möchten wir gerne verarbeiten”, ergänzt Quodbach. Wachse und Lipide zeigen andere interessante Effekte, lassen sich aber nicht im 3D-Drucker verarbeiten. Hier sieht das Team weiteren Forschungsbedarf, um auch diese vielversprechenden Substanzen für den pharmazeutischen 3D-Druck zugänglich zu machen. RNA-Mikrofabriken und 3D-Drucker für Tabletten – das ist erst der Anfang einer ganz neuen Form der pharmazeutischen Produktion.