Die Zukunft hat begonnen: Wie GlaxoSmithKline mit 3D-gedruckten Arzneimitteln die Pharmabranche revolutionieren könnte

Unglaublich, aber wahr: Gemessen am Gesamtumsatz schneidet die globale Pharmabranche besser ab als so manches Land. Bereits 2014 konnten Pharmaunternehmen weltweit, darunter große Namen wie Pfizer, Roche und GlaxoSmithKline (GSK), kombinierte Einnahmen in Höhe von 1 Billion Dollar verbuchen. Das entspricht einem Viertel der jährlichen Regierungsausgaben der USA.

Kaum eine andere Branche ist zugleich mit derart hohen Chancen und Risiken verbunden wie die Pharmabranche – ganz zu schweigen davon, dass der lange und mühselige Weg zur Marktzulassung mit enormen Kosten verbunden ist: Diese belaufen sich pro Produkt nicht selten auf mehr als eine Milliarde Dollar.

„Innerhalb der Pharmaindustrie herrscht eine hohe Aussonderungsquote: Etwa 90 bis 95 % aller neuen Arzneimittel erhalten keine Marktzulassung“, so Martin Wallace, der als Director of Technology Seeking bei GSK seit vier Jahren unter anderem dafür zuständig ist, neue und aufkommende Technologien – wie etwa 3D-Druckverfahren zur Herstellung von Pharmazeutika – daraufhin zu untersuchen, ob sie die Produktivität der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung steigern und Patienten so durch effektivere Arzneimittel zusätzliche Lebensqualität bieten können.

Eine vielversprechende Perspektive für die Pharmaindustrie bietet die Verwendung von 3D-Druckern zur Entwicklung von Gewebeproben. „Unser Ziel ist es, im Labor Gewebe und Organe zu erstellen, die mit denen eines Menschen vergleichbar sind“, erklärt Wallace und fügt hinzu, dass dies die Notwendigkeit von Tierversuchen verringern und ein besseres Verständnis der Wirkung neuer Arzneimittel ermöglichen würde. „Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir alles Mögliche tun, um in der Frühphase verfügbare Daten richtig zu interpretieren und zu verstehen, welche Wirkung ein Medikament voraussichtlich bei Patienten zeigen wird.“

Medikamente von morgen

Arzneimittel aus dem 3D-Drucker könnten für GSK-Patienten darüber hinaus noch weitere Vorteile mit sich bringen. „Einer der Bereiche, mit denen wir uns befassen, ist die Frage, ob sich Medikamente in der jeweiligen Dosierungsform einzelner Patienten drucken lassen“, so Wallace. „Während viele eine Zukunft anstreben, in der 3D-Drucker in Apotheken und bei Patienten zu Hause stehen, ist uns bewusst, dass es noch viele Hindernisse zu überwinden gilt, bevor diese Vorstellung zur Realität wird. Dennoch spornt uns unser Fokus auf Innovation an, weiter zu experimentieren.“

„Individuell maßgeschneiderte Medikamente würden eine weitaus präzisere Klassifizierung und Unterscheidung von Patientengruppen ermöglichen, wodurch wir gezielter auf die Anforderungen einzelner Personen eingehen könnten”, fährt Wallace fort. „Wenn es uns gelingen würde, mithilfe von 3D-Druckern Medikamente herzustellen, die auf den jeweiligen Patienten zugeschnitten sind, würde dies unsere Lieferkette drastisch verändern.“

Um dieses Vorhaben in die Realität umzusetzen, untersucht GSK derzeit den Nutzen von 3D-Druckern bei der Herstellung von Pillen und Tabletten. Arzneimittel bestehen aus einem aktiven pharmazeutischen Wirkstoff (Active Pharmaceutical Ingredient, kurz API) und einem sogenannten Trägerstoff, einer wirkungslosen Substanz, die den aktiven Wirkstoff transportiert. Die Herausforderung besteht darin, den aktiven Wirkstoff zu „härtbarer Tinte“ oder einem anderen 3D-druckfähigen Material umzuwandeln.

Von besonderem Interesse für die Pharmaindustrie sind 3D-Druckverfahren, die auf Tintenstrahltechnik basieren, da diese zahlreiche Parallelen zu aktuellen Herstellungsverfahren aufweisen und auf Dauer die wohl nachhaltigste Lösung darstellen. Allerdings wird es voraussichtlich noch eine ganze Weile dauern, bis die derzeitigen Produktionsmethoden vollständig durch 3D-Drucker ersetzt werden. „Aktuelle Technologien produzieren bis zu 1,6 Millionen Tabletten pro Stunde“, erklärt Wallace. „Um an diese Zahl heranzukommen, würde man eine Menge Drucker benötigen.“

Neben der Möglichkeit, Arzneimittel während der Herstellung individuell an die Bedürfnisse von Patienten anzupassen, birgt die Verwendung von 3D-Drucktechnologie eine Reihe weiterer Vorteile für die Pharmaindustrie. Wallace weist in diesem Zusammenhang auf das erste 3D-gedruckte Arzneimittel hin, das von der Food and Drug Administration (FDA), der Lebensmittelüberwachungs- und Arzneimittelzulassungsbehörde der Vereinigten Staaten, zugelassen wurde: Spritam, ein Medikament gegen Epilepsie, das vom amerikanischen Unternehmen Aprecia Pharmaceuticals produziert wird. „Aprecia versucht im Prinzip, ein Medikament mit sehr hohem Wirkstoffanteil herzustellen, das beinahe sofort freigesetzt wird. Mit herkömmlicher Technologie ist das nahezu undenkbar“, erklärt Wallace.

Innovation auf dem Vormarsch

Wallace zufolge ermöglichen 3D-Drucker darüber hinaus, „Tabletten in komplexen geometrischen Formen herzustellen, wodurch sich auch ihre Wirkung beeinflussen lässt“. Je nach physikalischer Struktur könnten so etwa Wirkstoffanteil und –freisetzung angepasst oder sogar der Geschmack bestimmter Medikamente überdeckt werden.

Auch die FDA selbst hat sich bereits umfassend mit der Verwendung von 3D-Drucktechnologie zu medizinischen Zwecken befasst und sieht darin die Chance, „eine kontinuierliche Innovation in der pharmazeutischen Produktionstechnologie anzukurbeln“.

Dieser Meinung ist auch Wallace selbst. Nur zu gut erinnert er sich an seine Zeit als Maschinenbaustudent, als herkömmliche Test- und Analyseverfahren noch mit einem enormen Zeitaufwand verbunden waren. Genau das könnte dank der aufkommenden 3D-Drucktechniken in Zukunft vermieden werden: „Eine schnelle Prototypenerstellung würde es uns ermöglichen, 15 verschiedene Exemplare eines Medikaments auf einmal zu produzieren“, betont Wallace. „Wir könnten wesentlich schneller untersuchen, was funktioniert und was nicht. Dies würde kürzere Testphasen und geringere Kosten bedeuten.“

Erschließung einer bisher ungenutzten Ressource

Wallace betont, dass 3D-Druck auch über das Gebiet der Wissenschaft hinaus spannende Chancen und Möglichkeiten bietet. So ist er der Meinung, dass die Technologie Unternehmen beim Erschließen einer meistens ungenutzten, aber überaus wertvollen Ressource helfen kann: nämlich der Kreativität der Mitarbeiter. 3D-Modelle können als gemeinsame Kommunikationsplattform zum Austausch von Ideen dienen, die sich in schriftlicher Form nur schwer darstellen lassen. Das wäre insbesondere bei der Zusammenarbeit zwischen Mitarbeitern aus unterschiedlichen Fachrichtungen nützlich. „Unser Unternehmen besteht aus ungefähr 100.000 Mitarbeitern, die entweder bereits in irgendeiner Form Patienten sind oder es in Zukunft sein werden“, so Wallace.

Anfang 2016 organisierte GSK in Zusammenarbeit mit dem Fusion 360 Street Team von Autodesk einen Wettbewerb, bei dem GSK-Mitarbeiter die Möglichkeit hatten, in Fusion 360 designte 3D-Druck-Ideen einzusenden, die sich ihrer Meinung nach positiv auf das Unternehmen auswirken könnten. „Die Teilnehmer reichten von Mitarbeitern mit Kundenkontakt bis hin zu Personal aus dem Bereich der Forschung und Entwicklung“, erinnert sich Wallace. „Dank der Möglichkeiten des 3D-Drucks hatten diese Leute die Gelegenheit, ihre Ideen in einer für ein breiteres Publikum verständlichen Art und Weise darzustellen.“

„Unter den Einsendungen fanden sich nicht nur Ideen, die uns bis dato nie in den Sinn gekommen waren, sondern auch völlig neue potenzielle Anwendungsmöglichkeiten für 3D-Drucker“, so Wallace. Zu den besten Ideen gehörten unter anderem modifizierte Produktverpackungen für ältere Menschen.

Zwar bleiben maßgefertigte Arzneimittel aus dem 3D-Drucker für den Massenkonsum noch eine Zukunftsvision, Beispiele dieser Art verdeutlichen jedoch, dass der eigentliche Verdienst der 3D-Technologie innerhalb der Pharmaindustrie darin besteht, dass sie Innovation auf eine bisher nie dagewesene Art und Weise anzukurbeln vermag. Und wer weiß: Vielleicht können auch deutsche Patienten schon bald von Medikamenten aus dem 3D-Drucker profitieren.