Personalisierte Medizin: Die All-in-one-Pille

3. August 2016
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Eine einzige Tablette, die speziell auf den Patienten abgestimmt ist. Sie enthält alle benötigten Arzneistoffe und gibt sie in unterschiedlicher Abfolge frei. Ihre Einnahme erfolgt einmal am Tag. Außerdem ist sie einfach und kostengünstig herzustellen – zu schön, um wahr zu sein?

„Für eine lange Zeit waren personalisierte Tabletten ein bloßer Begriff, da die Realisierung zu komplex oder zu teuer war. Diese neue Herstellungsmethode für Tabletten wird das grundlegend verändern“, sagt der Assistenzprofessor und Projektleiter Soh Siow Ling [Paywall] von der National University of Singapore. Er und seine Doktorandin Sun Yajuan haben ein einfaches und kostengünstiges Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, Tabletten mit mehreren Arzneistoffen herzustellen. Die enthaltenen Wirkstoffe können im menschlichen Körper zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedlichen Dosen abgegeben werden.

Wann soll wie viel Arzneistoff wo sein?

Nach der Applikation eines Medikaments ist die Freisetzung des Wirkstoffes aus der Darreichungsform der erste und geschwindigkeitsbestimmende Schritt. Allerdings hängt es von der therapeutischen Zielsetzung ab, wann wie viel Arzneistoff die Verabreichungsform freigeben soll. Eine über einen bestimmten Zeitraum konstante Wirkstofffreisetzung ist vor allem dann wichtig, wenn der Arzneistoff nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich wirkt. Wird zuviel Wirkstoff freigesetzt, nehmen die unerwünschten Wirkungen zu, bei einer zu geringen Arzneistoffmenge wirkt das Medikament nicht.

Manche Wirkstoffe wie beispielsweise Hormone sollen dagegen in regelmäßigen Abständen an den Körper abgegeben werden. Hiermit sollen die biologischen Zyklen nachgeahmt werden. Arzneiformen, die über die Zeit eine immer höhere Wirkstoffmenge freisetzen, sind beispielsweise bei Medikamenten erwünscht, bei denen der Patient eine Toleranz entwickelt. Manche Medikamente erfordern dagegen eine hohe Initialdosis und eine etwas niedrigere Erhaltungsdosis. Beispiel hierfür ist die Therapie der Arthritis. Bei oralen Darreichungsformen können Wirkstofffreisetzung und Aufnahme in den Körper durch spezielle Membrane (z. B. magensaftresistente Kapseln) oder galenische Hilfsstoffe (z. B. Polymere) verändert werden.

Bereits Tabletten aus dem 3D-Drucker auf dem Markt

Die Idee einer speziell auf den Patienten abgestimmten Pille, produziert mithilfe der 3D-Druck-Technologie, ist nichts Neues. Bereits Mitte 2015 hatte die Food and Drug Administration (FDA) grünes Licht für das Antiepileptikum Spritam® gegeben. Dieses wird über die ZipDose®-Technologie produziert. Dabei trägt ein 3D-Drucker Pulverschichten, die den Wirkstoff enthalten, nacheinander auf und verklebt mit einer wässrigen Lösung jede Lage mit der nächsten. Hierdurch erhält man poröse Tabletten mit patientenindividueller Dosis, die man leicht in Wasser auflösen kann.

Um konstante Plasmaspiegel zu erreichen, wären allerdings gerade bei Antiepileptika beispielsweise Retardtabletten sinnvoller. Mithilfe des 3D-Drucks sind noch weitere Freisetzungsprofile realisierbar, wie bereits frühere Studien [Paywall] zeigen konnten. Hierfür sind allerdings komplexe mathematische Modelle und/oder iterative Algorithmen notwendig. Zudem ist die Herstellung der Schicht-bei-Schicht-Struktur komplex und die mechanische Haltbarkeit ist häufig schlecht. Eine zeitgesteuerte Wirkstofffreisetzung kann auch mit Systemen, die nicht oral angewendet werden, erreicht werden. Ein Beispiel hierfür sind Mikrochips. Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass die Chips in den menschlichen Körper implantiert werden müssen – eine Prozedur, die nicht für jeden Patienten geeignet ist.

Die neue All-in-one-Pille der Wissenschaftler aus Singapur soll nun all diese Probleme lösen: Sie kann einfach sowie kostengünstig produziert werden und ist dabei völlig flexibel. Die Tablette kann nämlich beliebig an die Bedürfnisse des Patienten angepasst werden. Ihre Form, die für die gewünschte Wirkstofffreisetzung benötigt wird, ist intuitiv und das Herstellungsverfahren kostengünstig und einfach.

Die Tablette besteht aus drei Komponenten

Das Medikament oder auch die Mischung unterschiedlicher Medikamente befindet sich in der innersten Schicht, deren Form von dem gewünschten Freisetzungsprofil abhängt. Sie besteht aus einem Polymerengemisch, dessen Oberfläche sich bei Kontakt mit einem wässrigen Medium langsam auflöst. Umgeben wird sie von einer weiteren Schicht aus dem gleichen Material, allerdings ohne Arzneistoff. Die Hülle bildet ein undurchlässiges, aber bioabbaubares Material, welches die Tablette auf allen Seiten bis auf einer umgibt.

Wird diese Tablette in ein wässriges Medium gelegt, wird das Polymerengemisch (mit und ohne Wirkstoff) allmählich von der Seite her abgebaut, an der sie nicht von dem undurchlässigen Schutzfilm umgeben ist. Wie viel Wirkstoff freigegeben wird, hängt davon ab, wie groß die Fläche der innersten Schicht ist, die gerade an der Oberfläche ist.

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Die drei Komponenten (von links nach rechts): 1. Innerste Schicht mit Arzneistoff 2. Polymerengemisch mit und ohne Arzneistoff 3. Die ganze Tablette 4. Münze zum Größenvergleich © National University of Singapore

Für die Herstellung verwendeten die Wissenschaftler einen gewöhnlichen 3D-Drucker, da dieser kostengünstig und einfach zu benutzen ist. Das digitale Pillenmodell mit dem speziellen Design wird vom Computer erstellt – basierend auf dem gewünschten Freisetzungsprofil, das dann vom 3D-Drucker ausgedruckt wird. Die Vorlage besitzt die gleiche Form, die das Arzneistoff-Polymer-Gemisch später mal haben soll. Laut Veröffentlichung gaben die Wissenschaftler im nächsten Schritt zu der Vorlage ein ungiftiges, flüssiges Polymer. Nachdem es ausgehärtet war, entfernten sie die Vorlage und füllten in die Vertiefung das abbaubare Polymerengemisch mit dem Arzneistoff.

Für ihre Studien verwendeten die Wissenschaftler anstelle eines Wirkstoffes einen orangen Farbstoff. Nach dem Aushärten wurde dieses zweite Polymerengemisch mit Farbstoff aus der Gießform genommen, in die undurchlässige Hülle gegeben und der Zwischenraum mit Polymerengemisch ohne Farbstoff aufgefüllt.

Für Tabletten, die zwei Medikamente zu unterschiedlichen Zeiten freisetzen sollen, gaben die Wissenschaftler anstelle eines Arzneistoff-Polymer-Gemisches zwei in die Hülle. In diesem Fall waren beide Mixturen zusammen genauso dick wie die der Tablette mit nur einem Wirkstoff. Die Hülle hatten die Wissenschaftler in einem separaten Schritt ausgedruckt. Anschließende Tests bestätigten die erwartete Wirkstofffreisetzung. Die Freisetzungsrate des Farbstoffes konnten die Wissenschaftler beeinflussen, indem sie die Konzentration einzelner Polymere in dem Polymerengemisch veränderten.

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Die All-in-one-Pille mit unterschiedlichen Designs für unterschiedliche Freisetzungsprofile, © National University of Singapore

Multinationales Unternehmen zeigt Interesse

Die Wissenschaftler verhandeln bereits mit einem multinationalen Unternehmen. Denn wenn es nach den Forschern geht, soll diese Methode künftig sowohl Kliniken als auch Apotheken zur Verfügung stehen. Ärzte und Apotheker könnten dann die für den Patienten ideale Dosierung unter Berücksichtigung des Alters, Geschlechts oder Nierenfunktion ermitteln und die maßgeschneiderte Tablette direkt vor Ort herstellen.

Da die All-in-one-Tablette jedoch nicht komplett aus dem Drucker stammt, sondern verschiedene Herstellungsschritte notwendig sind, für die wiederum Zeit als auch unterschiedliche Gerätschaften benötig werden, bleibt abzuwarten, inwieweit sich das Verfahren durchsetzen kann. Eine andere Möglichkeit wäre, dass Pharmaunternehmen die speziellen Pillen in großer Menge vorproduzieren. Bis zur Markteinführung der All-in-one-Pille können allerding noch ein paar Jahre vergehen. Derzeit untersuchen Soh Siow Ling und Kollegen, wie sich die Zusammensetzung des Polymerengemisch auf die Wirkstofffreisetzung auswirkt. Ziel ist es, die Tablette noch besser an die Bedürfnisse des einzelnen Menschen anpassen zu können.

 

Bildquelle: Taki Steve, flickr & e-Magine Art, flickr

80 Wertungen (4.3 ø)

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13 Kommentare:

Dr. med. Dieter Mehlhorn
Dr. med. Dieter Mehlhorn

Orthopäde an 3 D Drucker in der Apotheke: Ibu… beimischen. Es sind bereits Blutdruck-, Diabetes-,Diuretica-Medikamente im Pool. Der Augenarzt hat auch noch Wünsche: ein anderes Diureticum! etc.etc. Der Drucker läuft sich heiß!

#13 |
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Christian Becker
Christian Becker

@Manfred Dietwald
Wie viele Arzneistoffe in eine Tablette passen, muss man wohl ausprobieren. Da diese Tabletten nicht gepresst, sondern gegossen werden, sollte es von technologischer Seite her nicht das Problem sein, auch mehr als 2 Wirkstoffe unterzubringen.
Das Färben von Arzneiformen ist jetzt auch kein Teufelswerk. Dafür stehen der pharmazeutischen Industrie diverse ansprechende Farbmittel zur Verfügung – gerade um solche Verwechslungen zu vermeiden.
Da sie individuell hergestellt werden, könnte man sogar mit vermutlich recht kleinem Aufwand “Morgen” “Abend” etc. draufdrucken.
Auch bei den jetzigen Tabletten sind Verwechslungen leicht möglich.

#12 |
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Manfred Lothar Dietwald
Manfred Lothar Dietwald

Christian Becker @ ) “Multipill” oder “All in one” heßt ja leider nicht, dass 6-7 Medikamente in eine Tablette passen. So können 2 weiße Tabletten der neuen Art auch ein Problem werden, wenn die Abendpille am Morgen eingenommen wird, denn wie oft liest man erst genau, und beim Aufräumen tauscht man leicht den Ort versehentlich.

#11 |
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Gesundheits- und Krankenpfleger

Ich sehe ein Problem bei Menschen mit PEG, wenn es tatsächlich so aussehen soll, dass die herkönnliche Medikamenteneinnahme ausstirbt, was machen dann diese Menschen?

#10 |
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Wenn ich so die Tablettencocktails sehe, die manch einer so einnehmen soll, ist es häufig lebensrettend, wenn die ein oder andere Pille /Substanz nicht eingenommen oder vergessen wird. Ansonsten würde eine solch “Multipill” viele Diskussionen ersparen.

#9 |
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Aimee Sophie
Aimee Sophie

So maßgeschneiderte Tabletten finde ich eine sehr gute Ergänzung, und jede Apotheke mit einem 3D Drucker und entsprechenden Schulungen auszustatten sehe ich definitiv als die Zukunft, allerdings muss dafür die pharmazeutische Forschung zunächst mal Erkenntnisse zu Frauen, geriatrischen Patient_innen und ethnischen Subgruppen nachliefern, sonst kann diese Tablette nur nach mittelmäßigem Maß verabreicht werden.

#8 |
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Christian Becker
Christian Becker

@Stefan Gabriel
Es sind ja noch nicht mal wirklich Menschenversuche, da ja ein Arzt oft nicht weiß, was andere Ärzte schon verschrieben haben. Sprich: Es sieht aus wie ein Experiment, aber da niemand so recht weiß, dass und wie er da experimentiert, werden auch keine Daten erhoben, die vielleicht noch zu was nützen könnten. 17 Medikamente… das ist schon enorm. Nunja, es soll da ja auch nachgebessert werden, was die Überwachung der Medikation angeht – wobei nicht ganz klar ist, wie die Apothekerseite dafür honoriert werden soll.

@Manfred Dietwald
Die Farbigkeit der Arzneimittel ist kein Argument. Dann sehen die Dinger nur nicht so schön aus.
Patienten mit Schluckbeschwerden sind natürlich ein Problem für feste Arzneiformen, das waren sie schon immer und für die muss man sich was anderes überlegen – wie auch jetzt (mal vom unsachgemäßen Öffnen von Kapseln und Mörsern von Tabletten, die dafür nicht vorgesehen sind, abgesehen).
Verwechslungen können und kommen auch jetzt vor – wenn dagegen die Apotheke patientenindividuell Tabletten druckt, dann werden die sicher auch mit Namensetikett versehen, so dass das Verwechslungen reduzieren dürfte. Allerdings ist schon wahr, dass bei so einer All-in-one Arznei natürlich Patient X nicht halt eben mal ein HCT von Patient Y bekommen hat, sondern gleich die volle Medikation. Medikationsfehler dürften also, wenn sie dann vorkommen, schwerwiegendere Folgen haben.

@Claudia Raupach
Das ist klar, dass der Einwand der Wirtschaftlichkeit kommt. Es ist eine Form der Rezeptur und Rezeptur ist alles in allem ein Zuschussgeschäft für fast alle Apotheken. Nun gibt es den Prozess ja noch nicht, aber man stelle sich mal vor, da muss in einem Gespräch mit dem Arzt erstmal geklärt werden, was da alles rein soll, dann wird festgelegt, wie es freigesetzt werden soll, dann muss der Computer den Rohling berechnen (wenn die Industrie den vorgefertigt liefern soll, dann geht wohl wieder Individualität verloren). Danach muss der Kram gegossen werden etc.; bei der jetzigen Bezahlung für Rezepturen ist das in der Tat unwirtschaftlich – und wenn die Bezahlung erhöht werden sollte, kommen die Kassen wieder an und meinen, dass es doch all die Jahre auch mit weniger komplizierten Arzneiformen ging.

#7 |
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Claudia Raupach
Claudia Raupach

Diese Vision oder Spinnerei meinerseits habe ich vor über zwanzig Jahren schon mal anderen mitgeteilt….es hieß aber sofort, das wäre aber für die Apotheke sehr unwirtschaftlich….leider habe ich auch lange vor Ebay, als ich aber schon meine ersten Computer hatte, die Idee gehabt, daß man in den PC einfach seinen Kaufwunsch eingibt und dieser Angebote ausspuckt…zu schön , um wahr zu sein ? Heute ist es selbstverständlich, so einzukaufen, ….da ist mir ja wohl damals ein Patent durch die Latten gegangen …

#6 |
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Manfred Lothar Dietwald
Manfred Lothar Dietwald

Die meisten Arzneimittel sind leider nicht farbig und müssen mit Wasser vor oder mit oder nach dem Essen eingenommen werden. Nun gibt es auch Patienten, die Schluckbeschwerden haben und alles zerkauen. In Krankenstationen können Verwechslungen vorkommen mit komplizierter Nachbehandlung. Vergiftungsfurcht steigt bei dementen Patienten, die gewohnt sind öfters einzunehmen. Sonst aber ein verblüffender Sevice.

#5 |
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Dr. med.vet. Stefan Gabriel
Dr. med.vet. Stefan Gabriel

Schön wärs ! Der große Vorteil wäre, daß ein Fachmann (Apotheker) die Zusammensetzung festlegt und Inkopatibilitäten erkennt. Meine Schwiegermutter bekam 17 Medikamente von 5 Fachärzten. mittags fiel sie immer nach einer bestimmten Tablette um, bis der Apotheker sich mal schlau gemacht hat, WAS sie da für einen Cocktail schlucken sollte. 5 Medikament wurden ersatzlos gestrichen und die anderen gruppiert auf verschiedene Termine verabreicht. Solange nicht ein Hausarzt und ein Apotheker die Medikation überwachen, werden weiter unkontrollierte Menschenversuche, vor allem an geriartrischen Patienten, stattfinden!

#4 |
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Dr. rer. nat. Frank Werner
Dr. rer. nat. Frank Werner

in der Tat cool. Die 3D-Drucker-Technik wird immer interessanter…
Die All-In-Ones sehen aber noch arg groß aus…

#3 |
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Christian Becker
Christian Becker

Ich hab auch was zu meckern: “Schicht-bei-Schicht-Struktur” wohl zu wörtlich aus dem Englischen, vermutlich “layer-by-layer”. “By” heißt dann aber “für”, so wie “step by step” Schritt für Schritt heißt.

@1
Das ist nur scheinbar falsch. Da sich der Nominativ und der Akkusativ von “Verabreichungsform” nicht unterscheiden, und bei “Arzneistoff” der Artikel als einziges Unterscheidungsmerkmal durch das vorangestellte “wie viel” weggefallen ist, sieht es zunächst mal so aus; erschwerend kommt hinzu, dass wir die Satzstellung Subjekt – Prädikat – Objekt (Die Person (S) sieht (P) den Garten (O)) gewohnt sind und diese im Zweifelsfall zugrunde legen. Dass diese Satzstellung bei dem bemängelten Satz zu Quark führt, ist Ihnen ja aufgefallen und daher wurde der Sinn trotzdem klar.

@Artikel
Hochinteressant. Da könnte in Zukunft die Rezeptur in der Apotheke (hoffentlich bei angepasster Vergütung) Aufwind erhalten und die Patienten endlich auf sie abgestimmte Medikamente – wobei das dann für jeden Patienten intensive Zusammenarbeit zwischen Apotheke und Praxis erfordert, denn aus in-vitro Freisetzungsprofilen sind ja oft nicht wirklich gute Daten für die in-vivo Freisetzung zu erhalten.
Auf jeden Fall eine spannende Idee mit hoffentlich deutlichem Nutzen für Patienten… wobei, die deutschen GKVen werden sicherlich anmerken, dass der Aufwand (und die Kosten) in keinem Verhältnis zum Nutzen stehen.

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Coventina
Coventina

Ein Wenig Grammatikmäkeiel:
“wann wie viel Arzneistoff die Verabreichungsform freigeben soll”
Hier gibt der Arzneistoff die Darreichungsform frei. Gemeint war das wahrscheinlich andersherum.

#1 |
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