Am 20. August 2025 berichtete ein Team um Professorin Regina Scherließ von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) über bedeutende Fortschritte im Bereich der Arzneimittelfreisetzung durch 3D-gedruckte Trägerpartikel. Diese Partikel, die in Pulverinhalatoren eingesetzt werden, sollen die Effizienz der Inhalation von Wirkstoffen deutlich verbessern. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Communications Materials veröffentlicht und zeigen, dass die Partikelform einen entscheidenden Einfluss auf die inhalierbare Menge des Wirkstoffs hat.
In der Studie wurden vier unterschiedliche Designs der Trägerpartikel getestet. Unter diesen Varianten war die als „Pharmacone“ bezeichnete Form die erfolgreichste. Dank eines innovativen 3D-Druckverfahrens, der Zwei-Photonen-Polymerisation, konnten Millionen identischer Mini-Partikel mit einer Nanometerauflösung hergestellt werden. Parallel dazu entwickelte das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine neue Drucktechnik, die die gleichzeitige Herstellung von 49 Strukturen ermöglicht.
Einfluss der Geometrie auf die Wirkstofffreisetzung
Die Forschung stellte fest, dass die Geometrie der Trägerpartikel die Freisetzung des Wirkstoffs erheblich beeinflusste. Insbesondere konnte die Feinpartikelfraktion bei der „Pharmacone“-Geometrie viermal höher ausfallen als bei der nächstbesten Variante. Die speziellen Spitzen des Pharmacone-Designs begünstigen häufigere Kollisionen und Rotationen, was die Freisetzung des Wirkstoffs aus den Partikeln erleichtert. Interessanterweise zeigte sich, dass die Rauheit der Partikeloberfläche keinen messbaren Einfluss auf die Freisetzung hatte.
Aktuell dienen die Trägerpartikel als Modellpartikel in der Grundlagenforschung und sind nicht für die unmittelbare Inhalation geeignet. Langfristig könnten jedoch bioabbaubare Wirkstoffträger in Pulverinhalatoren entwickelt werden, was neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.
3D-Druck in der Medizin
Der 3D-Druck spielt eine zunehmend wichtige Rolle in der Medizin und revolutioniert die Produktionsmethoden. Ob maßgeschneiderte Prothesen, Implantate oder chirurgische Geräte, die additive Fertigung bietet Vorteile, die klassische Methoden oft nicht erreichen können. Laut einer Studie von Research And Markets wird der Markt für 3D-gedruckte medizinische Geräte bis 2026 auf 4,9 Milliarden US-Dollar anwachsen, wobei eine jährliche Wachstumsrate von 24,5 % prognostiziert wird.
Beispiele wie AnatomikModeling, die die erste Tracheobronchialprothese mithilfe von 3D-Technologie entwickelt haben, zeigen das Potenzial dieser Fertigungsmethode. Neben dem mathematischen Design ermöglichen 3D-Druckverfahren auch die Herstellung komplexer anatomischer Modelle, was nicht nur die Kosten, sondern auch die Produktionszeit erheblich reduziert. So berichten Unternehmen wie EnvisionTEC, dass Schritte zur Herstellung von Hörgeräten von 9 auf 3 reduziert werden konnten.
Angesichts der jährlich in den USA über 4000 durch Operationsfehler verursachten Verletzungen könnte die Einführung 3D-gedruckter Modelle eine signifikante Verbesserung in der chirurgischen Ausbildung und Praxis bringen. Firmen wie BIOMODEX ermöglichen Chirurgen, mit diesen Modellen zu üben, wodurch das Training effektiver gestaltet wird.
Die Zukunft des 3D-Drucks in der Medizin ist vielversprechend, insbesondere mit dem Aufkommen von Bioprinting-Technologien, die die Herstellung von Zellstrukturen ermöglichen. Unternehmen wie Organovo und Aspect Biosystems arbeiten an bioprinteten Geweben und Organen, während andere wie FabRx an der Entwicklung von Medikamenten durch 3D-Druck forschen, um personalisierte Dosen für Patienten zu ermöglichen.
