Personalisierte Medizin

Mit neuen Technologien wie den 3D-gedruckten Tabletten wird man in Zukunft der personalisierten Medizin einen wesentlichen Schritt näher kommen. Überhaupt wird sich durch den Einzug der Digitalisierung unser Gesundheitswesen rasant verändern. Auch werden viele Menschen Angebote in Form von Apps oder anderen digitalen Formen nutzen, um ihre Gesundheit zu verbessern. In einem Interview mit den Experten Dr. Gerald Huber (Geschäftsführer und Chief Development Officer Teva Global R&D InnoTech) und Prof. Niklas Sandler (Leiter der Forschungsgruppe für Pharmazeutische Technologie sowie Vizerektor für Forschungsangelegenheiten an der Åbo Akademi Universität in Turku, Finnland) wird diesen Fragen und Lösungsansätzen nachgegangen.

Dr. Gerald Huber

Die Digitalisierung hat auch die Gesundheitsbranche erfasst und einen Wandel in Gang gesetzt. In welchen Bereichen stehen Ihrer Meinung nach die bedeutsamsten Veränderungen an?

In Zukunft wird die Erhebung individueller und umfassender Gesundheitsdaten auch bei Gesunden möglich werden. Dadurch gewinnt die Prävention an Bedeutung. So werden viele Menschen Angebote in Form von Apps oder anderen digitalen Formen nutzen, um ihre Gesundheit zu verbessern (internet of healthy things) oder zu bewahren (predictive Healthcare). Auch wird sich das Körperbild ändern. Denn die Gesundheit bzw. die Zeit bei guter Gesundheit ist kostbar und die neuen Hilfsmittel können helfen, mehr Zeit mit hoher Lebensqualität zu verbringen.
In der Folge dieser Entwicklung könnten Krankenkassen zum Beispiel entscheiden, nur noch Menschen zu versichern, die diverse Möglichkeiten zur Gesunderhaltung nutzen. Daraus entstehende ethische Fragen sollten im Parlament diskutiert werden. Das betrifft die Rationierung oder Priorisierung von Medikamenten oder Dienstleistungen genauso. Der Gesetzgeber ist hier gefordert und wird die Leitplanken abstecken müssen. Unter dem Strich wird die Bedeutung der personalisierten, individuellen Medizin steigen, und diese fordert der mündige Patient auch mehr und mehr ein. Pharmaindustrie und Krankenkassen passen sich den Patientenbedürfnissen an und werden zu Dienstleistern. Cocreation, also gemeinsame Entwicklung und innovative Konzepte wie Hackathons werden zunehmen.

Welche Herausforderungen beinhaltet die Digitalisierung des Gesundheitssektors für die Apothekerschaft, bestehend aus Krankenhausapothekern, klinik- und heimversorgenden Apothekern?

Innovationen betreffen zum Beispiel die Arzneimittelsicherheit. Diese könnte sich durch die Automatisierung der Medikamentenzuteilung verbessern, etwa mittels Medikamentenausgabegeräte. Die Bestückung dieser Geräte wäre dann eine Aufgabe für externe Dienstleister oder Apotheker. Vorstellbar sind diese Geräte in Krankenhäusern, geriatrischen Zentren aber auch in der häuslichen Pflege. Die Offizinapotheker sind vom aktuellen Urteil des Europäischen Gerichtshofs (EuGH) zur Preisbindung bei verschreibungspflichtigen Arzneimitteln betroffen. Daraus könnten sich jedoch auch neue Geschäftsmöglichkeiten zum Wohle des Patienten ergeben.

3D-Drucker bedeuten auch für den Medizinsektor eine spannende Entwicklung. Welches Land wird hier die Nase vorne haben?

Auch in Deutschland findet dazu Forschung und Entwicklung statt. Derzeit wird die 3D Technologie für die pharmazeutische Anwendung nutzbar gemacht. Voraussetzung dafür ist aber, ob sich Regulatoren wie die Zulassungs- und Aufsichtsbehörden für solche Herstellungstechnologien begeistern. Davon wird letztlich auch der Zeitrahmen für die Implementierung derartiger Schlüsseltechnologien abhängen. Es ist jedoch wichtig, Behörden möglichst frühzeitig in solche Entwicklungen einzubinden, um nicht den Anschluss bei der Zulassung von 3D-gedruckten Medikamenten zu verlieren.

Hat das Gesundheitssystem in Deutschland eine Chance mitzuhalten – wenn ja, unter welchen Voraussetzungen?

Ja, das denke ich, denn wir verfügen über ein leistungsfähiges Gesundheitswesen mit hoher Qualität. Die Strategie, neue Technologien zu verhindern um möglichst viel altbewährtes erhalten zu können, ist in unserer globalen Welt nicht mehr möglich und führte in der Vergangenheit schon zu vielen Fehlentscheidungen in der Industrie. Es ist daher viel ratsamer, solche Technologien auf mögliche Vorteile/Nachteile zu prüfen und dann gezielt zum Wohle aller nutzbar zu machen.
Dabei hängt die Innovationsfähigkeit von Deutschland von allen Mitspielern im Gesundheitswesen - Patientenvertreter, Regulatoren, Krankenkassen, Ärzte und Apotheken – ab. Sicher sind zahlreiche Detailfragen zu diskutieren und zu klären, etwa ob eine Neuzulassung für gedruckte Kombinationsmedikamente erforderlich ist.

Rechtfertigt der finanzielle Aufwand der Herstellung den Benefit für den Patienten?

Eine Mass Customization also die kundenindividuelle Produktion von Gesundheitsprodukten und Medizin stellt meiner Meinung nach, einen wertvollen Benefit für den Patienten dar. So bieten 3D-gedruckte Medikamente zahlreiche Vorteile: wie zum Beispiel die Polypill – eine Tablette, die mehrere Wirkstoffe enthält und so die Einnahme zahlreicher Tabletten ersetzt, was letztlich natürlich die Compliance verbessert. Mithilfe des 3D-Druckes können auf den Patienten und dessen Erkrankung angepasste Darreichungsformen hergestellt werden. Auch lässt sich die Dosierung genauer einstellen, als es die heute verfügbaren Fixdosis-Kombinationen erlauben. So könnten sich neue Pillenformen in ihrer Gestaltung an die Präferenzen der Patienten anpassen. Letztlich erfordern alle diese Innovationsmöglichkeiten eine Werteentscheidung, die vom Bedarf des Patienten und dessen Erfordernisse ausgehen muss.

Sehen Sie in der Tablettenherstellung im 3D-Drucker die Zukunft, oder nur einen Zwischenschritt?

Jede Technologie sollte so eingesetzt werden, dass sie den besten Nutzen für den Patienten realisiert. Zunächst benötigt man erst einmal eine E-Health-Infrastruktur, um den 3D-Druck richtig umsetzen zu können. Insgesamt wird dadurch die Krankheitsprävention einfacher und zielgerichteter werden. Ein ferneres Ziel besteht dann darin, den Ausbruch einer (im Genom enthaltenen) Erkrankung zu verhindern, etwa durch kurative Genomtherapie.

Wie werden die Strukturen der Gesundheitsversorgung in Zukunft aussehen?

Wir leben in einer Zeit der Reformation: Durch „Dr. Google“ hat jedermann Zugang zu verständlichen Informationen rund um die Gesundheit. Die Rolle des Patienten ändert sich, er wird nach seinen Präferenzen gefragt, muss aber auch Selbstverantwortung übernehmen. Dies wollen viele Patienten und sind daher viel aufgeklärter als noch vor 10-15 Jahren. Unterstützt wird diese Entwicklung auch durch viele neue Technologien, die neuen Playern (z.B. Apple, Google, Microsoft, Amazon, Zalando...) den Zugang zum Gesundheitswesen ermöglichen. In der Konsequenz müssen sich auch Apotheker und Klinikapotheker in derart neu entstehende Wertschöpfungsketten eingliedern, um an der Entwicklung teilzuhaben.

Prof. Niklas Sandler

Welche Technologien stehen derzeit zur Verfügung, um Medikamente im 3D-Drucker anzufertigen?

Das Feld der 3D-Drucker entwickelt sich rasend schnell. Schon heute verfügen wir über eine ganze Reihe unterschiedlicher Technologien – und es drängen ständig weitere innovative Druckverfahren auf den Markt. Im August 2015 hat die US-amerikanische Food and Drug Administration die erste 3D-gedruckte Tablette zur Behandlung von Epilepsie zugelassen. Bei der Herstellung dieser Tablette verwendet man den Pulverschichtdruck. Dabei wird ein Pulvergemisch bestehend aus der Wirksubstanz, mikrokristalliner Zellulose, Mannitol und Kolloidales Siliciumdioxid zusammen mit einem organischen Bindemittel Schicht für Schicht gedruckt. Die so entstandene Tablette löst sich in wenigen Sekunden im Mund auf. Eine weitere, verbreitete 3D-Drucktechnologie ist das Schmelzschichtungsverfahren, besser bekannt als Fused Deposition Modeling. Hier befindet sich die Wirksubstanz in einem Polymerfilament. Dieses wird im 3D-Drucker geschmolzen und anschließend in präzisen dünnen Schichten in der gewünschten Form auf einen Untergrund aufgetragen. Da das Filament beim Abkühlen jeder Schicht wieder aushärtet, entsteht eine dreidimensionale Form. Schließlich gibt es noch die Inkjet-Drucktechnologie, oder auch bekannt als Tintenstrahldruck, welcher ebenfalls zur Herstellung von Tabletten genutzt werden kann.

Die erste, von der FDA zugelassene Tablette löst sich sehr schnell auf. Das ist jedoch nicht für alle Tabletten gewünscht. Sind Formulierungen wie etwa Umhüllungen vorstellbar, die eine Resorption in einem bestimmten Körperkompartiment ermöglichen?

Selbstverständlich sind spezielle Formulierungen möglich. Das zugrunde liegende Konzept des 3D-Drucks besteht darin, die gewünschte Tablette am Computer zu designen. Mit einem hochentwickelten 3D-Drucker kann man anhand dieses Designs nahezu alle Stoffe in unterschiedlicher Art kombinieren. So lässt sich etwa ein Tabletten-Kern aus einem bestimmten Material herstellen, welches man anschließend mit einem anderen Material ummantelt. Mit Hilfe der äußeren Schicht bestimmt man, an welchem Ort im Körper die Freisetzung erfolgt. Des Weiteren ist es möglich den Arzneistoff in Polymerfilamente mit unterschiedlichen Eigenschaften zu verarbeiten, zum Beispiel einen schnelllöslichen Polymer, oder aber einem langsam pH-abhängig löslichem oder quellenden Polymer, um dadurch die Arzneistofffreisetzung in bestimmten Körperkompartimenten zu steuern. Die immense Flexibilität und Genauigkeit des 3D-Drucks ermöglicht jedoch einen noch viel raffinierteren Tablettenaufbau. Die gezielte Freisetzung lässt sich damit ebenso sicherstellen wie eine kontinuierliche Freigabe. Außerdem können multiple pharmazeutische Stoffe in variablen Dosierungen eingearbeitet werden. Machbar sind sowohl sehr hohe als auch besonders geringe Dosierungen. Minipillen und orodispersible Filme kann ein 3D-Drucker ebenfalls herstellen.
Die Tabletten lassen sich in den hergebrachten Formen drucken – womit man jedoch ein großes Potential des 3D-Drucks verschenkt. Denn ein 3D-Drucker kann Tabletten in nahezu jeder beliebigen Form drucken. Entscheidend ist dabei, welche Materialien für den Druck gewählt werden. Das betrifft die Inhaltsstoffe, aber zum Beispiel auch die Geschmackskomponenten. Hier sind den Kombinationsmöglichkeiten keine Grenzen gesetzt. Insgesamt kommen wir damit der personalisierten Medizin ein großes Stück näher.

Welche Vorteile bieten Medikamente aus dem 3D-Drucker, für welche Patienten kommen sie in Frage?

Meiner Ansicht nach ist die maßgeschneiderte Anfertigung der größte Vorteil des 3D-Drucks. Dies gilt für alle Produkte, die mittels 3D-Druck entstehen, auch für Tabletten. Es besteht eine große Nachfrage für Drug Delivery-Systeme, welche sich an die Bedürfnisse der Patienten anpassen. Betrachten wir etwa die Medikation von Kindern: Für kleine Patienten stehen viele Medikamente nicht in der passenden Formulierung oder Dosierung zur Verfügung. Kinderärzte müssen daher auf Präparate und Verabreichungen für Erwachsene zurückgreifen und versuchen, diese halbwegs passend zu machen. Das Teilen von Tabletten ist jedoch keine gute Lösung des Problems.
3D-Drucktechnologien bieten dagegen die Möglichkeit, maßgeschneidert und flexibel auf die Bedürfnisse der jungen Patienten einzugehen – etwa in Form niedrig-dosierter Produkte oder anhand des bereits erwähnten orodispersiblen Films. Vergleichbar mit den Kindern, stellt die medikamentöse Behandlung älterer Patienten ebenfalls eine Herausforderung dar. Hier muss man die richtige Dosierungen vor dem Hintergrund altersbedingter, physiologischer Veränderungen, multipler Komorbiditäten und Mehrfachmedikation betrachten. Eine individuelle Dosis-Anpassung und die Kombination verschiedener Wirksubstanzen in einer Tablette wäre für viele Ältere eine große Erleichterung.
In den letzten Jahren wurde zudem offensichtlich, dass die individuelle genetische Ausstattung des Menschen einen großen Einfluss auf die Metabolisierung von Wirkstoffen ausübt – es gibt schnelle und langsame Metabolisierer und Konstellationen, die einzelne Substanzen nicht verwerten können. Daraus entstand das Bedürfnis nach einer individuellen Dosis-Anpassung bzw. individuellen Kombinationen. Diesem können 3D-gedruckten Tabletten einfach nachkommen. 3D-gedruckte Tabletten kommen also für alle Patienten in Frage, die eine maßgeschneiderte Medikation benötigen.

Stellt das 3D-Druckverfahren die Zukunft der gesamten Tablettenherstellung dar oder wird diese Art der Produktion auf bestimmte Medikamente beschränkt bleiben?

Die Herstellung im 3D-Drucker ist zum heutigen Zeitpunkt noch relativ langsam, der Durchsatz also entsprechend niedrig. Für eine maßgeschneiderte individuelle Anfertigung ist das ausreichend. Eine Produktion größerer Mengen ist jedoch bislang eher problematisch. Daher gehe ich nicht davon aus, dass der 3D-Druck die gut standardisierte und günstige Massenherstellung von Tabletten ablöst.
Zudem benötigen wir noch validierte Kontrollen für den 3D-Druck von Tabletten. Ein Schlüsselaspekt besteht darin, Qualitätskontrollen in den Herstellungsprozess zu integrieren. Diese müssen etwa die exakte Dosierung des Wirkstoffs und die Druckqualität sicherstellen. Dies ließe sich zum Beispiel anhand spektroskopischer Methoden bewerkstelligen. Wie bei der 'normalen' Tablettenfertigung sind auch hier Vorschriften notwendig, die bestimmte Parameter regulieren. Dazu zählen die verwendeten Materialien, eine Design-Validierung, die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Produkts sowie seine Sterilität und die Prüfung der Biokompatibilität. Letztlich sollten die Präparate auch gegen Fälschungen oder Missbrauch – wie etwa dem Beimengen nicht-legaler Wirkstoffe geschützt werden.