Diese Pillen aus dem 3-D-Drucker sind keine Design-Spielerei!
„Seien Sie nicht überrascht, wenn Sie in naher Zukunft Pillen mit ungewöhnlichen Formen sehen werden“, heißt es in einer Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Informatik, das das Verfahren zusammen mit der University of California in Davis entwickelt hat. „Verrückt aussehende Pillen sind keine Designspielerei, sie können Medikamente in einem gewünschten Zeitregime freisetzen!“
Geometrie ist der Schlüssel
Das neuartige Verfahren ermöglicht die Herstellung sogenannter Freiform-Arzneimittel, bei denen die Freisetzung des Wirkstoffs allein durch die geometrische Form des Objekts zeitlich gesteuert wird.
Durch eine geschickte Kombination von mathematischer Modellierung, experimentellem Aufbau und 3-D-Druck kann das Team um Dr. Vahid Babaei (MPI für Informatik) und Prof. Julian Panetta (UC Davis) 3-D-Formen drucken, die beim Auflösen eine genau festgelegte Menge an Medikamenten abgeben. Auf diese Weise lassen sich bei der oralen Verabreichung vorbestimmte Wirkstoffkonzentrationen einstellen.
Der Berechnungsweg war extrem kompliziert
„Mit einigem Aufwand“ konnte die zeitabhängige Freisetzung aus einer gegebenen geometrischen Form berechnet werden, meldet das MPI für Informatik. Dabei sei die Methode der Topologieoptimierung (TO) zum Einsatz gekommen. Das heißt: „Vorwärtssimulationen werden invertiert, um eine Form zu finden, die eine bestimmte Eigenschaft aufweist." Die Arbeitsgruppe sei die erste, die eine inverse Designstrategie vorschlägt, um die Form aus dem Freisetzungsverhalten auf der Grundlage der Topologieoptimierung zu finden.
Die Ergebnisse wurden in einer Experimentenreihe validiert. Im Versuchsaufbau wurden die Objekte mit einem Filament-3-D-Drucker gedruckt. Die Auflösung der Objekte wurde mit einem Kamerasystem ausgewertet.
Zu diesem Zweck wurde die optische Durchlässigkeit des Lösungsmittels optisch erfasst. Im Unterschied zu üblichen Messverfahren, bei denen die Wirkstoffkonzentration direkt bestimmt wird ( etwa durch Titration), sei diese Methode wesentlich schneller und einfacher einzurichten. Das Ergebnis der Validierung: Die gemessenen Freisetzungskurven lagen sehr nahe an den gewünschten Werten.
Panetta, Julian & Mohammadian, Haleh & Luci, Emiliano & Babaei, Vahid. (2022). Shape from Release: Inverse Design and Fabrication of Controlled Release Structures. ACM Transactions on Graphics. 41. 1-14. 10.1145/3550454.3555518.
