<Übersetzung>Oberflächentechnik en farmaceutische processtechnologie – waarmee werkt het Fraunhofer IST samen met het PVZ van de TU Braunschweig?</Übersetzung>

Tablettenstempel beschichtet mit einer DLC-Antihaftschicht SICON® zur trennmittelfreien Herstellung von Brausetabletten: Vermeidung von Anhaftungen des Pressguts und Verschleißschutz. © Fraunhofer IST, Rainer und Natalie Meier

Voorbeeld van een tabletstempel met verwijderbare punt. © Fraunhofer IST / Example of a tablet stamp with removable tip. © Fraunhofer IST

Functionalisering van werkzame stoffen en hulpstoffen door middel van plasmaprocessen voor een geoptimaliseerde productie van geïndividualiseerde geneesmiddelen. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg / Functionalization of active ingredients and excipients by means of plasma processes for the optimized production of individualized pharmaceutical products. © Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

In de productie van geneesmiddelen speelt de interactie van deeltjes met oppervlakken een essentiële rol. Of deze deeltjes – hetzij in de vorm van werkzame stoffen of granulaten – blijven plakken of gemakkelijk loskomen, hangt af van de eigenschappen van de betrokken oppervlakken. Afhankelijk van het product en het proces kunnen de concrete eisen bij de productie en latere toepassing van verschillende geneesmiddelen variëren: Een sterke adhesie kan bijvoorbeeld belangrijk zijn bij het formuleren van stabiele geneesvormen, terwijl in andere gevallen het voorkomen van ophoping cruciaal is om dure reinigingsstappen te vermijden.

Vandaag spreken wij met Dr. Kristina Lachmann, hoofd »Medische Technologie en farmaceutische systemen« aan het Fraunhofer IST, en Dr. Jan Henrik Finke, medewerker aan het Fraunhofer IST en hoofd van de afdeling »Farmaceutische en Biopartikeltechnologie« van het Centrum voor Farmaceutische Procesontwikkeling van de TU Braunschweig, over het gebruik van oppervlaktetechnologieën in de productie van geneesmiddelen. Aan de hand van voorbeelden geven zij inzicht in hoe productieprocessen kunnen worden geoptimaliseerd door innovatieve coatings.

Beste Kristina, beste Jan, in welke gebieden van het productieproces van geneesmiddelen speelt oppervlaktetechnologie een rol?

Kristina: Oppervlaktetechnologie is in bijna alle stappen van de geneesmiddelenproductie belangrijk – van de synthese van de werkzame stof via de productie van de geneesvorm tot en met de verpakking en het gebruik door de patiënten. Dat betekent dat de interactie van farmaceutische deeltjes met oppervlakken, waarmee ze onvermijdelijk tijdens hun synthese, formulering of toepassing in contact komen, nauwkeurig moet worden gekarakteriseerd en door oppervlaktetechnologie moet worden aangepast. Wij werken bij het Fraunhofer IST samen met onze partners aan alle genoemde punten van de procesketen en bieden hier een holistische dienstverlening aan: van advies tot karakterisering en tot het ontwikkelen van coatings. Een voorbeeld hiervan zijn tablettenproductieprocessen: op het gebied van het coaten van tablettenstempels beschikken wij over jarenlange ervaring en samenwerkingen met de farmaceutische industrie.

Door oppervlaktetechnologie kunnen dus de adhesie-eigenschappen worden aangepast. Kunnen jullie dat nader toelichten aan de hand van het voorbeeld van de tablettenstempel?

Jan: Bij de productie van tabletten ligt de werkzame stof meestal als poeder voorhanden en moet bijvoorbeeld met behulp van tablettenstempels in vorm worden geperst. Het is daarbij vooral belangrijk dat er geen ongewenste hechting van het tablettenpoeder aan de stempel plaatsvindt, het zogenaamde »sticking«, want dit leidt niet alleen tot hogere reinigingskosten en verlies in de productopbrengst, maar – voor de patiënt veel kritischer – kan het ook de dosering verstoren. Vooral nieuwe werkzame stoffen vormen vaak een bijzondere uitdaging bij het instellen van de juiste dosering in het eindproduct, dat wil zeggen in de tablet. Momenteel werkt een team van het Fraunhofer IST eraan om het wetenschappelijke begrip van de interactie tussen deeltjes en oppervlakken te verdiepen. Het doel is om op maat gemaakte coatings voor de stempels aan te bieden waarmee de interactiekrachten gericht kunnen worden gestuurd, zodat de efficiëntie en stabiliteit van de productieprocessen direct kunnen worden verbeterd.

Naast het regelen van de adhesie, die wordt gestuurd door de fysico-chemische eigenschappen van de coating, worden afhankelijk van product en proces vaak ook andere oppervlakeigenschappen geëist, bijvoorbeeld een zekere slijtvastheid, die eveneens doelgericht kan worden ingesteld met behulp van de bij het Fraunhofer IST beschikbare laagoplossingen, technologieën en expertise.

Het project voor het regelen van adhesie in het tablettenpersproces is een voorbeeld van de samenwerking tussen het Fraunhofer IST en het Centrum voor Farmaceutische Procesontwikkeling van de TU Braunschweig – wie doet eigenlijk wat?

Kristina: Bij het Fraunhofer IST beschikken wij over jarenlange expertise in het afzetten van dunne, slijtvast beschermende coatings en werken we al vele jaren samen met verschillende fabrikanten uit de farmaceutische industrie. De samenwerking met het PVZ stelt ons in staat om onze coatings te onderzoeken in industriële infrastructuur en deze systematisch verder te ontwikkelen, zodat we de beste oplossing voor de betreffende vraag kunnen bieden. Bij het Fraunhofer IST richten wij ons op coatings, ontwikkelen bestaande laagoplossingen verder of gebruiken geheel nieuwe stoffen. Daarbij ligt onze focus ook op de industriële toepasbaarheid van het proces en de karakterisering van de laagkenmerken – zowel afhankelijk van de procescondities van de laagafzetting als in de toepassing binnen de farmaceutische procesketen.

Jan: Aan het Centrum voor Farmaceutische Procesontwikkeling beschikken wij, zoals de naam al aangeeft, over de infrastructuur en kennis om farmaceutische processen zoals de productie van werkzame stoffen en geneesvormen te analyseren. Onze samenwerking met het Fraunhofer IST vormt een perfecte aanvulling, omdat wij gecoate oppervlakken onder realistische productieomstandigheden kunnen testen. Zo ontstaat een nauwe uitwisseling tussen materiaalkunde en procesontwikkeling, die nieuwe, praktijkgerichte oplossingen voor de industrie biedt.

Welke resultaten zijn er al?

Jan: Onze kennis over de adhesieregeling in het tablettenpersproces kan worden toegepast op andere processen. Momenteel werken wij samen met industriële partners ook aan het verkleinen van werkzame stofdeeltjes en technologieën voor capsulevulling. In een ander project voor inhalatietherapie hebben we kunnen aantonen dat onze coatings de deeltjesophoping op het oppervlak van inhalatoren met wel 80 % kunnen verminderen. Dit verhoogt de gebruiksveiligheid van medische producten en de effectieve benutting van de werkzame dosis aanzienlijk.

Wat wensen jullie voor een succesvolle voortzetting van de samenwerking?

Kristina: We hebben nog veel ideeën voor toekomstige projecten of onderwerpen die we willen onderzoeken en verbeteren met behulp van oppervlaktetechnologie. Strategisch gezien vinden we het belangrijk om de inzichten die we in fundamenteel onderzoek hebben opgedaan, te vertalen naar relevante oplossingen voor de toepassing. De TU Braunschweig is daarbij een belangrijke strategische partner.

Bij de eerder genoemde processtappen worden vooral instrumenten uit de procesketen aangepast. Maar hetzelfde geldt voor coatings: ze kunnen ook direct worden toegepast op verschillende medische producten, bijvoorbeeld op de genoemde inhalatoren van kunststof. Ook hier moeten de interacties tussen geneesmiddel en oppervlak zo worden afgestemd dat verliezen bij gebruik door de patiënt worden voorkomen.

Een ander onderzoeksgebied is de bestudering van de interacties met de verpakking of zelfs een modificatie van de farmaceutische deeltjes zelf. Zo onderzoeken wij bijvoorbeeld bij het Fraunhofer IST in het lopende door de deelstaat Nedersaksen gefinancierde samenwerkingsproject »RNApp« de interacties van mRNA-rijke lipide-nanodeeltjes met de verpakking. Het doel is deze te verminderen om de opslagstabiliteit te verhogen. Dit project biedt ons de mogelijkheid om de samenwerking met de TU Braunschweig uit te breiden en een nieuw thema te verkennen dat de expertise van het PVZ uitstekend aanvult.

Jan: Een onderwerp waar nog niet over is gesproken, is 3D-printen van geneesvormen. Hier willen we de expertise van het Instituut voor Partikelsystemen iPAT van de TU Braunschweig op het gebied van productie en karakterisering van werkzame stofhoudende tussenproducten, zoals filamenten, en de vrijgavecontrole in geneesvormen combineren met de competenties van het Fraunhofer IST op het gebied van het verbeteren van hechting bij materiaalcombinaties en het integreren van functionele lagen voor vrijgavecontrole. Dit is een verdere spannende invalshoek voor toekomstige projecten.