Vor einem Jahr begann eine Industrie, auf eine der größten Pandemien der modernen Geschichte zu reagieren. Gesichtsmasken, Gesichtsschilde, Beatmungsgerätekomponenten und Nasen-Rachen-Abstriche wurden zu Tausenden, Hunderttausenden und Millionen produziert, da 3D-Druckanbieter und -nutzer mobilisiert wurden.
Zu dieser Zeit kündigte Boston Micro Fabrication (BMF) gerade die internationale Einführung ihrer Projektions-Mikro-Stereolithographie (PµSL) 3D-Drucktechnologie an, die erstmals in Asien vorgestellt wurde. Das Profil von PµSL – einer Technologie, die darauf ausgelegt ist, mikroskalige Teile mit hoher Genauigkeit und Auflösung zu drucken – ließ es unwahrscheinlich erscheinen, dass sie eine Rolle spielen würde, als die globale 3D-Drucker-Nutzerbasis versuchte, die Lücken in den Lieferketten für PSA und medizinische Geräte zu schließen. Doch Monate später, als es darum ging, den Weg aus dieser Pandemie und zukünftigen öffentlichen Gesundheitsnotständen zu planen, wurde BMF eingeladen, an einem Projekt der Carnegie Mellon University (CMU) teilzunehmen.
„Das Konzept der Mikronadeln für Impfungen oder andere Medikamentenverabreichungen gibt es schon länger“, beginnt John Kawola, CEO von BMF. „Aber COVID hat dies beschleunigt. Die Welt steht vor der Herausforderung, Milliarden von Menschen zu impfen. Und während die Nadel- und Fläschchenmethode seit 75 Jahren existiert, sehen wir, denke ich, alle, dass es nicht so einfach zu skalieren ist.“
Die CMU hat daher ihre Arbeit an der Entwicklung der Mikronadel-Array-Technologie intensiviert. Mikronadel-Arrays bestehen aus Hunderten winziger Nadeln auf einem Miniaturpflaster, die sich bei Hautkontakt schnell auflösen und das Medikament abgeben. Diese Geräte erfordern nicht das gleiche Maß an Kühlkettenlagerung und können die 1/100-fache Dosis eines herkömmlichen Impfstoffs verabreichen. Das intradermale Verabreichungssystem der CMU baut auf zehn Jahren Forschung auf und würde, so die Universität, den Transport und die Lagerung von Impfstoffen vereinfachen und gleichzeitig Engpässe reduzieren.
BMF wurde eingeladen, zu dem Projekt beizutragen, da die PµSL-Technologie die Fähigkeit besitzt, kleine Teile mit sehr hohen Toleranzanforderungen zu drucken. Das Projekt wird Drucker aus der 2-µm-Serie von BMF verwenden – wobei sich die 2 µm auf die optische Auflösung beziehen –, die in der Lage sind, Schichtdicken im Bereich von 5-20 µm und Oberflächengüten von 0,4-0,82 µm auf der Oberseite von Teilen sowie 1,5-2,52 µm an den Seiten zu erzielen.
„Auf einer Zwei-Mikron-Plattform kann man typischerweise eine Strukturgröße im Bereich von 15-20 Mikrometern erreichen“, erklärt Kawola. „Im Fall von Mikronadeln ist dies die Größe der Struktur, die sie erreichen wollen. Die meisten davon sind Kegel, die sich bis zur Spitze verjüngen, und das ist die kleinste Spitze, die sie erreichen möchten. Wir versuchen, die Geometrie mit den Materialeigenschaften und der Fähigkeit in Einklang zu bringen, sicherzustellen, dass sie [die Haut durchdringen], aber nicht brechen.“
Durch die bisherige Forschung haben die Partner gelernt, dass kleinere Nadeln die Haut leichter durchstechen. Obwohl noch unentschieden ist, ob PµSL zum direkten Drucken der Mikronadeln eingesetzt werden soll, müsste ein biokompatibles Material entwickelt werden, das die notwendige Festigkeit und Dehnung zum Durchstechen der Haut aufweist, wobei ein Gleichgewicht zwischen Merkmalgröße und Festigkeit „der Optimierung unterliegt“. Alternativ könnte PµSL verwendet werden, um Formmuster in einem bestehenden PDMS-Material zu drucken, das über ausreichende Festigkeit und die erforderliche Biokompatibilität für den Einsatz beim Spritzgießen von Medizinprodukten verfügt.
Ein weiterer Aspekt des Projekts – an dem das Center for Vaccine Research der University of Pittsburgh, Premier Automation und Tiba Biotech beteiligt sind – ist die Optimierung und Automatisierung der Produktion. Obwohl die Partner sich nicht dazu äußern, wann die Ergebnisse dieses Projekts kommerziell verfügbar sein werden – und sie die Vorstellung herunterspielen, dass ein Mikronadel-Impfstoff uns aus der COVID-19-Pandemie herausführen könnte –, betrachten sie die letzten 12 Monate als Weckruf und sehen den 3D-Druck als eine zentrale Rolle nicht nur bei der Reaktion auf globale Gesundheitskrisen, sondern auch bei der Immunisierung von Millionen von Menschen.
„Mit Dutzenden oder mehr Maschinen in einer Fabrik kann man sicherlich von Hunderttausenden, wenn nicht Millionen, pro Woche sprechen. Das ist das Ziel“, sagt Kawola. „Wenn es 1.000 pro Woche sind, ist das nicht sehr nützlich, aber wenn es Hunderttausende sind, die sich Millionen nähern, dann beginnt es zu skalieren. Die Herstellung solcher kleinen Teile in großem Maßstab auf konventionelle Weise ist teuer. Das Spritzgusswerkzeug kostet nicht 25.000 £, sondern vielleicht 200.000 £, was die Rechnung dahingehend ändert, was sinnvoll wird. Jeder im 3D-Druck sucht nach einer Möglichkeit, die derzeitige Vorgehensweise zu ersetzen. Wenn es schwierig und teuer ist, dann ist das ein großartiges Ziel, und genau da sehen wir unsere Position.“
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht unter: https://issuu.com/tctmagazine/docs/tct-euro-29.2/s/12142327
