Wie der derzeitige globale Rollout der Impfung gegen COVID-19 gezeigt hat, stößt die Verabreichung konventioneller Nadelimpfstoffe im großen Maßstab an ihre Grenzen. John Kawola, CEO - Global, Boston Micro Fabrication, erklärt, wie der Mikro-3D-Druck von Mikronadeln die Art und Weise, wie die Welt auf die Verteilung von Impfstoffen reagiert, radikal verändern könnte.
Mehr als 1,5 Milliarden Dosen des COVID-19-Impfstoffs wurden weltweit verabreicht, so die neuesten Zahlen von Bloomberg. Diese Zahlen sind sicherlich beeindruckend, wenn man die kurze Zeitspanne von der Entwicklung des Impfstoffs bis zu seiner Verabreichung bedenkt, aber die letzten Monate haben einige große logistische Herausforderungen herkömmlicher Nadelimpfstoffe aufgezeigt - vor allem die Schwierigkeit, sie in großem Umfang zu verabreichen.
Stellen Sie sich vor, wie viel einfacher die Verteilung sein könnte, wenn ein Impfstoff direkt zu Ihnen nach Hause geschickt und über ein winziges, schmerzloses Pflaster verabreicht werden könnte, das auf Ihren Arm geklebt wird. Was wäre, wenn Impfstoffe in dieser Form an verarmte oder abgelegene Orte geschickt werden könnten, die keinen Zugang zur Gesundheitsversorgung haben? Fortschrittliche Immunisierungstechnologien, insbesondere Mikronadeln, bringen diese Ideen näher an die Realität.
Das Konzept der Mikronadeln für Impfungen oder andere Medikamentenverabreichungen gab es schon eine Weile, aber COVID beschleunigte die Nachfrage und die Forschung, um es zu verwirklichen. Aber sobald die Verabreichungsmethode für Mikronadeln feststeht, steht die Industrie vor einer weiteren Hürde: herauszufinden, wie man diese winzigen, funktionalen Geräte in großem Maßstab und ebenso kosteneffizient wie herkömmliche Impfmethoden herstellen kann. Die Antwort liegt im Mikro-Präzisions-3D-Druck.
Näher an die Zukunft heran
Ein Team von Mitarbeitern unter der Leitung der Carnegie Mellon University und mit Beteiligung von Boston Micro Fabrication (BMF) hat kürzlich enthüllt, dass sie einen neuartigen Ansatz für Impfungen mit einer niedrig dosierten, kostengünstigen und hybriden Mikronadel-Array-Technologie entwickeln. Die Mikronadel-Arrays bestehen aus Hunderten von winzigen Nadeln auf einem kleinen Pflaster, das sich beim Auftragen auf die Haut schnell auflösen und die Impfung abgeben kann.
Diese Verabreichungsmethode erfordert eine geringe Dosismenge (nur ein Hundertstel der Dosis eines herkömmlichen Impfstoffs) ohne die gleichen Anforderungen an die Kühlkettenlagerung, was bedeutet, dass sie das Potenzial hat, den Transport und die Lagerung von Impfstoffen zu vereinfachen, Impfstoffengpässe zu reduzieren und Impfstoffe leichter an Menschen auf der ganzen Welt zu verteilen. Dies sind alles Bedenken, die in den letzten Monaten bei herkömmlichen Methoden der Impfstoffbereitstellung zutage getreten sind.
Die bisherigen Forschungsergebnisse sind vielversprechend: Je kleiner die Mikronadeln sind, desto leichter ist es, die Haut zu durchstechen und den Impfstoff effektiv zu verabreichen. Diese Erkenntnis bringt eine ganze Reihe neuer Herausforderungen für die Anwendung der Mikronadel-Arrays mit sich, und genau hier kommt der Mikro-3D-Druck ins Spiel.
Wenn kleiner besser ist, ergeben sich größere Herausforderungen
Wie bei jeder Art von Fertigung und Produktentwicklung gilt auch hier: Je kleiner das Teil ist, desto schwieriger ist es zu entwerfen, desto teurer ist es in der Herstellung und desto komplizierter ist es, es im großen Maßstab zu produzieren. Dies gilt vor allem für traditionelle Fertigungsverfahren wie Mikrospritzguss und CNC-Bearbeitung. Je kleiner und detaillierter das Teil ist, desto höher sind die Kosten und desto länger ist die Wartezeit, bis es fertig ist (und wenn uns diese Pandemie etwas über die Fertigung gelehrt hat, dann, dass die Zeit das Wesentliche ist).
Die additive Fertigung galt lange Zeit als kostengünstiger und zeiteffizienter Ansatz, aber auch der 3D-Druck hat traditionell an Attraktivität verloren, wenn die Teile kleiner werden. Probleme mit der Präzision und Genauigkeit haben jahrelang für Innovationsblockaden gesorgt. Ganz einfach, es fehlte an brauchbaren additiven Fertigungstechnologien, die mit der richtigen Auflösung und im richtigen Maßstab drucken können.
Die hohen Kosten, die mit traditionellen Herstellungsmethoden verbunden sind, kombiniert mit dem Mangel an fähigen 3D-Druck-Alternativen, hätten das Versprechen von Mikronadel-Impfungen zunichte gemacht, bevor die Forschung überhaupt abgeschlossen war, wenn es nicht die jüngsten Entwicklungen im Mikro-3D-Druck gegeben hätte. Neuere Technologien wie die Stereolithografie (SLA), die digitale Lichtverarbeitung (DLP) und eine Kombination aus beiden, die sogenannte Projektions-Mikro-Stereolithografie (PµSL), können endlich ultrapräzise, mikrogroße Teile herstellen, die sowohl für das Rapid Prototyping als auch für die Produktion geeignet sind.
Mikro-3D-Druck für Mikronadeln
Carnegie Mellon lud BMF wegen der PµSL-Technologie des Unternehmens, die kleine Teile mit einer Auflösung von bis zu 2 µm drucken kann, zur Teilnahme an der Forschung ein. Die Technologie ermöglicht es, mit der richtigen Auflösung, Größe und Genauigkeit mit Präzision und Effizienz zu drucken ... aber wie genau der Mikro-3D-Druck zur Herstellung des endgültigen Mikronadel-Impfstoffs eingesetzt wird, ist noch offen.
In einer perfekten Welt würde PµSL verwendet werden, um die Mikronadeln für den Endgebrauch mit einem auflösbaren, biokompatiblen Material zu drucken. Dies wäre der effizienteste Weg, um die Arrays in die Produktion und den Vertrieb zu bringen, und würde andere Prozesse wie das Gießen ausschließen, aber diese Methode hängt von der Entwicklung des richtigen auflösbaren Materials ab. Da die Zeit drängt, gibt es eine Reihe von Alternativen, die ebenfalls in Betracht gezogen werden sollten.
Eine dieser Optionen wäre die Verwendung von PµSL zum Drucken von Formmustern, die eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um damit Formen zu erstellen, die dann für die Produktion verwendet werden können. Auf diese Weise könnten viele Mikronadeln aus der gleichen 3D-Druckform gedruckt werden, was im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren immer noch kostengünstiger, genauer und präziser wäre.
Obwohl sich Mikronadel-Impfstoffe noch in einem frühen Stadium der Forschung und Entwicklung befinden, gibt es keinen Zweifel daran, dass der Mikro-3D-Druck eine wesentliche Rolle dabei spielen wird, ihre Massenherstellung und -verteilung Realität werden zu lassen. Diese winzigen Geräte haben das Potenzial, die Art und Weise, wie die Welt auf Gesundheitskrisen reagiert und Millionen von Menschen schnell und in großem Maßstab immunisiert, völlig zu revolutionieren. Auch wenn COVID-19 hoffentlich ein einmaliges Ereignis war, werden die innovativen Herstellungs- und Verabreichungsmethoden für Impfstoffe, die heute entwickelt werden, einen reibungsloseren Kampf gegen zukünftige Bedrohungen gewährleisten.
Dieser Artikel wurde ursprünglich in Medical Plastics News Ausgabe 17 auf Seite 32-33 veröffentlicht.
