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Interview

Forschung und Bildung mit 3D-gedruckten Modellen im Bereich Pharmakologie an der UCL

Die Forschung in der Pharmazeutik kann aufwändig sein und Jahre in Anspruch nehmen. Um einen neuen aktiven pharmazeutischen Wirkstoff auf den Markt zu bringen, müssen Forscher in den frühen Phasen der Entwicklung des Medikaments die Lebensdauer des Wirkstoffs im menschlichen Körper messen und quantifizieren.

Der Einsatz 3D-gedruckter Modelle menschlicher Organe hilft dabei, diesen Prozess zu beschleunigen. Dies reicht von der Nachbildung der Bedingungen im menschlichen Körper bei der Arzneimittelgabe bis hin zur Vorführung neuer Methoden zur Abgabe des Arzneimittels in den menschlichen Körper vor Investoren.

Dr. Stephen Hilton ist Senior Lecturer am University College London (UCL) und Mitglied der Fakultät für Pharmazeutik und Biochemie sowie der UCL School of Pharmacy.

Werfen Sie einen Blick in das Labor der UCL, um zu erfahren, wie Dr. Hilton und sein Team 3D-Modellierung und 3D-Druck zur Beschleunigung von pharmazeutischer Forschung und zur Vorführung der Wirkung von menschlichen Organen auf die Arzneimittelgabe vor Studierenden nutzen.

Einen Blick in den Körper werfen mit 3D-gedruckten Organmodellen

Das Labor von Dr. Hilton setzt Modelle innerer Organe für die pharmazeutische Forschung ein. „Beispielsweise drucken wir Modelle des Magens und nutzen sie, um zu veranschaulichen, wie eine bestimmte Lösung wirkt, wenn sie den Magen durchläuft“, erläutert Hilton. „Mit dieser Information kann man die Medikation einstellen.“

Die hochpräzisen transparenten Modelle, die auf einem Stereolithografie-(SLA)-3D-Drucker gedruckt werden, veranschaulichen, wie das Medikament in den Magen gelangt und an Größe zunimmt und dabei im Laufe von ein bis zwei Wochen eine Dosis abgibt. Diese langsame Abgabe reduziert die Häufigkeit, mit der der Patient das Medikament einnehmen muss, da eine Dosis eine Woche vorhalten kann. Der Patient muss somit das Medikament nicht mehr ein oder mehrere Male am Tag einnehmen.

Dr. Stephen Hilton, Senior Lecturer an der UCL School of Pharmacy.

Dr. Stephen Hilton, Senior Lecturer an der UCL School of Pharmacy.v

Dr. Hilton verwendet diese 3D-gedruckten Modelle nicht nur, um die Forschung voranzutreiben, sondern auch, um Konzeptnachweise für Förderungsanträge zu erbringen und an verschiedenen Wettbewerben in der Pharmakologie und der Arzneimittelgabe teilzunehmen.

Dr. Hiltons Labor verfügt über fünf Formlabs 3D-Drucker, die täglich genutzt werden. Die Genauigkeit und Präzision der SLA-3D-Drucker bieten die Möglichkeit, Teile zu erstellen, die mit anderen Methoden nicht umsetzbar wären.

„Ich glaube, es herrscht ein klares Gleichgewicht zwischen dem SLA-3D-Drucker Form 2 und den FDM-Druckern. FDM eignet sich gut für große, leichte und hohle Teile, die sich leicht hochheben und bewegen lassen, so Dr. Hilton. „SLA-Druck ist tatsächlich deutlich besser geeignet für kleine Objekte, die eine hohe Genauigkeit erfordern.“

Studierenden Chemie und Körperfunktionen veranschaulichen

Chemie ist ein essenzieller Teil der Pharmakologie, genauso wie der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung. Dr. Hilton hält es für äußerst wichtig, dass sowohl Undergraduate- als auch Graduate-Studierende die Chemie hinter den pharmazeutischen Wirkstoffen verstehen, bevor sie mit ihren Studien fortfahren.

„Wir verwenden 3D-Drucker für gewöhnlich, um Stereochemie und Moleküle zu lehren. Wir drucken kleine Modelle von Molekülen, mit denen wir Chiralität, Stereochemie und Orbitale erklären können“, so Dr. Hilton.

Zenobia Rao, eine Doktorandin, und Dr. Ahtsham Ishaq, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter, besprechen Magenmodelle im Labor von Hilton.

Zenobia Rao, eine Doktorandin, und Dr. Ahtsham Ishaq, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter, besprechen Magenmodelle im Labor von Hilton.

Das Labor von Hilton druckt ebenfalls Magenmodelle, Kiefer und Zähne für die Wurzelkanalforschung sowie Modelle von Augen, dem Gehirn und vielem mehr.

Mit detaillierten Modellen zeigen Dozenten den Studierenden, wie bestimmte Teile des menschlichen Körpers funktionieren und auf verschiedene Chemikalien reagieren. Der Form 2 kann optisch transparente Teile mit Clear Resin herstellen. Dadurch können Studierende einen Blick in ein Organ werfen und sehen, wie eine chemische Reaktion abläuft, so z. B., wenn eine Tablette oder ein Pulver in eine Lösung im Magen gelangt und die Bedingungen innerhalb der Magenwände verändert.

„3D-Druck ist mittlerweile Teil des vierten Jahres in Pharmazie und auch die Studenten im MSc-Studiengang lernen, wie sie dies Technologie einsetzen können“, berichtet Dr. Hilton.

„Ich verwende den Form 2, um Formen für Medizinprodukte für ein Beatmungstherapieprojekt zu drucken“, so Zaid Muwaffak Hassan, ein Doktorand im Labor von Hilton. „Er ist sehr benutzerfreundlich, sehr genau und liefert sehr gute Details. Ich habe auf dem Form 2 noch keinen einzigen Fehldruck erlebt, trotz all der Dinge, die ich mit ihm ausprobiert habe. Dadurch spare ich viel Zeit gegenüber der Arbeit mit den Druckern, die ich früher eingesetzt habe.“

Forschung und Bildung mit 3D-Druck beschleunigen

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