INNOVATION  

Ein­fa­cher impfen dank Micro­needle Patches

Micro­needle Patches haben das Poten­zial, Impf­kam­pa­gnen deut­lich zu ver­ein­fa­chen. Auf der Suche nach einer bezahl- und ska­lier­baren Lösung ziehen das aus­tra­li­sche Start-up VAXXAS und Harro Höf­liger mit viel Enthu­si­asmus und Sach­ver­stand ins Feld.

Die junge Frau ent­nimmt der Ver­pa­ckung einen runden Behälter und plat­ziert ihn sorg­fältig am Oberarm ihres Kindes. Mit dem Daumen löst sie einen Impuls aus, der ein win­ziges Patch auf die Haut­ober­fläche kata­pul­tiert. Das Pflaster ist mit tau­senden Nadeln ver­sehen, die mit dem erfor­der­li­chen Impf­stoff beschichtet sind.

Nach den Vor­stel­lungen der Welt­ge­sund­heits­or­ga­ni­sa­tion WHO und anderen NGOs (Non-Governmental Orga­ni­sa­tions) sowie pri­vaten Gruppen sollen kon­ven­tio­nelle Impf­kam­pa­gnen künftig durch die soge­nannten MAPs (Micro­needle Array Patches) ergänzt werden. Schluss mit Spritzen, die nur von qua­li­fi­ziertem Fach­per­sonal gegeben werden können. Schluss mit Flüs­sig­impf­stoffen, für die eine durch­ge­hende Kühl­kette erfor­der­lich ist.

Vor allem für Ent­wick­lungs­länder ist eine ein­fache Imp­fung per Micro­needle Patch eine viel­ver­spre­chende Alter­na­tive. Das aus­tra­li­sche Start-up VAXXAS und Harro Höf­liger arbeiten an der Umset­zung dieser Tech­no­logie, mit Blick sowohl auf die Kos­ten­as­pekte als auch auf den Pro­zess des Scale-up.


Viele Wege führen zum Ziel

Mikro­na­deln sind für meh­rere Märkte attraktiv: Zum einen für Impf­kam­pa­gnen in Ent­wick­lungs­län­dern, zum anderen aber auch für Hoch­preis­pro­dukte, wie bei­spiels­weise Mittel gegen Migräne. Bei der Ent­wick­lung der Mikro­nadel-Tech­no­logie ver­folgen die diversen Ent­wick­lungs­teams und For­scher sowohl bei der Wahl des Mate­rials als auch bei der Form des Wirk­stoff­auf­trags bezie­hungs­weise der -abgabe unter­schied­liche Stra­te­gien.

Beschich­tete Mikro­na­deln

Die aus Metall oder Kunst­stoff her­ge­stellten Mikro­na­deln werden mit flüs­sigem Wirk­stoff ver­sehen, der sich später in der Haut auf­löst. Dazu werden sie ent­weder in Wirk­stoff­lö­sung getaucht oder bedruckt und anschlie­ßend getrocknet.

Selbst­auf­lö­sende Mikro­na­deln

Aus einem geeig­neten Polymer (PVP, PVOH) sowie dem zu ver­ab­rei­chenden Wirk­stoff werden die Mikro­na­deln geformt. Bei der Her­stel­lung mit einem Druck­ver­fahren sind die Nadeln bereits Bestand­teil des Trä­ger­pflas­ters, in einem anderen Her­stel­lungs­ver­fahren werden sie nach­träg­lich auf­ge­klebt. Nachdem die Nadeln in die Haut ein­ge­drungen sind, lösen sie sich kom­plett auf, wobei sie den Wirk­stoff abgeben.

Hohle Mikro­na­deln

Hohle Mikro­na­deln (HM) sind für die Ver­ab­rei­chung höherer Wirk­stoff­dosen vor­ge­sehen. In die Nadeln aus Edel­stahl werden dazu Kanäle gebohrt, bei­spiels­weise mit einem Laser. Die auf der Trä­ger­folie in einem Reser­voir ent­hal­tene Wirk­stoff­lö­sung gelangt durch die Hohl­na­deln in die Haut.


Der Blick fürs Mach­bare

Das aus einem Spin-off des Aus­tra­lian Insti­tute of Bio­en­gi­nee­ring & Nano­tech­no­logy der Uni­ver­sity of Queens­land ent­stan­dene Tech­no­lo­gie­un­ter­nehmen kon­zen­triert sich auf neu­ar­tige Tech­no­lo­gien zur Impf­stoff­ver­ab­rei­chung. Das von VAXXAS ent­wi­ckelte Nano­patch™ ist vor­wie­gend für bekannte Impf­stoffe vor­ge­sehen.

Schon in einem frühen Sta­dium wollte das inter­dis­zi­plinär auf­ge­stellte For­scher­team sicher­stellen, dass sich die Ideen und Pro­zesse von Labor­stu­dien zuver­lässig in eine groß­vo­lu­mige Seri­en­fer­ti­gung über­tragen lassen. Michael Junger, Head of Medical Device and Pro­cess Engi­nee­ring bei VAXXAS, erklärt: „Wir haben uns daher an Harro Höf­liger gewandt und uns sehr gefreut, dass die Experten schnell dazu bereit waren, uns bei der Ent­wick­lung des Devices mit Blick auf ein spä­teres Ska­lieren des Pro­duk­ti­ons­pro­zesses zu unter­stützen.“

Für Stefan Bernsau, Director Needle Tech­no­logy bei Harro Höf­liger, ist die Zusam­men­ar­beit eine klare Win-win-Situa­tion: „Ein wich­tiger Teil unserer Unter­neh­mens­phi­lo­so­phie ist die Beglei­tung unserer Kunden vom Labor bis zur Pro­duk­tion. Daher unter­stützen wir häufig Start-ups mit unserem Know-how und unseren Res­sourcen.“ Das Pro­jekt mit VAXXAS ver­knüpft viele Tech­no­lo­gie­platt­formen von Harro Höf­liger: die asep­ti­sche Mon­tage, die Auto­ma­ti­sie­rung sowie die Befüll- bezie­hungs­weise Dosier­tech­no­logie. 

„Eine groß­ar­tige Tech­no­logie, die das Impfen in Zukunft sehr ver­ein­facht.“ Stefan Bernsau, Director Needle Tech­no­logy bei Harro Höf­liger

Bernsau: „Das Gesamte ist eine äußerst anspruchs­volle Pro­zess­ent­wick­lung, da nach dem Beschichten und vor der Mon­tage auch der Trock­nungs­pro­zess der unter­schied­li­chen Wirk­stoffe unter asep­ti­schen Bedin­gungen berück­sich­tigt werden muss.“ Mit der The­matik Micro­needle Patches beschäf­tigt sich Harro Höf­liger schon länger und Stefan Bernsau nimmt hierzu regel­mäßig an Kon­fe­renzen teil, unter anderem bei der WHO. Er hat sich inzwi­schen ein welt­weites Netz­werk auf­ge­baut, um gemeinsam mit anderen Experten an prak­ti­ka­blen Lösungen für diese Zukunfts­tech­no­logie zu arbeiten.

Bernsau: „Das ist eine groß­ar­tige Tech­no­logie mit vielen Her­aus­for­de­rungen, die das Impfen in Zukunft sehr ver­ein­facht. Die kon­se­quente Her­an­ge­hens­weise an neue Pro­zesse und Ent­wick­lungen unter Berück­sich­ti­gung asep­ti­scher Anfor­de­rungen gemeinsam mit VAXXAS ent­spricht genau der Phi­lo­so­phie von Harro Höf­liger.“

Gezielter schützen

Neu­este Stu­dien haben ergeben, dass die intra­der­male Imp­fung Vor­teile gegen­über der bisher übli­chen Ver­ab­rei­chung des Impf­stoffs in die Unter­haut (Sub­kutis) oder in den Muskel haben kann. Anders als in der Unter­haut und dem Muskel, wo sich nur wenige Abwehr­zellen des Immun­system befinden, kommen in der oberen Haut­schicht (Dermis) Abwehr­zellen vom den­dri­ti­schen Typ sehr häufig vor. Diese Zellen sind für die Ein­lei­tung der Immun­ab­wehr zuständig.

Wird der Impf­wirk­stoff hier ver­ab­reicht, sorgen sie für eine stär­kere Immun­ant­wort und damit für einen ver­bes­serten Impf­schutz. Diesen Ansatz ver­folgen auch Micro­needle Patches. VAXXAS ver­spricht sich davon die Mög­lich­keit, gerin­gere Dosen von Impf­stoffen gezielter zu ver­ab­rei­chen und so ihre Wirk­sam­keit zu opti­mieren.

Das geht unter die Haut

Das Nano­patch™ von VAXXAS besteht aus einem Poly­mer­qua­drat, das einen Qua­drat­zen­ti­meter groß und mit meh­reren tau­send ledig­lich 0,25 Mil­li­meter hohen nadel­för­migen Mikro­struk­turen bestückt ist. Diese sind mit Impf­stoff beschichtet und inji­zieren ihn direkt in die immun­zel­len­rei­chen Haut­schichten. Mit­hilfe des Appli­ka­tors lässt sich das Nano­patch™ auch von Laien ganz ein­fach anbringen. Das spe­zi­elle Design stellt dabei sicher, dass der Impf­stoff – unab­hängig von alters- und geschlechts­be­dingter Haut­be­schaf­fen­heit – kon­sis­tent ver­ab­reicht wird. Eine Küh­lung des Wirk­stoffes ist auf­grund seines festen Aggre­gat­zu­standes nicht erfor­der­lich. 

„Die Nano­tech­no­logie wird in der ste­rilen Her­stel­lung künftig die Norm sein.“ Mike Junger, Head of Medical Device and Pro­cess Engi­nee­ring bei VAXXAS

Mike Junger erzählt: „Unsere Unter­neh­mens­phi­lo­so­phie ist ‚Do it yourself‘. Ich ver­traue auf die Fähig­keiten meiner Mit­ar­beiter. Sie ver­stehen unser Pro­dukt, und sie haben die Werk­zeuge, um ihren Job besser zu erle­digen als jeder andere. Wir hatten des­halb nicht die Erwar­tung, dass Harro Höf­liger alle Her­aus­for­de­rungen allein löst. Uns war es wichtig, in enger Zusam­men­ar­beit mit den Maschi­nen­bau­spe­zia­listen mit viel Erfah­rung unsere Ideen so wei­ter­zu­ent­wi­ckeln, dass sie sich am Ende garan­tiert prak­tisch umsetzen lassen.“

Harte Tat­sa­chen

Bei der Ent­wick­lung eines ska­lier­fä­higen Pro­zesses für die künf­tige Seri­en­pro­duk­tion des Devices baut VAXXAS auf das Know-how der Maschi­nen­bau­spe­zia­listen von Harro Höf­liger.

VAXXAS hat sich den Beschich­tungs­pro­zess der Mikro­na­deln mit Impf­stoff paten­tieren lassen. Nun steht die anspruchs­volle Auf­gabe an, eine Anlage zu kon­zi­pieren, auf der sich die VAXXAS-Tech­no­logie kos­ten­günstig und auto­ma­ti­siert in Groß­serie rea­li­sieren lässt. Die größten Her­aus­for­de­rungen sind das hoch­prä­zise Beschichten der Nadeln mit Impf­stoff, der anschlie­ßende Trock­nungs­pro­zess sowie die Sie­ge­lung – und das alles in asep­ti­scher Umge­bung. Bernsau: „Um eine aus­rei­chende Menge von Wirk­stoff auf­zu­bringen, müssen die Nadeln mehr­fach beschichtet werden. Dazu benö­tigen wir ein kon­takt­loses hoch­prä­zises, auto­ma­ti­siertes und kame­ra­über­wachtes Dosier­system, das unter ste­rilen Bedin­gungen arbeitet.“

Noch gibt es einiges zu tun. Die Ide­en­schmiede VAXXAS und die Spe­zia­listen von Harro Höf­liger stehen daher in stän­diger Ver­bin­dung. Junger erklärt: „Wir sind der Ansicht, dass die Micro- und Nano­tech­no­logie in der ste­rilen Her­stel­lung künftig die Norm sein wird. Aber davon müssen wir die Regu­lie­rungs­be­hörden und die Indus­trie über­zeugen, damit Vor­gaben und Stan­dards ange­passt werden. Mit unserem Nano­patch™ leisten wir einen wich­tigen Bei­trag dazu.“

Über VAXXAS

VAXXAS ist ein Tech­no­logie-Start-up-Unter­nehmen und basiert auf For­schung am Aus­tra­lian Insti­tute of Bio­en­gi­nee­ring & Nano­tech­no­logy der Uni­ver­sity of Queens­land. Es beschäf­tigt sich mit der Ver­bes­se­rung der Wirk­sam­keit von Impf­stoffen durch die Ver­ab­rei­chung in die Haut mit­hilfe des Nano­patch.

Diesen Artikel als PDF-Datei her­un­ter­laden

Fotos: shutterstock.com/Cheers Group, Janine Kyofsky, Harro Höf­liger