Arzneimittelforschung in der Mikrogravitation weitet sich von ISS-Kristallstudien auf die kommerzielle Herstellung aus
Die Arzneimittelforschung in der Mikrogravitation entwickelt sich von ISS-Kristallstudien hin zu kommerziellen Produktionsansätzen. Neue Experimente und eine Zusammenarbeit von Varda mit United Therapeutics zielen auf eine bessere Stabilität, Verabreichung und Herstellung von Medikamenten ab.
NASA ermöglicht Wissenschaftlern seit Jahrzehnten, die Auswirkungen der Mikrogravitation auf die Arzneimittelentwicklung zu untersuchen, beginnend mit dem Space Shuttle. Das private Raumfahrtunternehmen Varda Space Industries hat begonnen, kleine unbemannte Kapseln mit autonomen Bioreaktoren zu fliegen, die einige Wochen bis Monate in der Mikrogravitation verbringen und dort Arzneimittel ohne den Einfluss der Schwerkraft verarbeiten können. Varda kündigte zudem eine Zusammenarbeit mit United Therapeutics Corporation an, um den Einsatz der Mikrogravitation zur Entwicklung verbesserter Behandlungen für eine seltene Lungenerkrankung zu erforschen.
In diesem Zeitraum gab es einige bemerkenswerte Erfolge, etwa die Möglichkeit, 2019 eine gleichmäßigere kristalline Form des Krebsmedikaments Keytruda zu züchten. Dadurch eröffnete sich die Möglichkeit, das Medikament per Injektion zu verabreichen, anstatt dass Patienten stundenlang in einer Klinik verbringen müssen, um es intravenös zu erhalten.
Am Dienstag, dem 12. Mai, plant Gerard Capellades, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen am Henry M. Rowan College of Engineering, Kristallisationsexperimente an Bord der International Space Station in die Erdumlaufbahn zu schicken. Mit dieser Forschung hofft er besser zu verstehen, wie die Mikrogravitation die Bildung von Kristallen beeinflusst, wie sie in Tabletten und pulvergefüllten Kapseln vorkommen, um die Herstellung dieser Arzneimittel zu verbessern.
Capellades’ Experimente werden in Redwire’s automatisierter Plattform zum Wachstum hochwertiger Proteinkristalle in der Mikrogravitation durchgeführt, die PIL-BOX heißt. Zwar wurden Arzneimittel bereits zuvor im Weltraum kristallisiert, doch konzentrierten sich frühere Experimente auf Kristalle aus nur einer Substanz; Capellades’ Experiment wird als erstes einen Zusatzstoff in diesen Prozess einbeziehen.
Pharmazeutische Tabletten, Halbleiter, Stahl, Schokolade und sogar Nierensteine sind Kristalle. Moleküle in einer Lösung bewegen sich zunächst zur Kristalloberfläche und lagern sich dann an den wachsenden Kristall an. Die Mikrogravitation verlangsamt diese frühe Bewegung und oft auch die gesamte Kristallwachstumsrate. Das führt zu stärker ausgeprägten, qualitativ hochwertigeren Kristallen.
Capellades erwartet, dass auf der ISS gezüchtete Kristalle sich in diesem Experiment langsamer entwickeln und dadurch ein homogeneres Produkt entsteht. Frühere Experimente zeigten, dass Kristalle des blutzuckerregulierenden Insulins beim Wachstum im Weltraum ungewöhnlich groß und gut geordnet waren. Kristallgröße und Ordnungsgrad können die Freisetzung eines Arzneimittels beeinflussen und damit möglicherweise neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Verabreichung schaffen.
Derzeit enthalten kristalline Arzneimittel überwiegend Einzelsubstanzen. Capellades interessiert sich dafür, einen zweiten sicheren Inhaltsstoff hinzuzufügen, um pharmazeutische Legierungen zu erzeugen. Für seine Experimente wird Capellades gängige Substanzen wie Acetaminophen kristallisieren, wobei violette Farbstoffe als Zusatzstoffe dienen und die Farbe als visueller Marker für ihre Verteilung im Kristall genutzt wird. Die Experimente werden an Bord der kommerziellen Nachschubmission SpaceX CRS-34 zur ISS transportiert.
Für diese jüngste Untersuchung arbeitet die Rowan University im Auftrag von Redwire daran, gemeinsame Forschungsmöglichkeiten voranzubringen. Redwire finanziert die Studie über einen Vertrag aus dem Programm NASA In-Space Production Applications. Sobald die vorbereitete PIL-BOX auf der ISS installiert ist, startet das Operationsteam im Orbit ein automatisiertes Programm, um den Kristallisationsprozess zu beginnen, und eine im Modul montierte Mikroskopkamera nimmt alle paar Minuten Bilder auf, sodass das Team auf der Erde den Verlauf des Experiments nahezu in Echtzeit verfolgen kann.
NASA subventionierte einen Großteil dieser Arbeit und übernahm in der Regel die erheblichen Kosten für den Transport von Forschung zur ISS sowie für die Astronautenzeit zur Durchführung der Experimente. Es gab jedoch auch Abwägungen, etwa lange Vorlaufzeiten, um Forschung ins All zu bringen. Dennoch hat sich gezeigt, dass es einige kommerzielle Anwendungen für die Herstellung von Arzneimitteln im Weltraum geben könnte.
Varda startete Mitte 2023 sein erstes Fahrzeug, W-1, seitdem folgten fünf weitere. Im Rahmen der Vereinbarung mit United Therapeutics werden Varda und United Therapeutics den Einfluss der Mikrogravitation auf die Struktur- und Kristallisationseigenschaften therapeutischer Verbindungen nutzen, um deren Stabilität und Verabreichung zu verbessern.
Unabhängig von den Ergebnissen werden Pharmaunternehmen ihre Produktion möglicherweise noch nicht sofort in den Orbit verlagern, doch Fortschritte in der Raumfahrttechnologie könnten die Produktion außerhalb der Erde künftig zunehmend praktikabel machen. Capellades geht davon aus, dass Pharmaunternehmen im Weltraum gezüchtete Kristalle als Keime für ein besseres Kristallwachstum auf der Erde nutzen könnten, wenn der Zusatzstoff eine neue Kristallstruktur stabilisiert. Eine vollständige Herstellung kristalliner Legierungen im Weltraum dürfte eher für hochwertige Materialien sinnvoll sein, die nur in sehr kleinen Mengen verwendet werden, etwa für bestimmte Halbleiter oder Laseroptiken.