CD-Labor für Innovative Crystal Engineering Strategien in der Arzneimittelentwicklung

Dieses CD-Labor zielt auf die Erforschung kritischer Stoffeigenschaften von pharmazeutischen Hilfs- und Wirkstoffen ab, die für die Herstellung, Qualität und Sicherheit von hochwertigen Medikamenten entscheidend sind. Eine Optimierung dieser Eigenschaften erlaubt es Herstellungsprozesse zu beschleunigen und letztlich die Kosten von essentiellen Arzneimittelprodukten zu senken.

Die überwiegende Mehrheit der derzeit verfügbaren pharmazeutischen Wirkstoffe besteht aus kleinen Molekülen, die aus Gründen der chemischen Stabilität meist in kristallinem Zustand zu festen Darreichungsformen wie Tabletten verarbeitet werden. Die strukturelle Vielfalt und vor allem Komplexität von Arzneistoffen hat jedoch in den letzten zwei Jahrzehnten enorm zugenommen, was zwangsläufig eine Verschlechterung kritischer Festkörpereigenschaften, wie die Wasserlöslichkeit, zur Folge hat.

Gezielte Optimierungsstrategien von Arzneistoffen stehen daher zunehmend im Fokus der modernen Arzneimittelentwicklung. Solche Bemühungen basieren weitgehend auf materialwissenschaftlichen Ansätzen wie dem „Crystal Engineering“. Von den meisten Arzneistoffen können mithilfe von ausgefeilten Strategien und Methoden dutzende Kristallformen erzeugt werden, deren Eigenschaften sich deutlich unterscheiden können. Die Herausforderung besteht darin, jene Form(en) mit den besten Eigenschaften in Bezug auf physikalische und chemische Stabilität, Löslichkeit, Verarbeitbarkeit, mechanische Eigenschaften usw. zu identifizieren. Dies ist eine grundlegende Voraussetzung für die Weiterentwicklung eines biologisch aktiven Stoffes zu einem marktfähigen Medikament.

Das Design und die Synthese von Festkörperstrukturen mit den gewünschten Eigenschaften erfordert ein fundiertes Verständnis der Wechselwirkungsprinzipien von Molekülen sowie eine breite Forschungsmethodik. Die Thematik umfasst eine Vielzahl von Festkörperphänomenen und das Spektrum der Festformen reicht von Kristallen, die aus nur einer Molekülart mit unterschiedlicher Packungsanordnung (Polymorphie) bestehen, bis hin zu komplexen Mehrstoffkristallen (Kokristallen) und nicht kristallinen (amorphen) Festkörpern.

Das übergeordnete Ziel dieses CD-Labors ist die Erforschung und Etablierung des Verständnisses für das Zusammenspiel zwischen molekularen Merkmalen und supramolekularen Eigenschaften, welche die chemische und physikalische Stabilität, die Verarbeitbarkeit, sowie die biologische Wirksamkeit von Arzneistoffen beeinflussen. Dies wird durch die Kombination einer Vielzahl von computerunterstützten und experimentellen Methoden und Prozessen erreicht.

Die Forschung umfasst neben der Optimierung von Materialeigenschaften neuer Wirkstoffe auch innovative, formulierungsbezogene Themen. Das CD-Labor konzentriert sich auf ein umfassendes Verständnis der Bildung von Festformen, deren Stabilität und produktionsrelevanten Eigenschaften. Dies ermöglicht eine bessere Vorhersagbarkeit der Festformen. Zudem werden Richtlinien für maßgeschneiderte experimentelle und virtuelle Verfahren zur Auffindung neuer Festphasen, sowie neue Strategien zur Stabilisierung metastabiler Festformen entwickelt. Voraussetzung dafür sind fundierte Kenntnisse über die molekularen Wechselwirkungen zwischen dem aktiven pharmazeutischen Bestandteil und den Hilfsstoffen (Koformer), die aus experimentellen oder computergenerierten Strukturen gewonnen werden. Dadurch lassen sich auch prozessrelevante Eigenschaften von Arzneistoffen vorhersagen, die für Verfahren der Medikamentenherstellung essentiell sind.