Ass.-Prof. Priv.-Doz. Dr. Doris E. Braun
CD-Labor für Innovative Crystal Engineering Strategien in der Arzneimittelentwicklung
Pharmazeutische Technologie - Institut für Pharmazie
Innrain 52c, 6020 Innsbruck
+43 (512) 507 58653
Das 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 meisten pharmazeutischen Wirkstoffe bestehen aus kleinen Molekülen, die aufgrund ihrer chemischen Stabilität meist in kristalliner Form zu Tabletten verarbeitet werden. Die zunehmende Komplexität moderner Arzneistoffe führt dabei oft zu einer Verschlechterung der Wasserlöslichkeit. Materialwissenschaftliche Ansätze, wie das „Crystal Engineering“, ermöglichen jedoch die Herstellung verschiedener Festformen mit unterschiedlichen pharmazeutisch relevanten Eigenschaften. Ziel ist es, die optimale(n) Form(en) biologisch aktiver Moleküle in Bezug auf Stabilität, Löslichkeit und Verarbeitbarkeit zu finden, um diese zu hochwertigen und marktfähigen Medikamenten zu entwickeln.
Virtuelle Screening Methoden können den experimentellen Aufwand und die Entdeckung neuer Feststoffformen erheblich beschleunigen. „Crystal Structure Prediction (CSP)“ gilt zwar als Goldstandard zur Vorhersage von Kristallstrukturen, ist jedoch insbesondere bei Mehrkomponenten-Systemen, wie Kokristallen, sehr zeit- und rechenaufwendig. Daher werden häufig vereinfachte Ansätze eingesetzt, etwa die Analyse molekularer Komplementarität, Wasserstoffbrückenbindungen oder die Berechnung elektrostatischer Potenziale. Diese Methoden bieten jedoch nur begrenzte Vorhersagekraft. Ziel dieses Forschungsschwerpunkts ist es die Ansätze gezielt zu kombinieren und durch einen iterativen Prozess aus in silico Vorhersagen, Data Mining und Experimenten die virtuellen Screening Methoden weiterzuentwickeln.
Integration virtueller Kokristall-Screening-Methoden in experimentelles Festform-Screening und die Ermittlung physikochemischer Eigenschaften.
Metastabile Festformen spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Löslichkeit schlecht wasserlöslicher Arzneistoffe. Amorphe feste Dispersionen haben sich als vielversprechende Methode zur Stabilisierung amorpher Formen etabliert. Durch die Einbettung in eine Matrix und die Kombination mit speziell ausgewählten Additiven wird die Kristallisation verhindert. Darüber hinaus können Partikelbeschichtungen oder Verkapselungen angewendet werden, um die Oberflächen kristalliner metastabiler Festformen zu schützen und Phasenumwandlungen zu vermeiden. Auf diese Weise können metastabile Festformen effektiv in Arzneimitteln genutzt werden.
Die mechanischen Eigenschaften von Festformen sind entscheidend für die Verarbeitung und Formulierung von Wirkstoffen. Ein vertieftes Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Wechselwirkungen ermöglicht es, das Verhalten der Festform unter Druck, beim Mahlen oder während der Tablettierung besser zu verstehen. Ziel ist es, den Zusammenhang zwischen mechanischen Eigenschaften, die durch Kompaktierungsanalysen ermittelt werden, und strukturellen Merkmalen zu untersuchen, um letztlich aus strukturellen Daten wichtige mechanische Eigenschaften vorhersagen zu können.