Projekt 4D Haler: Intelligenter Inhalator für Biologika und mRNA-Wirkstoffe

Neue pharmazeutische Wirkstoffe, wie Biologika, mRNA- und Gen-, Gewebe- sowie zellbasierte Therapeutika ermöglichen neue Therapiemöglichkeiten zur Behandlung von Krankheiten. Die Verabreichung dieser Medikamente über die Lunge mittels innovativer Inhalatorsysteme ist dabei ein vielversprechender Weg zu bezahlbaren, sicheren und effizienten Therapien. Gemeinsam mit drei weiteren Fraunhofer-Instituten arbeiten Forschende des Fraunhofer EMFT an einem intelligenten Inhalator, mit dem sich die Verabreichungseffizienz bis ins kleinste Detail monitoren und steuern lässt.

Voraussetzung dafür ist eine präzise, effiziente, schonende und sichere Dosierung der hochpotenten, empfindlichen Wirkstoffe. Eine gerätetechnisch präzise Abgabe der Wirkstoffmenge/-dosis allein reicht dabei nicht aus. Vielmehr sind patientenbedingte Unzulänglichkeiten, die mit heutigen Systemen zu 90% Abweichungen von der tatsächlich geplanten (verschriebenen) Lungendosis führen können, zu kompensieren.

Modernste Inhalationssysteme verfügen schon heute über eine Atemtriggerung und können zudem den Volumenstrom während der Inhalationsphase messen. Eine Bestimmung und präzise Steuerung der in der Lunge verbliebenen (deponierten) und damit tatsächlich wirksamen Dosis gibt es jedoch bislang nicht. An diesem Punkt setzt das Forschungsprojekt 4D Haler an: Das Konsortium der Fraunhofer-Institute ITEM, ILT, IWU sowie des EMFT bündelt neue technologische Ansätze mit dem Detailwissen über die Bedürfnisse im Gesundheitswesen sowie deren Rahmenbedingungen durch den hochregulierten Markt (Medikament, Medizinprodukte) zur Entwicklung eines intelligenten Inhalers. Im Ergebnis erlaubt der geplante Inhaler erstmals eine präzise Dosierung des tatsächlich in der Lunge verbleibenden Wirkstoffes.

Das Fraunhofer EMFT bringt bei dem Projekt seine umfangreiche Expertise im Bereich der aktiven Medikamentenverabreichung mittels piezoelektrischer Mikropumpen ein.
Zusätzlich entwickelt das Fraunhofer EMFT Mikropumpenteam die integrierte Dosiserfassung für den Inhalator. Mithilfe dieser Sensorik- und Aktorikkomponenten soll eine neuartige höchstpräzise Inhalerplattform mit kontrollierbarer Dosissteuerung realisiert werden.

Die verfolgten technologischen Ansätze ermöglichen zudem die individuelle Anpassung der Dosierung über eine gezielte Veränderung verschiedener Inhalatorparameter: Gesamtdosis, Dosisrate, Partikelgröße (Medianwert der Partikelgröße 1,5 – 5 μm) und angesteuertes Lungenareal (per Bolusgabe; zentrale Atemwege, periphere Atemwege). Grundsätzlich stehen die erfassten Daten im Inhalator auch zur weiteren Verwendung, z.B. zu diagnostischen Zwecken, zur Verfügung.

Das Vorhaben wird durch das interne Fraunhofer-Forschungsprogramm PREPARE gefördert.