3D打印用于药物制作

发表于 2017-10-30 10:00:14 显示全部楼层 1 3322

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前几期讲述了3D打印技术在服装、家具、首饰等领域的应用,在医疗保健行业使用3D打印技术正越来越受欢迎,本期讲述该技术在药物制造方面的应用。采用3D打印技术制作药物,突破了传统药物加工技术的局限,保证其打印的药物结构可控,载药量精确,为打印新型药物剂型和定制个性化药物的发展提供了重要的手段。FDA于2015年8月批准了第一款3D打印药物,证明3D打印技术正在推动其在制药领域的发展。

本期介绍几种可用于药物打印的工艺手段,包括SLS、FDM、SLA、以及喷墨技术。

1.选择性激光烧结(SLS)打印药物

FabRx选择性激光烧结目前多用于尼龙、PS、覆膜砂等工业制造,迄今为止,还显有关于使用SLS制造口服药物加载产品的报道。

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SLS原理示意图

SLS使用激光将来自粉末床的粉末颗粒结合在一起。在打印过程中,激光可在粉末床表面绘制各种图案,逐层实现制造。与其他方法相比,SLS是无溶剂的工艺,可提供更快的打印速度和更高的分辨率。

FabRx实验室采用乙酰氨基酚(对乙酰氨基酚)与药物赋形剂的混合材料作为药物材料,采用桌面SLS 3D打印机进行成型。
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桌面SLS 3D打印机

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SLS烧结药物过程

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药物取出过程

SLS技术可以打印几乎具有各种形状,大小,颜色,质地和口味的药物组合,使其对各种患者群体尤其是儿童或老年人更有吸引力。激光本身通过振镜控制使药品打印具有较高的分辨率并且不会发生药物降解,同时通过前期设计来保证药物剂量来区别药物的浓度。

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通过SLS打印的含有对乙酰氨基酚(对乙酰氨基酚)的药品

研究人员采用动态溶出模型进行了药片释放试验,随着时间的推移调节ph值,精确模拟了药物在经过胃肠道期间的状况。选择合适的赋形剂可控制药物的释放特征,包括即时释放、持续和延迟释放。

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通过SLS打印的药物溶出曲线。红线显示介质的pH值

SLS技术提供了一种简单、快速的方法来制造具有任何药物成分的的个性化、高分辨率药品,拓宽了可用于制造现代药物的3D打印技术的范围。

2.FDM打印药物

熔融沉积技术(FDM)正在成为制药科学中越来越重要的技术,它允许通过沉积薄层材料制造个性化的口服制剂。FabRx研究人员发现,FDM制造的药物其内部结构会影响药物的溶出行为。

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FDM打印药物

FabRx采用拉丝机制造了富含对乙酰氨基酚(对乙酰氨基酚)或咖啡因的聚乙烯醇(PVA)的FDM丝材,并使用FDM桌面机打印口服给药物Printlets TM。

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Printlets TM的微孔主要是由于打印时的层间粘接所产生的间隙产生,并且Printlets TM的孔隙大小是丝材孔隙率的10倍。

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扫描电子镜图像显示了Printlet TM的横截面的内部结构

对碳酸氢盐培养基中的Printlets TM进行药物动态溶解释放试验,根据药物的溶解度和药物含量显示了不同的释放特征,而且药物的孔隙度与预测的药物释放特征无关。

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药物释放特征与药物溶解度及其含量的关系

这项研究有助于阐明哪些因素会影响新型药物的释放,并确认了3D打印Printlets TM的潜力。

3.SLA打印药物

伦敦大学药学院和FabRx有限公司的研究人员通过立体光刻法(SLA)制造了口服片剂。SLA技术通过光聚合固化液体树脂,并以逐层方式重复固化实现物体成型。

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使用SLA打印机成功制备了含有对乙酰氨基酚和4-氨基水杨酸的药物片剂,并制备了具有不同性质的各种其他制剂。在打印过程中,将药物加入到液体树脂中,将得到的混合液体装入打印机中,在打印过程中,药物被固化在树脂基质中。

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SLA在分辨率方面优于其他3D打印技术,并且可免于热作用对于药物成分的损坏,从而防止了药物降解。

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富含4-ASA(棕色)和对乙酰氨基酚(白色)的片剂

在胃肠道的动态溶解模拟研究中发现,药物从胃液中开始释放,并根据制剂的药物含量决定是否在肠道内持续释放。

SLA技术可允许制造具有特定释放特征的药物,在未来,该技术可用于制作口服型以及个性化剂量的药物。

4.半固体挤出技术打印药物

挤出成型打印技术制备药物是将药物、辅料粉末与黏合剂混合均匀后加入到成型设备的打印喷头中,然后按照计算机设计的处方量和路径挤出在加工制造平台上,最后经过干燥获得所需的3D药品。根据药物和添加成分的含量可制作成不同口味,这些配方专为儿童和老年人而设计。

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5.喷墨技术打印药物


喷墨技术此处可以理解为polyjet技术也可理解为3DP技术,若喷出的是树脂材料,配合光照就是polyjet;若将胶水喷射在粉末材料上进行粘接,就是3DP技术。笔者认为,将药物成分制成粉末后采用粘结剂也可成型,也是一种打印药物的方法。而FabRx研究人员是采用喷墨打印机将调制的含有药物成分的墨水直接打印到玻片上,这种技术在10几年前就已存在,可打印无痛注射贴片,为患者提供定时定量药物注射,也可含药物的口腔膜等等。

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喷墨式打印技术的关键在于液墨的配制及精确控制液滴的喷射速度、位置、尺寸,以保证药物的形态和质量。

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3D药物打印与个体化治疗示意图

药物3D打印与传统药物加工方法相比虽然具有众多优势,但在制药领域仍处于发展的初期阶段,目前还存在着打印药物载药量低、药物成型分辨等率低,载药材料种类少、药物相容性差、制剂释药模式单一、生物活性分子易降解等问题,但相信通过将3D打印与医药学科融合发展以及与传统药物加工技术优势整合,这些问题都会得到很好的解决。不久的将来,医生通过采集病人的临床数据,根据每个人身体的代谢规律和遗传信息给病人开药方,在打印药物时相应的调整药物量,从而打印出量身定做的个性化药物。因此,3D打印将为医药发展带来新的机遇和希望,加速个性化给药时代的来临。

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