研究员开发出用于3D打印多孔药物片剂的新型3D打印方法

摘要：近日，英国东英吉利大学（UEA）药学院的科学家们开发出了一种新的增材制造（AM）方法，用于3D打印多孔药物片剂，该片剂可以调节口服药物在体内的释放速率……

aau讯（编辑 Sunshine）据外媒报道，英国东英吉利大学（UEA）药学院的科学家们开发出了一种新的增材制造（AM）方法，用于3D打印多孔药物片剂，该片剂可以调节口服药物在体内的释放速率。该团队依靠德国机器制造商Arburg的热塑性液滴沉积3D打印方法按需生产定制的多孔药物固体片剂。研究人员希望通过利用Arburg的3D打印技术，为将来在医疗点创建个性化药物所需的技术奠定基础。

这项研究是由UEA的制药工程师Sheng Qi领导的，该研究结果已发表在《国际药学杂志》上。该项目的发现表明，通过改变孔的大小，科学家可以调节药物从平板电脑到体内的速度。但是，将需要进行更多的研究来调整药物的剂量和给药频率，以适应每个患者的需求，例如将多种药物打印到采用复杂药物治疗方案的单个日用药丸中。

Qi表示，目前药品以“千篇一律”的方式生产。相反，使用新制造技术制造的个性化药丸可以针对各个患者量身定制准确的剂量和药物组合。这将使患者获得最大的药物益处，同时副作用最小。对于老年人（他们经常每天必须服用许多不同类型的药物）或患有“复杂疾病”（例如癌症、精神疾病和炎症性肠病）的患者，这也特别有益。

东英吉利大学研究科学家Sheng Qi。 图片由东英吉利大学药学院提供。

在过去的五年中，药物3D打印研究一直在迅速发展。但是，研究人员注意到，最常用的3D打印方法要求药物“在3D打印之前先加工成意大利面条状的细丝”。这是因为熔融沉积建模（FDM）是用于制造个性化药物固体剂型的最常用方法之一。另外，Arburg的开放系统可处理塑料颗粒而不是细丝，从而提供了高度的材料自由度。

可以使用传统的药物制粒方法来生产颗粒。在此基础上，Freeformer可通过增材制造制造各种片剂变体和释放形式。凭借其热熔液滴沉积打印技术，Arburg的Plastic Freeforming（APF）工艺可以制造全新的个性化医疗保健产品，该技术可以复制喷墨技术的某些优势。获得专利的工艺使研究人员可以使用全新的材料选择范围，以使用合格的标准颗粒生产功能部件。

两种类型的AM沉积机制的图示：FDM（左）和Arburg基于液滴的3D打印（右）。 图片由东英吉利大学/国际药学杂志提供。

该团队成员还包括拉夫堡大学的Andy Gleadall和Richard Bibb教授，他们揭示了APF可用于利用药物聚合物复制3D打印多孔片剂，并可生产具有多种填充物的片剂。研究结果表明，孔隙率可以控制可溶胀和易蚀系统中的药物释放速率。

由于全世界预期寿命的增加，对药品的需求也在增长。加利福尼亚阿尔塔贝茨峰会医疗中心在2019年发布的一份报告显示，年龄在65岁以上的男性中，约有44％的男性和57％的女性每周服用五种或以上药物，其中这一年龄组的12％至少服用十种药物。这些药物中的大多数都是用一般剂量的活性成分和释放方式制成的，无法满足患者的具体需求，从而导致用药过量和不良副作用。

Qi表示：“通过与医院和药房的同事一起工作，我亲眼目睹了定制片剂可以为小儿、老年患者和患有复杂慢性病的患者提供解决方案。”

具有20％、50％和80％填充率的Arburg APF打印片剂。 图片由东英吉利大学/国际药学杂志提供。

Qi于2015年开始研究采用FDM技术的3D打印药物。但是，她很快意识到，她可以使用的材料有限且不够灵活，而开放式平台的药品可重复性却很差。她描述说，在FDM过程中，药物材料要进行两次热加载。这是因为在增材制造过程中，必须先通过挤压将材料加工成细丝，然后才能通过热喷嘴将其排出。但这对她的研究而言并不理想，因为许多药物的“热稳定性差”。

Qi和她的团队在UEA里对几台3D打印机进行了基准测试，并“对所有结果都不满意”。另外，Arburg强大的解决方案为他们提供了高精度和准确性，并具有处理新颖生产材料的能力。该团队可以直接使用普通药物聚合物和活性成分制成标准颗粒。而且，在没有其他增塑剂的情况下，塑料熔体可以以细小液滴的形式排出，并用于增材制造特制的药物。

Arburg Freeformer 3D打印机。 图片由Arburg提供。

Qi说：“使用freeformer，可以在UEA上测试和创建各种填充水平变量。片剂的孔隙率使活性成分的释放速率得以调节。Freeformer为我们的团队提供了灵活地优化它们的密度并精确调整灵活性。结果表明，药物具有可重复性且稳定可靠。”

3D打印药物可能会革新个性化药物，为患者提供出色的解决方案，降低医疗保健成本，甚至提高可持续性。 AM生产量身定制的药丸的能力意味着小批量生产和更少浪费。对于3D打印机制造商来说，这也是一个开发适合医院和药房按需生产的系统的绝好机会。

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