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Science Advances|3D打印个性化可穿戴口腔给药装置

来源:上普生物

发布时间:2020-05-09 14:36:38

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近年来生物3D打印技术飞速发展,在制药领域,3D打印可使新型给药系统以前所未有的复杂度和精密度制造出来,从而实现常规制剂技术不可行(或难以实现)的精细空间组成和可控缓释功能。Kun Liang团队使用3D打印技术制造出了一种可穿戴的个性化口腔给药装置,该装置可定制设计,以护齿器形式穿戴并调节释放速率,随后,首次在人体研究中评估了该装置在原生环境下的性能。此研究发表在Science Advances上。


个性化3D打印护齿器


护齿器是一种广泛应用于牙齿保护或校准的设备,被选为概念验证的口腔给药设备,以利用3D打印所赋予的形状可定制性。个性化的护齿器可以根据口腔内扫描获得的牙列印痕进行3D打印,穿戴后在口腔内释放预载药物。特别是,口腔疾病可以通过局部缓释来自护齿器的药物来治疗。氯己定涂层护齿器此前已在人体内进行过抑制口腔细菌试验。


主要制造流程如下:




可调节释放性能的复合材料


研究团队选用氯倍他索原丙酸酯(CBS)为模型药物,它能有效减轻口腔炎症;在人体释放研究中,用食品级香兰素酸(VA)取代CBS。选择未改性的聚乳酸(PLA)和聚乙烯醇(PVA)作为热塑性聚合物,以进行3D打印将PLA和PVA以及CBS或VA的各种共混物置于HME中,制成具有可调释放动力的丝材,然后通过改变共混物中PVA/PLA料重比,可调节丝材中CBS和VA的释放。


在3D打印之前,检测了材料的物理化学性质,结果如下:





图A CBS和VA的化学结构

图B CBS和VA的TGA热谱图

图C HME后CBS和VA在长丝中的负载效率

图D 载CBS材料的体外累积释放

图E 载VA材料的体外累积释放

图F 体外溶出度研究后CBS和VA纤维的重量损失



打印评估与人体实验


在打印护齿板之前,Kun Liang团队打印了一个环,以确定CBS和VA的3D打印的最佳温度,并检查了环的形状和表面处理,以及CBS和VA的含量。最后决定分别以180°和195°C打印含CBS和含VA的材料。


以开放源代码的牙科扫描模型为模板,制作了3D打印护齿板。为了证明在不同区域控制释放的药物或香料替代品放置的可能性,用计算机辅助设计软件对模板进行了修改,将其分为底部和顶部两个区域。





采用体外溶出度测定法研究了打印护齿器的释药动力。在14天内持续观察PVA(高)和PVA(低)两种含CBS或VA的护齿器的药物释放,结果证明使用CBS和VA的3D打印可定制的护齿器的实用性有所保证,并在能实现可调控释放特性。


后续研究人员将护齿器放入人体口腔中进行测试,人体实验结果良好,与定期高剂量使用的局部溶液或凝胶的常规配方相比,随着时间的推移,释放活性成分的给药护齿器可以最大限度地减少唾液的冲刷或药物的过度析出,从而提高治疗效果和减少不必要的副作用。






总结


Kun Liang团队通过3D打印,成功地制造了一种可定制的护齿器形的口腔给药装置。在优化打印参数后,从口腔内扫描到最终佩戴定制的VA护齿器,整个流程只需不到2个小时,在速度和效率方面具有相当大的优势,从而大大缩短患者的等待时间。


参考文献

Liang, Kun, Simone Carmone, Davide Brambilla, and Jean-Christophe Leroux. "3D printing of a wearable personalized oral delivery device: A first-in-human study." Science advances 4, no. 5 (2018): eaat2544.


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