3D打印技术实现精准把控药物释放

【蜂耘网　3D打印】3D打印技术涵盖一系列不同的技术，根据美国材料与试验协会（ASTM）标准可分为7个主要类别：材料挤出成型技术，代表技术有半固体挤出（SSE）、热熔挤出沉积（MED）、熔融沉积成型（FDM）等；黏合剂喷射（BJ）成型技术，代表技术有粉末黏结（PB）等；材料喷射成型技术，代表技术有连续材料喷射（CMJ）等；粉末床熔融成型技术，代表技术有选择性激光烧结（SLS）等；光聚合技术，代表技术有立体光刻（SLA，也称立体光固化成型）等；直接能量沉积技术，代表技术有金属粉末沉积（LMD）等；薄膜层积技术，代表技术有分层实体制造（LOM）等。

此外，近年来科学家还开发了一些新兴的打印技术，用于突破已有技术所面临的困境。例如，利用直接粉末挤出（DPE）打印技术成功制备出具有核壳结构的药片，该技术直接将材料粉末挤出而无需制造长丝，避免了FDM技术中长丝性能对打印效果的影响；首次利用数字光处理（DLP）技术制造了一种水溶性载药打印片剂，该片剂负载的药物对乙酰氨基酚能在5小时内完全释放，这项研究通过使用水溶性树脂克服了脂溶性光聚合树脂在胃肠液中不溶的问题；采用阿博格塑料无模成型（APF）技术，直接打印出了以对乙酰氨基酚和聚合物EudragitE为原料的固体多孔剂型，相比于FDM技术，这种新技术无需添加剂和预制长丝，显著降低了药物和赋形剂在打印过程中的热不稳定性风险；利用容积打印技术制造环形和圆柱形的对乙酰氨基酚打印片，打印时间在12~32秒内，且打印片显示出持续的药物释放能力，该技术具有速度快、精度高的特点，有望成为制药行业最有前途的替代制造技术之一。

3D打印技术在多种药物制剂的研发与生产中发展迅速，特别是在片剂、凝胶剂、贴剂这3个领域。受益于设计自由和快速制作等优势，越来越多的研究开始利用不同的打印技术来生产种类丰富、结构复杂、功能多样的药物类型，为个性化给药提供了有力保障。

片剂

3D打印片剂具有工艺简单、均匀性好、精度高和个性化能力强等诸多优势，能够实现传统片剂所无法达到的功能。如同时打印多种药物、制造复杂的结构等。

首先，3D打印片剂能够突破传统制剂中药物无差别分布的限制，通过改变内隔室的形状、片剂的整体形状以及药物的填充密度来精准控制药物的释放能力。例如，科学家设计了具有不同几何形状内隔室的打印片，并研究了这些内隔室形状对药物释放的影响。结果显示，内隔室形状为三角形和六边形的打印片剂具有最慢的药物释放速率，而具有圆形和方形内隔室的打印片剂在较短时间即可完全释放药物。还有科学家利用热熔挤出技术（HME）和FDM技术开发了多种新型胃内漂浮片剂，这些片剂具有顶部的中空腔室和底部不同尺寸的药物释放窗口。研究显示，所有打印片剂具有良好的稳定性，不溶性壳层显著延长了药物的释放时间，而药物的释放速率与释放窗口的面积呈正相关。

此外，一些药物并不适合以固体形式制成片剂，这限制了它们在口服药物中的应用。通过3D打印技术，能够制造出负载了不同药物形式的片剂，从而解决这一问题。例如，科学家利用HME和FDM技术开发了一种具有核壳结构的片剂，并成功地将不同形式（溶液、水凝胶和固体）的药物封装到其中。他们发现，壳体的上、下部分装配成功，密封性能良好，且负载了溶液或水凝胶药物的片剂显示出延长药物释放时间的特性。该研究结果表明，3D打印技术能够拓宽药物剂型选择的范围，提高特殊药物配制和递送的可行性。

凝胶剂

凝胶剂是一种亲水性的三维聚合物网络，具有良好的生物相容性、药物释放行为甚至抗微生物活性。基于这些优异的特性，凝胶剂已被广泛应用于医药领域，特别是用作药物递送系统。然而，由于凝胶聚合过程难以控制，传统的生产工艺通常无法制备出具有特定复杂结构、形状与功能的凝胶制剂。这一难题可以通过3D打印技术来解决。

针对凝胶结构控制，光聚合3D打印技术可通过精密算法设计来精准控制光聚合过程，从而制造出具有复杂结构和可定制化特性的凝胶剂。例如，科学家利用DLP技术成功打印了具有精细中空结构的凝胶制剂，该凝胶剂具有良好的延展性和拉伸性，最大断裂伸长率可达300%。研究发现，这种凝胶剂在与周围介质接触时表现出强烈且明显的离子交换行为，因而能够实现刺激响应的药物释放。与传统凝胶剂相比，3D打印水凝胶由于具有确切的三维结构，被赋予药物剂量可控和持续释放等优良性能，可更加智能、高效地满足多种给药需求。例如，科学家利用SLA技术成功地将辛伐他汀胶束负载到由三元聚合物光交联形成的网络状打印水凝胶中，辛伐他汀从水凝胶中的释放持续长达17周，并维持了有效的治疗浓度。

此外，3D打印水凝胶具有高度的可定制性，利用这一技术可以制造出模拟机体组织、器官等复杂结构的植入物，并赋予其多种特色功能。在医药领域，这种特性使得3D打印植入物可以突破传统药物水凝胶的应用范畴，为水凝胶在药物递送和治疗方面带来更多可能性。例如，有科学家开发了一种具有复杂多孔结构的3D打印可植入支架，专门用于肿瘤免疫治疗。该支架有序的孔隙结构与真实淋巴结构具有高度相似性，能够有效激活肿瘤免疫反应。该支架中的明胶具有潜在的免疫刺激作用，同时多孔结构提供了较大的表面积，有利于吸引T细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞和自然杀伤细胞等免疫细胞，最终形成人工淋巴结构。这些免疫细胞在支架内受到肿瘤抗原的激活后，能够形成特异性免疫细胞，从而有效消灭肿瘤细胞。

贴剂

通过3D打印技术，可以为贴剂赋予特定的药物释放能力和物理化学性质，从而更好地满足复杂的用药需求。有科学家利用DPE打印技术制造了基于乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）的透皮贴剂。他们采用两种不同含量乙酸乙烯酯的EVA聚合物作为材料，打印出了具有不同熔点的贴剂，并保持了其热稳定性。同时，这种打印贴剂能够实现所需的药物释放和药物渗透特性，在个性化医疗领域展现出卓越优势。

另外，3D打印技术可通过软件设计制造出具有独特递送特征的药物，从而突破当前微针贴剂递药面临的释药效果差和皮肤屏障穿透能力低下等问题，在透皮给药制剂领域显示出独特优势。有科学家打印了一种基于声学平台的主动可编程微针贴剂，通过数字控制声信号来触发药物的泵送效果，实现了精确的药物输送。该微针贴剂在琼脂糖凝胶模型和小鼠模型中均展示出基于用户需求的药物释放特性。其实现的原位声学药物递送策略在小型化、操作性和智能化方面具有优势，改善了微针贴剂的药物控制释放能力。例如，有科学家利用SLA技术打印了一种多微通道微针微孔平台。该平台利用细胞电穿孔技术实现了药物的跨细胞膜运输，并提供一个集中且安全的外部电场，以加速药物深层渗透进入细胞。在小鼠肿瘤模型中进行的研究表明，该微针平台显著降低了传统化疗药物的毒性，同时保证了安全高效的体内递送。

（蜂耘3D打印网　责任编辑：科技蜜）