医药3D打印的最新发展:鸟眼透视

医药产品开发不断见证着创新的交付方法的进步,以提高药物治疗的有效性。此外,3D打印(3DP)已被用于生产药物输送系统和生物医学设备,导致了医疗保健部门的范式变化。

对于批量生产,传统制造通常需要对多个配料进行综合优化,而增材制造则不需要对配方或配料量进行前期优化。尽管机械设备已经发展,但生产方法在很大程度上保持不变,仍然依赖于粉末和颗粒的压缩。传统的制造是时间、资源和精力的密集型,而3DP在时间、资源和精力方面非常高效和划算。此外,与以人口为中心的策略不同,定制3DP技术允许快速设计和开发针对特定患者的定制药物治疗。

传统打印和3D打印的关键区别图1:传统打印和3D打印的主要区别

为了给药和生物目的,许多3d打印方法已经被开发出来。粘结剂喷射印刷(BJP)、熔融沉积建模(FDM)、半固态挤压(SSE)、选择性激光烧结(SLS)和立体光刻(SLA)是一些最重要的方法。我们将在图2中快速介绍这些方法。

图2:3D打印技术图2:3D打印技术

近期进展

3 d印制Polypills

“复方药”一词指的是含有多种药物混合物的一片药片,这可能会改善服用多种药物的患者的依从性。它还可以定制特定的药物组合或药物释放,以满足人[2]的要求。这对多药患者尤其有益,如患有多种疾病的老年患者。Genina等人创造了一种结合利福平和异烟肼的口服双室剂量单位,以物理分离和调节这种抗结核药物组合的释放情况。该团队在计算机辅助设计的帮助下分两步创建了这个单元。

将3D打印和机器学习结合在制药业

通过准确、及时地预测载药产品的关键工艺参数和配方特性,ML具有降低成本和简化3DP工艺的潜力。ML和3DP都是数字化过程,它们的结合可能有助于从万能疗法向数据驱动组学的转变,并有助于定制药物[3]的生产。3DP和机器学习可以共同利用人类学习智能来加快药品开发,保证严格的质量控制(QC),并激发新的剂型设计。机器学习技术可能会带来一个定制治疗的新时代,简化3DP给药。

选择性激光烧结(SLS)将晶体药物转化为非晶态药物,提高溶解性和生物利用度

在药物发现和先导物优化过程中发现的大量化合物由于它们的剂量依赖性水溶性差而被拒绝,因此生物利用度有限,因此,这些药物分为BCS II类和IV类。SLS-3DP作为一种可行的片剂生产方法正在迅速发展。[4]已经证明了该技术在制药部门的动态应用。通过试验各种打印设置,SLS-3DP能够为患者定制药物。以前的研究已经表明,通过使用精确的激光设计不同的晶格几何形状来控制药物从片剂基质释放的能力。通过改变激光速度、腔温度和表面温度,可以打印出SLS-3DP非晶态固体分散体。将水溶性差的药物转化为无定形以获得更好的溶解性和生物利用度的能力被描述为SLS-3DP的新应用。

融合沉积建模3D打印植入药物递送

在骨缺损的临床治疗中,一种合适的载药种植体给药系统非常重要,该系统能够在术后病变区域有效释放抗菌药物,协助骨感染的愈合。这项研究的目的是看看三维(3D)打印技术是否可以用于生产用于骨愈合的载药植入物。模型药物选用环丙沙星(CIP),[5]采用半固态挤压(SSE)和熔断器沉积建模®(FDM)技术。种植体表面光滑,机械性能优良,结构完整,尺寸正确。体外释药试验表明,3D打印植入物与传统方式生产的植入物相比,延迟了首次药爆效应,并表现出长期的缓释行为。在骨缺损的临床治疗中,一种合适的载药种植体给药系统非常重要,该系统能够在术后病变区域有效释放抗菌药物,协助骨感染的愈合。这项研究的目的是看看三维(3D)打印技术是否可以用于生产用于骨愈合的载药植入物。模型药物选用环丙沙星(CIP),采用半固态挤压(SSE)和熔断器沉积建模®(FDM)技术。种植体表面光滑,机械性能优良,结构完整,尺寸正确。体外释药试验表明,3D打印植入物与传统方式生产的植入物相比,延迟了首次药爆效应,并表现出长期的缓释行为。


3D打印先驱的见解

横幅3d打印特别与aprecia

自2004年以来,Aprecia公司一直在开拓3d打印(3DP)技术用于药物配方和制造。Aprecia生产SPRITAM®(levetiracetam),这是世界上第一个也是唯一一个fda批准并上市的3d打印药物。该公司继续推进其能力,提供新的药物剂量和交付平台,以解决重大未满足的患者需求。继续阅读


4D药物打印

四维(4D)打印的新想法是创造可能性的破坏性流的结果。4D打印技术基于3D打印的概念基础,包含了第四个维度,即时间。印刷品可能会改变其配置(例如,形式、属性或功能的改变)。除了由智能材料制作,4D打印物品的编程还依赖于物体的3D设计。更准确地说,为了诱导特定的形态变化,必须仔细检查物品内部智能材料的结构和方向。用外行人的话说,4D打印通常是基于智能材料的3D打印,构建可以自我折叠或展开的动态结构。值得注意的是,其中一些智能材料现在被用于制药和药物递送。

这将为结合3DP的个性化能力和智能材料的智能动力学的疗法的发展打开大门。

结论

尽管3 d印刷有可能发挥作用在临床药物治疗的个性化设置,相当多的研究还需要克服当前技术的限制,使用“智能药物”可能提供更有针对性的治疗,对每个病人的需要定制,在药物递送和医疗保健领域掀起一场数字革命。这一过程是否会被接受还有待观察,但在过去一年中,专家和基于研究的3D打印和药物输送系统的使用稳步增加。到2026年,全球3D打印医疗保健市场预计将达到3.692亿美元,从2019年到2026年以18.2%的复合年增长率(CAGR)增长。目前,技术和质量控制限制是3D打印采用的最大障碍。预计一旦开发出最佳的打印平台,3D打印机将取代医药货架,开启数字健康的新时代。

作者:布勒Khamkar|来源:医药3D打印的最新发展,AM编年史Aditya Chandavarkar.

参考:

  • [1] Seoane-Viaño, I., Trenfield, S., Basit, A., & Goyanes, A.(2021)。翻译3D打印药物:从炒作到现实的临床应用。2021欧洲杯竞猜软件先进的药物递送评论174, 553 - 575。doi: 10.1016 / j.addr.2021.05.003
  • [2] .Kotta, S., Nair, A., & Alsabeelah, N.(2019)。3D打印技术在药物输送中的最新进展与应用。当前的药物设计24(42), 5039 - 5048。doi: 10.2174 / 1381612825666181206123828
  • [3] Elbadawi, M., McCoubrey, L., Gavins, F., Ong, J., Goyanes, A., Gaisford, S., & Basit, A.(2021)。用机器学习颠覆了药物的3D打印。药理学趋势.doi: 10.1016 / j.tips.2021.06.002
  • Davis, D., Thakkar, R., Su, Y., Williams, R., & Maniruzzaman, M.(2021)。选择性激光烧结三维打印单步法制备非晶态固体分散剂型以提高溶解性和溶解速率。制药科学杂志110(4), 1432 - 1443。doi: 10.1016 / j.xphs.2020.11.012
  • 锅,崔[5],M H。李,L,方,D,太阳,H &乔,s . et al。(2021)。基于3D打印技术的患者特异性环丙沙星植入物给药系统的探索与制备制药科学杂志.doi: 10.1016 / j.xphs.2021.08.004
  • Firth, J., Gaisford, S., & Basit, A.(2018)。一个新的维度:4D打印在制药领域的机遇。3D打印药物, 153 - 162。doi: 10.1007 / 978 - 3 - 319 - 90755 - 0 - _8

关于作者

布勒Khamkar头像布勒Khamkar,科学内容作家在AM纪事
普纳CiREE EduTech制药制造业务项目导师

感兴趣的领域包括3D打印技术和局部药物递送。在医疗保健领域的国家和国际3D打印平台为科学和专业机构获得多项奖项。她已经发表了几篇基于3D打印技术在制药的国际出版物的评论文章和书籍章节。

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