隨著精準(zhǔn)化醫(yī)療和個(gè)性化醫(yī)療的發(fā)展，3D打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛，從立體模型、手術(shù)器械到人體器官再到藥物，3D打印技術(shù)逐步走向成熟。有研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，在2019-2025年期內(nèi)，醫(yī)療保健3D打印市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)36億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為18％。3D打印制藥也占了其中不小的份額，今天，我們就來談?wù)?D打印技術(shù)在制藥工業(yè)中的應(yīng)用。
藥物，通常有幾種基本的生產(chǎn)方法，例如制片或片劑壓制，大致是將粉劑壓制成更固體的片劑形式。這些方法具有許多缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)可以通過使用增材制造來避免，同時(shí)還提供了靈活性和易于設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
藥品3D打印的優(yōu)勢(shì)
使用這種技術(shù)進(jìn)行藥物制造的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以輕松地為每個(gè)患者定制藥物。這是通過改變藥物的釋放特性來實(shí)現(xiàn)的，這實(shí)質(zhì)上意味著調(diào)整活性劑何時(shí)以及在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)釋放到體內(nèi)。
可以通過更改成分的有效和無效形式的相對(duì)量或通過對(duì)藥片進(jìn)行分隔或分層來更改藥物在患者體內(nèi)的釋放方式來進(jìn)行調(diào)整。
另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是按需藥物的潛力。在緊急情況下，為患者生產(chǎn)藥物將更加容易，因?yàn)榭梢栽卺t(yī)院環(huán)境中進(jìn)行打印，而不是依賴包含具有正確劑量和釋放曲線的藥物的庫存。
藥物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性將不再那么重要，因?yàn)榭梢栽谛枰獣r(shí)立即進(jìn)行打印，因此可以設(shè)計(jì)出更有效、更快速地起作用的藥物，不再需要很長(zhǎng)的保存期限。
所有這些更改通常都無法通過常規(guī)方法來實(shí)現(xiàn)或非常困難，因?yàn)檫@將涉及更改整個(gè)制造過程。
“多藥丸”
3D打印仍是一項(xiàng)新技術(shù)，每年都會(huì)有大量投入對(duì)其進(jìn)行開發(fā)和擴(kuò)展。隨著這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，有可能生產(chǎn)出一種“多藥丸”，通過在不同的隔室中進(jìn)行打印，可以將幾種藥物組合成一個(gè)藥丸，即“多藥丸”。
這將使每天需要服用數(shù)種藥的患者（尤其是老年人）更加輕松。因此，自我管理的治療可能更簡(jiǎn)單、更可靠，因?yàn)椴粫?huì)偶爾遺忘某一粒藥。
當(dāng)前的3D打印藥品
在美國(guó)，有一種FDA批準(zhǔn)的藥物Spritam?是3D打印的。它是2015年8月批準(zhǔn)的癲癇藥，其設(shè)計(jì)目的是使其在攝入后立即溶解。只有通過精確打印藥物才能實(shí)現(xiàn)此屬性，而在通過壓縮組裝藥物時(shí)將不起作用。
藥品生產(chǎn)中3D打印的能力可以高度控制藥物在體內(nèi)的釋放時(shí)間以及通過改變其成分和形狀來改變藥物的藥效學(xué)。
組合產(chǎn)品和醫(yī)療技術(shù)
藥物在體內(nèi)的遞送方式也是3D打印的重要應(yīng)用。藥物裝置和藥物生物組合產(chǎn)品是指使用藥物或使用醫(yī)療設(shè)備或其他生物產(chǎn)品的藥物。
許多醫(yī)療設(shè)備可用于藥物輸送或其他醫(yī)療場(chǎng)景，3D打印技術(shù)也可用于3D打印這些設(shè)備。
3D打印不僅可以提供更快的生產(chǎn)速度，而且還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)是所使用的材料可以更加專業(yè)化，例如生產(chǎn)可以將藥物或抗生素釋放到患者體內(nèi)的設(shè)備。開發(fā)該技術(shù)的一個(gè)例子是導(dǎo)管，導(dǎo)管中含有抗生素或其他藥物，可以防止生物膜的形成并保持手術(shù)的無菌性。
研究人員也已經(jīng)對(duì)可遠(yuǎn)程觸發(fā)釋放其內(nèi)容的藥物膠囊的3D打印進(jìn)行了研究，這將大大提高控制藥物在體內(nèi)的分布方式和位置的能力。
3D打印技術(shù)在該領(lǐng)域的另一個(gè)常見應(yīng)用是醫(yī)療支架的生產(chǎn)，此醫(yī)療支架將藥物釋放到附近的組織中，以便進(jìn)行藥理學(xué)控制的組織工程。
例如，在患者體內(nèi)打印支架以幫助骨骼修復(fù)和再生，但要使用包含活性劑（例如地塞米松）的材料。這可以支撐脆弱或受損的骨骼，并促進(jìn)生長(zhǎng)和修復(fù)。
FDM 3D打印在制藥生產(chǎn)轉(zhuǎn)型中的潛力
在最近的一篇談及“數(shù)字藥房”時(shí)的文章中，研究人員稱，醫(yī)藥行業(yè)將與藥物的3D打印一起加入第四次工業(yè)革命。3D打印機(jī)在復(fù)合藥房中的應(yīng)用將使它們變成數(shù)字藥房，從而結(jié)束遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理周期，并最終改變對(duì)患者的藥物治療方法。Fused Deposition Modeling（熔融沉積建模，簡(jiǎn)稱FDM）3D打印技術(shù)將擠出的載有藥物的長(zhǎng)絲熔化成任何劑型；并允許獲得具有不同形狀的靈活劑量，多種活性藥物成分和調(diào)節(jié)的藥物釋放動(dòng)力學(xué)——換句話說，就是提供定制的藥物。在論文中，研究人員進(jìn)一步研究了新技術(shù)在制藥行業(yè)的潛力。
數(shù)字制造具有明顯的能力來改變當(dāng)今的許多產(chǎn)業(yè)，但是醫(yī)療領(lǐng)域和其他相互關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在積極參與高收益技術(shù)革命的道路上。對(duì)此，研究人員探索了使用FDM 3D打印來擠出載有藥物的長(zhǎng)絲。
顯然，3D打印為藥品制造提供了很多好處。像藥物本身一樣，提供針對(duì)患者的治療的能力也非常重要，其中包括：
·劑量靈活
·不同形狀
·多種活性藥物成分
·調(diào)節(jié)釋放特性
研究人員說：“此外，使用3D打印機(jī)可以高精度生產(chǎn)用于口服、皮膚和植入式給藥的最多樣化和最先進(jìn)的藥物輸送裝置?！?/span>
盡管如此，該行業(yè)仍然深深扎根于傳統(tǒng)的藥物生產(chǎn)方法，對(duì)此，研究人員提出了FDM 3D打印是否最適合“大規(guī)模生產(chǎn)”的問題。
像計(jì)算機(jī)“進(jìn)化”成平板電腦的漫長(zhǎng)過程一樣，很明顯3D打印技術(shù)在成為公認(rèn)的替代品之前還有很長(zhǎng)的路要走。
“3D打印機(jī)無法滿足工業(yè)制片機(jī)的速度要求，但它們無疑可以彌補(bǔ)藥物治療個(gè)性化需求方面的現(xiàn)有治療空白，以傳統(tǒng)藥物產(chǎn)品的補(bǔ)充或替代方式發(fā)揮作用。”研究人員說。
3D打印的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其能夠提供按需的高質(zhì)量小批量生產(chǎn)能力，這可能為藥房的小規(guī)模生產(chǎn)提供更現(xiàn)實(shí)的方法。
盡管癲癇藥Spritam等3D打印藥物在市場(chǎng)上大獲成功，但仍然需要考慮一些法規(guī)和安全性問題，并且總體上需要對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行許多定制。但是，硬件現(xiàn)在已經(jīng)可以負(fù)擔(dān)得起并且易于使用。當(dāng)前，尚無可供藥物使用的模型，零件都需要輕松消毒。噴嘴和軟件也需要重新設(shè)計(jì)。
需要通過以下方式創(chuàng)建載有藥物的細(xì)絲：
·每個(gè)批次的成分混合。
·熱熔擠出機(jī)通過剪切和加熱來生產(chǎn)長(zhǎng)絲。
·然后必須將細(xì)絲包裝到線軸中，并對(duì)藥品進(jìn)行密封以避免損壞或污染。
藥物輸送將取決于醫(yī)療技術(shù)人員設(shè)置參數(shù)以及打印機(jī)和線軸的準(zhǔn)備情況。正確包裝產(chǎn)品也很關(guān)鍵。而且，盡管該過程最為重要，但如果沒有明確的監(jiān)管機(jī)構(gòu)和專利代理機(jī)構(gòu)的需求，那么成功之路幾乎是不可能的。
研究人員總結(jié)說：“全世界的研究小組目前正在努力確定生產(chǎn)過程的細(xì)微差別，盡管到目前為止取得了巨大的進(jìn)步，但仍需要進(jìn)行切實(shí)可行的計(jì)劃，以使這些產(chǎn)品順利進(jìn)入市場(chǎng)。”
“3D打印在個(gè)性化藥品開發(fā)方面的潛力不可否認(rèn)；但是，機(jī)器的改裝對(duì)于正確使用藥物至關(guān)重要。此外，可行的生產(chǎn)過程需要制藥行業(yè)的共同參與（以大規(guī)模擠出長(zhǎng)絲）和數(shù)字藥房（根據(jù)患者的特定處方打印藥物）。
毫無疑問，3D打印將在制藥行業(yè)中扮演重要角色，這影響才剛剛開始，因此研究人員可以研究挑戰(zhàn)，研究針對(duì)特定患者的醫(yī)療服務(wù)的好處以及研究諸如負(fù)擔(dān)能力之類的好處。
研究人員總結(jié)說：制藥業(yè)和復(fù)合藥房的共同參與似乎是將這項(xiàng)技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的最佳途徑。制藥行業(yè)可以在必要的質(zhì)量和安全保障下大規(guī)模生產(chǎn)含藥長(zhǎng)絲，而數(shù)字藥房則可以根據(jù)具體的處方將長(zhǎng)絲轉(zhuǎn)化為個(gè)性化的藥物。要做到這一點(diǎn)，商業(yè)3D打印機(jī)的改造將需要滿足藥品制劑的健康要求，并且有必要在監(jiān)管漏洞和專利保護(hù)討論方面取得進(jìn)展。因此，盡管該行業(yè)的保守性，3D藥物打印仍有可能成為制藥業(yè)有史以來最大的技術(shù)飛躍，而根據(jù)最樂觀的預(yù)測(cè)，它很快就能實(shí)現(xiàn)。
藥物，通常有幾種基本的生產(chǎn)方法，例如制片或片劑壓制，大致是將粉劑壓制成更固體的片劑形式。這些方法具有許多缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)可以通過使用增材制造來避免，同時(shí)還提供了靈活性和易于設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
藥品3D打印的優(yōu)勢(shì)
使用這種技術(shù)進(jìn)行藥物制造的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以輕松地為每個(gè)患者定制藥物。這是通過改變藥物的釋放特性來實(shí)現(xiàn)的，這實(shí)質(zhì)上意味著調(diào)整活性劑何時(shí)以及在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)釋放到體內(nèi)。
可以通過更改成分的有效和無效形式的相對(duì)量或通過對(duì)藥片進(jìn)行分隔或分層來更改藥物在患者體內(nèi)的釋放方式來進(jìn)行調(diào)整。
另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是按需藥物的潛力。在緊急情況下，為患者生產(chǎn)藥物將更加容易，因?yàn)榭梢栽卺t(yī)院環(huán)境中進(jìn)行打印，而不是依賴包含具有正確劑量和釋放曲線的藥物的庫存。
藥物的長(zhǎng)期穩(wěn)定性將不再那么重要，因?yàn)榭梢栽谛枰獣r(shí)立即進(jìn)行打印，因此可以設(shè)計(jì)出更有效、更快速地起作用的藥物，不再需要很長(zhǎng)的保存期限。
所有這些更改通常都無法通過常規(guī)方法來實(shí)現(xiàn)或非常困難，因?yàn)檫@將涉及更改整個(gè)制造過程。
“多藥丸”
3D打印仍是一項(xiàng)新技術(shù)，每年都會(huì)有大量投入對(duì)其進(jìn)行開發(fā)和擴(kuò)展。隨著這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，有可能生產(chǎn)出一種“多藥丸”，通過在不同的隔室中進(jìn)行打印，可以將幾種藥物組合成一個(gè)藥丸，即“多藥丸”。
這將使每天需要服用數(shù)種藥的患者（尤其是老年人）更加輕松。因此，自我管理的治療可能更簡(jiǎn)單、更可靠，因?yàn)椴粫?huì)偶爾遺忘某一粒藥。
當(dāng)前的3D打印藥品
在美國(guó)，有一種FDA批準(zhǔn)的藥物Spritam?是3D打印的。它是2015年8月批準(zhǔn)的癲癇藥，其設(shè)計(jì)目的是使其在攝入后立即溶解。只有通過精確打印藥物才能實(shí)現(xiàn)此屬性，而在通過壓縮組裝藥物時(shí)將不起作用。
藥品生產(chǎn)中3D打印的能力可以高度控制藥物在體內(nèi)的釋放時(shí)間以及通過改變其成分和形狀來改變藥物的藥效學(xué)。
組合產(chǎn)品和醫(yī)療技術(shù)
藥物在體內(nèi)的遞送方式也是3D打印的重要應(yīng)用。藥物裝置和藥物生物組合產(chǎn)品是指使用藥物或使用醫(yī)療設(shè)備或其他生物產(chǎn)品的藥物。
許多醫(yī)療設(shè)備可用于藥物輸送或其他醫(yī)療場(chǎng)景，3D打印技術(shù)也可用于3D打印這些設(shè)備。
3D打印不僅可以提供更快的生產(chǎn)速度，而且還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)是所使用的材料可以更加專業(yè)化，例如生產(chǎn)可以將藥物或抗生素釋放到患者體內(nèi)的設(shè)備。開發(fā)該技術(shù)的一個(gè)例子是導(dǎo)管，導(dǎo)管中含有抗生素或其他藥物，可以防止生物膜的形成并保持手術(shù)的無菌性。
研究人員也已經(jīng)對(duì)可遠(yuǎn)程觸發(fā)釋放其內(nèi)容的藥物膠囊的3D打印進(jìn)行了研究，這將大大提高控制藥物在體內(nèi)的分布方式和位置的能力。
3D打印技術(shù)在該領(lǐng)域的另一個(gè)常見應(yīng)用是醫(yī)療支架的生產(chǎn)，此醫(yī)療支架將藥物釋放到附近的組織中，以便進(jìn)行藥理學(xué)控制的組織工程。
例如，在患者體內(nèi)打印支架以幫助骨骼修復(fù)和再生，但要使用包含活性劑（例如地塞米松）的材料。這可以支撐脆弱或受損的骨骼，并促進(jìn)生長(zhǎng)和修復(fù)。
FDM 3D打印在制藥生產(chǎn)轉(zhuǎn)型中的潛力
在最近的一篇談及“數(shù)字藥房”時(shí)的文章中，研究人員稱，醫(yī)藥行業(yè)將與藥物的3D打印一起加入第四次工業(yè)革命。3D打印機(jī)在復(fù)合藥房中的應(yīng)用將使它們變成數(shù)字藥房，從而結(jié)束遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理周期，并最終改變對(duì)患者的藥物治療方法。Fused Deposition Modeling（熔融沉積建模，簡(jiǎn)稱FDM）3D打印技術(shù)將擠出的載有藥物的長(zhǎng)絲熔化成任何劑型；并允許獲得具有不同形狀的靈活劑量，多種活性藥物成分和調(diào)節(jié)的藥物釋放動(dòng)力學(xué)——換句話說，就是提供定制的藥物。在論文中，研究人員進(jìn)一步研究了新技術(shù)在制藥行業(yè)的潛力。
數(shù)字藥房的遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理周期。
數(shù)字制造具有明顯的能力來改變當(dāng)今的許多產(chǎn)業(yè)，但是醫(yī)療領(lǐng)域和其他相互關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在積極參與高收益技術(shù)革命的道路上。對(duì)此，研究人員探索了使用FDM 3D打印來擠出載有藥物的長(zhǎng)絲。
顯然，3D打印為藥品制造提供了很多好處。像藥物本身一樣，提供針對(duì)患者的治療的能力也非常重要，其中包括：
·劑量靈活
·不同形狀
·多種活性藥物成分
·調(diào)節(jié)釋放特性
研究人員說：“此外，使用3D打印機(jī)可以高精度生產(chǎn)用于口服、皮膚和植入式給藥的最多樣化和最先進(jìn)的藥物輸送裝置?！?/span>
盡管如此，該行業(yè)仍然深深扎根于傳統(tǒng)的藥物生產(chǎn)方法，對(duì)此，研究人員提出了FDM 3D打印是否最適合“大規(guī)模生產(chǎn)”的問題。
像計(jì)算機(jī)“進(jìn)化”成平板電腦的漫長(zhǎng)過程一樣，很明顯3D打印技術(shù)在成為公認(rèn)的替代品之前還有很長(zhǎng)的路要走。
“3D打印機(jī)無法滿足工業(yè)制片機(jī)的速度要求，但它們無疑可以彌補(bǔ)藥物治療個(gè)性化需求方面的現(xiàn)有治療空白，以傳統(tǒng)藥物產(chǎn)品的補(bǔ)充或替代方式發(fā)揮作用。”研究人員說。
3D打印的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其能夠提供按需的高質(zhì)量小批量生產(chǎn)能力，這可能為藥房的小規(guī)模生產(chǎn)提供更現(xiàn)實(shí)的方法。
盡管癲癇藥Spritam等3D打印藥物在市場(chǎng)上大獲成功，但仍然需要考慮一些法規(guī)和安全性問題，并且總體上需要對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行許多定制。但是，硬件現(xiàn)在已經(jīng)可以負(fù)擔(dān)得起并且易于使用。當(dāng)前，尚無可供藥物使用的模型，零件都需要輕松消毒。噴嘴和軟件也需要重新設(shè)計(jì)。
藥物熔合沉積建模3D打印機(jī)的示意圖，帶有指示的特定點(diǎn)，在這些點(diǎn)上需要進(jìn)行藥物生產(chǎn)。（a）線軸，（b）打印機(jī)外殼，（c）擠出機(jī)頭，（d）噴嘴，（e）搭建平臺(tái)，（f）電機(jī)，（g）加熱器，（h）3D設(shè)計(jì)軟件。
需要通過以下方式創(chuàng)建載有藥物的細(xì)絲：
·每個(gè)批次的成分混合。
·熱熔擠出機(jī)通過剪切和加熱來生產(chǎn)長(zhǎng)絲。
·然后必須將細(xì)絲包裝到線軸中，并對(duì)藥品進(jìn)行密封以避免損壞或污染。
藥物輸送將取決于醫(yī)療技術(shù)人員設(shè)置參數(shù)以及打印機(jī)和線軸的準(zhǔn)備情況。正確包裝產(chǎn)品也很關(guān)鍵。而且，盡管該過程最為重要，但如果沒有明確的監(jiān)管機(jī)構(gòu)和專利代理機(jī)構(gòu)的需求，那么成功之路幾乎是不可能的。
研究人員總結(jié)說：“全世界的研究小組目前正在努力確定生產(chǎn)過程的細(xì)微差別，盡管到目前為止取得了巨大的進(jìn)步，但仍需要進(jìn)行切實(shí)可行的計(jì)劃，以使這些產(chǎn)品順利進(jìn)入市場(chǎng)。”
“3D打印在個(gè)性化藥品開發(fā)方面的潛力不可否認(rèn)；但是，機(jī)器的改裝對(duì)于正確使用藥物至關(guān)重要。此外，可行的生產(chǎn)過程需要制藥行業(yè)的共同參與（以大規(guī)模擠出長(zhǎng)絲）和數(shù)字藥房（根據(jù)患者的特定處方打印藥物）。
工業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)絲和數(shù)字藥房中個(gè)性化藥物輸送設(shè)備的詳細(xì)說明。
毫無疑問，3D打印將在制藥行業(yè)中扮演重要角色，這影響才剛剛開始，因此研究人員可以研究挑戰(zhàn)，研究針對(duì)特定患者的醫(yī)療服務(wù)的好處以及研究諸如負(fù)擔(dān)能力之類的好處。
研究人員總結(jié)說：制藥業(yè)和復(fù)合藥房的共同參與似乎是將這項(xiàng)技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的最佳途徑。制藥行業(yè)可以在必要的質(zhì)量和安全保障下大規(guī)模生產(chǎn)含藥長(zhǎng)絲，而數(shù)字藥房則可以根據(jù)具體的處方將長(zhǎng)絲轉(zhuǎn)化為個(gè)性化的藥物。要做到這一點(diǎn)，商業(yè)3D打印機(jī)的改造將需要滿足藥品制劑的健康要求，并且有必要在監(jiān)管漏洞和專利保護(hù)討論方面取得進(jìn)展。因此，盡管該行業(yè)的保守性，3D藥物打印仍有可能成為制藥業(yè)有史以來最大的技術(shù)飛躍，而根據(jù)最樂觀的預(yù)測(cè)，它很快就能實(shí)現(xiàn)。
在SciFinder數(shù)據(jù)庫中，從2014年至2018年，共有54篇關(guān)于利用FDM技術(shù)打印給藥裝置的研究論文，這些論文所研究的藥物輸送設(shè)備的比例（n = 54）。
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