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諾丁漢大學(xué)采用多材料噴墨3D打印定制藥丸，展示固體藥劑制造新方法

時(shí)間：2024-05-16 09:15 來(lái)源：南極熊作者：admin 閱讀：次

2024年5月15日，來(lái)自諾丁漢大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種 3D 打印藥物的新方法，可以制造個(gè)性化定制藥丸。這項(xiàng)創(chuàng)新利用了多材料噴墨 3D 打印 (MM-IJ3DP)技術(shù)，標(biāo)志著制藥技術(shù)的重大進(jìn)步。

△3D打印藥丸

相關(guān)研究以題為“Enabling high-fidelity personalisedpharmaceutical tablets through multimaterial inkjet 3D printing with awater-soluble excipient/通過(guò)使用水溶性賦形劑的多材料噴墨 3D 打印實(shí)現(xiàn)高保真?zhèn)€性化藥片”的論文被發(fā)表在《Materials Today Advances》期刊上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2024.100493

個(gè)性化藥物的出現(xiàn)代表了醫(yī)療領(lǐng)域的一個(gè)有前景的前沿領(lǐng)域，它的生產(chǎn)需要制造定制的藥物劑型和設(shè)備。3D打印技術(shù)可用于制造具有定制釋放曲線的定制劑量藥品，目前已經(jīng)利用了多種3D打印模式，如糊料擠出、數(shù)字光處理等，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜設(shè)計(jì)，為這一領(lǐng)域帶來(lái)了新的前景。

其中，多材料噴墨3D打印(MM-IJ3DP)作為一種新興技術(shù)，具有高吞吐量和高精度的優(yōu)勢(shì),可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多材料制品。該技術(shù)可以制造具有定制藥物釋放曲線的定制藥片，確保為患者提供更精確、更有效的治療。通過(guò)片劑獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制藥物釋放速率，可以根據(jù)患者的需要在特定時(shí)間給藥。但也面臨一些挑戰(zhàn)。

此外，MM-IJ3DP方法有利于在單個(gè)藥片中打印多種藥物，將復(fù)雜的用藥方案簡(jiǎn)化為單個(gè)劑量。盡管該技術(shù)前景廣闊，但也面臨著挑戰(zhàn)，例如，材料穩(wěn)定性、固化速度等需要進(jìn)一步優(yōu)化，需要擴(kuò)大配方以支持更廣泛的材料等。

在本項(xiàng)目中，研究人員探索了制造復(fù)雜多材料結(jié)構(gòu)的可能性，舉例說(shuō)明了通過(guò)噴墨3D 打印可用的設(shè)計(jì)范圍，并制造了模型藥物受控釋放的多材料結(jié)構(gòu)。研究人員采用了一種藥丸設(shè)計(jì)，可以隨著時(shí)間的推移改變暴露的可溶性賦形劑表面與體積的比率，以控制藥物釋放。 MM-IJ3DP 用于在單個(gè)制造步驟中生產(chǎn)一系列包含不溶性和可溶性聚合物的設(shè)計(jì)。

圖1 a)多材料噴墨3D打印MM-IJ3DP示意圖和可溶性墨水成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)；b) MM-IJ3DP 打印的多材料打印單批次設(shè)計(jì)的照片c)設(shè)計(jì)示意圖（頂行）以及 MM-IJ3DP 打印的圓柱形結(jié)構(gòu)打印時(shí)（第二行）、部分打印后（第三行）的相應(yīng)照片）和可溶性物質(zhì)的完全（底行）溶解

為了證明通過(guò) MM-IJ3DP 可以實(shí)現(xiàn)更高的復(fù)雜性，研究人員生產(chǎn)了具有六種設(shè)計(jì)的復(fù)合圓柱形結(jié)構(gòu)（外徑，d0= 8 mm）：（1）圓盤(pán)； (2)圓環(huán)； (3) 具有水溶性核的非溶性環(huán)； (4)水溶性環(huán)和不溶性核； (5)可溶性基質(zhì)對(duì)不溶性立方體(邊長(zhǎng)600μm)的封裝； (6) 及其逆過(guò)程——不溶性基質(zhì)對(duì)可溶性立方體的封裝。在每種情況下，都能觀察到可溶性成分溶解，留下不溶性成分。

在這些結(jié)構(gòu)中，樣品通過(guò)改變表面積來(lái)改變隨時(shí)間變化的釋放速率。通過(guò)測(cè)量了厚度為 2 毫米的圓盤(pán)、正方形、六邊形、五邊形、五角星形和四角星形等幾何形狀的溶解情況，研究人員探索這種劑型制造方法如何通過(guò)操縱可溶性和不可溶性材料的組合。MM-IJ3DP可以以暫時(shí)和“數(shù)字化”的方式控制任何 API 的釋放，這是當(dāng)前使用的藥品制造技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

圖2 a)打印的聚 ACMO 結(jié)構(gòu)的照片以及溶解時(shí)間對(duì)這些結(jié)構(gòu)表面積的依賴(lài)性。b)暴露于不同重量濃度的聚ACMO溶液1小時(shí)、6小時(shí)和24小時(shí)后3T3成纖維細(xì)胞的細(xì)胞活力。誤差線代表n = 4 次獨(dú)立重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。c)使用 30 wt% 阿司匹林 ACMO 墨水打印的諾丁漢大學(xué)徽標(biāo)照片。黑色輪廓表示設(shè)計(jì)的幾何形狀。d)阿司匹林、聚 ACMO 和 30 wt% 阿司匹林聚ACMO 的代表性拉曼光譜（從上到下）。e)聚 ACMO（紅色）、聚 ACMO 與阿司匹林（綠色）和硅基底（藍(lán)色）的光學(xué)顯微照片和共焦拉曼成像圖像。比例尺為1 毫米。

圖3 .a)不含和含 30 wt% 阿司匹林負(fù)載的聚 ACMO 的 DSC 測(cè)量，顯示Tg值，b)相應(yīng)的 X 射線衍射圖，跟蹤藥丸內(nèi)是否存在結(jié)晶。c)聚 ACMO 丸劑的壓縮測(cè)試，誤差包絡(luò)代表 95% 置信區(qū)間，n = 8。d)聚 ACMO 丸劑的脆碎度。e)在水性柱中使用 GPC 對(duì)不含和含有 30 wt% 阿司匹林負(fù)載的印刷聚 ACMO 進(jìn)行分子量評(píng)

估。

圖4 .通過(guò) MM-IJ3DP 工藝設(shè)計(jì)并打印了四種不同釋放行為的片劑：a)四種不同片劑設(shè)計(jì)的示意圖以及負(fù)載賦形劑完全釋放后殘留物的照片，比例尺為 4 mm；b)通過(guò) USP II 測(cè)試的 Poly-ACMO 釋放曲線，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n = 4；c) 4種不同設(shè)計(jì)的藥物釋放前75分鐘的線性擬合釋放曲線；d)顯示四種設(shè)計(jì)的阿司匹林片劑的釋放曲線，通過(guò) HPLC 測(cè)量，通過(guò) USP II 測(cè)試，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n = 4。

該研究的負(fù)責(zé)人、諾丁漢大學(xué)工程學(xué)院增材制造中心助理教授何銀峰博士說(shuō)：“這是個(gè)性化醫(yī)療開(kāi)發(fā)中令人興奮的一步。這一突破不僅凸顯了 3D 打印在徹底改變藥物輸送方面的潛力，而且還為開(kāi)發(fā)新一代個(gè)性化藥物開(kāi)辟了新途徑。”

最終，研究人員通過(guò)單批次打印 56 粒藥丸的能力證明了這種方法的可擴(kuò)展性，在個(gè)性化藥品的生產(chǎn)方面具有巨大的潛力。這一發(fā)展?jié)M足了提高藥物依從性的需求，這在需要精確時(shí)間和劑量準(zhǔn)確性的情況下尤其重要。

(責(zé)任編輯：admin)

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