未來3D打印在制藥行業(yè)中的應(yīng)用
時(shí)間：2016-10-15 07:42 來源：南極熊 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
2015年八月美國FDA批準(zhǔn)首款3D打印技術(shù)生產(chǎn)藥物。目前，總部位于賓夕法尼亞的Aprecia制藥公司是全球唯一一家開發(fā)3D打印藥物的制藥公司。與3D打印相比，現(xiàn)有的生產(chǎn)線是不能生產(chǎn)特殊劑型的，需要其它技術(shù)，而這一技術(shù)正是3D打印。3D打印的原型可以追溯到20世紀(jì)90年代末，但是直到最近計(jì)算能力和微型組件才使之成為現(xiàn)實(shí)。3D打印機(jī)是步進(jìn)式系統(tǒng)，技術(shù)來源于文檔打印（噴墨和激光），以計(jì)算機(jī)控制滴液尺寸和化學(xué)成分。
以下四幅圖顯示了粉末第一層、液體層、粉末第二層……是如何被疊加在傳送帶上以形成最終劑型的。但是至于這個(gè)過程是否合法，現(xiàn)在還沒有官方機(jī)構(gòu)審批這樣的制劑制作方法。
FDA已經(jīng)開發(fā)草案指南，提供FDA關(guān)于技術(shù)問題的初步設(shè)想，特別是關(guān)于應(yīng)用疊加制造（additive manufacturing）技術(shù)的機(jī)器。疊加制造（AM）是一個(gè)包含了3D打印的更廣泛的制造理念，指通過反復(fù)構(gòu)建二維（2D）層并將每層結(jié)合來制造物品。制造者僅需要一個(gè)機(jī)器，在制造的過程當(dāng)中無需更換工廠所用機(jī)器或公司所用設(shè)備就能迅速改變?cè)O(shè)計(jì)。由于科技迅速發(fā)展、AM制造機(jī)器越來越多，該項(xiàng)技術(shù)所吸引的投資逐漸增多，這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的使用也越來越頻繁。
所以，3D打印可以用于打印什么東西呢？
1. 個(gè)性化藥物劑型
3D打印為個(gè)性化醫(yī)療添加了一個(gè)新的維度，簡(jiǎn)單地說就是生產(chǎn)個(gè)性化3D打印口服片劑。個(gè)性化3D打印的藥物可以幫助患者以不同的方式應(yīng)對(duì)同樣的藥物。醫(yī)生或藥劑師能夠通過患者的個(gè)人信息（年齡、種族和性別）選擇最佳藥物劑量，代替原本大宗生產(chǎn)、相同劑量的藥物。3D打印還可以打印出多層次藥片，將不同藥片結(jié)合來治療多種疾病，讓病人在單次給藥中獲得所有所需藥物。這對(duì)于嬰幼兒患者、吞咽藥片有困難的人，和每天服用多種藥片并容易發(fā)生混淆的老年人來說是非常重要的。
2. 獨(dú)特藥物劑型
3D打印技術(shù)可用于創(chuàng)造獨(dú)特的劑型，通過3D噴墨打印技術(shù)創(chuàng)造無限劑型。這個(gè)想法將挑戰(zhàn)傳統(tǒng)藥物制造業(yè)。現(xiàn)在這種創(chuàng)造新劑型的過程已經(jīng)在很多藥物上進(jìn)行試驗(yàn)，如滲透泵和多層劑型，后者的每一層API都以不同的比率分配。
3. 更復(fù)雜的釋藥行為
釋藥行為顯示了藥物在病人體內(nèi)是如何進(jìn)行分解的。3D打印技術(shù)通過在多層次矩形粉末層上打印一個(gè)粘結(jié)劑來制造個(gè)性化藥物，幫助藥物進(jìn)行定向可控的釋放。這個(gè)api之間的屏障有助于研究人員深入研究不同的釋放行為，制造更有效的藥物。
3D打印目前已被應(yīng)用于如牙科、醫(yī)療、植入等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這些領(lǐng)域所用打印材料各不相同。牙科植入物大多使用金屬和陶瓷來打印牙冠，醫(yī)療行業(yè)則使用一系列生物材料。有人估計(jì)2014年3D打印在醫(yī)用市場(chǎng)營(yíng)收為2.85億美元，并有望在其后6年復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到19.1%。
3D打印為個(gè)性化醫(yī)療添加了新的維度，簡(jiǎn)單來說就是生產(chǎn)個(gè)性化的3D打印口服片劑。
點(diǎn)評(píng)
醫(yī)用3D打印機(jī)的價(jià)格應(yīng)隨著需求增加和政府補(bǔ)貼（研究資助）而下降。醫(yī)用3D打印的材料是塑料、金屬、陶瓷、供體細(xì)胞、骨結(jié)合劑、生物材料等。金屬粉末和生物材料價(jià)格昂貴，目前許多還處于研究中的生物材料未來將在醫(yī)用3D打印行業(yè)發(fā)揮重要作用。針對(duì)病人量身定制的矯形外科及頜面外科產(chǎn)品需求量增加，將擴(kuò)大整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模。與3D打印相關(guān)的組織工程學(xué)的進(jìn)步越來越重要，3D生物打印的組織不久將問世。
3D打印新趨勢(shì)
以上我們所說的應(yīng)用可能很有趣，其實(shí)對(duì)于一些特定的短期以及長(zhǎng)期產(chǎn)品來說，3D打印必將成為其首選技術(shù)。
罕見病用藥（Orphan Drugs）：這些開發(fā)時(shí)間早、產(chǎn)量少的藥品之所以罕見的原因是由于A. 這種藥物已過了專利期；B. 這些藥物市場(chǎng)很小，生產(chǎn)利潤(rùn)小于其生產(chǎn)成本。3D打印將使罕見病用藥的按需生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。在最好的情況下，生產(chǎn)線僅需要清洗兩個(gè)噴頭（一個(gè)是粉末，另一個(gè)是液體）和一個(gè)輸送帶。這樣不僅銷貨成本（COGS）最小化，而且零售成本也在大多數(shù)病人可觸及的范圍內(nèi)。試問這會(huì)不會(huì)是一個(gè)雙贏的局面？
以下四幅圖顯示了粉末第一層、液體層、粉末第二層……是如何被疊加在傳送帶上以形成最終劑型的。但是至于這個(gè)過程是否合法，現(xiàn)在還沒有官方機(jī)構(gòu)審批這樣的制劑制作方法。
圖1所示，粉末細(xì)霧（輔料或原料藥或二者混合物）噴灑到移動(dòng)帶上
圖2所示，液體用可控方法被滴落到粉末上
圖3所示，液體有選擇性地在多孔層與粒子相結(jié)合
圖4所示，該過程經(jīng)重復(fù)預(yù)先設(shè)定好的次數(shù)后，最終產(chǎn)生具有特定效力的劑型
FDA已經(jīng)開發(fā)草案指南，提供FDA關(guān)于技術(shù)問題的初步設(shè)想，特別是關(guān)于應(yīng)用疊加制造（additive manufacturing）技術(shù)的機(jī)器。疊加制造（AM）是一個(gè)包含了3D打印的更廣泛的制造理念，指通過反復(fù)構(gòu)建二維（2D）層并將每層結(jié)合來制造物品。制造者僅需要一個(gè)機(jī)器，在制造的過程當(dāng)中無需更換工廠所用機(jī)器或公司所用設(shè)備就能迅速改變?cè)O(shè)計(jì)。由于科技迅速發(fā)展、AM制造機(jī)器越來越多，該項(xiàng)技術(shù)所吸引的投資逐漸增多，這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的使用也越來越頻繁。
所以，3D打印可以用于打印什么東西呢？
1. 個(gè)性化藥物劑型
3D打印為個(gè)性化醫(yī)療添加了一個(gè)新的維度，簡(jiǎn)單地說就是生產(chǎn)個(gè)性化3D打印口服片劑。個(gè)性化3D打印的藥物可以幫助患者以不同的方式應(yīng)對(duì)同樣的藥物。醫(yī)生或藥劑師能夠通過患者的個(gè)人信息（年齡、種族和性別）選擇最佳藥物劑量，代替原本大宗生產(chǎn)、相同劑量的藥物。3D打印還可以打印出多層次藥片，將不同藥片結(jié)合來治療多種疾病，讓病人在單次給藥中獲得所有所需藥物。這對(duì)于嬰幼兒患者、吞咽藥片有困難的人，和每天服用多種藥片并容易發(fā)生混淆的老年人來說是非常重要的。
2. 獨(dú)特藥物劑型
3D打印技術(shù)可用于創(chuàng)造獨(dú)特的劑型，通過3D噴墨打印技術(shù)創(chuàng)造無限劑型。這個(gè)想法將挑戰(zhàn)傳統(tǒng)藥物制造業(yè)。現(xiàn)在這種創(chuàng)造新劑型的過程已經(jīng)在很多藥物上進(jìn)行試驗(yàn)，如滲透泵和多層劑型，后者的每一層API都以不同的比率分配。
3. 更復(fù)雜的釋藥行為
釋藥行為顯示了藥物在病人體內(nèi)是如何進(jìn)行分解的。3D打印技術(shù)通過在多層次矩形粉末層上打印一個(gè)粘結(jié)劑來制造個(gè)性化藥物，幫助藥物進(jìn)行定向可控的釋放。這個(gè)api之間的屏障有助于研究人員深入研究不同的釋放行為，制造更有效的藥物。
4. 印刷活性組織
雖然目前3D打印活性組織的規(guī)模不大，據(jù)預(yù)測(cè)20年內(nèi)這項(xiàng)技術(shù)將能打印出一個(gè)功能齊全的3D打印心臟。目前該技術(shù)的難點(diǎn)在于器官錯(cuò)綜復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)。據(jù)Wake Forest再生醫(yī)學(xué)研究所主任稱，人體每個(gè)器官呈現(xiàn)出不同程度的復(fù)雜性。因此，盡管一些組織容易打印（如像人類皮膚一樣的平面結(jié)構(gòu)），最困難也是最重要的領(lǐng)域是打印心臟、肝臟和腎臟。3D打印目前已被應(yīng)用于如牙科、醫(yī)療、植入等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這些領(lǐng)域所用打印材料各不相同。牙科植入物大多使用金屬和陶瓷來打印牙冠，醫(yī)療行業(yè)則使用一系列生物材料。有人估計(jì)2014年3D打印在醫(yī)用市場(chǎng)營(yíng)收為2.85億美元，并有望在其后6年復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到19.1%。
3D打印為個(gè)性化醫(yī)療添加了新的維度，簡(jiǎn)單來說就是生產(chǎn)個(gè)性化的3D打印口服片劑。
點(diǎn)評(píng)
醫(yī)用3D打印機(jī)的價(jià)格應(yīng)隨著需求增加和政府補(bǔ)貼（研究資助）而下降。醫(yī)用3D打印的材料是塑料、金屬、陶瓷、供體細(xì)胞、骨結(jié)合劑、生物材料等。金屬粉末和生物材料價(jià)格昂貴，目前許多還處于研究中的生物材料未來將在醫(yī)用3D打印行業(yè)發(fā)揮重要作用。針對(duì)病人量身定制的矯形外科及頜面外科產(chǎn)品需求量增加，將擴(kuò)大整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模。與3D打印相關(guān)的組織工程學(xué)的進(jìn)步越來越重要，3D生物打印的組織不久將問世。
北美是目前全球3D打印醫(yī)療行業(yè)最大的消費(fèi)者，歐洲緊隨其次。可以預(yù)測(cè)，未來高成本和監(jiān)管障礙將阻礙市場(chǎng)發(fā)展，其它影響因素包括技術(shù)創(chuàng)新、打印機(jī)的效率和靈活性，及是否能獲得高質(zhì)量材料。
3D打印新趨勢(shì)
以上我們所說的應(yīng)用可能很有趣，其實(shí)對(duì)于一些特定的短期以及長(zhǎng)期產(chǎn)品來說，3D打印必將成為其首選技術(shù)。
罕見病用藥（Orphan Drugs）：這些開發(fā)時(shí)間早、產(chǎn)量少的藥品之所以罕見的原因是由于A. 這種藥物已過了專利期；B. 這些藥物市場(chǎng)很小，生產(chǎn)利潤(rùn)小于其生產(chǎn)成本。3D打印將使罕見病用藥的按需生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。在最好的情況下，生產(chǎn)線僅需要清洗兩個(gè)噴頭（一個(gè)是粉末，另一個(gè)是液體）和一個(gè)輸送帶。這樣不僅銷貨成本（COGS）最小化，而且零售成本也在大多數(shù)病人可觸及的范圍內(nèi)。試問這會(huì)不會(huì)是一個(gè)雙贏的局面？
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