據(jù)統(tǒng)計(jì),每個(gè)美國人平均每年要服用12種處方藥物。這些處方藥物幾乎100%都是制藥公司根據(jù)那些最常用的處方劑量大規(guī)模制造出來的。此外,雖然這些藥物有多種顏色,但這些藥丸的形狀只有寥寥幾種。
雖然目前并不是特別清楚,藥丸的形狀和尺寸是否會(huì)顯著改變藥物對(duì)人體的作用。但是幾乎所有的藥丸都使用統(tǒng)一的尺寸和形狀的做法已經(jīng)實(shí)施了數(shù)十年,這一狀況需要在未來有所改變,因?yàn)槲磥淼挠盟幐鼈?cè)重于定制化而非規(guī)模生產(chǎn)。為了做到這一點(diǎn),我們需要找到一種既迅速又精確地定制藥物的方法。
近日,倫敦大學(xué)制藥學(xué)院與FabRx公司的研究人員發(fā)表了一篇名為《3D打印藥片的幾何形狀對(duì)于藥物釋放的影響(Effect of Geometry on Drug Release From 3D Printed Tablets)》的論文,詳細(xì)說明了使用3D打印技術(shù)制造出一般難以制造的異形藥片的方法。
“未來的藥劑設(shè)計(jì)和制造很可能會(huì)從限定劑量的片劑/膠囊的大批量生產(chǎn)邁向針對(duì)病人的個(gè)性化、任意劑量的即時(shí)制造。”研究人員寫道。“推動(dòng)這一變化的因素包括具有狹窄治療指數(shù)的低劑量藥物(比如免疫抑制劑和/或血液稀釋劑)的發(fā)展、對(duì)于藥物基因組學(xué)重要性認(rèn)識(shí)的不斷提高(比如癌癥患者的藥物敏感性方面)以及制定藥物組合的需要。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn),制藥行業(yè)需要評(píng)估和接受新的制造技術(shù)。其中一項(xiàng)具有潛在應(yīng)用可能的技術(shù)就是3D打?。?/span>3DP)。”
其他研究機(jī)構(gòu)主要依靠溶液的被動(dòng)擴(kuò)散作為導(dǎo)入藥物的主要方式,從而導(dǎo)致能夠發(fā)揮作用的總藥物劑量非常低,而在這項(xiàng)研究中的研究人員則選擇使用熱熔擠出方法——一種在制藥行業(yè)廣泛使用的方法——在整個(gè)水溶性聚合物(聚乙烯醇,PVA)中均勻散布藥物。用這種方法能夠制成一種藥物輸注線材。據(jù)了解,他們的目標(biāo)是再用這種線材3D打印出無法通過傳統(tǒng)粉末壓制方法制造的各種形狀藥丸,并根據(jù)藥物不同的溶出行為設(shè)定幾何參數(shù),確定藥丸的形狀。
那么,研究人員在論文中是如何描述他們的研究方法的呢?
首先,他們從MakerBot那里購買了水溶性的PVA類線材,并準(zhǔn)備了USP級(jí)撲熱息痛(也稱為乙酰氨基酚,泰諾的通用形式)和鹽。他們把線材切成一段段的小塊(長度為大約
下一步就是打印藥丸了。研究人員使用AutoCAD 2014設(shè)計(jì)出各種獨(dú)特形狀,并將設(shè)計(jì)導(dǎo)出為STL文件,然后使用自制的藥物輸注線材在桌面型MakerBot Replicator 2X 3D打印機(jī)上打印出各種藥物片劑。
“我們使用軟件設(shè)計(jì)出擁有固定表面積(275平方毫米)、固定表面積/體積比(1:1)或重量(500毫克)的藥丸。”該論文解釋說,“而且在所有的情況下,每個(gè)形狀的長度、寬度和高度的比率保持恒定。”
下面是每種3D打印藥片的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,他們打印了5種不同的形狀:立方體、金字塔、柱狀、圓環(huán)體和球體。
研究人員一旦證明,這些復(fù)雜的藥片形狀能夠經(jīng)由FDM 3D打印機(jī)相當(dāng)精確地制造出來,那么剩下的時(shí)間就是研究藥片的質(zhì)量以及這些形狀如何對(duì)藥物的溶解產(chǎn)生影響。
在進(jìn)行溶解試驗(yàn)后,研究人員得出的結(jié)論是:事實(shí)上,幾何形狀確實(shí)在決定藥物釋放曲線中起到主要作用。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)在3D打印的藥片表面積保持恒定時(shí),藥物釋放速度最快的是金字塔形的藥片,接著是圓環(huán)體、立方體,球體,最后是圓柱體。這個(gè)排序與片劑表面積/體積比率直接相關(guān),因?yàn)閳A柱體的這一比值最低,而金字塔狀的則最高。 這使得研究人員得出如下結(jié)論:
“片劑的藥物釋放動(dòng)力學(xué)顯示其對(duì)于表面積并不存在依賴關(guān)系,而是跟表面積與體積的比率直接相關(guān),這表明了幾何形狀對(duì)藥物釋放曲線的影響。而大量形狀類似的片劑表現(xiàn)出來的溶解曲線幾乎沒有差別。“
因此,該研究表明,3D打印機(jī)打印成各種形狀和大小藥片的能力可在未來的藥劑定制中發(fā)揮顯著的作用。舉例來說,患者A可能需要藥物快速釋放到血液中以減輕他的痛苦;而患者B則可能需要相同的藥物更慢、更穩(wěn)定釋放。而醫(yī)生提供的是可3D打印的藥物輸注線材,患者A就可以打印出金字塔狀的藥丸服用,而患者B則可以服用圓柱狀的藥丸。
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