隨著精準(zhǔn)化醫(yī)療和個性化醫(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。有研究機構(gòu)預(yù)測，在2019-2025年期內(nèi)，醫(yī)療保健3D打印市場預(yù)計將增長36億美元，復(fù)合年增長率為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，而這些缺點可以通過使用增材制造來避免，同時還提供了靈活性和易于設(shè)計的優(yōu)點。
藥品3D打印的優(yōu)勢
使用這種技術(shù)進行藥物制造的一個主要優(yōu)點是可以輕松地為每個患者定制藥物。這是通過改變藥物的釋放特性來實現(xiàn)的，這實質(zhì)上意味著調(diào)整活性劑何時以及在多長時間內(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量或通過對藥片進行分隔或分層來更改藥物在患者體內(nèi)的釋放方式來進行調(diào)整。
另一個主要優(yōu)勢是按需藥物的潛力。在緊急情況下，為患者生產(chǎn)藥物將更加容易，因為可以在醫(yī)院環(huán)境中進行打印，而不是依賴包含具有正確劑量和釋放曲線的藥物的庫存。
藥物的長期穩(wěn)定性將不再那么重要，因為可以在需要時立即進行打印，因此可以設(shè)計出更有效、更快速地起作用的藥物，不再需要很長的保存期限。
所有這些更改通常都無法通過常規(guī)方法來實現(xiàn)或非常困難，因為這將涉及更改整個制造過程。
“多藥丸”
3D打印仍是一項新技術(shù)，每年都會有大量投入對其進行開發(fā)和擴展。隨著這項技術(shù)的進步，有可能生產(chǎn)出一種“多藥丸”，通過在不同的隔室中進行打印，可以將幾種藥物組合成一個藥丸，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單、更可靠，因為不會偶爾遺忘某一粒藥。
當(dāng)前的3D打印藥品
在美國，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現(xiàn)此屬性，而在通過壓縮組裝藥物時將不起作用。
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，而且還有一個優(yōu)勢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)對可遠程觸發(fā)釋放其內(nèi)容的藥物膠囊的3D打印進行了研究，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，并促進生長和修復(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)束遠程醫(yī)療護理周期，并最終改變對患者的藥物治療方法。Fused Deposition Modeling（熔融沉積建模，簡稱FDM）3D打印技術(shù)將擠出的載有藥物的長絲熔化成任何劑型；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。對此，研究人員探索了使用FDM 3D打印來擠出載有藥物的長絲。
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。
像計算機“進化”成平板電腦的漫長過程一樣，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的路要走。
“3D打印機無法滿足工業(yè)制片機的速度要求，但它們無疑可以彌補藥物治療個性化需求方面的現(xiàn)有治療空白，以傳統(tǒng)藥物產(chǎn)品的補充或替代方式發(fā)揮作用?！毖芯咳藛T說。
3D打印的另一個優(yōu)勢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)實的方法。
盡管癲癇藥Spritam等3D打印藥物在市場上大獲成功，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3D打印機進行許多定制。但是，硬件現(xiàn)在已經(jīng)可以負擔(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。
需要通過以下方式創(chuàng)建載有藥物的細絲：
·每個批次的成分混合。
·熱熔擠出機通過剪切和加熱來生產(chǎn)長絲。
·然后必須將細絲包裝到線軸中，并對藥品進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)管機構(gòu)和專利代理機構(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)過程的細微差別，盡管到目前為止取得了巨大的進步，但仍需要進行切實可行的計劃，以使這些產(chǎn)品順利進入市場。”
“3D打印在個性化藥品開發(fā)方面的潛力不可否認(rèn)；但是，機器的改裝對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)，研究針對特定患者的醫(yī)療服務(wù)的好處以及研究諸如負擔(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技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實的最佳途徑。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)含藥長絲，而數(shù)字藥房則可以根據(jù)具體的處方將長絲轉(zhuǎn)化為個性化的藥物。要做到這一點，商業(yè)3D打印機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)管漏洞和專利保護討論方面取得進展。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，它很快就能實現(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，而這些缺點可以通過使用增材制造來避免，同時還提供了靈活性和易于設(shè)計的優(yōu)點。
藥品3D打印的優(yōu)勢
使用這種技術(shù)進行藥物制造的一個主要優(yōu)點是可以輕松地為每個患者定制藥物。這是通過改變藥物的釋放特性來實現(xiàn)的，這實質(zhì)上意味著調(diào)整活性劑何時以及在多長時間內(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量或通過對藥片進行分隔或分層來更改藥物在患者體內(nèi)的釋放方式來進行調(diào)整。
另一個主要優(yōu)勢是按需藥物的潛力。在緊急情況下，為患者生產(chǎn)藥物將更加容易，因為可以在醫(yī)院環(huán)境中進行打印，而不是依賴包含具有正確劑量和釋放曲線的藥物的庫存。
藥物的長期穩(wěn)定性將不再那么重要，因為可以在需要時立即進行打印，因此可以設(shè)計出更有效、更快速地起作用的藥物，不再需要很長的保存期限。
所有這些更改通常都無法通過常規(guī)方法來實現(xiàn)或非常困難，因為這將涉及更改整個制造過程。
“多藥丸”
3D打印仍是一項新技術(shù)，每年都會有大量投入對其進行開發(fā)和擴展。隨著這項技術(shù)的進步，有可能生產(chǎn)出一種“多藥丸”，通過在不同的隔室中進行打印，可以將幾種藥物組合成一個藥丸，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單、更可靠，因為不會偶爾遺忘某一粒藥。
當(dāng)前的3D打印藥品
在美國，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現(xiàn)此屬性，而在通過壓縮組裝藥物時將不起作用。
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，而且還有一個優(yōu)勢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)對可遠程觸發(fā)釋放其內(nèi)容的藥物膠囊的3D打印進行了研究，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，并促進生長和修復(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)束遠程醫(yī)療護理周期，并最終改變對患者的藥物治療方法。Fused Deposition Modeling（熔融沉積建模，簡稱FDM）3D打印技術(shù)將擠出的載有藥物的長絲熔化成任何劑型；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)字藥房的遠程醫(yī)療護理周期。
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。對此，研究人員探索了使用FDM 3D打印來擠出載有藥物的長絲。
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。
像計算機“進化”成平板電腦的漫長過程一樣，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的路要走。
“3D打印機無法滿足工業(yè)制片機的速度要求，但它們無疑可以彌補藥物治療個性化需求方面的現(xiàn)有治療空白，以傳統(tǒng)藥物產(chǎn)品的補充或替代方式發(fā)揮作用?！毖芯咳藛T說。
3D打印的另一個優(yōu)勢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)實的方法。
盡管癲癇藥Spritam等3D打印藥物在市場上大獲成功，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3D打印機進行許多定制。但是，硬件現(xiàn)在已經(jīng)可以負擔(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。
藥物熔合沉積建模3D打印機的示意圖，帶有指示的特定點，在這些點上需要進行藥物生產(chǎn)。（a）線軸，（b）打印機外殼，（c）擠出機頭，（d）噴嘴，（e）搭建平臺，（f）電機，（g）加熱器，（h）3D設(shè)計軟件。
需要通過以下方式創(chuàng)建載有藥物的細絲：
·每個批次的成分混合。
·熱熔擠出機通過剪切和加熱來生產(chǎn)長絲。
·然后必須將細絲包裝到線軸中，并對藥品進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)管機構(gòu)和專利代理機構(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)過程的細微差別，盡管到目前為止取得了巨大的進步，但仍需要進行切實可行的計劃，以使這些產(chǎn)品順利進入市場。”
“3D打印在個性化藥品開發(fā)方面的潛力不可否認(rèn)；但是，機器的改裝對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)長絲和數(shù)字藥房中個性化藥物輸送設(shè)備的詳細說明。
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)，研究針對特定患者的醫(yī)療服務(wù)的好處以及研究諸如負擔(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技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實的最佳途徑。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)含藥長絲，而數(shù)字藥房則可以根據(jù)具體的處方將長絲轉(zhuǎn)化為個性化的藥物。要做到這一點，商業(yè)3D打印機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)管漏洞和專利保護討論方面取得進展。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，它很快就能實現(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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