诺丁汉大学采用多材料喷墨 3D 打印定制药丸，展示固体药剂制造新方法

2024年5月15日，南极熊获悉，来自诺丁汉大学的研究人员开发了一种 3D 打印药物的新方法，可以制造个性化定制药丸。这项创新利用了多材料喷墨 3D 打印 (MM-IJ3DP)技术，标志着制药技术的重大进步。

△3D打印药丸

相关研究以题为“Enabling high-fidelity personalisedpharmaceutical tablets through multimaterial inkjet 3D printing with awater-soluble excipient/通过使用水溶性赋形剂的多材料喷墨 3D 打印实现高保真个性化药片”的论文被发表在《Materials Today Advances》期刊上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2024.100493

个性化药物的出现代表了医疗领域的一个有前景的前沿领域，它的生产需要制造定制的药物剂型和设备。3D打印技术可用于制造具有定制释放曲线的定制剂量药品，目前已经利用了多种3D打印模式，如糊料挤出、数字光处理等，实现了复杂设计，为这一领域带来了新的前景。

其中，多材料喷墨3D打印(MM-IJ3DP)作为一种新兴技术，具有高吞吐量和高精度的优势,可实现复杂多材料制品。该技术可以制造具有定制药物释放曲线的定制药片，确保为患者提供更精确、更有效的治疗。通过片剂独特的内部结构控制药物释放速率，可以根据患者的需要在特定时间给药。但也面临一些挑战。

此外，MM-IJ3DP方法有利于在单个药片中打印多种药物，将复杂的用药方案简化为单个剂量。尽管该技术前景广阔，但也面临着挑战，例如，材料稳定性、固化速度等需要进一步优化，需要扩大配方以支持更广泛的材料等。

在本项目中，研究人员探索了制造复杂多材料结构的可能性，举例说明了通过喷墨3D 打印可用的设计范围，并制造了模型药物受控释放的多材料结构。研究人员采用了一种药丸设计，可以随着时间的推移改变暴露的可溶性赋形剂表面与体积的比率，以控制药物释放。 MM-IJ3DP 用于在单个制造步骤中生产一系列包含不溶性和可溶性聚合物的设计。

图1 a)多材料喷墨3D打印MM-IJ3DP示意图和可溶性墨水成分的化学结构；b) MM-IJ3DP 打印的多材料打印单批次设计的照片c)设计示意图（顶行）以及 MM-IJ3DP 打印的圆柱形结构打印时（第二行）、部分打印后（第三行）的相应照片）和可溶性物质的完全（底行）溶解

为了证明通过 MM-IJ3DP 可以实现更高的复杂性，研究人员生产了具有六种设计的复合圆柱形结构（外径，d0= 8 mm）：（1）圆盘； (2)圆环； (3) 具有水溶性核的非溶性环； (4)水溶性环和不溶性核； (5)可溶性基质对不溶性立方体(边长600μm)的封装； (6) 及其逆过程——不溶性基质对可溶性立方体的封装。在每种情况下，都能观察到可溶性成分溶解，留下不溶性成分。

在这些结构中，样品通过改变表面积来改变随时间变化的释放速率。通过测量了厚度为 2 毫米的圆盘、正方形、六边形、五边形、五角星形和四角星形等几何形状的溶解情况，研究人员探索这种剂型制造方法如何通过操纵可溶性和不可溶性材料的组合。MM-IJ3DP可以以暂时和“数字化”的方式控制任何 API 的释放，这是当前使用的药品制造技术无法实现的。

图2 a)打印的聚 ACMO 结构的照片以及溶解时间对这些结构表面积的依赖性。b)暴露于不同重量浓度的聚ACMO溶液1小时、6小时和24小时后3T3成纤维细胞的细胞活力。误差线代表n  = 4 次独立重复的平均值±标准差。c)使用 30 wt% 阿司匹林 ACMO 墨水打印的诺丁汉大学徽标照片。黑色轮廓表示设计的几何形状。d)阿司匹林、聚 ACMO 和 30 wt% 阿司匹林聚ACMO 的代表性拉曼光谱（从上到下）。e)聚 ACMO（红色）、聚 ACMO 与阿司匹林（绿色）和硅基底（蓝色）的光学显微照片和共焦拉曼成像图像。比例尺为1 毫米。

图3 .a)不含和含 30 wt% 阿司匹林负载的聚 ACMO 的 DSC 测量，显示Tg值，b)相应的 X 射线衍射图，跟踪药丸内是否存在结晶。c)聚 ACMO 丸剂的压缩测试，误差包络代表 95% 置信区间，n  = 8。d)聚 ACMO 丸剂的脆碎度。e)在水性柱中使用 GPC 对不含和含有 30 wt% 阿司匹林负载的印刷聚 ACMO 进行分子量评 估。

图4 .通过 MM-IJ3DP 工艺设计并打印了四种不同释放行为的片剂：a)四种不同片剂设计的示意图以及负载赋形剂完全释放后残留物的照片，比例尺为 4 mm；b)通过 USP II 测试的 Poly-ACMO 释放曲线，平均值±标准差，n  = 4；c) 4种不同设计的药物释放前75分钟的线性拟合释放曲线；d)显示四种设计的阿司匹林片剂的释放曲线，通过 HPLC 测量，通过 USP II 测试，平均值±标准差，n  = 4。

该研究的负责人、诺丁汉大学工程学院增材制造中心助理教授何银峰博士说：“这是个性化医疗开发中令人兴奋的一步。这一突破不仅凸显了 3D 打印在彻底改变药物输送方面的潜力，而且还为开发新一代个性化药物开辟了新途径。”

最终，研究人员通过单批次打印 56 粒药丸的能力证明了这种方法的可扩展性，在个性化药品的生产方面具有巨大的潜力。这一发展满足了提高药物依从性的需求，这在需要精确时间和剂量准确性的情况下尤其重要。