定制药物基于喷墨的多材料 3D 打印可以制造具有不同药物释放曲线的个性化药丸。 （礼貌：CC BY 4.0/Mater.Today Adv.10.1016/j.mtadv.2024.100493）
根据患者个体需求定时释放药物的个性化药丸可以提高治疗效果并提高患者的依从性。 为了实现这一目标，诺丁汉大学的研究人员使用新型可溶性墨水 3D 打印来制造片剂，以定制剂量和释放曲线输送药物。 《今日材料进展》中描述的新技术为可定制药丸的可扩展批量生产铺平了道路。
增材制造（或 3D 打印）提供了一种制造具有受控药物释放曲线的结构的方法，而这是使用传统制造方法无法创建的。 特别是，多材料喷墨 3D 打印 (MM-IJ3DP) 为在生产规模上精确沉积多个组件提供了希望。 然而，在制造个性化药丸时，可加工材料的选择受到限制，这意味着大多数研究都依赖于药物输送的膨胀和扩散机制，从而限制了活性材料定时释放的能力。
相反，该大学增材制造中心的 Yinfeng He 及其同事正在研究一种具有基于溶解的释放机制的喷墨打印材料。 他们使用丙烯吗啉 (ACMO) 开发了一种生物相容性水溶性墨水，其光聚合形式提供了一种能够实现药物释放的模型赋形剂，并将聚 ACMO 与另一种聚合物共同打印以创建个性化药片。
何先生在一份新闻声明中表示：“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，而且还为开发下一代个性化药物开辟了新途径。”
药物输送
为了证明 MM-IJ3DP 制造复杂复合材料的能力，研究人员 3D 打印了一系列包含聚 ACMO 和另一种功能聚合物的 8 毫米直径结构。 在一个制造步骤中，他们制造了六种设计：圆盘； 环带； 具有可溶核心的不溶性环； 具有不溶核心的可溶环； 可溶基质内的不溶立方体； 和不溶性基质中的可溶性立方体。 对于每片药片，可溶性成分溶解在磷酸SALT缓冲SALT水中，留下不溶性成分。
该团队还制造了具有不同表面积的各种形状的聚ACMO片剂，包括圆盘、正方形、六边形、五边形、五角星形和四角星形。 正如预期的那样，溶解速率随着表面积的增加而线性增加。 这一特性应该使团队能够设计出可溶材料的暴露表面积随时间变化的结构。
下一步是将活性药物掺入片剂中。 他和同事创造了聚 ACMO 和负载阿司匹林 (30 wt%) 的聚 ACMO 墨水，并将它们共同打印成直径 5 毫米的药丸，中心有图案化的阿司匹林负载区域。 在每一层中，墨水依次沉积并在层间用紫外线固化，以防止交叉污染。
拉曼光谱证实阿司匹林成功掺入药丸中，而溶解片剂的核磁共振光谱显示阿司匹林总载量为 6.9 wt%，药物载量偏差在典型的药品质量标准范围内。 进一步的测试表明，阿司匹林在打印的药丸中保持无定形状态，并且在墨水固化后不会再结晶。
定时剂量
最后，He 和同事设计了直径为 8 毫米的药片，其中含有不同的不溶性和可溶性墨水图案，以产生一系列的释放速率。 他们 3D 打印了四种设计：一种含有阿司匹林的聚 ACMO 片剂，具有小的不溶性核心； 顶部和底部具有不溶性表面的片剂； 带帽且部分有壁的片剂，壁位于外半径处； 和一个带盖的平板电脑，其部分壁靠近中心。
控释 该团队设计并打印了具有四种不同药物释放行为的片剂。 照片为poly-ACMO完全溶解后的残留物； 比例尺：4 毫米。 （礼貌：CC BY 4.0/Mater.Today Adv.10.1016/j.mtadv.2024.100493）
测量浸没在磷酸SALT缓冲SALT水中的片剂中聚 ACMO 的释放情况表明，设计 1 具有最快的释放速率（4.07 毫克/分钟）。 设计2中的不溶性屏障降低了释放速率（至2.17毫克/分钟），而设计3的外壁进一步降低了释放速率（至0.98毫克/分钟）。 设计 4 的初始释放与设计 2 相当，然后随着聚 ACMO 前沿移动穿过内部不溶壁，释放速率显着降低（0.70 毫克/分钟）。
当聚 ACMO 溶解时，片剂以相同的曲线释放阿司匹林：设计 1 快速释放，设计 2 和 3 缓慢释放，设计 4 两阶段释放曲线。这些发现证明了共打印可溶性和不溶性如何结构可用于编程药物释放并引入复杂性，例如传统制造方法无法实现的阶梯式药物释放曲线。
研究人员指出，MM-IJ3DP 的设计灵活性具有将多种药物合并到单个片剂中的潜力，以及在 56 粒药片的单个生产批次中制造不同片剂设计的潜力。
研究人员表示，这些独特的功能可以推动个性化药物领域的发展，从而能够控制剂量（通过改变含药可溶性材料的数量）、释放速率（由表面积控制）和释放时间（由表面积控制）。可溶性成分的空间分布）。
该团队目前正在努力扩展其配方数据库并设计药丸，以最大限度地发挥该技术的能力。 “我们目前正在研究使用人工智能技术来了解不同 3D 打印药丸的药物释放曲线，”他告诉《物理世界》。 “这种方法将为我们提供一套新的工具集，帮助我们设计满足药剂师为患者指定的所需药物释放性能的药丸。”
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