3D打印技術(shù)在藥物發(fā)展中的應(yīng)用

趙瑩瑩

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，許多新型科技不斷崛起，3D打印技術(shù)就是其中的一種，它不僅為傳統(tǒng)的打印技術(shù)和方式帶來革命性的改變，也正在逐漸融入生活中的各個(gè)方面，如醫(yī)藥研究、工業(yè)材料、文化藝術(shù)等。與傳統(tǒng)工藝相比，它具有縮減生產(chǎn)時(shí)間、節(jié)約成本、不受零件復(fù)雜程度限制等多方面的優(yōu)點(diǎn)，而將3D打印技術(shù)應(yīng)用于藥物研發(fā)中并推動(dòng)其發(fā)展，將會帶來一場革命性的改革，近年來一直備受人們關(guān)注。

關(guān)鍵詞：3D打印;藥物開發(fā);發(fā)展

中圖分類號：R319;TP391.73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）17-0070-02

Application Research of 3D Printing Technology in Drug Development

ZHAO Yingying

（School of Chemistry and Chemical Engineering， Henan Normal University， Xinxiang Henan 453007）

Abstract： With the development of the times， many new technologies continue to rise， 3D printing technology is one of them， which not only brings revolutionary changes to traditional printing technologies and methods， but also gradually integrates into all aspects of life， such as medical research， industrial materials， culture and art. Compared with the traditional process， it has many advantages such as reduced production time， cost savings， and no restrictions on the complexity of parts， applying 3D printing technology to drug research and development and promoting its development will bring about a revolutionary reform， which has been receiving much attention in recent years.

Keywords： 3D printing;drug development;development

3D打印技術(shù)實(shí)際上是一系列快速成型技術(shù)的統(tǒng)稱，學(xué)名為“增材制造”，其基于CT或MRI的醫(yī)學(xué)影像數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行三維重建[1]，可以在較短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)化生產(chǎn)一些立體結(jié)構(gòu)材料。而一種新藥的發(fā)展過程普遍較復(fù)雜，首先是新靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)（功能基因研究、靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)、靶標(biāo)確認(rèn)），緊接著是新先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)（先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)、先導(dǎo)化合物優(yōu)化），然后是藥物的臨床前研究和臨床研究，最后藥物進(jìn)入市場，但它進(jìn)入市場的前一段時(shí)間也要繼續(xù)進(jìn)行觀察。由此可見，藥物開發(fā)的整個(gè)過程耗費(fèi)大量時(shí)間，但是3D打印技術(shù)可以相對性地彌補(bǔ)這個(gè)問題，所以在不久的將來，3D打印技術(shù)必將會引起藥物發(fā)展的新改革。隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，3D打印技術(shù)逐漸運(yùn)用于藥物發(fā)展過程中。

1 早期新藥開發(fā)階段

傳統(tǒng)藥物研究命中率很低，花費(fèi)巨大，成效卻往往難以令人滿意。對于那些制藥企業(yè)來說，一次次進(jìn)行大成本投入，經(jīng)過一系列復(fù)雜、煩瑣的過程，卻只有很小的可能性得到所想要的候選藥物，按照這樣的周期循環(huán)，不僅會給制藥業(yè)造成沉重的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)，也會阻礙制藥業(yè)的發(fā)展。因此，人們越來越需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)來支持藥物開發(fā)，特別是以最小的成本、最短的時(shí)間來確定合適的候選藥物。此時(shí)，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)給這個(gè)急待解決的問題帶來了希望，它可以用經(jīng)濟(jì)、靈活、高效的方式研發(fā)小劑量或“一次性”的配方甚至藥物，加快藥物開發(fā)過程。例如，人們可以使用熔融沉積建模（FDM）制造一系列反應(yīng)容器，并對使用的RepRap打印機(jī)進(jìn)行修改，以合并液體為處理組件，然后將液體試劑分配到反應(yīng)容器中，根據(jù)相關(guān)設(shè)定程序，在一定條件、一定溫度、一定時(shí)間進(jìn)行小規(guī)模的簡單化學(xué)反應(yīng)[2]。由此可見，3D打印技術(shù)將有助于早期新藥的開發(fā)。

2 臨床前藥物開發(fā)階段

臨床藥物開發(fā)階段，傳統(tǒng)條件下通常會使用動(dòng)物模型進(jìn)行試驗(yàn)，主要采用體外（in vitro）、體內(nèi)（in vivo）計(jì)算機(jī)模擬的方法，對其藥理學(xué)、病理學(xué)以及藥物代謝進(jìn)行相關(guān)測試和評價(jià)[3]。但是，畢竟現(xiàn)實(shí)中的人體組織和動(dòng)物模型之間存在很多的差異，這可能會引發(fā)一些測試不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致很多臨床階段的藥物試驗(yàn)失敗。對于這種情況，可以利用3D打印技術(shù)打印出活體器官，如腎臟、肝臟等容易發(fā)生疾病的器官，將3D打印技術(shù)打印的活體器官應(yīng)用于新藥篩選和藥物試驗(yàn)[4]，將會更準(zhǔn)確地試驗(yàn)出藥物在人體的代謝情況，可以降低試驗(yàn)成本，縮短試驗(yàn)時(shí)間，大大提高后期藥物臨床試驗(yàn)的成功性。當(dāng)3D打印活體器官的技術(shù)成熟應(yīng)用后，人們可以在臨床上進(jìn)行器官移植，因此將3D打印技術(shù)運(yùn)用到臨床來模擬人體組織有很多益處。

研究發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)可以打印肝臟模型用于肝切除手術(shù)，而此手術(shù)是目前治愈肝惡性腫瘤的唯一方法[5]。除此之外，也有研究[6]使用3D打印技術(shù)打印透明的腎臟實(shí)體腫瘤模型，聯(lián)合三維重建進(jìn)行有效術(shù)前規(guī)劃，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)際手術(shù)前的模擬操作和危險(xiǎn)評估，保證最大程度地完成此類手術(shù)，將對病人身體的傷害降到最小，同時(shí)使患者盡快恢復(fù)。除此之外，3D打印技術(shù)還可以打印不同劑型的藥物，可以按需定制，具有一定的靈活性。以片劑舉例，3D打印技術(shù)不同于傳統(tǒng)的壓片工藝，可以將藥物準(zhǔn)確定位于片劑的特定部位，除了能準(zhǔn)確地控制每片載藥量外，還能保護(hù)藥物，防止有毒或者干擾性的不明物質(zhì)在生產(chǎn)過程中帶來一些未知問題，進(jìn)而影響藥物的療效[7]。所以，3D打印技術(shù)可以避免這些可能會出現(xiàn)的問題，更好地保障人體用藥安全。

3 藥物上市后的經(jīng)濟(jì)和物流分析

對于3D打印技術(shù)而言，生產(chǎn)藥物不再是一個(gè)復(fù)雜的過程。它可以更貼近消費(fèi)者，一次性劑量可以很快生產(chǎn)，可以進(jìn)行小批量定制配方的生產(chǎn)。制藥企業(yè)可以按照不同需求進(jìn)行制作，患者可以根據(jù)身體需求進(jìn)行定制。例如，3D打印技術(shù)可以為患者量身定制可移植的某些組織器官，實(shí)時(shí)響應(yīng)患者需求。同時(shí)，3D打印技術(shù)也適宜應(yīng)用在應(yīng)急救援和軍事行動(dòng)中[2]，避免長距離的物流運(yùn)輸，保證藥物的時(shí)效性。3D打印技術(shù)可以隨時(shí)隨地按需制作藥品，因?yàn)樯a(chǎn)過程已經(jīng)簡化為一臺機(jī)器和一些材料，人們僅僅需要按下“按鈕”，所需要的藥物就會根據(jù)提前設(shè)置好的指令從機(jī)器中產(chǎn)出。這對于藥店、醫(yī)院的藥房和相關(guān)科研工作者來說都會有意想不到的收獲，這將在一定程度上改變供應(yīng)鏈，由于庫存和分銷成本的降低，藥物價(jià)格可能會有所降低，促進(jìn)我國制藥業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

3D打印技術(shù)開創(chuàng)了一種可控性的制藥新方式，推動(dòng)了藥物發(fā)展，縮短了傳統(tǒng)制藥工藝時(shí)間，提高了小劑量藥物的生產(chǎn)效率，有助于新藥開發(fā)和各個(gè)階段的藥物發(fā)展，對于個(gè)性化、精準(zhǔn)化制藥也具有很重大的意義。但就目前而言，3D打印制藥依然處于探索階段，其所需的打印材料、大規(guī)模制備工藝以及道德法律方面都不太成熟，要想真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營，使所產(chǎn)藥物成為醫(yī)院常規(guī)藥物，依然任重道遠(yuǎn)。雖然其利弊并存，但是人們不能因?yàn)椴豢芍娘L(fēng)險(xiǎn)而放棄挽救生命的機(jī)會。不可否認(rèn)的是，3D打印技術(shù)正在引領(lǐng)未來醫(yī)學(xué)創(chuàng)新發(fā)展。

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