3D打印技術在藥物發展中的應用

趙瑩瑩

摘 要：隨著時代的發展，許多新型科技不斷崛起，3D打印技術就是其中的一種，它不僅為傳統的打印技術和方式帶來革命性的改變，也正在逐漸融入生活中的各個方面，如醫藥研究、工業材料、文化藝術等。與傳統工藝相比，它具有縮減生產時間、節約成本、不受零件復雜程度限制等多方面的優點，而將3D打印技術應用于藥物研發中并推動其發展，將會帶來一場革命性的改革，近年來一直備受人們關注。

關鍵詞：3D打印;藥物開發;發展

中圖分類號：R319;TP391.73 文獻標識碼：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打印技術實際上是一系列快速成型技術的統稱，學名為“增材制造”，其基于CT或MRI的醫學影像數字化圖像數據，通過計算機軟件系統進行三維重建[1]，可以在較短的時間內自動化生產一些立體結構材料。而一種新藥的發展過程普遍較復雜，首先是新靶標的發現（功能基因研究、靶標發現、靶標確認），緊接著是新先導化合物的發現（先導化合物發現、先導化合物優化），然后是藥物的臨床前研究和臨床研究，最后藥物進入市場，但它進入市場的前一段時間也要繼續進行觀察。由此可見，藥物開發的整個過程耗費大量時間，但是3D打印技術可以相對性地彌補這個問題，所以在不久的將來，3D打印技術必將會引起藥物發展的新改革。隨著時代的發展和進步，3D打印技術逐漸運用于藥物發展過程中。

1 早期新藥開發階段

傳統藥物研究命中率很低，花費巨大，成效卻往往難以令人滿意。對于那些制藥企業來說，一次次進行大成本投入，經過一系列復雜、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，不僅會給制藥業造成沉重的財務負擔，也會阻礙制藥業的發展。因此，人們越來越需要創新技術來支持藥物開發，特別是以最小的成本、最短的時間來確定合適的候選藥物。此時，3D打印技術的出現給這個急待解決的問題帶來了希望，它可以用經濟、靈活、高效的方式研發小劑量或“一次性”的配方甚至藥物，加快藥物開發過程。例如，人們可以使用熔融沉積建模（FDM）制造一系列反應容器，并對使用的RepRap打印機進行修改，以合并液體為處理組件，然后將液體試劑分配到反應容器中，根據相關設定程序，在一定條件、一定溫度、一定時間進行小規模的簡單化學反應[2]。由此可見，3D打印技術將有助于早期新藥的開發。

2 臨床前藥物開發階段

臨床藥物開發階段，傳統條件下通常會使用動物模型進行試驗，主要采用體外（in vitro）、體內（in vivo）計算機模擬的方法，對其藥理學、病理學以及藥物代謝進行相關測試和評價[3]。但是，畢竟現實中的人體組織和動物模型之間存在很多的差異，這可能會引發一些測試不準確的現象，進而導致很多臨床階段的藥物試驗失敗。對于這種情況，可以利用3D打印技術打印出活體器官，如腎臟、肝臟等容易發生疾病的器官，將3D打印技術打印的活體器官應用于新藥篩選和藥物試驗[4]，將會更準確地試驗出藥物在人體的代謝情況，可以降低試驗成本，縮短試驗時間，大大提高后期藥物臨床試驗的成功性。當3D打印活體器官的技術成熟應用后，人們可以在臨床上進行器官移植，因此將3D打印技術運用到臨床來模擬人體組織有很多益處。

研究發現，3D打印技術可以打印肝臟模型用于肝切除手術，而此手術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打印技術打印透明的腎臟實體腫瘤模型，聯合三維重建進行有效術前規劃，進而進行實際手術前的模擬操作和危險評估，保證最大程度地完成此類手術，將對病人身體的傷害降到最小，同時使患者盡快恢復。除此之外，3D打印技術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打印技術不同于傳統的壓片工藝，可以將藥物準確定位于片劑的特定部位，除了能準確地控制每片載藥量外，還能保護藥物，防止有毒或者干擾性的不明物質在生產過程中帶來一些未知問題，進而影響藥物的療效[7]。所以，3D打印技術可以避免這些可能會出現的問題，更好地保障人體用藥安全。

3 藥物上市后的經濟和物流分析

對于3D打印技術而言，生產藥物不再是一個復雜的過程。它可以更貼近消費者，一次性劑量可以很快生產，可以進行小批量定制配方的生產。制藥企業可以按照不同需求進行制作，患者可以根據身體需求進行定制。例如，3D打印技術可以為患者量身定制可移植的某些組織器官，實時響應患者需求。同時，3D打印技術也適宜應用在應急救援和軍事行動中[2]，避免長距離的物流運輸，保證藥物的時效性。3D打印技術可以隨時隨地按需制作藥品，因為生產過程已經簡化為一臺機器和一些材料，人們僅僅需要按下“按鈕”，所需要的藥物就會根據提前設置好的指令從機器中產出。這對于藥店、醫院的藥房和相關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鏈，由于庫存和分銷成本的降低，藥物價格可能會有所降低，促進我國制藥業的發展。

4 結語

3D打印技術開創了一種可控性的制藥新方式，推動了藥物發展，縮短了傳統制藥工藝時間，提高了小劑量藥物的生產效率，有助于新藥開發和各個階段的藥物發展，對于個性化、精準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、大規模制備工藝以及道德法律方面都不太成熟，要想真正實現商業化運營，使所產藥物成為醫院常規藥物，依然任重道遠。雖然其利弊并存，但是人們不能因為不可知的風險而放棄挽救生命的機會。不可否認的是，3D打印技術正在引領未來醫學創新發展。

參考文獻：

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[7]石靖，王增明，鄭愛萍.3D打印技術在藥物制劑中的應用和挑戰[J].藥學進展，2019（3）：164-173.