3D 打印藥丸 可定時定量發揮藥效

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文章分類 : 3D 列印, News

近日,MIT 的工程師發明了一種新的 3D 製造方法,研究人員利用該方法製造一種新型裝載藥物的顆粒,結合該種顆粒,多劑量的藥物或疫苗通過一次注射后,可以在體內按照藥物需釋放的時間周期釋放藥物。

新的顆粒類似於可以填充藥物或疫苗的「微型咖啡杯」,裝載完藥物后就用蓋子密封。其中,這種顆粒由與生物相容的PLGA 聚合物製作,且醫療人員可以根據藥物的擴散周期來設計該顆粒的降解時間。

藥丸是呈「微型咖啡杯」狀的,為什麼會這個形狀的呢?原因是無論從材料上,還是尺寸上,傳統的 3D 列印技術都被證明不適合用來製造。因此研究人員基於材料與尺寸,研製出了一種製作該「微型咖啡杯」的新方法,他們是從計算機晶元的製造工藝中獲得靈感的。

首先,他們使用光刻技術,為杯子和蓋子定製了硅模具,隨後,他們將約 2000 個模具的大陣列裝配到載玻片上,隨後依據模具衝壓成型的 PLGA 杯(邊緣長度為幾百微米的立方體)和蓋子。一旦形成聚合物杯陣列,研究人員就使用了定製的自動化分配系統來填充每個杯子的藥物或疫苗。在杯子被填充之後,將蓋子對齊並放在每個杯子上,當系統被稍微加熱,直到杯子和蓋子保持在一起,將藥物密封在內部。

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關於該過程,Jaklenec 指出:「3D 列印過程中,材料是先形成每一層,然後組裝在一起,我們技術的新穎性在於如何實現密封和對齊。在這樣做時,我們開發了一種新的方法,稱為 SEAL,利用這種新方法,我們可以將任何熱塑材料打造為複雜幾何形狀的微結構,形成廣泛的應用,如可注射脈衝藥物遞送,pH 感測器和 3-D 微流體裝置。」

至於實現定時定量的技術原理在於材料本身的性質和架構,即 PLGA 聚合物的分子量和聚合物分子「骨架」的結構決定了注射后顆粒的降解速度,而降解率決定藥物何時釋放。所以通過注射許多以不同速率降解的顆粒,研究人員可以在預定的時間點讓藥物或疫苗釋放。在他們進行的實驗中,給老鼠注射後的第 9 天、第 20 天和第 41 天,顆粒中的藥物準時釋放,沒有出現一次事先泄漏的狀況。

對於這項工程的實際意義,麻省理工學院的 David H. Koch 研究所教授 Robert Langer 表示:「我們對這項工作感到非常興奮,因為我們第一次可以製造這種微型包裝疫苗粒子庫,且其中的每一次劑量的藥物都可以在設定好的時間釋放出來,這樣一來,人們就可以接受一次注射,因為有多個助推器內置在「微型咖啡杯」顆粒中,所以一次注射就可以完成跟進的治療過程,這對服從性差的患者格外有幫助。」

此外,研究人員還設計了可以在注射后數百天內降解和釋放的顆粒,他們正在使用各種藥物(包括現有的疫苗,如滅活的脊髓灰質炎疫苗)和仍在開發中的新疫苗來測試這些顆粒的穩定性。對此,研究人員表示,在釋放藥物之前保持這種顆粒的穩定性確實是一個挑戰。

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