3D打印技术在药物发展中的应用

赵莹莹

摘 要：随着时代的发展，许多新型科技不断崛起，3D打印技术就是其中的一种，它不仅为传统的打印技术和方式带来革命性的改变，也正在逐渐融入生活中的各个方面，如医药研究、工业材料、文化艺术等。与传统工艺相比，它具有缩减生产时间、节约成本、不受零件复杂程度限制等多方面的优点，而将3D打印技术应用于药物研发中并推动其发展，将会带来一场革命性的改革，近年来一直备受人们关注。

关键词：3D打印;药物开发;发展

中图分类号：R319;TP391.73 文献标识码：A 文章编号：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打印技术实际上是一系列快速成型技术的统称，学名为“增材制造”，其基于CT或MRI的医学影像数字化图像数据，通过计算机软件系统进行三维重建[1]，可以在较短的时间内自动化生产一些立体结构材料。而一种新药的发展过程普遍较复杂，首先是新靶标的发现（功能基因研究、靶标发现、靶标确认），紧接着是新先导化合物的发现（先导化合物发现、先导化合物优化），然后是药物的临床前研究和临床研究，最后药物进入市场，但它进入市场的前一段时间也要继续进行观察。由此可见，药物开发的整个过程耗费大量时间，但是3D打印技术可以相对性地弥补这个问题，所以在不久的将来，3D打印技术必将会引起药物发展的新改革。随着时代的发展和进步，3D打印技术逐渐运用于药物发展过程中。

1 早期新药开发阶段

传统药物研究命中率很低，花费巨大，成效却往往难以令人满意。对于那些制药企业来说，一次次进行大成本投入，经过一系列复杂、烦琐的过程，却只有很小的可能性得到所想要的候选药物，按照这样的周期循环，不仅会给制药业造成沉重的财务负担，也会阻碍制药业的发展。因此，人们越来越需要创新技术来支持藥物开发，特别是以最小的成本、最短的时间来确定合适的候选药物。此时，3D打印技术的出现给这个急待解决的问题带来了希望，它可以用经济、灵活、高效的方式研发小剂量或“一次性”的配方甚至药物，加快药物开发过程。例如，人们可以使用熔融沉积建模（FDM）制造一系列反应容器，并对使用的RepRap打印机进行修改，以合并液体为处理组件，然后将液体试剂分配到反应容器中，根据相关设定程序，在一定条件、一定温度、一定时间进行小规模的简单化学反应[2]。由此可见，3D打印技术将有助于早期新药的开发。

2 临床前药物开发阶段

临床药物开发阶段，传统条件下通常会使用动物模型进行试验，主要采用体外（in vitro）、体内（in vivo）计算机模拟的方法，对其药理学、病理学以及药物代谢进行相关测试和评价[3]。但是，毕竟现实中的人体组织和动物模型之间存在很多的差异，这可能会引发一些测试不准确的现象，进而导致很多临床阶段的药物试验失败。对于这种情况，可以利用3D打印技术打印出活体器官，如肾脏、肝脏等容易发生疾病的器官，将3D打印技术打印的活体器官应用于新药筛选和药物试验[4]，将会更准确地试验出药物在人体的代谢情况，可以降低试验成本，缩短试验时间，大大提高后期药物临床试验的成功性。当3D打印活体器官的技术成熟应用后，人们可以在临床上进行器官移植，因此将3D打印技术运用到临床来模拟人体组织有很多益处。

研究发现，3D打印技术可以打印肝脏模型用于肝切除手术，而此手术是目前治愈肝恶性肿瘤的唯一方法[5]。除此之外，也有研究[6]使用3D打印技术打印透明的肾脏实体肿瘤模型，联合三维重建进行有效术前规划，进而进行实际手术前的模拟操作和危险评估，保证最大程度地完成此类手术，将对病人身体的伤害降到最小，同时使患者尽快恢复。除此之外，3D打印技术还可以打印不同剂型的药物，可以按需定制，具有一定的灵活性。以片剂举例，3D打印技术不同于传统的压片工艺，可以将药物准确定位于片剂的特定部位，除了能准确地控制每片载药量外，还能保护药物，防止有毒或者干扰性的不明物质在生产过程中带来一些未知问题，进而影响药物的疗效[7]。所以，3D打印技术可以避免这些可能会出现的问题，更好地保障人体用药安全。

3 藥物上市后的经济和物流分析

对于3D打印技术而言，生产药物不再是一个复杂的过程。它可以更贴近消费者，一次性剂量可以很快生产，可以进行小批量定制配方的生产。制药企业可以按照不同需求进行制作，患者可以根据身体需求进行定制。例如，3D打印技术可以为患者量身定制可移植的某些组织器官，实时响应患者需求。同时，3D打印技术也适宜应用在应急救援和军事行动中[2]，避免长距离的物流运输，保证药物的时效性。3D打印技术可以随时随地按需制作药品，因为生产过程已经简化为一台机器和一些材料，人们仅仅需要按下“按钮”，所需要的药物就会根据提前设置好的指令从机器中产出。这对于药店、医院的药房和相关科研工作者来说都会有意想不到的收获，这将在一定程度上改变供应链，由于库存和分销成本的降低，药物价格可能会有所降低，促进我国制药业的发展。

4 结语

3D打印技术开创了一种可控性的制药新方式，推动了药物发展，缩短了传统制药工艺时间，提高了小剂量药物的生产效率，有助于新药开发和各个阶段的药物发展，对于个性化、精准化制药也具有很重大的意义。但就目前而言，3D打印制药依然处于探索阶段，其所需的打印材料、大规模制备工艺以及道德法律方面都不太成熟，要想真正实现商业化运营，使所产药物成为医院常规药物，依然任重道远。虽然其利弊并存，但是人们不能因为不可知的风险而放弃挽救生命的机会。不可否认的是，3D打印技术正在引领未来医学创新发展。

参考文献：

[1]唐靓，杨亚冬，罗涛，等.3D打印技术在医药卫生领域中的应用及研究进展[J].中国现代医生，2016（28）：165-168.

[2]Atheer Awad，Sarah J Trenfield.Reshaping drug development using 3D printing[Z].2018.

[3]周为，张诚，赵丹阳.细胞3D打印技术及应用[J].生物化工，2019（2）：146-150.

[4]陈国宁，舒花，余佩，等.3D打印技术在药学领域研究中的应用[J].中国药学杂志，2016（16）：1353-1359.

[5]方兆山，刘星星.3D打印在肝脏外科应用的研究进展[J].中国医学物理学杂志，2015（3）：374-378.

[6]Sanchez A，Giron V，Ruiz P，et al.Three-dimensional printed model and virtual recon?struction：An extra tool for pediatric solid tumors surgery[J].European Journal of Pediatric Surgery Reports，2018（1）：70-76.

[7]石靖，王增明，郑爱萍.3D打印技术在药物制剂中的应用和挑战[J].药学进展，2019（3）：164-173.