(圖5:線狀材料的工業(yè)生產(chǎn)和個性化藥物的打?。?/div>
制藥業(yè):利用熱熔擠出技術(shù)生產(chǎn)線狀材料
利用熱熔擠出(HME)技術(shù)可制成供3D打印的含藥聚合物線材。整個生產(chǎn)過程主要有三步(圖5):首先,將所有相關(guān)物料充分混合,然后通過熱熔擠出機加熱擠出,最后,將該聚合物線材裝入線軸中。這種中間產(chǎn)品應(yīng)該進行密封包裝,以防止變質(zhì),直到它被送達藥房。
在最初階段,生產(chǎn)原材料的制藥公司應(yīng)根據(jù)所選藥物和所需的藥物釋放特性,來研發(fā)產(chǎn)品。此時,藥物配方以及熱熔擠出過程的設(shè)計都應(yīng)遵循以下規(guī)則:質(zhì)量源于設(shè)計。
近年來,研究人員開始注意HME在藥劑領(lǐng)域的應(yīng)用。通過對熱學和流變學的研究,他們確定了不同部件之間的相容性,以及對熱熔擠出技術(shù)和3D打印的適用性。之后,研究人員對相關(guān)產(chǎn)品的穩(wěn)定性進行試驗,以確定其保質(zhì)期。他們還用具有一定增溶特性(溶解快慢、酸堿度等)的聚合物,來生產(chǎn)線狀材料,以改變藥物的釋放特性。
線狀材料的直徑對3D打印過程來說至關(guān)重要。如果尺寸不合適,可能會導致擠出物堵塞或進料速率降低。一些吸濕性強的聚合物會導致直徑增大,影響原材料順利通過打印機。此外,加熱過程也會對直徑造成影響,所以在某些情況下,需要將帶有冷卻系統(tǒng)的外部皮帶輪連接到擠出機。
常規(guī)的質(zhì)量控制測試內(nèi)容包括尺寸、流變特性、拉伸強度、熱行為和藥物成分等。此外,應(yīng)用溶解裝置或Franz擴散池來評估藥物的釋放特性。
數(shù)字藥房:利用FDM技術(shù)打印個性化藥物
目前,一些藥店已經(jīng)配備了必要的基礎(chǔ)設(shè)施,來制造3D打印的給藥裝置。事實上,F(xiàn)DM型3D打印機是最合適的,因為它不需要進行重大的調(diào)整。在從事復方的藥店里,制藥設(shè)備可設(shè)置在固體和液體制備室的工作臺上,因為它需要通電才能工作。
在控制室,通過一臺或多臺配備必要接口的計算機,打印機可以聯(lián)網(wǎng)。醫(yī)生遠程發(fā)送處方,經(jīng)藥房管理部門授權(quán)后,藥劑師會對其進行修改,然后送至可用的打印機進行打印。因此,通過購買打印機和相關(guān)軟件,以及對人員進行培訓,常規(guī)的藥店可以變身為數(shù)字藥房。
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2019-4-23 18:26 上傳
(圖6:配備有FDM 3D打印機的數(shù)字藥房)
制藥過程主要分三步(圖5):首先,根據(jù)原材料制造商提供的信息和處方,技術(shù)人員使用打印機軟件設(shè)置相關(guān)參數(shù),如填充率、速度、分辨率、溫度等。此外,還需要從數(shù)據(jù)庫中選擇合適的給藥裝置形狀。FDM型打印機必須與原材料的規(guī)格兼容,這樣中間產(chǎn)品才能符合流程規(guī)范。
第二步包括線軸的連接和打印工作。在打印過程中,為了避免線軸的浪費和暴露,應(yīng)選擇數(shù)量合適的原材料,并將其轉(zhuǎn)移到較小的線軸上。而剩下的線狀材料應(yīng)用真空裝置進行密封。正如前文所提到的,F(xiàn)DM 3D打印機可以根據(jù)患者的特定需求,生產(chǎn)個性化藥物。
在第三階段,按照相關(guān)規(guī)定,技術(shù)人員會對生產(chǎn)的給藥裝置進行包裝,然后交給接待室的患者。在使用不同材料再次打印之前,必須對打印機進行清理。
除了選擇具有調(diào)節(jié)作用的聚合物外,還可以通過調(diào)整打印參數(shù)(如填充率、填充形狀或打印速度)來控制藥物的釋放特性。在劑型不變的情況下,可以選擇不同的線狀材料,以獲取所需的結(jié)構(gòu)。比如,加拿大Mosaic Manufacturing公司推出了3D打印設(shè)備——Palette2,它可以根據(jù)需要構(gòu)建的3D結(jié)構(gòu),將不同的線狀材料組合在一起。
成品藥的質(zhì)量控制應(yīng)與目前固體制劑的質(zhì)量控制相同,包括對平均質(zhì)量和感官特征進行測試。由于3D打印過程的自動化程度高,生產(chǎn)環(huán)節(jié)少,人為失誤的風險較低,所以它能有效保證產(chǎn)品的安全性。對于給藥裝置的其他特性,如硬度、易碎性、藥物成分和藥物釋放特性,可在試驗過程中進行驗證,或者根據(jù)各國監(jiān)管要求進行抽樣調(diào)查。
相關(guān)研究顯示,配制藥物的藥房出現(xiàn)失誤,如稱重錯誤,會導致患者中毒的情況,而3D打印技術(shù)可以很好地解決這一問題。此外,對于三維結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制,有以下幾種分析方法:一是使用可以分析成批產(chǎn)品的工具,例如近紅外光譜法,在藥物成分測定中,它的靈敏度可以與色譜法相當;以及太赫茲成像技術(shù),它可以在幾毫秒內(nèi)進行深度掃描,然后提供產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)信息。這些新的分析方法可以有效保證3D打印藥物的安全性。
專利保護和監(jiān)管要求:前景樂觀,但也需審慎
在過去的幾年里,醫(yī)療產(chǎn)品的3D打印得到了全世界的關(guān)注,特別是顱骨植入物、人工膝關(guān)節(jié)和脊柱假體等定制產(chǎn)品。這些產(chǎn)品都按照現(xiàn)行的FDA法規(guī)進行銷售。2017年,F(xiàn)DA發(fā)布了針對醫(yī)療制造商的3D打印草案指南,除此之外,目前還沒有關(guān)于其他產(chǎn)品3D打印的監(jiān)管規(guī)定。
2015年,F(xiàn)DA批準了首款3D打印藥物Spritam®(左乙拉西坦)。這一技術(shù)進步使人們開始關(guān)注3D打印給藥裝置。然而,盡管該領(lǐng)域發(fā)展迅速,但仍有一些法律和監(jiān)管上的問題需要解決。
Spritam是一種治療癲癇的速溶片,經(jīng)現(xiàn)有法規(guī)批準可用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。其設(shè)計使得大劑量的活性成分(1000 mg左乙拉西坦)能夠快速溶解。與壓片等其他技術(shù)相比,3D打印可以解決產(chǎn)品形狀設(shè)計等問題,促進制藥行業(yè)的發(fā)展,比如定制配方、設(shè)計多效藥丸“polypills”和小批量生產(chǎn)孤兒藥等。
在過去的十年中,許多3D打印技術(shù)不再是少數(shù)人的專利,這使得公眾和制藥公司能夠更好地使用3D打印設(shè)備。在申請專利的過程中,考慮到3D打印藥物的知識產(chǎn)權(quán),它應(yīng)該被認證為創(chuàng)新工藝或產(chǎn)品。專利權(quán)人對其產(chǎn)品或工藝享有專利權(quán),直至專利權(quán)有效期滿;同時,未經(jīng)專利權(quán)人許可,任何單位或者個人不得使用、制造、銷售專利產(chǎn)品。
但是,根據(jù)一些國家(如英國和巴西)的知識產(chǎn)權(quán)法,專業(yè)醫(yī)師為特定患者開具臨時處方不屬于侵權(quán)行為。與美國和歐洲不同的是,在巴西,從事復方的藥房大約有16000家,只占市場的一小部分,它們每年會處理超過6000萬個處方。如果這類藥店對大型制藥公司不會造成威脅,那么數(shù)字化藥房的技術(shù)飛躍可能會改變?nèi)蚴袌龈窬帧?br />
然而,這也可能引發(fā)嚴重的法律糾紛。其他已經(jīng)獲得專利的技術(shù)可以重新找回優(yōu)勢,這并不是因為新技術(shù)存在缺點,而是出于經(jīng)濟上的原因。例如,使用離子導入或超聲導入的微針、促進藥物釋放的貼片等。
眾所周知,制藥行業(yè)通過擴大已有技術(shù)的適用范圍來進行風險管理,而不是接受新產(chǎn)品。然而,這兩者的區(qū)別在于需求鏈不同。這一差異不是來自負責產(chǎn)品設(shè)計和推廣的制藥公司,而是來自患者或醫(yī)務(wù)人員。他們會對從事復方的小型藥店提出要求,最終這一要求會被反饋到提供原材料的制造商那里。
隨著這一領(lǐng)域的相關(guān)研究越來越多,以及藥店開始對新技術(shù)進行小規(guī)模投資,制藥行業(yè)可能會被迫對這些需求作出反應(yīng)。因此,以上提到的風險最終會降低,前景也會更加樂觀。
作為一種通用技術(shù),F(xiàn)DM 3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)多種給藥裝置。目前,來自世界各地的相關(guān)團隊正在研究生產(chǎn)過程中的細微差別。盡管迄今為止已經(jīng)取得了巨大進展,但還是有必要制定切實可行的計劃,來改善這些產(chǎn)品的性能。
不可否認的是,3D打印在開發(fā)個性化藥物方面擁有巨大潛力。然而,技術(shù)仍然是實際應(yīng)用的基礎(chǔ)。一套可行的生產(chǎn)流程需要制藥公司(大規(guī)模生產(chǎn)原材料)和數(shù)字藥房(根據(jù)患者的特定處方打印藥物)的共同參與。此外,監(jiān)管機構(gòu)和專利代理機構(gòu)應(yīng)與制藥公司合作,共同開辟3D打印藥物的新市場。