《Journal of Controlled Release》： 3D打印植入物按需遞送蛋白質(zhì)藥物

來源：EngineeringForLife  

3D打印技術(shù)已經(jīng)徹底改變了制藥行業(yè)中多功能給藥系統(tǒng)的設(shè)計。3D打印技術(shù)在設(shè)計和制造新結(jié)構(gòu)方面多個優(yōu)勢，比如用來制造執(zhí)行特定功能的螺旋狀結(jié)構(gòu)，定制藥物在基質(zhì)中的分布，控制給藥系統(tǒng)不同部分輔料的組成等。但是藥物釋放主要受基質(zhì)擴散或侵蝕的控制，無法精準控釋。

近日，來自Seoul National University的Yu-Kyoung團隊在Journal of Controlled Release雜志上發(fā)表題為“On-demand delivery of protein drug from 3D-printed implants”的文章，構(gòu)建了一種3D打印的多單元植入物，能夠以遠程光控的方式實現(xiàn)蛋白質(zhì)藥物的遞送。該多單元植入物使用聚己內(nèi)酯(PCL)、月桂酸(LA)和黑色素(MEL)作為基質(zhì)，聚己內(nèi)酯支架作為多單元分隔物，以胰島素為模型藥物，使用近紅外光(NIR)照射引發(fā)受照部位胰島素的受控釋放。

圖1為多單元植入物的制造方法和作用原理。先使用PCL打印分隔出四個矩形單元，再將月桂酸、黑色素和胰島素的混合基質(zhì)打印到到植入物的每個單元內(nèi)。黑色素具有光敏感性，在近紅外光照射下熱，使得月桂酸融化，從而釋放出藥物。不同方位的近紅外光照射可導(dǎo)致不同隔層內(nèi)的基質(zhì)融化，而隔熱的PCL可以避免非照射區(qū)域的藥物釋放，從而實現(xiàn)光控制的藥物多重釋放。

圖1 光觸發(fā)3D打印多單元植入物的胰島素按需遞送

圖2對多單元植入物的理化特性進行了表征。Micro-CT與SEM圖像顯示該植入物由裝載黑色素的棕色粗糙基質(zhì)單元，和PCL的白色光滑的隔離層單元組成。在近紅外光的照射下，未裝載黑色素的植入物不會有明顯的溫度變化，而裝載黑色素的植入物溫度會顯著升高，導(dǎo)致月桂酸熔化，基質(zhì)變形。

圖2 3D打印多單元種植體的形態(tài)和近紅外響應(yīng)

圖3 使用STZ誘導(dǎo)的I型糖尿病小鼠，在第五天植入3D 打印多單元植入物，在第六到九天分別進行了近紅外光照測試了各種植入物對小鼠血糖水平的調(diào)節(jié)。實驗表明裝載黑色素的植入物近紅外光照后小鼠的植入處溫度會升高，未裝載胰島素的植入物不改變糖尿病小鼠的血糖水平，只有裝載了月桂酸、黑色素和胰島素的小鼠能夠控制血糖水平。

圖3 糖尿病小鼠血糖水平的光控調(diào)節(jié)

綜上所述，該研究開發(fā)了一種基于3D打印技術(shù)的用于藥物光控制釋放的多單元植入物，能夠皮下植入，通過外部近紅外輻射的方式按需多次釋放胰島素，該植入物有望成為一種方便的治療糖尿病方式，避免患者重復(fù)注射胰島素的痛苦和不適。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2022.06.047.