你记忆中的药丸是不是原片状或者胶囊状的？这是因为圆形和椭圆形使它们更容易吞咽，但这并不能很好地控制它们如何释放药物。然而，要使药物治疗达到最佳效果，有效成分必须在体内达到特定浓度并停留在那里。问题是，传统的药丸形状很难保持这一浓度。以后看到若是形状奇特的药丸不要惊讶，因为研究者们已经发现，通过对药丸的形状进行设计，可以进行体内可控的药物释放过程。

3D打印小药丸能更好地控制药物释放

来自德国和美国的研究学者结合使用先进的计算方法和3D打印技术，生产了能够以可控形式溶解在液体中的物体，使得药物能够高效、有针对性的释放，更推动了3D打印技术在制药领域的发展。他们的研究已经已经发表在了《ACM Transactions on Graphics》上，题目为《Shape from Release: Inverse Design and Fabrication of Controlled Release Structures》(从溶解到形状：控制释放结构的逆向设计和制造)。

该项目由 Vahid Babaei 博士和 Julian Panetta 教授领导，打印的3D结构会在所需的时间以一种函数变化进行溶解，从而以受控方式释放。研究人员巧妙地结合数学建模、实验设置和3D打印，打印出了具有复杂3D形状的结构，能够实现在药物溶解时定量输送药物。

研究人员的想法是，当药物均匀地混合在可溶解载体材料中时，药丸的形状（以及溶解方式）是决定药物释放方式的关键因素。因此，举例来说，点状和较薄的部分会首先溶解，然后是形状较厚的部分。

研究背景

形状不同的物体在溶液中溶解的形式也大不相同，预测具有不同形状的物体的溶出动力学是一个重要的问题，尤其是在药剂学中。然而，更重要和更具挑战性的是通过形状控制溶解，即设计形状，使材料在特定时间内在溶剂中具有所需的释放行为。

研究内容

研究人员通过引入计算逆向设计来解决上述问题：

首先，研究人员确定了药片释放有效成分的时间、顺序和数量。然后，他们使用一个模型生成具有这种精确释放特征的形状，最后使用商业 3D 打印机生产出奇异的新药片。在实验室实验中，研究小组发现，药丸能按照模型预测的方式溶解于水，在所需的时间内释放出有效成分。

药丸的尖部和较薄的部分将首先溶解，然后是较厚的部分 MPI-INF

药丸的形状很奇特，有的像方形甜甜圈，有的像花瓶或机械零件，可以把它们装在光滑的胶囊里，这样就能很快溶解。

这是一个令人感兴趣的想法，但研究人员也承认，即使有3D打印技术的帮助，要扩大这类复杂形状的生产规模可能也比较困难。不过，如果能克服这些障碍，这一概念也可应用于其他化学生产行业。

推动3D打印在制药行业中的发展

简单来说，研究者发明了一种完全依赖于物体形状的时间控制释放过程，这将推动3D打印在制药行业中的发展。这些看起来很有趣的药丸并不是设计噱头，它们可以在所需的时间范围内释放药物，能够精确控制患者的药物浓度，这是药物治疗关键的一环。在静脉输注的情况下，血液中的浓度由滴速乘以静脉溶液中药物的比例决定，但对于口服给药，药物浓度很难精确保证。

研究者们的想法是在不同位置使用具有不同药物浓度的多组分、多材料结构。这本来很难制造，但得益于3D打印的巨大进步及其创造复杂形状的的能力，制造具有成分可控分布的药物目前是可以实现的。对于这类药物，药物的释放时间和体量完全取决于几何形状，更容易保证和控制。

由于药丸在消化道摄入后不可能受到外部影响，因此所需的时间依赖性药物释放必须由样品的形状（溶解的活性表面）产生。研究人员想到可以根据给定的几何形状计算随时间变化的溶出度。因此，研究团队提出了一种正向模拟，模拟了药丸一次溶解一层的状态。然而，研究者们最感兴趣的是首先定义所需的释放，然后找到根据该释放曲线溶解的形状。即使使用这种有效的正向模拟，为所需药物方案找到合适的三维形状的逆向工程也存在很大困难。

这就是拓扑优化 (TO) 的应用所在：正向模拟被反转以找到具有特定属性的形状。TO最初是为机械部件开发的，同时获得了广泛的应用。该团队率先提出逆向设计策略，基于拓扑优化从发布行为中确定最合适的形状，并且通过了实验验证，最终测得的释放曲线与所需值十分相近。逆向设计方法还可以结合不同制造系统的不同可制造性约束。例如，它可以被修改以生成挤压形状，因此不会妨碍大规模生产。除了所讨论的制药应用之外，进一步的可能性包括生产催化体甚至粗粒肥料。

3D打印药丸还有什么其他的效果？

3D打印药片——癫痫病人的福音

2015年，首款由Aprecia制药公司采用3D打印技术制备的SPRITAM（左乙拉西坦，levetiracetam）速溶片得到了美国食品药品监督管理局（FDA）上市批准，并将于2016年正式售卖。这意味着3D打印技术继打印人体器 官后进一步向制药领域迈进，对未来实现精准性制药、针对性制药有重大的意义。

Aprecia的首席执行官唐•怀瑟豪德（Don Wetherhold）表示：“SPRITAM将3D打印技术与规定异常严格的癫痫治疗结合在一起，旨在满足那些用药不太方便的癫痫患者。这是Aprecia计划中改变患者服药方式的一系列中枢神经系统产品中的第一个。”

据了解，癫痫病人往往需要服用大量的难以吞咽的药丸，而3D打印的左乙拉西坦药片内部具有丰富的孔洞，具有极高的内表面积，故能在短时间内迅速被少量的水融化，也就是说，患者只需要咽一小口水就可以顺利地吞下药丸，非常方便，这给有吞咽障碍的癫痫病患者带来了巨大的福音。

通过控制磁场精准给药 不会伤害健康细胞

2020年根据苏塞克斯大学研究人员的一项研究，医生们很快就可以用磁场控制的3D打印胶囊对危及生命的疾病进行全程治疗。苏塞克斯大学和德克萨斯大学奥斯汀分校的工程师和制药科学家开发了一种可触发的远程控制系统，用于按需配送药物。

利用3D打印技术和磁驱动技术，研究人员证明了由磁场触发的能够在体外抑制癌细胞增殖的药物释放的概念。

苏塞克斯大学生命科学学院的博士研究员、该研究的第一作者Kejing Shi说:“该设备提供了个性化治疗的潜力，通过加载特定浓度的药物，并在不同的剂量模式下释放它。所有结果都证实，该设备可以为癌症等局部疾病的治疗提供一种安全、长期、可触发和再利用的方式。”

孩子打造更易吞咽的“糖果药丸”

2019年，英国FabRx公司宣布，他们使用3D打印技术为患有“枫糖尿症”（Maple Syrup Urine Disease, MSUD）的儿童定制专属药物。

枫糖尿症是一种罕见的遗传代谢紊乱，治疗方案通常需要医生根据患者的个人情况定制，并花费较多时间来准备个体化的胶囊。利用3D打印技术可以大大缩短医生的工作时间，快速创建这些独特药丸的剂量、口味和形状，不仅可以有效地管理疾病，而且让患儿更愿意接受“吃药”这件事。

来自伦敦大学学院（University College London）和圣地亚哥·德·孔波斯特拉大学（Universidad deSantiago de Compostela）研究人员验证了这款3D打印药物的有效性。

通过对已经服用3D打印药物的MSUD患者进行为期半年的追踪监测，发现个性化的药物在管理患者异亮氨酸水平方面与传统药物一样有效。此外，研究小组还注意到，血液中异亮氨酸的浓度越接近目标水平，服用3D打印药丸的患者身上所表现出的基因变异风险越低。个性化定制不同颜色、口味的药片，也一定程度提高了儿童对药片的接受度，从而简化药物吞咽。

FabRx公司研发总监Alvaro Goyanes博士表示，他们致力于解决传统制药行业难以解决或者目前仍未解决的问题，期待与更多团队合作，将越来越多3D打印的药物推向临床。

文章来源： 南极熊3D打印网 ，cnBeta，3D打印之家，前瞻网，再生医学网Engtis