【原】顶刊综述：药物输送和生物医学中的半固态挤压3D打印

食研私享 2021-11-12

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药物输送和生物医学中的半固态挤压3D打印：针对医疗保健挑战的个性化解决方案

导读

2021年2月27日，西班牙圣地亚哥大学、伦敦大学药剂学院......、伦敦生物技术公司FabRx Ltd：Iria Seoane-Viaño（第一作者）......、Abdul W.Basit*（通讯作者）、Alvaro Goyanes*（通讯作者）等在药剂学TOP期刊Journal of Controlled Release（影响因子：7.727；分区：Q1/1区）在线发表了题为“Semi-solid extrusion 3D printing in drug delivery and biomedicine: Personalised solutions for healthcare challenges ”的综述文章，敬请垂阅。

该综述首先强调了影响将3D设计转换为3D物体的可行性的主要打印工艺参数和材料特性，然后讨论了当前半固态挤压(SSE)3D打印的发展和在制药、生物打印和生物电子学领域的应用。最后，探讨了这项技术的优势和局限性，重点在于其潜在的临床应用和制备个性化药物的适用性。

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DIO：10.1016/j.jconrel.2021.02.027

正文共3377字，20图，预计阅读时间9分钟

▌▍▎成果介绍

三维(3D)打印是一种创新的增材制造技术，能够以逐层的方式制造独特的物体。半固态挤压(SSE)是材料挤压3D打印的一个子集，它基于凝胶或糊状物层的连续沉积，这项采用半固体或半熔融材料的多功能技术可以创造出具有个性化特征的复杂结构。SSE可以制备具有不同几何形状和释放特征的药物，还可以根据患者的个人口味和颜色方面进行定制。

与其他基于挤压的技术相比，SSE 3D打印采用较低的打印温度，因此适合药物输送和生物医学应用，例如适用于印刷皮肤组织、角膜和心脏贴片等富含细胞的组织。并且一次性注射器的使用方便了整个过程，有助于满足严格的质量控制要求。

除了制药业，SSE 3D打印在生物电子学领域也引起了越来越多的关注，特别是在能够测量生理参数的生物传感器方面，所有这些成就为从更准确的诊断到患者定制的药物等更个性化的治疗方法铺平了道路。

▌▍▎图文赏析

▲图1. SSE 3DP挤出机制：（A）气动挤出，包括（A1）无阀和（A2）基于阀的，（B）机械挤出包括（B1）活塞驱动或（B2）螺杆驱动，以及（C）螺线管挤压。

▲图2. 在压力下通过喷嘴挤出材料的示意图以及应克服的流变挑战。

▲图3.（A）装载卡马西平的材料的SSE，以制备直径15毫米，高度3毫米，对角线（45°）填充图案的小版药片。（B）流变行为配方I和II的组成不同，它们的HPMC和Ac-Di-Sol®SD-711的相对比例以及所添加的溶剂体积（乙醇：水10:90％v / v）不同。（C）配方I（A-C）和II（D-F）印刷品的SEM图像。

▲图4.（A）左侧为含有三种不同药物的复方制剂药丸示意图，该药物被分成具有不同释放机制的不同隔室，而右侧为印刷的复方制剂药丸照片。（B）左侧为多药丸设计示意图；上方是立即释放隔间，下面是三个持续释放隔间，右边是印刷的药片的照片。（C）在左上方，从上到下的3D打印水凝胶Pluronic F-127药丸照片，其中包含90min的处理间隔后获得的核-壳结构，多层和梯度浓度曲线。红色染料有助于使用图像处理技术来测量径向浓度分布图，以下是在12小时后处理间隔后获得的相同3D打印的Pluronic F-127药丸的自上而下的照片。右侧是示意图，显示了通过控制单个制剂的空间分布来编程单个制剂的各个活性成分的时间释放曲线的概念。

▲图5. （A）卡马西平在含有蒸馏水的培养皿中崩解：i)5s；ii)120s；iii)360s；iv)540s。（B）三种不同形状（圆柱体(I)、环面(Ii)和椭圆形(iii)）的左乙拉西坦打印药片。（C）含有扑热息痛的速释片的照片。（D）体积不断增加的左乙拉西坦打印件的侧视图。

▲图6.（A）用不同浓度的HPMC 4KM制成的增重3D打印片剂的照片：i）K4M10％和ii）K4M12％。（B）在其结构中显示不同网格宽度值的3D打印平板的图像。（C）具有不同填充百分比的3D打印的胃浮片剂。（D）具有不同填充密度的浮动缓释打印小片。（E）具有不同填充设计和不同打印线之间距离的3D打印药片。

▲图7.（A）以不同大小，风味和颜色制成的可咀嚼的异亮氨酸小片。（B）3D打印的巧克力基剂型。（C）扑热息痛(蓝色)和布洛芬(红色)口服乐高™类明胶基剂型的侧视图（i和ii) 和底部（iii）。（D）3D打印的不同形状的软糖：心形，小熊软糖和圆盘。（E）各种形状和颜色的3D打印软糖。

▲图8.（A）从左到右：25、50、100和200 mm 载有药物的薄膜。（B）空白ODFs，模型高度为45至205 µm（从左到右）。（C）装有华法林的不同尺寸的ODFs。

▲图9.（A）各种几何形状（圆柱，棱柱，立方体，圆环和立方体）的载药S-SMEDDS制剂的图像。（B）用于人类给药的具有自乳化特性的脂基栓剂，以三种不同尺寸印刷，作为个性化的例子。

▲图10.（A）脱氢皮质醇负载结构的照片。从左至右：安慰剂，0.5％，1.0％和1.5％的含药结构。（B）上方照片，以不同形状（无环的正方形，圆形和椭圆形，每侧都有环用于缝合）的3D打印贴片。中间照片，3D打印的补丁具有三种不同类型的孔（网格，倾斜和三角形）（比例尺：5 mm）。下方照片，展示3D打印贴片的柔性和可伸展特性(比例尺：2 mm)。（C）紫外线照射前使用聚乙二醇化脂质体阿霉素的3D打印贴片的图像。（D）左图是药物洗脱支架的3D打印（生物穿刺）。右图是一颗穿孔螺柱上装配的生物穿刺器的照片。（E）具有以下特征的3D打印果胶贴片的光学显微镜图像：(a) 0％，（b）2.5％，5％，（c）10％，（d）20％和（e，f）30％w / w壳聚糖和环糊精/蜂胶提取物包合复合物颗粒。（F）左边是3D打印的微针贴片的照片，右边是具有5×6针阵和2×2针阵的微针贴片的扫描电镜图像。

▲图11. 具有形状记忆特性的3D打印物体的照片，当用热风枪加热时，其形状会从临时形状变为永久形状。上方图中，一块被压缩的盘子恢复为原来的形状，如同一个直立的空心花瓶。下方图中，橡皮糖玩具链恢复其原始形状。比例尺为6 mm。

▲图12.（A）左侧是在大鼠网膜的两层之间移植的生物打印补片的图像。白色虚线划定了补片的边缘。右边是经过生物打印和细胞化的小型人心脏，左右心室分别染成蓝色和红色。（B）在上方，角膜结构已从打印支架上移开。在下面，由于角质形成细胞在生物墨水中的结合，相同的角膜结构在打印后1天就开始散开。（C）左图为人类皮肤的光学显微镜图像，右图为培养26天后生物打印的皮肤的光学显微镜图像。（D）由人纤维细胞和生物墨水组成的3D生物打印人耳。

▲图13. 3DP制造的可穿戴软电子产品的图像；（A）右边是安装在纺织品上的印刷应变传感器和微控制器电路的图像，左侧是响应人类脚施加压力的足底传感器阵列的图像。（B）在人的手（自由曲面）上的3D打印无线设备的图像。（C）上面是带有嵌入式应变传感器的手套的图像，下面是处于拉伸状态的三层应变压力传感器的图像。（D）左侧是用导电聚合物墨水制成的3D打印柔性电子电路。右侧是9通道3D打印软神经探头的放大图像。（E）左边是一个具有GelMA和银纳米粒子墨水的独立式3D打印平台。中间是同一3D打印平台的保形覆盖范围显示了银轨道的放大图像。右边是3D打印的加热线圈设计。

▲图14.（A）带有发射环形天线的仿生耳朵的图像（比例尺为1 mm)。（B）上方的CAD模型中，显示了隐形眼镜曲面上的QD-LED组件。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍下方是3D打印的QD-LED输出的电致发光（比例尺为1 mm）。（C）以导电弯曲线的形式印刷的电小天线的图像。