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工业4.0时代产物:药物将可实现3D打印?

时间:2021-11-03 14:11 来源:21世纪经济报道 作者:admin 阅读:
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    “从本质来看,现在的制剂技术是工业2.0时代的产物,即等材制造;而3D打印药物技术是工业4.0时代的产物。”近日,南京三迭纪医药科技有限公司创始人、首席执行官成森平博士向21世纪经济报道记者介绍,3D打印技术应用于制药行业天然具有数字化属性。

     相比传统制剂技术,3D打印技术的数字化设计和制造的高灵活性在制药上展现出优势,如可根据疾病机制和药物机理设计药物剂型,包括制剂产品的外部形状和内部结构、原辅料比例、药物的释放曲线等,也可实现复杂结构制剂的快速生产。

      因其快速、灵活和精准控制释放的特点,药物3D打印在规模化生产和个性化用药两个方向上具备广阔的应用前景,也将推动制药行业迈入智能制药新时代。成森平指出,跟产品类公司路径完全不一样,平台技术型公司基本要靠一己之力从科学到技术,技术到产品,产品到法规,法规到商业化,商业化到资本化,走通一个全链条。

“工业4.0时代产物”

      1996年麻省理工学院材料科学与工程学院教授Michael Cima首次报道了粉末粘结3D打印技术可应用于制药。从那时起,制药公司和研究机构对3D打印在制药领域的探索热情逐渐高涨。2015年,美国3D打印公司Aprecia开发的全球首款3D打印药物——治疗癫痫的SPRITAM(左乙拉西坦)获美国FDA批准上市,并于次年正式走向市场。继SPRITAM之后,2021年1月,中国3D打印药物公司三迭纪的首款产品T19获得美国FDA的新药临床试验 (IND) 批准,用于治疗类风湿性关节炎,预计将于2023年向美国FDA递交上市申请。

     成森平介绍,在数字化优势方面,3D打印技术能够实现数字化的药物开发方法,智能化的生产模式,可实现程序化精准控制药物释放。“从本质来看,现在的制剂技术是工业2.0时代的产物,即等材制造;而3D打印药物技术是工业4.0时代的产物,通过把计算机上的蓝图变成实物,具有数字化的属性,所以将3D打印技术应用于制药行业也天然具有数字化属性。”

相比传统制剂技术,3D打印技术的数字化设计和制造的高灵活性在制药上展现出优势,如可根据疾病机制和药物机理设计药物剂型,包括制剂产品的外部形状和内部结构、原辅料比例、药物的释放曲线等,也可实现复杂结构制剂的快速生产。

具体来看,不同的结构设计,可提高药物疗效或降低副作用。3D打印的药物具有复杂的内部结构,通过药片内部的结构设计来精准的控制药物释放,从而满足各种各样的临床需求。举例来说,起始释放时间可通过调整包覆在药芯外的可溶蚀材料的厚度来控制,而药物的释药速率可通过改变药芯的几何形状结构和暴露面积来调节,让药物释放后达峰的时间,与发病高峰期吻合。另外,通过一个药片里多个独立腔室的设计,也可将不同的释药方式灵活组合,实现复方。

因其快速、灵活和精准控制释放等特点,3D打印药物在规模化生产和个性化用药两个方向上具备广阔的应用前景。

据了解,一粒3D打印药片打印成型平均耗时只需两、三分钟。此外,由于精准进料,可以大幅度提高药物原材料的使用率,降低成本。

成森平还指出,3D打印是一个可以实现个性化药物生产的工具。“我们预测在接下来10—20年,3D打印技术只是个性化药物中一个必要但不是充分的条件,还需要有跟疾病相关和药物作用机制很多的科学积累,特别是数字医学这些积累,所以要有大量数据的基础,然后才有可能为个人去提供专门定制化的药物。”

3D打印药物难点在哪?

3D打印药物难点在哪?成森平表示,一是技术的走通;实际上,做3D打印药物是底层的制药技术,不是一种技术的微创新,意味着在全部技术能力都要走通,包括开发专为制药研制的3D打印设备,打印材料的研究体系,以及3D打印新型制剂的研究方法。此外,还要研究用该技术开发的新型制剂在体外体内的机制问题,这样才算做到真正完成第一步,即技术的走通。

但如何利用该技术帮助药企更好地开发产品,推动行业智能化则充满挑战。成森平进一步指出,药物3D打印技术是技术和手段,至于用其开发何种产品其实是商业的选择。“广义上来说,无论对于新分子药、改良型药物,还是仿制药,3D打印药物都可以有所作为,但从商业回报上来看,我们主要做新分子药和改良型药物,产品都是全球化产品。”

二是把各国的法规路径走通;有了技术之后,还需要通过产品能够把每个国家,或者某些特定国家的法规路径走通。因为制药行业是一个强监管的行业,在任何一个国家上市都要经过这个国家药监法规部门的审批,且新的制药技术审批过程极其严苛。

此外,成森平还表示,除走通技术、产品、法规外,还需走通商业化,甚至是资本化路径。“跟产品类公司路径完全不一样,平台技术型公司基本要靠一己之力从科学到技术,技术到产品,产品到法规,法规到商业化,商业化到资本化,做完一个全链条。”

成森平指出,做完一个全链条,首先需要很长时间,第二需要很多钱,第三需要非常强的创新创造能力,第四需要公司强大的运营能力。因此,3D打印药物赛道有天然的壁垒,不会有很多公司会扎堆进入;但只要成功,便会形成技术和专利垄断,带来巨大的商业红利。

Aprecia产品SPRITAM 是基于粉末粘结技术,该药由层积制成,内部有很多孔隙,仅需口腔内唾液即可迅速溶解;而三迭纪采用的是其独创的 MED(热熔挤出沉积)3D 打印技术。

     粉末粘结打印(PB)最早被应用到制药领域,已经成功实现产业化,可用于制备热稳定性差的药物,并能实现非常高的载药量,打印的药片具有疏松多孔的内部结构。热熔挤出沉积(MED)打印可直接将粉末状的原辅料混匀熔融成可流动的半固体,通过精密的挤出机构,以及对材料温度和压力的准确控制,将含药熔融体以高精度挤出,层层打印成型,制备成预先设计的三维结构药物制剂。

成森平介绍,在第一个阶段,MED技术主要用来做小分子药物,90%以上的小分子都可以适用;尽管三迭纪也在探索一些生物药。


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