據(jù)統(tǒng)計，每個美國人平均每年要服用12種處方藥物。這些處方藥物幾乎100％都是制藥公司根據(jù)那些最常用的處方劑量大規(guī)模制造出來的。此外，雖然這些藥物有多種顏色，但這些藥丸的形狀只有寥寥幾種。

雖然目前并不是特別清楚，藥丸的形狀和尺寸是否會顯著改變藥物對人體的作用。但是幾乎所有的藥丸都使用統(tǒng)一的尺寸和形狀的做法已經(jīng)實施了數(shù)十年，這一狀況需要在未來有所改變，因為未來的用藥更側(cè)重于定制化而非規(guī)模生產(chǎn)。為了做到這一點，我們需要找到一種既迅速又精確地定制藥物的方法。

近日，倫敦大學制藥學院與FabRx公司的研究人員發(fā)表了一篇名為《3D打印藥片的幾何形狀對于藥物釋放的影響（Effect of Geometry on Drug Release From 3D Printed Tablets）》的論文，詳細說明了使用3D打印技術制造出一般難以制造的異形藥片的方法。

“未來的藥劑設計和制造很可能會從限定劑量的片劑/膠囊的大批量生產(chǎn)邁向針對病人的個性化、任意劑量的即時制造。”研究人員寫道。“推動這一變化的因素包括具有狹窄治療指數(shù)的低劑量藥物（比如免疫抑制劑和/或血液稀釋劑）的發(fā)展、對于藥物基因組學重要性認識的不斷提高（比如癌癥患者的藥物敏感性方面）以及制定藥物組合的需要。為了應對這一挑戰(zhàn)，制藥行業(yè)需要評估和接受新的制造技術。其中一項具有潛在應用可能的技術就是3D打印（3DP）。”

其他研究機構主要依靠溶液的被動擴散作為導入藥物的主要方式，從而導致能夠發(fā)揮作用的總藥物劑量非常低，而在這項研究中的研究人員則選擇使用熱熔擠出方法——一種在制藥行業(yè)廣泛使用的方法——在整個水溶性聚合物（聚乙烯醇，PVA）中均勻散布藥物。用這種方法能夠制成一種藥物輸注線材。據(jù)了解，他們的目標是再用這種線材3D打印出無法通過傳統(tǒng)粉末壓制方法制造的各種形狀藥丸，并根據(jù)藥物不同的溶出行為設定幾何參數(shù)，確定藥丸的形狀。

那么，研究人員在論文中是如何描述他們的研究方法的呢？

首先，他們從MakerBot那里購買了水溶性的PVA類線材，并準備了USP級撲熱息痛（也稱為乙酰氨基酚，泰諾的通用形式）和鹽。他們把線材切成一段段的小塊（長度為大約value="2" unitname="毫米">2毫米），基本上把一整卷的線材全變成了顆粒。然后把它們與撲熱息痛充分混合，并用一臺拉線機將混合物重新拉成3D打印線材，拉制線材的時候?qū)囟仍O置在value="180" unitname="℃">180℃。于是他們就制成了一卷藥物輸注3D打印線材。

下一步就是打印藥丸了。研究人員使用AutoCAD 2014設計出各種獨特形狀，并將設計導出為STL文件，然后使用自制的藥物輸注線材在桌面型MakerBot Replicator 2X 3D打印機上打印出各種藥物片劑。

“我們使用軟件設計出擁有固定表面積（275平方毫米）、固定表面積/體積比（1：1）或重量（500毫克）的藥丸。”該論文解釋說，“而且在所有的情況下，每個形狀的長度、寬度和高度的比率保持恒定。”

下面是每種3D打印藥片的統(tǒng)計數(shù)字，他們打印了5種不同的形狀：立方體、金字塔、柱狀、圓環(huán)體和球體。

研究人員一旦證明，這些復雜的藥片形狀能夠經(jīng)由FDM 3D打印機相當精確地制造出來，那么剩下的時間就是研究藥片的質(zhì)量以及這些形狀如何對藥物的溶解產(chǎn)生影響。

在進行溶解試驗后，研究人員得出的結論是：事實上，幾何形狀確實在決定藥物釋放曲線中起到主要作用。他們發(fā)現(xiàn)，當在3D打印的藥片表面積保持恒定時，藥物釋放速度最快的是金字塔形的藥片，接著是圓環(huán)體、立方體，球體，最后是圓柱體。這個排序與片劑表面積/體積比率直接相關，因為圓柱體的這一比值最低，而金字塔狀的則最高。 這使得研究人員得出如下結論：

“片劑的藥物釋放動力學顯示其對于表面積并不存在依賴關系，而是跟表面積與體積的比率直接相關，這表明了幾何形狀對藥物釋放曲線的影響。而大量形狀類似的片劑表現(xiàn)出來的溶解曲線幾乎沒有差別。“

因此，該研究表明，3D打印機打印成各種形狀和大小藥片的能力可在未來的藥劑定制中發(fā)揮顯著的作用。舉例來說，患者A可能需要藥物快速釋放到血液中以減輕他的痛苦；而患者B則可能需要相同的藥物更慢、更穩(wěn)定釋放。而醫(yī)生提供的是可3D打印的藥物輸注線材，患者A就可以打印出金字塔狀的藥丸服用，而患者B則可以服用圓柱狀的藥丸。