3D打印技術是一項新型的打印技術，目前已涉及生物、制藥等多個領域。在過去的幾十年中，3D打印藥物一直是學術界和業界的研究主題。目前，美國食品藥品監督管理局（FDA）批準了唯一一個3D打印藥物--Spritam(左乙拉西坦）。Spritam為口服治療癲癇發作的藥物，由ApreciaPharmaceuticals公司研發，按照505(B)(2)的申報途徑申報NDA，2015年獲得FDA批準上市，有250mg、500mg、750mg、1000mg四個規格。Spritam實現了以患者為中心的新治療功能，僅需少量液體或唾液即可迅速崩解，在口腔中崩解時間約為1-15s。

Spritam的成功完全依賴于ZipDose技術平臺，不僅擴大了產品管線和市場份額，還獲得了持續的排他性，并為多領域的藥物開發提供了新契機。

3D打印藥物定義與主要過程

藥品采用計算機輔助設計（CAD）進行3D（或2D）設計，將設計轉換為機器可讀模式（.stl文件格式），然后計算機程序將表面切成幾個不同的可打印層，并將逐層指令傳輸到打印機來生產藥物。3D打印藥物研發、設計與生產主要涉及5個關鍵階段，具體如下：

Spritam生產設備：液體-固體3D打印機

ApreciaPharmaceuticals在開發3D打印設備時，進行了諸多改進。設計原型機時要考慮工作空間、重復單元、生產效率、3D打印供料系統、干燥系統、傳遞系統等。液體-固體3D打印機工作簡圖簡圖1。

液體-固體3D打印機的供粉系統和供液系統的空間區域是分開的，分別處于半固定的位置。在最初的位置，構建模塊下沉，為粉末提供填充空間，隨著構建模塊向右移動，供粉器將粉末填充至構建模塊上，隨后粉末輥將粉末鋪平。當構建模塊移動到打印頭下方時，會在預設程序的命令下在相應的分層中噴出相應的液體圖案，構建出相應的層次結構。每個構建模塊在液體-固體3D打印機的循環系統中循環，供粉系統和供液系統不斷執行電腦程序“下達”的命令，按照層積方式堆疊、交錯，直至完成片劑的生產。液體-固體3D打印機供液系統有多個噴頭組成，供粉系統所提供的的粉末應能夠與構建模塊的數量相匹配（第一代液體-固體3D打印機-M系列的M0有12個構建模塊，圖2），防止粉末浪費并提高生產效率。構建模塊按照逆時針運動，12個構建模塊在半圓形部分按照特定的角度分離，在直線部分緊密拼接。該打印機可用于處方開發、注冊/驗證批生產、商業批生產，符合cGMP要求。藥物打印完畢后，在圖2下方線性區域卸載構建模塊，每次卸載3個，卸載后進入干燥程序。第二代液體-固體3D打印機（M1）是在M0的基礎上進行了改良，自動化程度更高，產量是M0的2倍。

ZipDose技術介紹

ZipDose技術與制劑相關技術并無相關性，非生產過程、工藝或機器，而是針對于處方系列本身的技術。

早期美國進行的一項關于吞咽片劑和膠囊的難易程度的調查，該調查發現美國約有50%的成年人（n=1002）確認自己吞咽片劑、膠囊困難。以此為背景，ApreciaPharmaceuticals開發了ZipDose技術。ZipDose技術不僅解決了患者吞咽困難的

問題，還解決了普通口服固體制劑載藥量低的的技術壁壘。不同技術制備的ODT（口崩片）優缺點見表1。與凍干、軟壓片技術制備的ODT相比，ZipDose技術制備的Spritam口崩片的最大載藥量為1000mg（Spritam共有250mg、500mg、750mg、1000mg四個規格），載藥劑量遠遠高于前兩種技術。而這1000mg的載藥量并不是ZipDose技術的最大劑量，ZipDose技術的原型藥物（模型藥物）最大載藥量高達1300mg（見圖3），總體來看ZipDose技術的載藥量占有很大的優勢，但不能否認ZipDose技術可用于小規格的制劑。高劑量的片劑是將API與輔料混合，在生產時噴射粘合劑溶液或水。低劑量的片劑是將API溶解到液體中后噴射到輔料粉床即可。

ZipDose技術平臺處方具有廣泛的適用性，適用于大分子和小分子藥物，其化合物最好屬于BCSI、II和III類藥物。ZipDose技術可用于150多種藥物，平臺技術的兼容性也證明了該技術的先進性。不僅如此，ZipDose技術還可用于多種活性成分的復方，亦可與緩控釋技術聯用；所選用的輔料范圍較廣，靈活性較高，對快速崩解制劑的開發起到積極的促進作用。同時，ZipDose技術還具有良好的掩味作用，對掩味困難的原料藥同樣有效。與壓縮型制劑相比，ZipDose制劑的孔隙率更高，能夠保證唾液快速進入片劑內部，片劑顆粒之間的連接被破壞，片劑完整性迅速喪失。

ZipDose這種液體和固體的組合，需要深入了解目標化合物的質量屬性，選擇適當的輔料和打印參數。不需要特殊的、新穎的輔料，現有的輔料能夠滿足技術需求，Spritam所用的輔料也能證明這一點（Spritam處方所用輔料：膠態二氧化硅、甘露醇、微晶纖維素、聚山梨酯20、聚維酮、三氯蔗糖、丁基化羥基茴香醚BHA、薄荷香精）。所選用的輔料應在生產過程中能夠潤濕，兼具粘合作用，能夠保證制劑給藥后在口腔中潤濕和崩解。輔料選擇不合適，會影響片劑內部孔隙的潤濕速度，從而降低片劑的崩解速率。ZipDose能夠保證片劑具有輔料的粉體性質，也需要更高的結合性。由于API本身性質，可能會有不良的味道，因此處方中還涉及采用甜味劑、香料掩味，除此之外，還可采用環糊精包合物、包衣、離子交換樹脂等技術掩味。這也是ZipDose技術追求的目標之一。

臨床研究

Spritam并非真正意義上完整獨立的NDA，但需要提供安全性和有效性研究。ApreciaPharmaceuticals公司開發Spritam時，使用Keppra（左乙拉西坦）速釋（IR）片作為參比制劑（RLD）；對于Spritam的只進行了BE/BA臨床研究將Spritam與參比制劑橋接起來，評估了不用水送服Spritam和Keppra（IR）的PK數據。

在健康男性、女性受試者體內進行了Spritam與Keppra（IR）的PK研究，Keppra（IR）作為參比制劑。主要研究包括：1.禁食和進食情況下口服1000mgSpritam與Keppra（IR）的關鍵PK研究，結果表明：餐前口服1000mgSpritam和Keppra（IR）具有相同的吸收速率和程度；高脂餐后延長了Spritam的吸收，Cmax降低了36%。2.為了研究確定穩態時Cmax的變化，使用非參數疊加模擬，采用三種不同的給藥方案研究了穩態暴露量：餐前口服Spritam1000mg（bid，每天兩次）、餐后口服Spritam1000mg（bid，每天兩次）、餐前口服左乙拉西坦緩釋片2000mg（qd，每天一次）。二者峰谷濃度相近。餐后服用Spritam的Cmax低于餐前服用Spritam和左乙拉西坦緩釋片。服藥后約13-24小時范圍內，餐后服藥的血藥濃度高于緩釋片，認為Tmax和Cmax的變化不會對臨床產生重大影響。服藥用水量與PK參數之間沒有明顯的相關性。

Spritam與KeppraIR片療效相似，具有相同的吸收速率和程度，故為進行藥效學研究。在PK研究時沒有發現嚴重的AE（不良事件）且與參比制劑具有相同的吸收率和程度，參考KeppraIR速釋片的安全性，二者的不良反應也相似，故認為Spritam是安全的。最終FDA批準了Spritam上市。

總結

本文介紹了一下3D打印技術中的的ZipDose處方技術設計平臺以及臨床考慮，該技術有望實現覆蓋更多的藥品。ApreciaPharmaceuticals為藥品技術應用多樣化奠定了基礎。隨著3D打印技術的發展，將來會有越來越多的技術涌入藥品研發，同時，3D打印藥物也將會促進個性化醫療以及精準醫療，并為患者提供更多的治療選擇。