药片并非只有传统压片这一种生产方式,“打印药片”正从科研概念逐步走向产业落地。作为新型增材制造技术,3D打印凭借高设计自由度、成型快、可实现个性化定制等优势,已广泛应用于航空航天、汽车、医疗零部件等领域,如今正在重塑制药行业的发展格局。
药物3D打印行业起步于上世纪80—90年代,1996年MIT相关团队证实粉末粘结3D打印可用于制药,同年全球首家药物3D打印企业成立。2015年,Aprecia的抗癫痫药物Spritam获FDA批准上市,成为全球首款3D打印药物,正式获得监管层面认可,也带动全球研发热潮。但时至今日,这款首款产品市场销量有限,第二款商业化药物迟迟没有出现,行业也陷入思考:3D打印药物究竟是噱头,还是真正具备产业价值。
按照ASTM标准,制药领域的3D打印技术分为七大类,分别为材料挤出、黏合剂喷射、材料喷射、粉末床熔融、光聚合、直接能量沉积和薄膜层积。
传统药片生产,是原料药与辅料混合后压片量产,优势是可以大批量产出标准化药片。但这套模式下制剂千人一面,无法针对老人、儿童、特殊体质患者做差异化适配,即便增加包衣工艺,也只能实现标准化的缓释效果。
3D打印制药打破了这套固有逻辑。它可以制造多层、多腔室的复杂药片内部结构,不同腔体、不同药层可以搭载不同原料药与辅料,实现程序化的可控释药。国内产业化主流为热熔挤出沉积MED技术,原理是将药物与辅料熔融后,通过喷嘴按照数字模型逐层挤出成型。制药打印对工艺要求严苛,很多药物不耐高温,行业需要在熔融加工和保护药物活性之间寻找平衡点。
依托独特的结构设计能力,3D打印药片可以实现外层速释、内层缓释的分层释放;也可以构建保护屏障,提升药物吸收效率;还可设计“胃滞留”结构,延长药物在胃部的作用时间,性能优于传统胃漂浮制剂。
目前全球3D打印药物企业分化为两大发展方向:一条是面向工业端的规模化量产路线,另一条是面向医院药房的分布式个性化制备路线。
美国Aprecia凭借粘结剂喷射技术,打造出全球首款上市3D打印药物,该工艺极大地方便了吞咽困难的患者(如儿童、老年人、中风患者等),解决了他们吞咽大药片的痛点。
粘结剂喷射 BJ技术原理示意图及Spritam®(左乙拉西坦)
国内代表企业三迭纪,拥有全球数量最多的IND阶段3D打印药物管线,三迭纪致力于通过自主研发的3D打印制药技术,颠覆传统制剂开发模式,实现药物的精准递送与个性化定制。2025年9月,三迭纪取得国内首张3D打印药品生产许可证,这标志着中国3D打印制药技术首次迈过“合规生产”门槛,企业也通过技术授权,和多家跨国药企达成合作。
三迭纪管线汇总
英国FabRx深耕药房端个性化制药,开发桌面式打印设备,在医院开展儿童用药临床试验,通过定制剂型改善儿童服药依从性。
FabRx的桌面打印机M3DIMAKER
美国Multiply Labs另辟蹊径,以打印胶囊壳体+机器人填料的方式实现复方处方的效果,业务聚焦定制化制剂与细胞治疗相关领域。默克、辉瑞等跨国药企则较少自研设备,更多以合作模式入局,把3D打印作为复杂制剂研发工具。
Multiply Labs个性化药物方案示意图
从市场层面看,全球3D打印药物市场保持稳步增长,2024年规模约3.38亿美元,预计2034年达到约7.89亿美元。北美是当前最大市场,亚太地区被视作未来增长高地,神经系统疾病是最主要应用场景,医院诊所为主要使用终端。
3D打印药物的核心价值,是用数字化制造补齐传统制药的短板。传统制剂遵循“统一剂量面向全部患者”,但不同人群体重、代谢、脏器功能存在差异,相同剂量带来的药效和安全性不尽相同,而3D打印为精准给药提供了可行方案。
对比传统制剂,它的现实优势体现在多个方面。首先可以输出微克级精准剂量,解决儿童分药、老年患者调剂量时手工掰片带来的误差问题;其次能够把多种药物整合到同一片剂中,依靠物理结构隔离药物,减少多重用药患者的服药数量,提升用药依从性;再者可制备口崩剂型,适配吞咽障碍人群,还能定制口味、外观,降低儿童服药抗拒;同时小批量生产的特点,也为病患人数少的孤儿药降低了制剂开发门槛。
放眼长远,整套生产流程高度数字化,3D打印制药可以和AI、在线检测技术结合,推动制药从经验驱动转向数据驱动。未来还存在分布式制造的可能性,药企输出数字处方与耗材,药房现场完成制剂生产,在特定公共卫生场景具备应用潜力。学界也提出“超级复配药房”构想,药师可依据患者个体情况定制制剂,药师职能也随之升级。
尽管前景可观,但产业化落地依旧面临多重阻碍。放大生产的工艺稳定性、适配打印的药用辅料选择有限;分布式生产模式下,不同设备产出药品的质量一致性难以保障;产品长期稳定性、大样本人体安全数据仍在积累。同时统一的质控评价方法、个体化药品对应的监管规则、责任划分机制尚待完善;设备、耗材成本偏高,专业人员缺口,也限制药房端大规模普及。
邵丽竹
何发
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本文以某制药产线的灌装机设备为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)仿真技术对充氮装置的充氮性能进行分析,并结合分析结果对氮幕结构进行了优化设计。随后,针对优化方案进行性能仿真验证,结果显示优化后的顶空残氧量降低至0.252%。为了进一步验证优化方案的实际效果,将优化方案应用于实际产线进行性能测试,测得的顶空残氧量为0.68%,这一结果满足了小于1%的要求,表明其充氮保护性能已达到国际先进水平。
作者:王志刚、刘依宽、刘佳鑫
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