《Journal of Controlled Release》: 3D打印植入物按需递送蛋白质药物-金属3D打印工厂

《Journal of Controlled Release》: 3D打印植入物按需递送蛋白质药物-金属3D打印工厂插图

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     3D打印技术已经彻底改变了制药行业中多功能给药系统的设计。3D打印技术在设计和制造新结构方面多个优势,比如用来制造执行特定功能的螺旋状结构,定制药物在基质中的分布,控制给药系统不同部分辅料的组成等。但是药物释放主要受基质扩散或侵蚀的控制,无法精准控释。

近日,来自Seoul National University的Yu-Kyoung团队在Journal of Controlled Release杂志上发表题为“On-demand delivery of protein drug from 3D-printed implants”的文章,构建了一种3D打印的多单元植入物,能够以远程光控的方式实现蛋白质药物的递送。该多单元植入物使用聚己内酯(PCL)、月桂酸(LA)和黑色素(MEL)作为基质,聚己内酯支架作为多单元分隔物,以胰岛素为模型药物,使用近红外光(NIR)照射引发受照部位胰岛素的受控释放。

图1为多单元植入物的制造方法和作用原理。先使用PCL打印分隔出四个矩形单元,再将月桂酸、黑色素和胰岛素的混合基质打印到到植入物的每个单元内。黑色素具有光敏感性,在近红外光照射下热,使得月桂酸融化,从而释放出药物。不同方位的近红外光照射可导致不同隔层内的基质融化,而隔热的PCL可以避免非照射区域的药物释放,从而实现光控制的药物多重释放。

《Journal of Controlled Release》: 3D打印植入物按需递送蛋白质药物

图1 光触发3D打印多单元植入物的胰岛素按需递送

图2对多单元植入物的理化特性进行了表征。Micro-CT与SEM图像显示该植入物由装载黑色素的棕色粗糙基质单元,和PCL的白色光滑的隔离层单元组成。在近红外光的照射下,未装载黑色素的植入物不会有明显的温度变化,而装载黑色素的植入物温度会显著升高,导致月桂酸熔化,基质变形。

《Journal of Controlled Release》: 3D打印植入物按需递送蛋白质药物

图2 3D打印多单元种植体的形态和近红外响应

图3 使用STZ诱导的I型糖尿病小鼠,在第五天植入3D 打印多单元植入物,在第六到九天分别进行了近红外光照测试了各种植入物对小鼠血糖水平的调节。实验表明装载黑色素的植入物近红外光照后小鼠的植入处温度会升高,未装载胰岛素的植入物不改变糖尿病小鼠的血糖水平,只有装载了月桂酸、黑色素和胰岛素的小鼠能够控制血糖水平。

《Journal of Controlled Release》: 3D打印植入物按需递送蛋白质药物

图3 糖尿病小鼠血糖水平的光控调节

综上所述,该研究开发了一种基于3D打印技术的用于药物光控制释放的多单元植入物,能够皮下植入,通过外部近红外辐射的方式按需多次释放胰岛素,该植入物有望成为一种方便的治疗糖尿病方式,避免患者重复注射胰岛素的痛苦和不适。

文章来源:

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2022.06.047.

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