《Journal of Controlled Release》： 3D打印植入物按需遞送蛋白質(zhì)藥物

來源：EngineeringForLife  

3D打印技術(shù)已經(jīng)徹底改變了制藥行業(yè)中多功能給藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3D打印技術(shù)在設(shè)計(jì)和制造新結(jié)構(gòu)方面多個(gè)優(yōu)勢，比如用來制造執(zhí)行特定功能的螺旋狀結(jié)構(gòu)，定制藥物在基質(zhì)中的分布，控制給藥系統(tǒng)不同部分輔料的組成等。但是藥物釋放主要受基質(zhì)擴(kuò)散或侵蝕的控制，無法精準(zhǔn)控釋。

近日，來自Seoul National University的Yu-Kyoung團(tuán)隊(duì)在Journal of Controlled Release雜志上發(fā)表題為“On-demand delivery of protein drug from 3D-printed implants”的文章，構(gòu)建了一種3D打印的多單元植入物，能夠以遠(yuǎn)程光控的方式實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)藥物的遞送。該多單元植入物使用聚己內(nèi)酯(PCL)、月桂酸(LA)和黑色素(MEL)作為基質(zhì)，聚己內(nèi)酯支架作為多單元分隔物，以胰島素為模型藥物，使用近紅外光(NIR)照射引發(fā)受照部位胰島素的受控釋放。

圖1為多單元植入物的制造方法和作用原理。先使用PCL打印分隔出四個(gè)矩形單元，再將月桂酸、黑色素和胰島素的混合基質(zhì)打印到到植入物的每個(gè)單元內(nèi)。黑色素具有光敏感性，在近紅外光照射下熱，使得月桂酸融化，從而釋放出藥物。不同方位的近紅外光照射可導(dǎo)致不同隔層內(nèi)的基質(zhì)融化，而隔熱的PCL可以避免非照射區(qū)域的藥物釋放，從而實(shí)現(xiàn)光控制的藥物多重釋放。

圖1 光觸發(fā)3D打印多單元植入物的胰島素按需遞送

圖2對(duì)多單元植入物的理化特性進(jìn)行了表征。Micro-CT與SEM圖像顯示該植入物由裝載黑色素的棕色粗糙基質(zhì)單元，和PCL的白色光滑的隔離層單元組成。在近紅外光的照射下，未裝載黑色素的植入物不會(huì)有明顯的溫度變化，而裝載黑色素的植入物溫度會(huì)顯著升高，導(dǎo)致月桂酸熔化，基質(zhì)變形。

圖2 3D打印多單元種植體的形態(tài)和近紅外響應(yīng)

圖3 使用STZ誘導(dǎo)的I型糖尿病小鼠，在第五天植入3D 打印多單元植入物，在第六到九天分別進(jìn)行了近紅外光照測試了各種植入物對(duì)小鼠血糖水平的調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)表明裝載黑色素的植入物近紅外光照后小鼠的植入處溫度會(huì)升高，未裝載胰島素的植入物不改變糖尿病小鼠的血糖水平，只有裝載了月桂酸、黑色素和胰島素的小鼠能夠控制血糖水平。

圖3 糖尿病小鼠血糖水平的光控調(diào)節(jié)

綜上所述，該研究開發(fā)了一種基于3D打印技術(shù)的用于藥物光控制釋放的多單元植入物，能夠皮下植入，通過外部近紅外輻射的方式按需多次釋放胰島素，該植入物有望成為一種方便的治療糖尿病方式，避免患者重復(fù)注射胰島素的痛苦和不適。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2022.06.047.