本帖最后由 warrior熊 于 2025-8-6 17:30 编辑
导读:增材制造技术正在重新定义儿童结核病 (TB) 治疗的格局,它能够实现个性化药物输送、改进手术计划并定制教育工具。
2025年8月6日,南极熊获悉,来自印度旁遮普邦玛哈拉贾兰吉特辛格技术大学 (MaharajaRanjit Singh Punjab Technical University)、奇特卡拉大学(Chitkara University)和Thincr Technologies 的一组研究人员在ScienceDirect上发表的一篇综述中收集了大量证据,重点介绍了如何利用 3D 打印技术应对儿童结核病的临床和药物挑战。
综述论文题为“Pioneering era in paediatrictuberculosis: Utilization of 3D printing technology”,发表在《Annals of 3D Printed Medicine》期刊上。
与成人结核病不同,儿科病例通常涉及肺外表现,这使得诊断和治疗更加困难。儿童很少产生痰液进行标准检测,常见症状通常不具特异性。2020年,美国疾病控制与预防中心报告称,美国14岁以下儿童中有317例结核病病例。大多数感染者为1至4岁的儿童,10至14岁的青少年也占了相当大的比例。在许多国家,诊断基础设施的匮乏加剧了这些挑战。研究人员目前正在应用增材制造技术来制造定制解剖模型、局部给药植入物和响应式口服给药系统,以克服这些障碍。
△图形摘要。图片来自 ScienceDirect。
一项研究采用熔融沉积成型 (FDM) 技术开发了口服异烟肼片。这些片剂的释放时间范围从 40 分钟到 800 分钟以上不等,具体取决于打印密度和聚合物成分。研究团队使用热熔挤出丝材,并加入羟丙基纤维素和其他药用聚合物,从而实现了可控定制,而无需改变药物配方本身。
另一研究小组设计了具有截头六面体结构的3D打印支架,用于治疗脊柱结核。这些支架与由羟基磷灰石、明胶和链霉素制成的可注射骨替代糊剂相结合。应用后,复合材料的抗压强度从1.5 MPa增加到近4.8 MPa,链霉素释放量在4.9%至6.5%之间,足以局部杀灭结核菌。扫描电子显微镜的表面分析证实了糊剂已完全融入多孔晶格中。
△熔融沉积模型示意图。图片来自 ScienceDirect。
此外,研究人员还利用聚乳酸和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯支架制作了一个功能性脊柱单元替代物,并嵌入载有利福平和左氧氟沙星的水凝胶。在60天的体内研究中,植入物在与周围组织整合的同时,保持了机械强度并持续释放抗生素。此外,还添加了富血小板血浆,以促进椎间盘成分的再生。
在诊断领域,一个团队利用3D打印组件开发了一台倒置显微镜,用于支持结核病培养分析的MODS检测。另一个项目将便携式紫外荧光装置与3D打印外壳和智能手机辅助成像相结合,用于日出式SmartAmp核酸检测。系统可识别浓度低至每微升10飞克的结核病DNA,并在45分钟内得出结果。
△潜伏性结核病。图片来自 ScienceDirect。
结核病药物递送系统的材料选择不断扩展。一种支架设计将介孔生物活性陶瓷与聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯)相结合,用于在骨关节手术后局部递送利福平和异烟肼。复合材料在12周内稳定释放两种药物,维持组织浓度高于治疗阈值,并且没有肝肾毒性。组织学分析证实了支架降解和治疗部位新骨生长。
另一项研究通过打印双室双层片剂探讨了异烟肼和利福平之间的药物相互作用。醋酸羟丙甲纤维素琥珀酸酯用于包裹利福平,在肠道内释放,而羟丙基纤维素则使异烟肼在胃中立即释放。这种物理隔离技术保持了药物的稳定性,并提高了联合治疗中的生物利用度。
△利用3D 打印技术制造的各种剂型或医疗器械。图片来自 ScienceDirect。
另一个团队制作了一个四层植入物,异烟肼和利福平交替分层,用于分阶段释放药物。每种化合物在8至12天之间以交错的时间间隔达到血浆峰浓度。体内测试证实,植入物具有生物相容性,并且不会干扰干细胞增殖。
打印技术因应用而异。FDM 因其易获取性以及与药用级聚合物的兼容性,在平板电脑和口腔系统领域仍然占据主导地位。对于植入物和解剖支架,选择性激光烧结 (SLS) 和立体光刻 (SLA) 可提供更精细的分辨率和更复杂的几何形状。诊断设备通常利用数字光处理和 SLA 来创建用于微流体或成像目的的精确外壳和功能通道。
△选择性激光烧结示意图。图片来自 ScienceDirect。
材料策略也各不相同。聚己内酯、羟基磷灰石、明胶和复合陶瓷常用于结构应用。对于口服药物输送,羟丙基甲基纤维素和羟丙甲纤维素等聚合物因其可调节的溶解特性而常见。最近的研究探索了金属有机骨架和纳米复合材料,以将机械强度与药物控制释放相结合。
一种专为脊柱结核病设计的载药支架采用陶瓷骨结构,表面涂覆由德拉马尼、莫西沙星和吡嗪酰胺组成的三重药物混合物,混合物悬浮于聚乳酸-乙醇酸共聚物中。骨结构既能提供结构支撑,又能实现抗生素的靶向输送。另一项研究表明,3D打印微针阵列可以经皮给药利福平,避免在胃肠道降解,并提高药物依从性。此外,还测试了一种基于水凝胶的贴剂,用于经皮输送槲皮素,以减少肺结核患者的氧化性肺损伤。
△3D打印定制药物配方。图片来自ScienceDirect。
尽管这些系统前景光明,但只有一小部分实现了大规模生产或获得监管部门的审核。大多数设备需要专门的设备和配方专业知识,打印条件的变化会影响可重复性。在这些解决方案广泛应用之前,必须验证质量控制和生物相容性,尤其是在剂量精度和安全性至关重要的儿科环境中。
尽管存在这些限制,许多团体仍在努力标准化打印参数并制定临床验证方案。人们对分散式生产模式的兴趣日益浓厚,这种模式由医院或地区诊所现场生产定制的植入物或药片。这对于供应链受限的地区尤其有益。
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