本帖最后由 warrior熊 于 2025-8-22 22:15 编辑
导读：对于全球超过2.6亿哮喘患者来说，呼吸器是至关重要的治疗装置。然而，研究表明，12%至71%的病例（住院患者高达86%）和儿童（儿童高达97%）存在使用不当的情况，导致实际吸入剂量减少。许多用户难以正确使用呼吸器，无论是由于技术错误、使用不规律还是年龄原因。结果，药物常常无法正常到达肺部。
2025年8月22日，南极熊获悉，德国基尔大学的研究人员正在利用超精密3D打印技术重新设计干粉呼吸器内的微型载体，旨在提高药物输送的有效性。
相关研究以题为“Aerodynamic performance of tailoredmicroparticles as carriers in dry powder inhaler formulations made bymulti-focus multi-photon 3D laser printing/多焦点多光子3D激光打印制成的干粉呼吸器配方中定制微粒作为载体的空气动力学性能”的论文发表在《自然》杂志《通讯材料》上。论文详细介绍了不同的几何形状如何影响药物释放，并指出星形的Pharmacone设计是最有效的。
为什么呼吸器有时会失效？
呼吸器将药物直接输送至肺部，而肺部是治疗哮喘的最佳部位。这使得呼吸器成为替代药片或注射剂的首选。但在日常使用中，呼吸器常常由于操作失误或不规律使用而效果不佳。
事实上，研究估计，50% 至 94% 的患者会因技术错误（例如吸气不够深或协调性不正确）而误用呼吸器。此外，许多人没有按照处方使用呼吸器，全球估计这一比例在 43% 至 80% 之间。滥用和漏服药物会导致哮喘症状加重、发作次数增多，甚至需要去医院就诊，给患者和医院系统带来更多困难。
△ReginaScherließ 教授。图片由基尔大学提供。
基尔大学Regina Scherließ教授领导的研究小组正在探索一种更好的设计能否解决这个问题。为了解决这个问题，他们利用 3D 打印技术制造了数百万个形状完全相同、细如发丝的载体颗粒。在他们的研究中，一种被称为“Pharmacone”的设计（具有星形突起）效果显著，与其他形状相比，它能将多四倍的药物输送到肺部。科学家们表示，这些尖锐的角度可能会使颗粒发生更多碰撞和旋转，从而更有效地释放药物。
△潜在载体颗粒的设计。图片由基尔大学提供
研究人员表示，这些用实验室模型颗粒目前还不能用于实际的呼吸器，但具备很大的潜力。呼吸器的设计一直在缓慢发展，像Easyhaler®这样的设备在一些临床研究中显示出更规律的使用和控制，错误率也更低。然而，大多数患者还没有体验到这种精确设计带来的好处，至少目前还没有。
即使是微小的改进也能带来巨大的改变。英国的一项研究估计，约有36.6万名哮喘/慢性阻塞性肺病（COPD）患者因呼吸器使用不当，每年导致1620万英镑的意外医疗事故。同样，西班牙因呼吸器使用不当造成的资源损失高达数百万欧元。更好的呼吸器可以帮助降低这些成本。
像 Pharmacone 这样的设计可以帮助更多药物到达肺部，即使患者的技术并不完美。研究人员解释说，如果机械性能更好，呼吸器本身就可以承担更多工作，弥补协调性差或吸入流量不一致的问题。但患者情况各不相同，尤其是儿童和老年人。例如，只有不到 20% 的老年 COPD 患者能够正确使用呼吸器，而对于经典的“喷雾”呼吸器和一种名为Turbuhalers 的干粉呼吸器 (DPI) 等设备，正确使用率甚至更低，分别仅为 11.9% 和 10%。
△扫描电子显微镜下的Pharmacone：图片显示Pharmacone载体颗粒与模型药物混合后的状态。图片由基尔大学提供。
虽然这些粒子目前仍处于实验阶段，但需要开发可生物降解的版本才能投入临床使用。另一个障碍是扩大生产规模。为此，研究团队采用了双光子聚合(2PP) 来实现纳米级别精度。2PP方法的工作原理是将激光聚焦到感光材料上，以惊人的精度逐点硬化它。传统上，2PP 速度太慢，无法进行大规模工作，但卡尔斯鲁厄理工学院(KIT) 最近取得了突破，改变了这一现状。通过引入并行化，KIT 的研究人员可以同时打印 49 个结构，而不是一次打印一个。使用这个升级的系统，基尔大学的研究小组可以成功地连续生产数百万个相同的、细如发丝的粒子。这是使 Pharmacone 等实验设计在药物开发中实用化方面迈出的令人难以置信的一步。
△利用新系统打印的超材料由微米级复杂的三维晶格结构组成。图片由卡尔斯鲁厄理工学院的Vincent Hahn提供。
呼吸器的有效性取决于使用方式，误用仍然是一个主要问题。基尔大学的 3D 打印 Pharmacone 颗粒很好地证明了更智能的设计如何帮助更多的药物到达肺部，也为更好的呼吸器带来了美好的前景。
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