双喷头3D打印黏膜黏附膜：个性化给药与局部靶向递送的新策略

本刊推荐：为解决局部药物递送中个体化剂量调控难题，研究人员开展基于双喷头熔融沉积建模（FDM）的3D打印黏膜黏附膜研究。通过精准组合含药（verum）与空白（placebo）区段，实现了单剂型内药物空间分布与剂量的灵活调控。研究证实3D打印膜具有更高拉伸强度、可控释药特性及与溶剂浇铸（SC）膜相当的黏膜黏附性，为食管局部治疗（如Barrett食管）提供了新技术路径。

　　

在药物递送领域，局部靶向治疗一直被视为提高疗效并减少全身副作用的重要策略。尤其是黏膜黏附膜剂，因其非侵入性、易制备和良好的患者顺应性，已成为口腔、阴道、食管等黏膜病变治疗的理想剂型。然而，传统制备方法如溶剂浇铸（Solvent Casting, SC）虽技术成熟，却难以实现药物在膜内的精准空间分布和个体化剂量调控。此外，现有工艺对溶剂残留、机械性能调控以及复杂结构的制造仍存在局限。随着3D打印技术的兴起，尤其是熔融沉积建模（Fused Deposition Modeling, FDM）在制药领域的应用，为上述挑战提供了全新解决方案。

在此背景下，来自德国格赖夫斯瓦尔德大学的研究团队在《European Journal of Pharmaceutical Sciences》上发表了一项创新研究，他们利用双喷头FDM 3D打印系统，成功制备出具有明确含药（verum）和空白（placebo）区段的双组分黏膜黏附膜，实现了在单一剂型中灵活调控药物分布和剂量。该研究以咖啡因作为模型药物，系统比较了3D打印膜与溶剂浇铸膜在机械性能、光学特性、黏膜黏附性和药物释放行为方面的差异，为个性化局部治疗提供了重要技术支撑。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：使用双喷头FDM 3D打印系统进行多材料打印，通过热熔挤出（Hot Melt Extrusion, HME）制备载药及空白丝材；利用溶剂浇铸法制备对照薄膜；通过厚度测试、机械拉伸试验、体外黏膜黏附力测定、药物含量均匀性分析和改良桨碟法溶出实验系统评价薄膜性能；使用聚乙烯醇（PVA）作为成膜聚合物，甘油为增塑剂，并以磷酸盐缓冲液（PBS pH 7.4）为溶出介质，模拟生理环境。

3.1. 3D打印

通过双喷头系统成功打印出含明确placebo和verum区段的薄膜，但单层多区结构因机械强度不足难以完整脱模，表明打印设计需兼顾结构与可行性。

3.2. 光学特性

显微观察显示，打印膜表面存在明显的填充纹理和区段连接界面，重叠设计可能增强层间结合，但也可能成为机械薄弱点。

3.3. 厚度

溶剂浇铸膜厚度（约100–300 μm）可通过刮刀缝隙精确控制，而3D打印膜因挤出胀大效应（die swell）实际厚度（约300 μm）显著高于理论值，限制了在特定递送系统（如EsoCap胶囊）中的应用。

3.4. 残余水分

溶剂浇铸膜残留水分较高（约10%–12%），源于制备过程中水分未完全蒸发；3D打印膜因无溶剂工艺且受热床预干燥，残留水分较低（约4%–7%），但所有膜均因PVA和甘油的吸湿性需关注储存稳定性。

3.5. 机械性能

溶剂浇铸膜延展性更高（断裂伸长率更高），但拉伸强度较低；3D打印膜（尤其是双层及多区结构）表现出更高拉伸强度但延展性下降，表明placebo–verum连接处为应力集中点。填充密度和打印模式影响力学行为。

3.6. 黏膜黏附性

所有薄膜均表现出相似的黏膜黏附力（ detachment force）和黏附功（work of adhesion），表明PVA材料的黏附性主导该性能，制备工艺无显著影响。

3.7. 药物含量

不同设计（如双层两段 vs. 多层重叠）的打印膜药物含量差异显著，但批内均匀性波动较大（RSD较高），可能与丝材药物分布不均或打印过程波动有关。区段比例调控可实现剂量个体化和部位特异性递送（如食管远端靶向）。

3.8. 溶出行为

溶剂浇铸膜（500 μm刮缝）溶出最快（5分钟内释放80%），而3D打印双层膜溶出显著延长（40分钟完全释放），归因于厚度增加和表面结构差异。所有膜均符合亲水性药物（咖啡因，BCSⅠ类）和PVA基质的快速溶出特征。

本研究成功开发了一种基于双喷头FDM 3D打印的黏膜黏附膜制备新方法，可实现药物在膜内的空间精准分布和剂量个体化调控。3D打印膜表现出高拉伸强度、可控药物释放和与溶剂浇铸膜相当的黏膜黏附性能，但延展性和厚度均匀性仍需优化。该技术特别适用于需部位特异性给药的疾病（如Barrett食管），通过灵活设计placebo与verum区段比例，既可调整剂量，也能实现解剖靶向。此外，3D打印作为无溶剂工艺，避免了有机溶剂残留问题，为个性化制药提供了新路径。然而，当前技术仍面临打印分辨率限制、丝材均匀性和机械稳健性等挑战，需进一步优化以适配实际应用场景（如EsoCap递送系统）。未来研究可拓展至其他药物分子和疾病模型，推动3D打印黏膜黏附膜向临床转化。