CN107496994A - 一种基于3d打印的术后药物缓释支架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于3D打印的术后药物缓释支架及其制备方法。所述缓释支架包括谷类醇溶蛋白、待包埋药物、乙醇水溶液混合的醇溶蛋白混合液，混合液中谷类醇溶蛋白浓度1～330mg/ml、待包埋药物浓度0.1～33mg/ml，混合液经3D打印得到术后药物缓释支架。所述制备方法包括取谷类醇溶蛋白加入乙醇水溶液中并搅拌至溶液均匀透明的醇溶蛋白溶解步骤；取待包埋药物加入醇溶蛋白溶液中并搅拌至溶液均匀透明的待包埋药物溶解步骤；将醇溶蛋白混合液装入3D打印设备根据术后药物缓释支架3D模型打印得到术后药物缓释支架的打印成形。本发明具有方法简单、精度高、速度快、成本低、无毒副作用、生物相容性好、缓释时间长的特点。

Description

一种基于3D打印的术后药物缓释支架及其制备方法
技术领域
本发明属于药物技术领域，具体涉及一种具有方法简单、精度高、速度快、成本低、无毒副作用、生物相容性好、缓释时间长的基于3D打印的术后药物缓释支架及其制备方法。
背景技术
药物控制释放是利用天然或高分子化合物作为药物载体，控制药物在人体内的释放度，使药物在一定时间范围和速度内缓慢释放，达到治疗某种疾病的目的。相对于常规释放，控制释放的优点包括（1）能有效地控制药物的浓度，避免忽高、忽低的情况出现和毒副作用的产生，（2）药物利用率可达 80~90%，比常规释放高，（3）释放位置接近病源，因而提高药效，避免了全身性副作用，（4）可以减少用药次数，减少副作用。控制释放技术除了能应用在医学外，还能在农药、肥料、化妆品和食品添加剂等方面发展。
一般地，一些严重疾病特别是癌症、脑瘤等手术过后，在病灶位置有一定的复发可能，可能性大小因不同疾病而有差异。病情复发，造成手术效果大打折扣。特别是对于手术复杂、对病人造成的创伤和影响大的情况，如若复发，重复手术代价显著，因此通过术后植入药物缓释的支架，实现药物在体内的缓慢可控释放，避免复发，提高手术效果，是目前的一个重要解决办法。其中，可降解的药物缓释支架材料由于在体内不会滞留残留物而不需要二次手术，从而减少了患者的痛苦。但是，对于可降解缓释支架材料的选择一直是一个待解决的重要问题。
由于抗肿瘤药的副作用大，在对肿瘤细胞杀伤的同时，会对机体正常组织细胞造成损害，使人体免疫力降低，不利于肿瘤患者的康复，因此，需要选择合适的药物载体对抗肿瘤药物进行包埋，来消除或降低对人体的伤害。由于抗肿瘤药通常其水溶性均较差，一般需要添加多种及大量的有机溶剂助溶，不仅使用时疼痛感强烈，而且容易对人身体造成二次伤害，还会造成环境污染，不良反应较多，导致出现红肿、红斑、过敏、瘙痒等现象，而且制剂质量稳定性差，生物利用度较低。
3D打印是一门以数据设计文件为基础，将材料逐层沉积以构造成三维物体的新兴的快速成型技术，目前全球最尖端的技术之一。利用3D生物打印技术制备复杂药品、组织支架相比于其它快速成型技术具有不可比拟的优点，具体体现在五个方面：第一，构建复杂组织或器官的精度高，能够实现细胞层面的组装和构建；第二，可实现细胞与材料有机组合，打印能根据组织或器官中的不同细胞、基质等实际情况，进行仿真排列和组合，且一次成型；第三，可以根据缺损组织或器官的实际情况进行即时、快速、可控、真实的计算机三维模型再现；第四，个性化制造复杂组织器官，成本可控。第五，可实现便携、高效、能耗低、生物材料用量少的快速制造。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种方法简单、精度高、速度快、成本低、无毒副作用、生物相容性好、缓释时间长的基于3D打印的术后药物缓释支架；第二目的在于提供一种实现第一目的基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法。
本发明的第一目的是这样实现的：包括谷类醇溶蛋白、待包埋药物、乙醇水溶液混合而成的醇溶蛋白混合液，所述醇溶蛋白混合液中谷类醇溶蛋白的浓度为1～330mg/ml、待包埋药物的浓度为0.1～33mg/ml，所述醇溶蛋白混合液置于3D打印装置的储液腔经3D打印得到所述术后药物缓释支架。
本发明的第二目的是这样实现的：包括醇溶蛋白溶解、待包埋药物溶解、打印成形步骤，具体步骤如下：
A、醇溶蛋白溶解：取谷类醇溶蛋白加入乙醇水溶液中并搅拌至溶液均匀透明，得到醇溶蛋白溶液；
B、待包埋药物溶解：取待包埋药物加入上述醇溶蛋白溶液中并搅拌至溶液均匀透明，得到醇溶蛋白混合液；
C、打印成形：将上述醇溶蛋白混合液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架。
本发明利用单一的生物相容性高、生物可降解、无毒可食用、价格低、来源广的天然植物来源的高分子谷类醇溶蛋白，在乙醇水溶液中挥发诱导的自组装包埋待包埋药物形成醇溶蛋白混合液，利用3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，以醇溶蛋白混合液作为墨水打印通过调节打印参数控制生成术后药物缓释支架支架的形貌，通过后期处理得到3D结构的术后药物缓释支架，从而对带包埋药物既进行了有效的保护又可以实现在体内的控制释放。本发明即有效利用了谷类醇溶蛋白作为潜在生物医学天然材料，而且对诸如易氧化、难容的抗肿瘤药物进行有效保护和促溶作用，而且避免了现有技术中需要添加多种且大量的有机溶剂、表面活性剂等助剂进行包埋，导致反应生成物较为复杂难控、试剂残留影响药物活性甚至产生副作用的难题。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明使用3D打印装置制备术后药物缓释支架，可以通过调节3D打印的参数控制支架的立体形貌，制备方法和设备要求简单，制备速度快、精度高、成本低；
2、本发明使用的谷类醇溶蛋白是天然的农产品副产物，可食用、具有很高的生物相容性、生物可降解、对人体无毒无害，同时成本低廉，来源广泛，发展绿色药物有利于环境的可持续发展；
3、本发明使用天然材料制备缓释生物医药支架材料，相比于目前的合成材料具有材料上的优势，可以有效避免体内由于所使用的材料带来的副作用；同时谷类醇溶蛋白可以大幅度延长药物的缓释时间，从而增强药效；
4、本发明利用谷类醇溶蛋白在乙醇水溶液中挥发诱导自组装包裹待包裹药物，不仅制备方法操作简单，反应条件温和，而且重复性好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
本发明之基于3D打印的术后药物缓释支架，包括谷类醇溶蛋白、待包埋药物、乙醇水溶液混合而成的醇溶蛋白混合液，所述醇溶蛋白混合液中谷类醇溶蛋白的浓度为1～330mg/ml、待包埋药物的浓度为0.1～33mg/ml，所述醇溶蛋白混合液置于3D打印装置的储液腔经3D打印得到所述术后药物缓释支架。
所述谷类醇溶蛋白为玉米醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白中的一种或任意组合。
所述待包埋药物为顺铂、多柔比星、紫杉醇、5-氟尿嘧啶、依托泊甙、长春新碱中的一种或任意组合的抗肿瘤药物。
所述乙醇水溶液中乙醇体积分数为60～90％。
本发明之基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，包括醇溶蛋白溶解、待包埋药物溶解、打印成形步骤，具体步骤如下：
A、醇溶蛋白溶解：取谷类醇溶蛋白加入乙醇水溶液中并搅拌至溶液均匀透明，得到醇溶蛋白溶液；
B、待包埋药物溶解：取待包埋药物加入上述醇溶蛋白溶液中并搅拌至溶液均匀透明，得到醇溶蛋白混合液；
C、打印成形：将上述醇溶蛋白混合液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架。
所述A步骤在常温常压下搅拌溶解，所述B步骤中的搅拌至溶液均匀透明是在常温常压下通过超声搅拌8～12min使溶液均匀透明。
所述常温常压是指20～30℃和1个标准大气压。
所述超声搅拌的超声频率为40kHz、超声功率100W、加热功率150W。
所述B步骤得到的醇溶蛋白混合液中谷类醇溶蛋白与待包埋药物的重量比为20：1～20。
所述A步骤得到的醇溶蛋白溶液和/或B步骤得到的醇溶蛋白混合液经孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤。
本发明之基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，还包括固化步骤，所述固化步骤是将C步骤得到的术后药物缓释支架经紫外线照射或在30～50℃温度环境下烘干得到固化的术后药物缓释支架。
所述C步骤中3D打印设备利用醇溶蛋白混合液分层进行3D打印，所述3D打印设备在打印过程中采用紫外线照射或在30～50℃温度环境下烘干已打印的术后药物缓释支架的每一层。
实施例1
1、常温常压下，称取1g的玉米醇溶蛋白，溶于30ml的80%的乙醇-水溶液中，通过超声搅拌10～12min至溶液均匀透明，配制成约33mg/ml的玉米醇溶蛋白溶液；
2、常温常压下，称取0.1g的多柔比星，溶解于上述玉米醇溶蛋白溶液中，通过超声搅拌10～12min至溶液均匀透明，配制成约3.3mg/ml的多柔比星玉米醇溶蛋白混合液；
3、将上述多柔比星玉米醇溶蛋白混合液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架。
实施例2
1、常温常压下，称取10g的小麦醇溶蛋白，溶于30ml的84%的乙醇-水溶液中，通过超声搅拌10～12min至溶液均匀透明，配制成约330mg/ml的小麦醇溶蛋白溶液；
2、常温常压下，称取0.5g的依托泊甙，溶解于上述小麦醇溶蛋白溶液中，通过超声搅拌10～12min至溶液均匀透明，配制成约16.7mg/ml的依托泊甙小麦醇溶蛋白混合液；
3、将上述依托泊甙小麦醇溶蛋白混合液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架；
4、将上述打印后的术后药物缓释支架经紫外线照射得到固化的术后药物缓释支架。
实施例3
1、常温常压下，称取30mg的高粱醇溶蛋白，溶于30ml的60%的乙醇-水溶液中，通过超声搅拌8～10min至溶液均匀透明，配制成约1mg/ml的高粱醇溶蛋白溶液；
2、常温常压下，称取3mg的紫杉醇，溶解于上述高粱醇溶蛋白溶液中，通过超声搅拌8～10min至溶液均匀透明，配制成约0.1mg/ml的紫杉醇高粱醇溶蛋白混合液；
3、将上述依紫杉醇高粱醇溶蛋白混合液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架；其中，3D打印设备在打印过程在30～50℃温度环境下烘干已打印的术后药物缓释支架的每一层然后再打印下一层。
实施例4
1、常温常压下，称取300mg的小麦醇溶蛋白，溶于30ml的90%乙醇-水溶液中，通过超声搅拌8～10min至溶液均匀透明，配制成约10mg/ml的小麦醇溶蛋白溶液，将得到的小麦醇溶蛋白溶液经孔径0.45μm的微孔滤膜过滤；
2、常温常压下，称取300mg的5-氟尿嘧啶，溶解于上述小麦醇溶蛋白溶液中，通过超声搅拌10～12min至溶液均匀透明，配制成约10mg/ml的5-氟尿嘧啶小麦醇溶蛋白混合液，将配制的5-氟尿嘧啶小麦醇溶蛋白混合液经孔径0.45μm的微孔滤膜过滤；
3、将上述过滤得到的5-氟尿嘧啶小麦醇溶蛋白混合液的上清液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架；
4、将上述打印后的术后药物缓释支架在30～50℃温度环境下烘干得到固化的术后药物缓释支架。
实施例5
1、常温常压下，称取2g小麦醇溶蛋白和3g玉米醇溶蛋白，分别溶于30ml的72%的乙醇-水溶液中，通过超声搅拌10～12min至溶液均匀透明，配制成约166.7mg/ml的醇溶蛋白溶液，将得到的醇溶蛋白溶液经孔径0.45μm的微孔滤膜过滤；
2、常温常压下，称取1g的顺铂，溶解于上述醇溶蛋白溶液中，通过超声搅拌10～12min至溶液均匀透明，配制成约33mg/ml的顺铂醇溶蛋白混合液，将配制的顺铂醇溶蛋白混合液经孔径0.45μm的微孔滤膜过滤；
3、将上述过滤得到的顺铂醇溶蛋白混合液的上清液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架；
4、将上述打印后的术后药物缓释支架在紫外线照射下固化得到术后药物缓释支架。
实施例6
1、常温常压下，称取600mg的玉米醇溶蛋白，分别溶于30ml的66%的乙醇-水溶液中，通过超声搅拌8～10min至溶液均匀透明，配制成约20mg/ml的玉米醇溶蛋白溶液；
2、常温常压下，称取40mg的长春新碱，溶解于上述玉米醇溶蛋白溶液中，通过超声搅拌8～10min至溶液均匀透明，配制成约3.3mg/ml的长春新碱玉米醇溶蛋白混合液；
3、将上述长春新碱玉米醇溶蛋白混合液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架；其中，3D打印设备在打印过程在紫外线照射下固化已打印的术后药物缓释支架的每一层然后再打印下一层。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的术后药物缓释支架，其特征在于包括谷类醇溶蛋白、待包埋药物、乙醇水溶液混合而成的醇溶蛋白混合液，所述醇溶蛋白混合液中谷类醇溶蛋白的浓度为1～330mg/ml、待包埋药物的浓度为0.1～33mg/ml，所述醇溶蛋白混合液置于3D打印装置的储液腔经3D打印得到所述术后药物缓释支架。
2.根据权利要求1所述基于3D打印的术后药物缓释支架，其特征在于所述谷类醇溶蛋白为玉米醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述基于3D打印的术后药物缓释支架，其特征在于所述待包埋药物为顺铂、多柔比星、紫杉醇、5-氟尿嘧啶、依托泊甙、长春新碱中的一种或任意组合的抗肿瘤药物。
4.根据权利要求1所述基于3D打印的术后药物缓释支架，其特征在于所述乙醇水溶液中乙醇体积分数为60～90％。
5.一种权利要求1所述基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，其特征在于包括醇溶蛋白溶解、待包埋药物溶解、打印成形步骤，具体步骤如下：
A、醇溶蛋白溶解：取谷类醇溶蛋白加入乙醇水溶液中并搅拌至溶液均匀透明，得到醇溶蛋白溶液；
B、待包埋药物溶解：取待包埋药物加入上述醇溶蛋白溶液中并搅拌至溶液均匀透明，得到醇溶蛋白混合液；
C、打印成形：将上述醇溶蛋白混合液装入3D打印设备的储液腔，3D打印设备根据病患需要的术后药物缓释支架3D模型数据，打印得到术后药物缓释支架。
6.根据权利要求5所述基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，其特征在于所述A步骤在常温常压下搅拌溶解，所述B步骤中的搅拌至溶液均匀透明是在常温常压下通过超声搅拌8～12min使溶液均匀透明。
7.根据权利要求5所述基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，其特征在于所述B步骤得到的醇溶蛋白混合液中谷类醇溶蛋白与待包埋药物的重量比为20：1～20。
8.根据权利要求5、6或7所述基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，其特征在于所述A步骤得到的醇溶蛋白溶液和/或B步骤得到的醇溶蛋白混合液经孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤。
9.根据权利要求5、6或7所述基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，其特征在于还包括固化步骤，所述固化步骤是将C步骤得到的术后药物缓释支架经紫外线照射或在30～50℃温度环境下烘干得到固化的术后药物缓释支架。
10.根据权利要求5、6或7所述基于3D打印的术后药物缓释支架的制备方法，其特征在于所述C步骤中3D打印设备利用醇溶蛋白混合液分层进行3D打印，所述3D打印设备在打印过程中采用紫外线照射或在30～50℃温度环境下烘干已打印的术后药物缓释支架的每一层。
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