《科学》:3D打印或实现按需制药 反应物变换 计算机数字化

邓文龙

作者： Leroy Cronin 来源：《科学》

发布时间：2018/2/3 18:09:10

3D打印或实现按需制药

3D打印技术可以制造用于生产特定药物的化学反应器。



图片来源：WARREN KNOWER/VOLARE PHOTOGRAPHY

忘记在药房里排的长队吧，在不久后的将来，人们也许就可以在家制药了。因为，科学家已经开发出3D制药打印机，通过把简单的化合物放入水瓶大小的反应装置中，就能合成药物以及各种化学衍生物。他们表示，该技术能将化学过程数字化，让人们能自己合成生活中所需的各类化学材料。

“这将是一个里程碑式的成就，该论文极具开创性。”未参与该研究的美国西北大学诺贝尔化学奖得主Fraser Stoddart 表示，“该技术将无比引人注目。”

目前，3D 打印已有了广泛的应用。从鞋子、汽车零配件到人造血管和武器枪支，无一不有 3D 打印的踪影。近几年，澳大利亚和欧洲的科学家正迈向行业的前沿，使用小型仪器制造小规模的化学反应装置。澳大利亚CSIRO 工业化学工程师 和3D打印专家Christian Hornung 表示，这些反应装置被设计成可以集成到制造工厂，以提高它们的效率和安全性。

无独有偶，英国格拉斯哥大学化学家 Leroy Cronin 也在寻找一种单机设备，以拓宽非专业用户合成药物及其他化学制品的能力。换句话说，MP3播放器以数字化的“民主”方式改变了音乐市场，他想以类似的形式开放药物市场。

2012 年，Cronin团队 在《自然—化学》上发表的文章迈出了其计划的第一步。该文章描述了一种被命名为“reactionware”的机器，一种含有催化剂和其他特殊反应所需原料的3D打印化学反应器皿。通过添加反应物，Cronin团队合成了各式各样的简单化合物，包括环状的有机化合物乙苯。然而，Cronin也承认有批评者怀疑该方法能否制造如药物之类的高度复杂化合物。“我喜欢听到质疑的声音。”他说。所以，他仍在向前奔跑。

事实证明，Cronin的努力得到了结果。在日前出版的新一期《科学》杂志上，Cronin团队发布了最新的打印方法，通过一系列环环相扣的反应器皿能在12个步骤之内完成4种不同的化学反应。通过在特定时间、以特定的顺序加入反应物，该仪器能将容易获取的简单材料制备成肌肉弛缓剂巴氯芬。如果把反应物换成不同的试剂，就能制备其他不同类型的药品，如治疗溃疡和抗痉挛药物等。

Cronin 表示：“该方法将让人们能按需生产药物，以解决某些药物供不应求、在工厂中难以制造等问题，并允许制造方式的高度定制化。”Hornung也提到，这也能调整某些在商品市场中需求量小、难以获取却又必不可少的药物的供给量，并帮助偏远地区获取更多资源。

除此之外，消除有机化工厂员工的安全隐患也是 Cronin 的目标之一。这些化学家必须操作药物合成，因此会暴露在化学物的危险之下。“我们的新技术能使化学家专注于研究，寻找更多有药效的新分子。该机制也能允许生物学家和神经学家轻松地合成某些半衰期很短的分子，以满足他们的研究需要。”

但3D打印技术也可能降低合成危险药物的门槛。Hornung 也表示，这确实值得担忧。但Cronin 坚信，其研究成果利大于弊的，不应该因为不可知的风险放弃挽救生命的机会。

此外，在制药产业，假冒伪劣药品是一项全球性问题。零售药品中有相当一部分的成分被制药商动了手脚，将其中的有效成分被换成了化学结构类似的替代品甚至是危险合成物。在某些发展中国家，假药占据了市场份额的30%，给合法的制药公司造成至少每年2000亿美元的损失。Cronin认为，若是使用 reactionware，制造假药的风险就大大降低了，因为该仪器中每种制药方式都严格生产一种药物。

但是，法律如何监管这种新型制药方式仍需探讨。若这种机器进入市场，美国食品药品监管局就需要重写相关管理条例了。比起规范制药厂商，监管人员更需要保证 reactionware能制备有效安全的药品。

Cronnin 也承认存在这一问题，但他仍认为该问题能在合理的范围内得到解决。未来的打印反应器可能只是包含一个最终模块，能进行标准的验证测试，产生一个视觉读数。Cronnin 表示：“我认为这是可行的。”（来源：科学网 张章）

http://science.sciencemag.org/content/359/6373/314

http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/2018261891049645709.shtm



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