3D 打印會像觸屏交互變革消費電子一樣,，改變制藥行業(yè)嗎,？

來源: 極客公園
作者 | 凌梓郡

2011 年，喬布斯去世后,，iPhone4s 問世,。作為 iPhone4 的優(yōu)化版，它和 iPhone 一起成為了智能手機的劃時代產(chǎn)品,。它們的出現(xiàn),，重新定義人們手掌中的觸屏交互，也意味著消費電子制造業(yè)的變革,。

同一時期,，化學(xué)制藥車間則成了文物陳列館。那一年底,，美國藥學(xué)年會（AAPS）上,，藥物評估與研究中心（CDER）主任 Janet Woodcock 說：「1950 年代的制藥專家，都能輕易地辨認出當下的制藥過程,�,！�

藥關(guān)乎人的生命安全，監(jiān)管嚴格必然帶來發(fā)展緩慢,。但這不意味著穩(wěn)定的行業(yè)不需要新興技術(shù),。在 Janet Woodcock 的推動下，CDER 設(shè)立了新興技術(shù)小組（ETT Emergency Technology Team）,，為面臨挑戰(zhàn)的新興技術(shù)提供支持。

2015 年 7 月 31 日,，全球第一款 3D 打印藥物——來自美國 Aprecia 公司的 Spritam(左乙拉西坦）,，獲得 FDA（美國食品藥品監(jiān)督管理局）批準。這對于當時在南京成立剛滿 4 天的「三迭紀」來說,，無疑是意外之喜,。這意味著 3D 打印制藥監(jiān)管審批開始有了先例。

第一款 3D 打印藥物 | 來源：美國 Aprecia 公司

三迭紀源于公司聯(lián)合創(chuàng)始人,、首席科學(xué)官李霄凌教授（Xiaoling Li P h.D.）的一個科學(xué)假想：用 3D 打印技術(shù),，對藥物制劑的研發(fā)和生產(chǎn)進行底層革新。

你可以想象一個藥片,，內(nèi)部有不同大小形狀的腔室,，猶如擁有不同房間的微小建筑。每個房間里有不同的藥物成分,。它進入人體后,，每個房門的開啟時間點、先后順序,、其中成分的釋放速度,，甚至到達腸胃某個特定部才釋放,，都是按照預(yù)先設(shè)計來進行——藥物的釋放過程已然被事先編程。

制藥的數(shù)字化：藥片可編程
如果說「有效成分」是藥的「靈魂」,，那么「劑型」就是賦予它形狀的「肉身」,。

一款作為商品售賣的上市藥物，除了有效成分的發(fā)現(xiàn)和驗證,，制劑也是重要的一環(huán),。有效成分怎樣與輔料配合，最終被制造成片劑,、膠囊,、顆粒等合適的形態(tài)，并在被吞咽下后溶解,、釋放,、再被人體吸收，都是制劑需要考慮的問題,。

你可能聽說過「緩釋膠囊」,，這是一種傳統(tǒng)的「延遲釋放」技術(shù)。每一粒膠囊里都有許多小顆粒,，每一個小顆粒外面有包衣,。依據(jù)包衣的薄厚不同，這些小顆粒就會在體內(nèi)分批次溶解,，依批次釋放出內(nèi)核的有效成分,，使藥效持續(xù)�,？上攵���,，這種膠囊制作需要多道工序：將包衣薄厚不同的小顆粒分別制作出來，再按比例灌裝成膠囊,。

而在依據(jù)參數(shù)制作之前,，還需要進行一系列試驗�,！溉绻�需要某個速率,，就要尋找合適厚度的包衣；需要嘗試什么樣的厚度,，對應(yīng)有什么樣的速率,，在試錯中，找到其中一點,�,！估钕隽杞榻B。至于最普通的片劑，由有效成分和輔料混合均勻壓制而成,。在生產(chǎn)前也需要通過測試衡量兩種成分按比例混合后的溶解行為,，并且在多次嘗試中優(yōu)化。

3D 打印的革命性在于,，可以用結(jié)構(gòu)設(shè)計的全新思路來控制藥物的釋放過程,。

以簡單的恒速釋放為例，輔料不與有效成分發(fā)生反應(yīng)的前提下,，再將它們混合好,，按照設(shè)計好的結(jié)構(gòu)，一層層打印到藥片的對應(yīng)部位,。那么進入人體后,，藥物也會一層層依次溶解。調(diào)整每一層的表面積,，就可以調(diào)整相對應(yīng)部位的釋放速率,。

這種調(diào)整不依靠試錯性試驗，而是計算,。根據(jù)已有的材料,、溶解速度、表面積等已有數(shù)據(jù),，在電腦中先對藥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行數(shù)學(xué)建模,，再依據(jù)模型打印。

可想而知,，設(shè)計和生產(chǎn)的數(shù)字化,，能讓制藥的效率提升。這種生產(chǎn)方式的優(yōu)美之處還在于,，它既實現(xiàn)了原有「片劑」,、「膠囊」的各種釋放給藥的功能，又取消了兩者之間工藝上的差別,。

三迭紀 3D 打印藥片 | 來源：三迭紀

傳統(tǒng)工藝中,，壓片技術(shù)生產(chǎn)片劑,，灌裝膠囊技術(shù)生產(chǎn)膠囊,。而用 3D 打印，所有劑型,，無論結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜,，實際上只是一種工藝：用 3D 打印機，依據(jù)數(shù)學(xué)模型參數(shù),，將藥物結(jié)構(gòu)打印出來,。三迭紀創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官成森平形容：「三迭紀從事的是數(shù)字化的基建工程，我們正在建造一條現(xiàn)代化的制藥高速通路,�,！�

今天，三迭紀已經(jīng)邁過成立前 4 年的技術(shù)驗證期,，進入了第二個階段：產(chǎn)品開發(fā)期,。今年 1 月，三迭紀的首款 3D 打印藥物產(chǎn)品獲得了美國 FDA 的新藥臨床批準（IND）,，接下來將進行臨床試驗,。這是繼 2015 年之后，全球第二款獲得美國 FDA IND 批準的 3D 打印藥物,。在中國,，這款藥也進入了注冊申報階段。

這款名為 T19 的產(chǎn)品,，是一種治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的藥物,，預(yù)計在 2023 年向 FDA 提交上市申請。

從科學(xué)設(shè)想到產(chǎn)品
3D 打印制藥的歷史可以追溯到 1996 年,。麻省理工學(xué)院（MIT）的 Michael Cima 教授首次嘗試用「粉末黏結(jié)」3D 打印技術(shù)來制藥,，之后便吸引了不少機構(gòu)跟進研究。

目前,，像德國默克,、美國默沙東這樣的藥企巨頭都對 3D 打印制藥有所布局。不過,，就發(fā)展階段而言,，完成技術(shù)驗證，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)的公司只有兩家,，注冊第一款藥物的美國公司 Aprecia 之外,，另一家便是三迭紀。

在技術(shù)路線上,，兩家公司并不一樣,。Aprecia 沿用 MIT 的「粉末黏結(jié)」技術(shù)，將其工業(yè)化,。這種技術(shù)將有效成分和輔料制備成粉末,，用打印頭噴射黏結(jié)劑，使藥片成型,。形成的藥片疏松多孔,，遇水幾秒內(nèi)就能夠徹底溶解。這樣短時間內(nèi)釋放大量有效成分,，快速起效,，尤其適用于吞咽困難的服藥人群,。

不過這種方式無法打印復(fù)雜的藥物內(nèi)部結(jié)構(gòu)。三迭紀選擇了熱熔打印,。熱熔打印的思路是將固體融化成半固體,，通過打印頭擠出，再凝固成需要的形狀,。

常見的熱熔打印技術(shù)進料必須是線材,，這就對原料多了一層限制。三迭紀首創(chuàng)了熱熔擠出沉積（MED Melt Extrusion Deposition）的新技術(shù),。將粉末狀的原料和輔料軟化或融化成可流動的半固體,，通過打印頭擠出，層層打印,，沉積凝固,，最終成為預(yù)先設(shè)計好的三維結(jié)構(gòu)。

這樣可以打印的材料更廣泛,，技術(shù)也更普適,。

技術(shù)路線，和想實現(xiàn)的效果直接相關(guān),。成森平介紹,，「三迭紀希望實現(xiàn)結(jié)構(gòu)制劑，『擠出』這樣的 3D 打印原理最適合,�,！�

她形容三迭紀是一家由兩位「理想主義者」創(chuàng)立的公司。李霄凌是美國太平洋大學(xué)（University of the Pacific）藥學(xué)院終身教授,，有 30 年藥物傳遞技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗,，有豐富的科學(xué)想象力。談到自己對技術(shù)的興趣,，他告訴極客公園,，他對電、機械都很喜歡,，在車庫里有自己的車床,。成森平曾是揚子江藥業(yè)美國分公司的創(chuàng)始人，有 11 年的中美兩國創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗,。她一直想做源于中國,，影響全球的技術(shù)創(chuàng)新。

專利手繪稿及第一個 3D 打印藥片 | 來源：三迭紀

公司成立前幾個月,，李霄凌畫了一系列專利手繪稿,。第一個專利手繪稿上設(shè)想了一枚有三個腔室的藥片,，旁邊是對應(yīng)三種不同成分的釋放曲線,。歷時半年,，第一個內(nèi)部有結(jié)構(gòu)的藥片終于被原型機打印出來。

如今,，三迭紀的 3D 打印技術(shù)能夠打出結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、目前工藝很難實現(xiàn)的藥片。例如一款為嚴重失眠患者設(shè)計的藥物,，一個藥片包含三種不同成分,，三種釋放曲線。藥物進入人體后,，首先釋放的是作為鎮(zhèn)定劑的唑吡酮,，幫助患者快速進入睡眠狀態(tài)。

隨后,，第二種成分——褪黑素才開始釋放,，而它會恒速釋放七個小時左右，貫穿整個睡眠時間,；而在清晨,，第三種成分——約等于一杯咖啡效果的 70 毫克左右的咖啡因才會釋放，喚醒患者,。

嚴重患者的失眠藥物設(shè)計 | 來源：三迭紀

30 年的愿景
做從來沒有人做過的制藥技術(shù)底層創(chuàng)新,，意味著三迭紀需要從打印設(shè)備、材料數(shù)據(jù),、劑型設(shè)計三個技術(shù)方向上全部走通,。公司團隊是一個典型的跨學(xué)科「混編部隊」。成森平說,，三迭紀組合了 20 多個細分專業(yè)的人才去做這三件事情,，「這是過往不會在一家制藥公司里做的事情，我們把設(shè)備開發(fā),、材料研究和制劑開發(fā)全部完成了,。」

這樣一個團隊,，來自不同學(xué)科,、工作背景的人必然要將各自的知識和技能打通。在人才招聘和培養(yǎng)上,，公司也經(jīng)歷過一個痛苦的過程,。

成森平笑說早年對人才跨界能力「抱有幻想」，掙扎后才接受了「新技術(shù)誕生新職業(yè)」的現(xiàn)實,。對三迭紀來說,，無論是什么背景、專業(yè)出身的人,，也只能擁有三分之一經(jīng)驗,。因此,，公司會重點考察經(jīng)驗遷移能力。而對招進公司的人才,，也需要給予充分的耐心,，一邊培養(yǎng)一邊期待他們?yōu)楣�司�?chuàng)造更多價值。一個人是不是有創(chuàng)新的意愿,，也很重要,。李霄凌告訴極客公園，「如果有的人只想領(lǐng)一份薪水,，并沒有要全身心投入做這件事,，這是教不會的。這不是發(fā)自內(nèi)心的,�,！�

公司的人才主要來自工程學(xué)、材料學(xué),、藥劑學(xué)三個不同背景,。科學(xué)家和工程師有不同的職業(yè)特質(zhì),，最初合作時的沖突來自思維模式,。不同思維模式的碰撞，既能夠激發(fā)出新的想法,，同時也會有很多誤解和摩擦,。「混編部隊就做好兩件事情：第一個是目標上達成共識,，第二個是在一起打勝仗,。通過打勝仗相互適應(yīng)打法，完了之后就能打下一個勝仗,�,！钩缮�平說。

兩位創(chuàng)始人不同思維方式也能夠互補,。李霄凌擅長從科學(xué)和技術(shù)的底層邏輯進行正向思維,；成森平擅長從商業(yè)轉(zhuǎn)化、企業(yè)運作的終點進行逆向思維,。兩個人彼此配合,，能形成閉環(huán)，去思考從技術(shù)到產(chǎn)品,、再到商業(yè)運作的全部環(huán)節(jié),。

從商業(yè)角度，不僅要考慮技術(shù)的先進性,，也需要考慮從技術(shù)到產(chǎn)品的路徑,。

在 2016,、2017 年的時候，三迭紀曾經(jīng)鋪開了十幾個藥物劑型設(shè)計的系統(tǒng)性研究,。后來他們發(fā)現(xiàn)，光是和投資人講解這些研究,，就需要花好幾個小時,。于是公司果斷做了取舍，只保留了幾個研究充分,、相對簡單的設(shè)計,，用于后續(xù)產(chǎn)品快速開發(fā)。

作為一個在全球范圍內(nèi)開拓賽道的公司,，三迭紀自然會以全球視角來思考科技創(chuàng)新,。如今，在藥物 3D 打印領(lǐng)域,，公司已經(jīng)建立起自己的專利護城河,。全世界目前 3D 打印藥物專利總共有 500 多項，三迭紀擁有其中 140 項,。這些專利分布在開發(fā)方法范式,、藥物劑型、打印設(shè)備不同方面,。

2020 年,，三迭紀的 MED 3D 打印技術(shù)入選了 CDER 的新興技術(shù)小組的項目；公司也受美國藥典邀請,，參與 3D 打印藥物標準制定,。

進入新的階段，三迭紀已經(jīng)啟動了開放戰(zhàn)略,，開放技術(shù)資源,，與全球藥企建立廣泛合作，實現(xiàn)3D打印藥物技術(shù)的商業(yè)化,。定位為一家技術(shù)平臺型公司,，三迭紀主要有兩種商業(yè)模式：一種是自主研發(fā)的全球產(chǎn)品對外許可銷售權(quán)利，第二種是跟全球藥企和中國藥企一同開發(fā)藥物產(chǎn)品,。

無論以什么方式,，公司都需要通過幾款重磅產(chǎn)品來向市場證明3D打印藥物的產(chǎn)品價值。預(yù)計2023年提交上市申請的T19藥物背后,，除了技術(shù),、臨床療效、審批,，商業(yè)價值也是考慮的因素之一,。

比起其它領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè),，制藥人更加需要耐心。一個制藥人從學(xué)術(shù)訓(xùn)練,、到產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗積累平均需要 20 年的時間,。成森平看來，MED 3D 打印技術(shù)是「繼 100 多年前制劑壓片工藝發(fā)明后,，最普適的固體制劑開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù),。」兩位創(chuàng)始人希望讓三迭紀成為具有全球影響力的智能制藥企業(yè),，推動制藥行業(yè)變革,、走出原創(chuàng)新興技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化之路。對成森平而言,，她想用 30 年陪伴這個項目,。