在制藥領(lǐng)域，傳統(tǒng)制藥方法雖能滿足大規(guī)模單一制劑生產(chǎn)，可在早期臨床試驗(yàn)面臨挑戰(zhàn)。此時(shí)，藥物噴墨 3D 打印技術(shù)嶄露頭角，這種高度靈活、智能化的制藥方式，數(shù)字化控制打印，可實(shí)現(xiàn)劑量控制與自由設(shè)計(jì)，為個(gè)性化給藥帶來(lái)希望。但在藥物噴墨打印中，墨水特性優(yōu)化與印刷效果一直是研究重點(diǎn)，傳統(tǒng)依據(jù)奧內(nèi)佐格數(shù)預(yù)測(cè)墨水可打印性的方法并不準(zhǔn)確。如今，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的引入為這一難題帶來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)。

圣地亞哥德孔波斯特拉大學(xué)和倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員將機(jī)器學(xué)習(xí)模型用于預(yù)測(cè)生物墨水可打印性，相關(guān)研究成果發(fā)表在《International Journal of Pharmaceutics: X》期刊上。奧內(nèi)佐格數(shù)（Ohnesorge）在流體力學(xué)中衡量黏性力與慣性力、表面張力的關(guān)系，常被用于預(yù)測(cè)墨水可打印性，通常認(rèn)為可打印配方中 0.1 < Ohnesorge < 1，即 1 < Z < 10（Z 值是 Ohnesorge 倒數(shù)）時(shí)墨水可打印。然而，在此次研究的可打印墨水配方中，Z 值處于 1 至 62.2 之間，有 68 組墨水配方的 Z 值大于 10，這表明單純依靠 Z 值預(yù)測(cè)可打印性存在局限。

為提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，研究人員開(kāi)發(fā)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）、支持向量機(jī)（SVM）、隨機(jī)森林（RF）三種機(jī)器學(xué)習(xí)模型。他們通過(guò)計(jì)算科恩卡帕系數(shù)（kappa）、判定系數(shù)（R²）和平均絕對(duì)誤差（MAE）對(duì)比模型性能，同時(shí)探究模型、特征集以及超參數(shù)的組合關(guān)系。

在預(yù)測(cè)墨水可打印性方面，RF 模型表現(xiàn)最佳。優(yōu)化后的 RF 模型準(zhǔn)確率高達(dá) 97.22%，kappa 系數(shù)為 0.854，顯示出極高的可靠性。對(duì)于預(yù)測(cè)墨水質(zhì)量，即預(yù)測(cè)可打印墨水是否產(chǎn)生衛(wèi)星液滴，ANN 模型拔得頭籌，優(yōu)化后的 ANN 模型準(zhǔn)確率為 97.14% ，kappa 系數(shù)為 0.74。雖然數(shù)據(jù)集存在不均衡情況（大部分為可打印配方，不可打印配方占比?。Ｐ头?jǐn)?shù)和準(zhǔn)確率表明其預(yù)測(cè)可靠。在制藥噴墨打印預(yù)測(cè)藥物劑量上，RF 模型表現(xiàn)出色。若采用預(yù)定義超參數(shù)及材料名稱分組的特征集，RF 模型性能最佳；若移除殘差數(shù)據(jù)集最小閾值，ANN 模型表現(xiàn)略好，但 RF 模型因數(shù)據(jù)集規(guī)模更大、藥物劑量在典型范圍數(shù)據(jù)比例較高，更適合優(yōu)化，優(yōu)化后的 RF 模型 R² 為 0.800，MAE 為 0.291，可在 ±0.291 mg 誤差范圍內(nèi)預(yù)測(cè)藥物劑量。

此外，加拿大卡爾加里大學(xué)的 Keekyoung Kim 教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》期刊發(fā)表文章，利用機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化生物打印參數(shù)。生物打印技術(shù)雖潛力巨大，但在生成一致微尺度液滴和優(yōu)化眾多打印參數(shù)方面困難重重，傳統(tǒng)試錯(cuò)法耗時(shí)耗力還浪費(fèi)材料。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)開(kāi)發(fā)定制 3D 生物打印機(jī)和配套軟件，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能自動(dòng)測(cè)量液滴體積并優(yōu)化打印參數(shù)，創(chuàng)建的用戶友好網(wǎng)頁(yè)界面，讓缺乏經(jīng)驗(yàn)的用戶也能輕松進(jìn)行類器官打印，顯著提升了生物打印效率，減少人力和成本投入。

藥物噴墨 3D 打印技術(shù)借助機(jī)器學(xué)習(xí)，在生物墨水可打印性、墨水質(zhì)量以及藥物劑量預(yù)測(cè)上取得顯著進(jìn)展。這不僅提升了藥物噴墨 3D 打印技術(shù)的可靠性與準(zhǔn)確性，還為其在制藥領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用注入強(qiáng)大動(dòng)力。未來(lái)，隨著技術(shù)不斷完善，藥物噴墨 3D 打印有望在早期藥物研發(fā)中發(fā)揮更大作用，加速臨床試驗(yàn)進(jìn)程，縮短新藥上市周期。同時(shí)，通過(guò)為患者量身定制精確劑量，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療，為更多患者帶來(lái)福音，推動(dòng)整個(gè)制藥行業(yè)邁向精準(zhǔn)、高效的新時(shí)代。