随着生物制药行业的快速扩张，特别是在慢性病治疗和免疫疗法方面，自我注射已成为患者管理治疗的首选方法。自我注射是指患者或护理人员在家中使用自动注射器或预充式注射器（prefilled syringes，PFS）等设备进行注射药物。基于预充式注射器（PFS）的自动注射器因其方便、高效以及被患者、护理人员和医疗保健提供者接受而成为最广泛采用的自我注射设备。尽管人们对自动注射器产品的兴趣日益浓厚，并且FDA批准也越来越多，但专门针对基于PFS的一次性自动注射器的全面综合性评述仍然有限。

WuXi Biologics在Expert Opinion on Drug Delivery杂志上发表了"Fda approved PFS-based autoinjectors: evolution, market trends, and development challenges"的综述文章，其通过对1980年以来FDA批准的新药申请（NDA）和生物制品许可申请（BLA）开展系统性数据分析，旨在明确自动注射器的发展现状与未来潜力。此外还讨论了将注射制剂纳入弹簧驱动自动注射器系统的技术挑战。本综述旨在促进开发更安全、更高效的自动注射器平台，以增强用户体验和治疗依从性。

FDA 批准的基于PFS的自动注射器演变、市场趋势和开发挑战

 

1. 文章亮点

现代自动注射器通过可靠的剂量控制和简化的操作，正在重新定义急诊和慢性护理中的自我给药。

自动注射器越来越受到需要每周至每月给药的高浓度生物制剂的青睐。

以用户为中心至关重要，形状、作用力或反馈的细微差异会影响可用性和安全结果。

使用弹簧驱动机制递送高粘度或大容量制剂，既具有双重优势，也面临技术挑战。

填补药物与器械研发之间的技术和监管空白，需要制剂专家与器械专家的紧密协作。

智能且可重复使用的自动注射器的出现标志着向综合数字疗法和患者授权护理的转变。

 

2. 什么是当代自动注射器？

自动注射器是一类重要的医疗设备，设计用于药物的自我给药，通常通过皮下或肌肉注射途径。在这篇综述中，术语"自动注射器"特指弹簧驱动、配备PFS的一次性自动注射器。

为了满足医疗器械的国际安全和性能要求，这些设计必须符合相关的国际标准，包括 ISO11608：医疗用针式注射系统（适用于胰岛素笔、自动注射器和类似设备）、ISO14971：医疗器械风险管理的应用（指导与医疗器械相关的风险的识别、评估和控制），和ISO23908：锐器伤害保护--针式设备的要求和测试方法（侧重于一次性针头和相关设备的安全性能评估）。这些标准有助于提高医疗器械安全性、降低用户风险并确保符合监管要求。

尽管自动注射器的外观各不相同，但其核心作机制基本保持统一。在两步自动注射器中，用户通过将自动注射器推到注射部位来启动注射过程，而在三步自动注射器中，通过按下激活按钮来实现激活。随后，注射自动进行，直到完成。对于用户来说，遵守提供的说明至关重要，其中通常包括将自动注射器靠在注射部位指定的时间（通常约为10至15秒）。从注射部位退出后，安全机制会自动展开防护罩以覆盖针头，从而最大限度地降低意外针刺的风险。

图1（a）描绘了AJOVY的两步注射过程，而图1（b） 概述了产品 IDACIO 自动注射器的 3 步程序。一个关键的区别在于激活机制：三步设备要求用户在稳定注射部位后按下激活按钮，而两步设备只需按下即可完成此作。

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图 1. 自动注射器使用过程中的关键步骤，改编自公开的使用说明（a）AJOVY®，（b）IDACIO®。

 

3. 当代自动注射器的演变史

近年来，家庭自我注射的流行率显着增长值得注意。数字增强互联设备的出现将引导该行业走向曾经难以想象的创新方向。然而，便携式一次性注射装置的概念起源于20世纪初战场上立即急救的必要性。

3.1. 战斗中的急救箱

在1970年代后期，Sheldon Kaplan开发了第一个自动注射器“ComboPen”，目的是向战场士兵提供神经毒剂解毒剂，旨在管理化学武器。 ComboPen（一种弹簧注射器）的开发使受过最少医学培训的个体能够在紧急情况下轻松快速地自行注射。ComboPen与传统的针头和注射器给药相比，ComboPen将反应时间和给药时间缩短了约73%。

3.2. 公共紧急使用

这些设备的历史发展凸显了一个明确且一致的动机：迫切需要快速急救干预。这种必要性引起了医学界的关注，他们认识到这些设备在紧急医疗响应中的更广泛应用，例如给药肾上腺素。Sheldon Kaplan于1987年推出了著名的 EpiPen，标志着医疗技术的重大突破。这是第一款专为公共使用而设计的自动注射器，专为有过敏反应风险的个人量身定制。肌肉注射0.01mg/kg肾上腺素是过敏反应药物干预的一线药物。在过敏反应的情况下，延迟使用肾上腺素，即使5-10分钟，也会增加住院风险和潜在的致命结局。EpiPen（0.3 mg）和 EpiPen JR（0.15 mg）由于其简单性和可靠性，三十多年来一直是严重过敏患者的主要选择，能够在紧急情况下快速做出反应。除了 EpiPen 之外，另一种著名的即用型肾上腺素自动注射器是Auvi-Q，它于2012年获得 FDA 批准。Auvi-Q 提供三种剂量：0.3 毫克、0.15 毫克和 0.1 毫克，适合从婴儿到成人的人群。此外，对2,964例临床病例的总结表明，自动注射器的故障率非常低，仅为0.40%，证明自动注射器是一种可靠的药物递送系统。

3.3. 非紧急使用

除了在紧急情况下使用之外，自动注射器还因其便利性和精确性而被广泛用于非紧急应用。在2000年代中期，生物制剂的频繁使用，特别是肿瘤坏死因子治疗类风湿性关节炎和其他慢性衰弱性疾病，开创了自动注射器在家使用的先河。第一个非紧急使用的修美乐于2002年获得批准。

随着技术的进步和患者需求的不断变化，自动注射器越来越多地用于慢性病的常规管理，如心血管疾病、肥胖症、呼吸系统疾病、神经系统疾病和其他疾病。这些设备的设计简单，通常只需按压皮肤即可激活，从而减少对患者注射技能的依赖。此外，自动注射器可提供精确的药物剂量，最大限度地降低人为错误的风险。他们的设计还优先考虑患者的舒适度，减轻针头恐惧症并减轻注射疼痛。人体工程学的最新进展进一步增强了自动注射器的用户体验和安全性，促进了患者更好地依从治疗方案，从而改善了治疗结果。

 

4. 自动注射器发展的市场趋势和见解

在通过 Google Scholar 进行文献综述后，发现了几篇涉及自动注射器主题的综述文章。主要关注其急诊和慢性病管理的适应症。另一个重要的讨论领域涉及人因工程学 (HFE)，强调可用性、安全性和可靠性。此外，最近的一篇综述概述了药物-器械组合产品，特别强调了制剂开发的各个方面。然而，似乎缺乏专门针对基于 PFS的一次性自动注射器的全面综合性评述。尽管具体文献存在空白，但自动注射器仍然吸引着投资者的极大兴趣。市场分析和预测一致表明，自动注射器市场正在快速扩张，预计在可预见的未来将保持这一轨迹。

4.1. 方法

系统的数据分析涉及自1980年以来从FDA网站获得的NDA和BLA批准的产品。为了确保分析的清晰度和代表性，FDA数据库中的初始过滤针对所有通过肌肉注射和皮下注射给药的药物，有助于识别自动注射器产品和潜在候选药物。抗生素、手术药物和化疗药物除外，因为这些不适用于自动注射器使用场景。此外，对于市场上的产品，提交导致新剂量批准或产品修改的补充数据被记录为新样品。如果一种产品同时被批准用于多个剂量，则只记录一个样品号。

4.2. 历史增长分析（1980-2024）

1980年至2024年FDA批准的自动注射器数量，呈现显著的上升趋势，反映了医疗技术的进步和对便捷药物递送系统的需求不断增长。这一时期出现了关键创新，例如可生物降解材料的开发和更智能、更用户友好的机制，使患有糖尿病和类风湿性关节炎等慢性病的患者更容易获得和可靠地进行自我管理。

1987年至2024年间，共有28种用于小分子药物的自动注射器获得批准，涵盖15种不同的分子。例如，EPIPEN（0.3 毫克肾上腺素）和 EPIPEN JR（0.15 毫克肾上腺素）于1987年获得批准。肾上腺素自动注射器的追加批准发生在 2009 年、2012 年、2017 年和 2018 年。同期，已有61种生物制剂自动注射器获得批准，代表32种不同的生物制剂。其余是生物仿制药和这32种原始产品的补充剂。其中，修美乐是仿制药最丰富的生物制剂，拥有9种生物仿制药。

用于小分子药物的自动注射器的引入明显早于用于生物制剂的自动注射器。第一批用于小分子药物的自动注射器EPIPEN和 EPIPEN JR于1987年获得批准。第一个生物制剂自动注射器Humira直到2002年才获得批准。尽管小分子自动注射器的推出较早，但其采用速度较慢。相反，生物制剂自动注射器的采用显示出更快速、更明显的增长趋势。

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图 2. 1987-2024 年 FDA 批准的自动注射器数量

4.3. 产品及适应症分布

根据既往综述总结的自动注射器产品适应症，本文更新了自动注射器及其适应症列表。本研究特别关注已获得FDA批准的上市设备。我们筛选了1987年至 2024 年期间FDA批准的自动注射器，并对它们适用的特定紧急情况和慢性病进行了统计，如下表所示：

小分子药物的适应症可分为五类：急诊、血糖调节、激素调节、神经系统和免疫反应。与小分子自动注射器相比，生物制剂自动注射器的适应症主要是慢性的，没有紧急使用。这些生物制剂中的绝大多数是单克隆抗体。

4.4. 药物浓度趋势

自 2016 年以来，生物制剂自动注射器的数量显着增加。2001年至2024年，FDA批准的生物制剂自动注射器从1种（2001-2005年）激增至26种（2021-2024年），连续5年增长率分别为200%（2006-2010年）、167%（2011-2015年）、213%（2016-2020年）和4%（2021-2024年）。相比之下，小分子自动注射器的批准量仅略有增长，从2种（2001-2005 年）增加到9种（2021-2024 年）。1987年至 2024 年间，生物制剂累计占FDA 批准的 62 种自动注射器，几乎是小分子对应类药物29种批准的两倍。此处对药物浓度进行了更详细的分析图3.注意到没有讨论小分子自动注射器，因为紧急使用药物的浓度受到严格限制。

自 2016 年以来批准的 40 种生物制剂自动注射器中，20 种的浓度为≥150 mg/mL，这表明在最近的批准中，高浓度产品的流行程度显著。高浓度制剂（高于 100 mg/mL）占已批准产品的 82.5%（40 种中的 33 种）。在目前市场上的所有自动注射器产品中，2017 年批准的Benlysta（葛兰素史克）含有最高的报告蛋白质浓度，高达200 mg/mL。值得注意的是，2021年1月至2024年12月获得美国FDA批准的所有创新生物制剂自动注射器均采用高浓度溶液（大于100mg/mL）配制。其中，浓度最高的是Dupixent，含有175mg/mL的活性药物成分。

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图 3. 自 2016 年以来获得 FDA 批准的创新生物自动注射器产品数量

这些发现清楚地表明，行业对自动注射器产品中的高浓度制剂的偏好日益增加，尤其是生物制剂。在最近的FDA批准中，特别是在创新生物制剂中，浓度始终使用超过100 mg/mL，这进一步凸显了处方和设备设计的进步，这些进步支持开发适合自我注射的稳定、高浓度生物溶液。

4.5. 剂量频率

给药频率与用药适应症高度相关。如表1，小分子药物自动注射器主要用于应急用途，占产品的69%，如图所示图4。

表 1. 市场上的自动注射器及其适应症列表。

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图 4. 小分子自动注射器和生物制剂自动注射器的注射频率

其次是血糖调节、免疫调节、激素替代疗法（特别是针对原发性性腺功能减退症和促性腺激素减退症等疾病）等治疗类别，这些都是需要每周给药的慢性疾病，合计占总数的22%。偏头痛和减退症的给药频率仅为一次特殊用途，占6%。

相比之下，生物制剂的自动注射器特适用于慢性病。这些生物制品的给药频率主要为每周一次或每两周一次，总计 57%。此外，12% 的药物每月给药一次，14% 的药物每两到四个星期给药一次。

该分析揭示了基于药物类型和适应症的自动注射器临床使用的不同模式。小分子自动注射器主要适用于急性或紧急情况，大多数需要一次性使用或不频繁给药。生物制剂自动注射器是针对慢性病开发的，大多数需要每周至每月给药。这些发现强调，自动注射器是制药公司在开发慢性病生物注射药物时考虑的理想选择，因为它们可以支持家庭环境中更好的依从性和以患者为中心的给药。

 

5. 自动注射器转换的技术挑战与研究

当前的药物创新趋势是向高浓度、高粘度、大剂量的制剂发展，以提高治疗效果。在开发早期和中期，制剂产品一般为小瓶或PFS形式，后转化为自动注射器。然而，最终转换为自动注射器时遇到的挑战很少被制药公司提及，而且往往被低估。

5.1. 用户体验和人体工程学

与传统药品不同，HFE或可用性的考虑对于开发自动注射器作为药物-器械组合产品尤为重要，以确保在患者自我给药期间安全和有效使用。然而，这方面往往是一个重大挑战，可能会被不熟悉以设备为中心的开发的传统制药公司低估或忽视。

本文介绍了瑞士奶酪模型，为理解HFE在自动注射器设计中的作用提供了一个有价值的框架。该模型用于说明系统中的多层防御。具体来说，在HFE中，每片“奶酪”都代表一层针对错误的防御层，例如设计功能、标签、培训和监管监督，而“孔”代表每层内的潜在弱点或漏洞，如图所示图5。最终，系统各个层面的多个缺陷的积累可能会影响患者安全和用户体验。因此，在开发过程的早期整合HFE作为识别和减轻这些风险的主动方法至关重要。

 

 

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图 5. 瑞士奶酪模型：设计、标签、培训和监管要求协同工作，通过解决多个系统级别的潜在故障，最大限度地降低与用户相关的风险。

以肾上腺素自动注射器为例，尽管肾上腺素自动注射器用户友好，并采用隐藏式针头设计，但研究表明，尤其是首次使用者，仍可能感到犹豫。考虑到肾上腺素延迟给药、剂量不足或过量的严重后果，强烈建议医务人员加强正确使用肾上腺素自动注射器的教育。

用户体验与HFE密切相关，在自动注射器产品的整个生命周期中至关重要。必须考虑了解患者的需求，如年龄、性别和力量，并将这些见解整合到设备设计中可以增强患者的整体体验并确保有效的药物递送。在一项调查患者和护士对自动注射器偏好的研究中，Erelzi（SensoReady自动注射器）以其无需按压按钮的简易操作设计脱颖而出。其三角形构造增强了持握稳定性，360度可视窗口则能提供更清晰的注射状态反馈。研究表明早期让患者参与迭代测试能有效提升设备可用性、用户偏好及治疗依从性。此外，制药企业还应着力优化设备设计与使用说明指导。

5.2. 大容量注射

通过对FDA批准的自动注射器的综合性评述，注射量的上升趋势是显而易见的。皮下注射通常可接受的最大体积约为1.5mL。根据我们通过FDA数据库的研究，在2020年之前，没有体积大于 1.14 mL （1.0 mL PFS）的自动注射器获得批准。从历史上看，业界一直认为在10至15秒内递送1.0mL是手持式自动注射器的可行限制。然而，最近批准的单剂量体积高达2.0 mL的产品已经证明可以成功递送更大体积的产品。这促使制药商用单次大剂量注射取代了两个连续的小剂量注射。

从设备演变的角度来看，手持式注射器的最大单剂量体积已从0.8~1.0 mL 扩展到2019年左右的2.25 mL，自2022年以来推出的最新型号已达到5.5 mL，如图6.随着手持注射装置的单次注射剂量不断增加，关于使用者能够舒适地将笔式装置按压在皮肤上以确保准确给药的时间长短，已引起业界广泛讨论。这种对滞留时间的考虑与人们对身体对单次注射大容量剂量的耐受性的认识不断加深密切相关。此外，研究表明，在模拟使用研究中，受试者无论罹患何种疾病、处于何种年龄阶段、是否存在视力或灵活性障碍，均能成功完成长时间注射操作。

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图6. 手持式注射器设备按单剂量体积演变。

从药物开发的角度来看，增加注射体积和注射持续时间会影响药物的扩散速率和吸收效率，因此必须在开发阶段和临床研究中仔细研究和评估。Schneider等[14]对大容量注射如何影响疼痛感知和药代动力学（PK）的已有研究进行了很好的总结。

尽管大剂量皮下注射通常与注射部位的疼痛和不良事件相关，但大剂量皮下注射需要解决药物耐受性、自我给药的适用性以及与现有剂量选择的药代动力学等效性等问题。这些症状包括因皮下组织受限而导致的疼痛和不适感加剧。此外，药物吸收率的改变可能会影响生物利用度，这是这些组织中血管活动减弱的结果。实验结果表明，优化针头设计和注射速度可以显着提高药物生物利用度。此外，还存在组织损伤的风险，可能导致炎症或坏死。要确保这些注射的精确性和一致性，就必须使用先进的设备，这在技术上是一项挑战。此外，此类注射带来的不适感通常会导致患者依从性下降。

5.3. 药物粘度和稳定性

为了满足患者需求、提高治疗效率和降低成本，制药企业越来越注重高浓度制剂的开发。然而，这些处方通常会面临蛋白质不稳定性和粘度增加等挑战，因为高浓度可能导致蛋白质不稳定，从而导致聚集、沉淀或变性等问题。这些问题会严重损害药物的安全性和有效性，制剂科学家对此进行了很好的总结。

新兴的生物力学分析，特别是Woodley等人，已经确定注射系统的流体动力学参数对治疗稳定性曲线有关键介导作用。他们这项开创性研究揭示了粘度相关的压力动态会随流体稠度呈指数级增长（p≤5.18×10^-6），当粘度达到24.5 cP临界值时，猪-人体组织界面压力差可达Δ≈2 psi。

这种压力剧增直接证实了高粘度药物递送过程中遇到的巨大流体阻力，其中压敏生物制剂容易发生构象变化，从而增加蛋白质变性和聚集的风险。此外，介质依赖性压力响应异质性（例如，肌肉与脂肪组织）表明，局部组织生物力学可能通过改变溶出动力学来调节药物释放曲线，为注射参数优化提供了关键的流体动力学见解。

高压注射技术使用强大的弹簧（常见于自动注射器）或气动系统（常见于无针设备），以及改进的活塞设计，有助于递送高粘度药物。最近对高粘度制剂自动注射器的研究表明，注射性能受针头设计的强烈影响。使用粘度约为60-400 cP的甘油溶液的研究表明，针头直径和壁厚的变化会显着影响注射时间。其他研究还表明，可以考虑使用新材料和涂层来最大限度地减少注射器内部的摩擦，进一步提高给药效率和药物稳定性。

5.4. 注射时间的预测

作为驱动力的弹簧是注射系统的一把双刃剑。它可以用高粘度药物溶液完成注射，由于滑动力大于20N，可能无法手动或在几秒钟内完成。另一方面，由于弹簧是固定的，因此由于制造过程中的浓度精度和使用温度，尽管粘度会发生变化，但驱动力保持恒定。准确预测弹簧驱动自动注射器的注射时间对于药物-设备组合产品设计至关重要，因为它可以确保一致的患者体验并最大限度地减少给药误差。

制药流体的流变学表征测量了不同温度和剪切速率下的剪切应力，为预测基于注射器的注射系统中的注射力奠定了理化基础。研究表明，液体的流变特性，如剪切稀化指数，会显著影响注射时间。Allmendinger A等人指出，用于描述药物流变学特性的Carreau模型在拟合所研究蛋白溶液较低浓度（120 mg/mL）数据时存在局限性。研究提出改进方法以获取高剪切速率下的粘度数据。该模型的附加价值在于能整合不同测量系统的粘度数据，实现比现有仪器更高剪切速率下的流变表征，这对自动注射器和注射泵的设计至关重要。

在实践中，设备专家密切监控处方的流变行为，并优先优化药物-设备组合产品设计。一种常见的方法是在开发早期让处方科学家参与调整赋形剂和 pH值，从而微调处方的流动特性。生物制剂的处方经常使用精氨酸、甘氨酸、脯氨酸等赋形剂，有时还使用烟酰胺，通过调节蛋白质-蛋白质相互作用来降低粘度。虽然将环境 pH 值调整为远离蛋白质的等电点 （pI） 可以通过增强静电排斥力来降低粘度，但由于其因情况而异，药物稳定性仍然是首要考虑因素。剪切稀化通过在高速注射过程中降低粘度来帮助自动注射器，以确保顺利递送。相反，剪切增稠有设备故障的风险。在与注射相关的剪切速率下进行准确的流变分析对于处方开发至关重要，因为错误预测可能会导致代价高昂的故障。尽早集成高剪切测试可以防止后期重新设计。

Zhong等提出了另一种可应用于主动针头自动注射器的模型。该模型准确预测注射过程中在给药开始和结束时针头的位置，与实验结果吻合良好。它还能够预测与文献一致的注射时间。此外，每次模拟大约需要20秒的CPU时间。

5.5. 驱动诱导的蛋白质应激

弹簧驱动装置在注射过程中对药物蛋白质施加机械应力，可能导致蛋白质变性或聚集，从而损害药物的稳定性和疗效。研究表明，这些装置还可能引起空化（cavitation），其特征是液体内气泡的形成和塌陷。这种现象会产生能够破坏药物分子和设备本身的冲击波。此外，与这些装置相关的快速加速和减速进一步使蛋白质承受机械应力，加剧变性或聚集的风险。

这些装置中弹簧施加的力在影响空化动力学方面起着至关重要的作用，其中较高的力会增加空化气泡的大小和影响，从而增加蛋白质损伤的可能性。羟基自由基的形成、气/气液和油/固液界面的相互作用，以及空化过程中的流体动力应力等因素与治疗性蛋白质的变性和聚集有关。在一些自动注射器中，空化产生的压力瞬变可能足够大，足以导致设备故障。

准确预测自动注射器启动时空化的发生和强度至关重要，研究设计参数对空化强度的影响也至关重要。Eshraghi等对注射器和自动注射器设计参数（如气隙尺寸、注射器填充量、流体粘度和驱动弹簧力）对空化风险和严重程度的影响进行了实验研究。他们的研究结果表明，最大空化气泡尺寸和诱导拉伸率随着驱动弹簧力、注射器加速度和填充量的增加而增加，并随着粘度和气隙大小的增加而减小。Zhang等人的研究表明，调整气隙高度可以有效控制压力波动并减轻蛋白质变性。此外，高粘度液体可以最大限度地减少气泡的形成和塌陷。优化这些因素可以最大限度地减少对蛋白质的不良影响，提高药物的稳定性和有效性。

5.6. 质量体系差距

尽管管理原料药和药品生产的药品质量管理体系已经完善，但当这些产品转换为自动注射器形式时，会出现重大差距。首先，设计控制将作为一种全新概念引入自动注射器等组合产品。这要求在早期开发阶段进行GMP监督，这与后期才进行正式控制的传统药物开发范式形成鲜明对比。此外，药物属性与设备功能的发布策略存在很大差异：药品验收标准通常源自历史临床和生产数据，而设备性能标准源自设计输入，并通过设计验证活动得到确认。尽管 ISO11608：医疗用针式注射系统不是具有约束力的监管要求，但在建立功能发布协议时经常引用其设计验证抽样计划。缩小这些差距需要建立专门的组合产品质量体系或将药品和器械质量体系整合到一个统一的框架中。

 

6. 自动注射器的下一个发展前景广阔——智能可重复使用自动注射器

随着对更环保和更具成本效益的解决方案的需求不断增长，可重复使用的自动注射器已成为满足这一不断增长的需求的可行解决方案。在领先的设备制造商中，两个主要的可持续发展战略已经变得突出。第一个侧重于材料回收，这是各行各业的常见方法。在这种策略中，用过的自动注射器通过回收计划收集，塑料部件被部分回收以制造新的一次性设备。第二种策略以设备的可重复使用性为中心，其中自动注射器设计用于多种用途，允许用户安全轻松地更换即用型 （RTU） 药物容器。与回收一次性设备相比，可重复使用的自动注射器不仅通过减少医疗浪费来提高环境可持续性，而且还可以为患者节省长期成本。以下讨论将更详细地关注这种面向重复使用的方法。

预计到2035年，可重复使用的自动注射器将占据35%的市场份额，经久耐用，是慢性病管理的理想选择。应用程序连接、剂量跟踪和提醒等智能功能提高了便利性，确保正确使用，并提高了治疗依从性。

6.1. 演变和广泛采用

可重复使用自动注射器的发展和广泛采用在很大程度上受到多个领域的技术进步的推动。电池技术的改进延长了设备的使用周期，提高了可靠性，使其更适合慢性病患者。同样，注射控制机制的创新提高了给药精度，降低了剂量错误和注射不完整的风险。先进的控制机制还可以包括自动针头插入和缩回系统，通过降低意外针刺伤的风险并确保无缝注射过程来提高安全性。有些配备了反馈系统，例如听觉、视觉和触觉（振动）提示，可在注射完成或在此过程中发生任何错误时通知用户，例如SHL Medical Elexy的。

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图7. SHL Medical Elexy。

6.2. 可重复使用自动注射器面临的挑战和问题

设备耐用性和可靠性：随着时间的推移，可重复使用的自动注射器的机械部件可能会磨损。研究表明，自动注射器的材料和设计可能会导致其在静态机械应力下退化，从而可能影响注射过程的准确性和安全性。幸运的是，随着材料科学的进步，这些问题通常得到了解决，利用涂层和表面改性等技术来增强耐磨性和耐腐蚀性。

清洁和维护：可重复使用的自动注射器需要定期清洁和维护，以确保正常功能并防止污染。对于缺乏专业医疗保健支持的患者来说，这可能具有挑战性。

设计改进：可重复使用的自动注射器通常与智能功能集成。然而，与一次性自动注射器相比，包含这些附加功能可能会增加用户错误的可能性，并降低整体易用性。为了解决自动注射器的用户错误问题，研究表明，改进设备设计有助于减少错误。例如，一些电机设备提供分步指导或兼容的培训套件，帮助新手用户掌握正确的技术，从而减少对药物浪费的焦虑和担忧。

初始成本：有证据表明，虽然可重复使用的自动注射器从长远来看可能具有成本效益，但对于一些患者来说，其高昂的初始购买成本可能难以承受，尤其是那些没有保险的患者。制造商可能会提供共付额计划来帮助患者降低成本。

 

7. 讨论

基于PFS的自动注射器已成为生物制剂输送的首选平台，特别是对于需要定期自我给药的慢性疾病。尽管自动注射器最初是针对小分子药物引入的，但其早期使用主要集中在急性和紧急适应症上。然而，近年来，这种情况已经演变为Mounjaro和Wegovy等体重管理药物，它们也在慢性适应症方面受到关注。然而，自动注射器采用率最显著的增长是生物制剂，特别是单克隆抗体，由于其适合长期治疗，在过去十年中，FDA的批准和临床使用急剧增加。

一个显着的趋势是转向高浓度制剂，通常超过每毫升100毫克。这得益于制剂和设备设计的进步，使治疗剂量能够以较小的体积递送，同时保持药物稳定性、疗效和患者舒适度。给药频率是另一个关键方面。需要每周到每月给药的生物制剂特别适合自动注射器，因为它们在家庭使用环境中提供便利并支持依从性。

在评估一种疗法是否适合自动注射器给药时，应考虑几个因素。制剂的粘度和体积必须与设备功能兼容，以确保一致且可耐受的递送。对于大容量注射，必须仔细评估较长的注射时间，以确认它们不会对药代动力学或治疗结果产生不利影响。该制剂还必须在高浓度下表现出足够的稳定性，以便以减少的体积有效给药。此外，可用性也至关重要。设备开发团队和人为因素专家的早期参与对于确保最终产品安全、直观且可供患者使用是必要的。最终，要实现最终的自动注射器产品并获得批准，必须满足质量要求。

 

8. 结论

自动注射器为提高患者在药物递送中的自主性和依从性提供了一个强大的平台。成功的实施依赖于综合的早期设计和开发规划，该规划考虑了关键因素，包括给药频率、处方特性、设备性能和用户体验，并贯穿整个产品生命周期。该分析旨在支持开发更安全、更高效的自动注射器平台，以增强用户体验和治疗依从性。通过解决这些关键因素和挑战，可以实现最佳治疗结果，并从根本上彻底改变患者护理。

 

9. 专家意见

自动注射器已从用于急性适应症的小众设备迅速发展成为采用最广泛的慢性生物递送平台之一。它们的兴起与对需要在家庭环境中长期给药的慢性疾病的关注扩大密切相关。患者越来越期望能够自行给药且对日常生活的干扰最小，而自动注射器通过结合给药准确性、安全性和可用性提供了实用的解决方案。对于开发人员来说，这种转变重新定义了产品开发：药物制剂、设备工程和HFE 现在必须并行解决，而不是孤立地解决。

一个重要的驱动因素是向高浓度制剂的转变，通常超过100 mg/mL。弹簧力学、注射器表面处理和创新针头设计的进步使得能够以一定的注射量皮下给药粘性生物制剂。这些改进减轻了注射负担，并有助于保持每周或每月给药方案的依从性。然而，更高的药物浓度和粘度带来了新的技术挑战：延长的注射时间可能会影响耐受性，升高的剪切力会影响蛋白质的稳定性，并且聚集或颗粒形成的风险需要仔细控制。这些考虑因素强调了系统级开发的必要性，其中处方、设备和容器瓶盖性能共同优化。

可用性仍然同样重要。尽管模块化平台设备加速了开发，但实际经验表明，不同患者群体的自我注射通常会导致操作错误。来自不同地区的观察证实，一旦产品超出对照试验设置，给药不完整或过早停药等错误并不少见。因此，HFE 研究起着决定性的作用，因为便利性和直观的作是可衡量的结果，可以直接降低错误率并提高依从性。展望未来，自动注射器不太可能融合成一种适合所有不同用户的通用设计。相反，平台将多样化：针对体弱患者的低力设计、用于常规长期使用的简化两步设备，以及依从性数据至关重要的数字化变体。

研究和开发不断拓宽这些可能性。聚合物或强化玻璃等材料创新可能会降低破损风险，而新涂层旨在最大限度地减少硅油迁移。正在改进驱动机械装置，以缩短注射时间而不超过可容忍的力范围。数字连接正在从试点概念发展到实际部署，尽管在可靠性、网络安全和临床益处方面仍然存在问题。

体载给药系统（OBDS）是一个相关的比较器。它们可以在较长时间内提供更大的体积，并且可能有益于需要缓慢输注或非常高浓度的治疗。然而，OBDS通常更昂贵、技术复杂且不太谨慎，这限制了它们的广泛应用。对于大多数生物制剂来说，手持式自动注射器仍然是更强大且被广泛接受的解决方案，OBDS保留用于自动注射器达到实际极限的特定适应症。

监管是影响该领域的另一个因素。FDA即将出台的质量管理体系法规 （QMSR）与ISO13485相协调，预计到2026年将为质量、验证和HF文档设定新的基线。这种协调将简化跨市场的合规性，同时也提高技术和可用性证据的标准。虽然开发需求可能会增加，但结果将是更强的可靠性和全球一致性。

展望未来，大多数新批准的生物制剂将与自动注射器配对作为默认给药选项。连接将是常规的，HF标准将更加严格，反映了广泛自我注射的现实。平台不会是统一的，而是针对特定用户群体和治疗环境量身定制的。在这种环境下，自动注射器将不再被视为辅助设备，而是经过科学验证的治疗成功的重要推动因素。

 

 

 

 

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