3D生物打印平臺的案例
3D生物打印平臺治療結腸癌，CTIBIOTECH新技術
2021年11月30日，南極熊獲悉，再生醫學公司CTIBIOTECH開發了一個新的3D生物打印平臺，可以為結直腸癌患者直接提供更具有針對化的藥物。
據了解，該平臺是由普羅夫迪夫醫科大學和保加利亞的UMHAT-歐洲醫院合作開發的，能夠生產出具有成本效益和可重復的人類結腸癌疾病模型，也可用于化療篩選。
CTIBIOTECH公司總裁兼CSOColin McGuckin教授說："癌癥療法的進步需要新的人體模型來完成藥物測試，而我們的3D模型開創性地提供了準確的長期測試策略，用以幫助患者。“
△CTIBIOTECH的生物打印平臺開發出了具有成本效益的、強大的、可重復的結腸癌模型。圖片來自CTIBIOTECH。
CTIBIOTECH的生物打印技術
CTIBIOTECH公司的核心目標之一是通過開發3D生物打印人類癌癥模型來減少藥物開發的成本和時間，這些模型可用于為個別患者確定最有效的治療方法。在過去的七年里，該公司內部一直在開發3D生物打印技術，以擴大其用于皮膚研究的3D組織工程能力。
CTIBIOTECH之前與化學公司BASF的Care Creations部門合作，對人類皮膚腺體的3D組織模型進行研究，并在此基礎上開始開發一種能夠將皮脂腺（皮膚）微腺排列成皮膚病模型的3D生物打印機。
該公司過去還曾與瑞典3D生物打印機供應商CELLINK合作，研究癌癥患者的新療法。他們使用CELLINK公司的機器在實驗室中創建腫瘤組織模型，并樂觀地認為這可以減少臨床前藥物篩選中進40%的昂貴損耗率。
最近，作為NOVOPLASM項目聯盟的一部分，CTIBIOTECH成為世界上第一個3D生物打印完整免疫人類皮膚的公司。
展開 強生3D生物打印解決方案
依靠FRESH3D打印技術（先進的生物制造平臺），與公司包括開發和臨床前項目的產品線，FluidForm正在解決人類健康方面的需求。這些項目包括生物假體植入式醫療設備，以及用于測試藥物功效和心臟毒性的新一代結構和復雜成分組織模型，還側重于組織和器官置換。
△FRESH? technology
南極熊獲悉，人體組織研究、修復和更換領域領導者FluidForm在2021年6月17日宣布，與強生醫療器械公司成員Ethicon, Inc. 簽署協議，使用FluidForm的FRESH技術發展3D生物打印。此次合作利用FRESH? 3D生物打印平臺實現傳統技術無法制造的特定組織。
△使用膠原蛋白打印的三葉瓣心臟瓣膜
FluidForm的首席執行官Mike Graffeo表示，Ethicon是外科領域的全球領導者，他們的3D打印中心在醫學應用方面處于行業領先地位。公司對FRESH技術產生的影響感到興奮，并很高興與Ethicon合作以實現更多目標。
△一種體外人體模型，可在臨床前發現過程的早期檢測復雜的心律失常，使藥物開發人員能夠確定最佳候選藥物以進行人體試驗并最終用于患者。
FRESH技術
為了構建人體組織，通常需要整合結構和功能：通過控制不同細胞類型、蛋白質和生長因子，以重建真實組織中復雜生理學。FRESH（Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels）通過修改生物打印環境，可高分辨率3D打印人體天然蛋白質和細胞。技術的關鍵創新是在將打印步驟在支撐浴內進行。
△使用凝膠化學打印細胞和ECM蛋白（離子、pH、酶）。
展開 生物3D打印新技術：懸浮層增材制造，為治愈深度皮膚損傷帶來福音
該公司的平臺實際上是一個在培養皿中運作的免疫系統，能夠再現人類細胞間的相互作用和免疫反應，使其成為進行疾病治療研發的理想選擇。
在其他地方，再生醫學公司CTIBIOTECH最近開發了一個新的3D生物打印平臺，為結直腸癌患者提供個性化的藥物。該平臺是與普羅夫迪夫醫科大學和保加利亞的UMHAT-歐洲醫院合作開發的，能夠生產出具有成本效益和可重復的人類結腸癌疾病模型，也可用于化療篩選。
生物3D打印細胞培養平臺推向美國市場，Inventia Life Science獲3500萬澳元B輪融資
導讀：生物3D打印是一門集合了機械、材料、生物、醫學等多種學科的前沿技術，因此，這項技術也吸引了各大投資公司的關注。
南極熊獲悉，澳大利亞3D生物打印專家Inventia Life Science于2021年12月16日宣布完成B輪融資，共計籌集了3500萬澳元（約1.59億人民幣）。投資由Blackbird Ventures牽頭，并得到Skip Capital的長期支持，總融資額達到3200萬美元（約2.04億人民幣）。
△生物3D打印
Inventia Life Science打算利用這筆資金加速推出RASTRUM生物3D打印機，而銷售重點則放在美國市場。Inventia Life Science首席執行官Julio Ribeiro稱，新一輪融資將使Inventia擴大規模并推動對癌癥研究的新方法以及新藥的開發和驗證等。
△RASTRUM生物3D打印機
“數字生物打印”與 RASTRUM
Inventia Life Science總部位于悉尼郊區，專注于制造藥物和治療研究應用所需的逼真3D人體組織系統。該公司試圖將生物3D打印技術“數字化”，以不影響細胞活力的方式快速、高精度地沉積細小細胞和基質液滴的能力。Inventia Life Science使用的PEG生物墨水無需熱刺激即可在接觸時結合，通過“矩陣構建塊”的方式進行生物3D打印。
△數字化打印
以這種“數字生物打印”技術為基礎，Inventia成功開發出第一臺生物3D打印機：RASTRUM。
展開 
融合電子與生物學，看3D打印仿生眼背后的3D打印技術
不久前，美國明尼蘇達大學Michael McAlpine研究團隊在《先進材料》(Advanced Materials)期刊上發表了新的研究成果-3D打印仿生眼。研究團隊通過一種復合材料3D打印機以及導電的油墨材料，在玻璃半球的自由曲面上制造出圖像傳感陣列。
本期，3D科學谷就與谷友一起來了解明尼蘇達大學團隊在制造3D打印仿生眼時所使用的3D打印技術。
電子技術與生物學相融合
McAlpine研究團隊所從事的領域屬于將生物電子學領域，他們通過復合材料3D打印技術，在自由曲面和基底上制造打印納米級的電子油墨。通過3D打印技術，研究團隊能夠將有源電子設備與生物學相結合，制造自由幾何形狀的仿生器官，例如仿生眼、智能假肢。
明尼蘇達大學Michael McAlpine的團隊正在研究多種3D打印材料，用于制造生物電子裝置，左邊第一張圖即為前不久發布的3D打印仿生眼。圖片來源：明尼蘇達大學。
生物體的器官、組織是柔性的、三維的，并且對溫度敏感，而通常功能電子器件是平面的、剛性的，如果通過常用技術來制造仿生電子裝置，與生物學(人體)的器官、組織的特性并不相符。
3D科學谷了解到，明尼蘇達大學研究團隊解決以上問題的方式是使用3D打印技術，提供自由幾何形狀的制造。該方法解決了許多可能性：（1）使用3D打印實現個性化的多功能設備架構; （2）采用納米油墨作為引入各種材料功能的有利途徑; （3）3D打印一系列功能性墨水，以實現從生物到電子的各種材料的交織。
3D打印提供了一個多尺度平臺，可以結合功能納米級墨水，創建微尺度特征，并最終創建宏觀打印對象。
展開 投影式光固化生物3D打印應用：血管與血管化
投影式光固化生物3D打印技術通過光化學反應實現打印材料的逐層光固化，從而構建出三維結構。
弗萊堡大學Prasad Shastri實驗室《Adv.Sci》綜述：連接3D生物打印和臨床轉化的生物橋梁
自3D 生物打印首次被報道后，該領域得到迅速發展。相較于傳統的組織工程，3D生物打印具有能夠制造特定結構的優勢，是有望能轉化進入臨床應用的生物制造方法。然而截至目前很少有真正進入臨床試驗的研究，究其原因在于研究3D生物打印的科學家和臨床醫生所關注的點不同，導致無法實現標準統一。如何跨越這道鴻溝，步入臨床應用的通途是3D生物打印領域接下來面臨的挑戰。作為生物打印的主體，生物墨水的角色尤其重要。3D生物打印的臨床轉化與新一代的生物墨水的開發密不可分。對此，弗萊堡大學高分子研究所的Shastrilab對目前3D生物打印技術（擠壓成型式）進行了總結并提出生物墨水開發的五個階段（TRL1-5），生物墨水需要具備的特性和標準化的工具，以期對未來研究3D生物打印的研究者提供一些參考（圖1）。
圖1 生物墨水開發的五個階段以及各階段涉及到的標準化工具
此前有學者將生物墨水定義為“能夠適用于自動化制造和成型的包含細胞的配方，可包含生物活性成分和生物材料”。這一定義強調了細胞在生物墨水中的重要性。然而在真實的打印中，生物材料本身的作用不可忽視。在構建復雜結構的例子中，細胞的打印幾乎離不開生物材料的支撐。生物材料不僅扮演了傳遞細胞的作用，其本身對細胞和其他生物活性物質的影響更是不容小覷。早在本世紀初年就有學者提出生物材料的指引作用，其給內含細胞提供了機械力、物理、化學和生物信號。因此本文將生物墨水中的介質（生物材料）比喻為空白的畫布，通過后期的控制和改性具有特定的生物學功能和理化特性，比如引入特殊的基團控制其交聯機制，調控內部原有基團的比例而操控硬度，或者接枝生物小分子使其具備特定的生物功能。
展開 3D生物打印模擬血管組織
（可點擊閱讀原文）
南極熊3D打印網記得，康教授就是國內3D打印血管方面的專家。2016年12月1日，藍光英諾3D生物打印血管植入恒河猴體內的實驗取得了成功，藍光英諾共同進行了30只恒河猴3D打印血管體內植入實現，實驗存活率為100%，這為3D生物打印植入技術的臨床轉化提供了可能。藍光英諾自成立以來就將3D打印技術作為其研究方向，這如今已經成為藍光英諾的核心技術，這項技術是干細胞技術與3D打印技術的結合，依托于3D生物打印理念，藍光英諾獨創了“生物磚”的技術，“生物磚”可以重塑體內胚胎正常發育所需條件，在體外重建人體胚胎微環境，為精確調控干細胞的分化過程提供保障。
成都高新區國際人才城 (圖片來源：成都高新區黨群工作部)
成都高新區黨工委組織部應黨的十九大報告所提出的“聚天下英才而用之，加快建設人才強國”號召，積極踐行“人才+”理念，大力實施“金熊貓”人才計劃，從人才引進、人才培育體系、創新創業平臺、投融資、科技成果轉移轉化、市場開拓等12個方面給予40余條政策支持、以及超過1.37億元的基金支持。其中，高達7175萬元的基金劃入“創客項目”，旨在給予成都高新區創業的高層次人才創業支持。在此角逐中，國際再生醫學領軍人物、中組部首批“千人計劃”國家特聘專家康裕建教授憑借在再生醫學領域的創新創業計劃，獲得該項人才計劃500萬元資金支持。
藍光英諾首席執行官/首席科學家康裕建
康裕建，中組部首批“千人計劃”國家特聘專家、藍光英諾首席執行官/首席科學家，自2014年創立藍光英諾這一全球技術領先的干細胞和3D生物打印為核心技術的生物高科技公司以來，始終堅持“以人為本”為核心價值觀，提倡在疾病早期就對疾病加以干預，遏止疾病進程，致力于“改善人類生命質量，開啟全球健康產業”。
展開 俄國首次在太空3D打印生物材料
據俄羅斯衛星網6日報道，俄羅斯“INVITRO”醫療公司表示，其3D生物打印機在國際空間站開機打印生物材料，制造世界上第一個在太空中打印的器官組織，實現了歷史性突破。
該公司新聞處的工作人員說：“此前在地面接受過生物打印機使用培訓的俄羅斯宇航員奧列格·科諾年科于莫斯科時間12月4日17點開始進行活體組織打印實驗，實驗計劃獲得小鼠軟骨組織以及具有血管結構的小鼠功能性甲狀腺器官構造。”
新聞處消息稱：“我們正從太空收到照片，在攝像機屏幕上可以清楚地看到小鼠的甲狀腺活體結構是如何組成和懸浮的。”
據報道，實驗結果將在12月內被送回地球以供研究，實驗結果將在2019年初公布。
報道稱，美國打算在2019年春將自己的生物打印機送到國際空間站。
俄羅斯原計劃于10月11日由“聯盟號MS-10”飛船將第一臺生物打印機送入太空，但由于聯盟-FG火箭發生事故，因此任務沒有完成。俄羅斯“INVITRO”醫療公司準備了第二臺設備，于12月3日在拜科努爾發射場由飛船送到國際空間站。
展開 高分辨率生物3D打印機
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導讀：幾十年來，二維細胞培養一直是臨床前藥物研發和生物醫學研究的標準。但是，越來越多的證據表明，這些模型無法很好地表示生命系統中3D級別細胞的相互作用，導致浪費了大量的研發資金。如今，Xpect INK和UpNano兩家公司開發了合適的材料和打印系統，使高精度嵌入式活細胞3D構建成為了可能。
南極熊獲悉，2 Photon 3D打印機的制造商UpNano已于2021年4月13日推出新的NanoOne Bio 3D生物打印系統。新產品的系統基于公司旗艦產品NanoOne3D打印機，能夠打印從中等尺寸到納米級別的活細胞3D組織結構。公司還與生物材料開發商Xpect INX（根特大學的孵化公司）合作，創建了一種基于水凝膠的生物墨水，用于新系統。據報道，X Hydrobio INX U200能夠讓研究人員從培養皿將活細胞直接嵌入其中的市售樹脂。
△NanoOne Bio高分辨率3D打印系統
3D生物打印的新維度
NanoOne Bio允許以前所未有的精度對生物細胞進行3D打印，模仿自然組織形態和細胞支架無菌制造細胞模型，致力于開啟生物醫學研究的新紀元。機器具有：
高分辨率生物打印：可直接打印活細胞 。在X Hydrobio INX基質中嵌入的細胞可用于三維體外細胞測試。基板的選擇幾乎沒有限制。可以在通用支架的幫助下將細胞培養板、培養皿或帶玻璃底的微流控芯片插入機器。結合臺式孵化系統，在打印過程中可以控制自然溫度、濕度和CO2條件。
△高分辨率生物打印
生物相容性結構：模擬細胞微環境的結構和表面紋理。
展開 《AFM綜述`兩幅圖》生物合成水凝膠的可注射性：考慮到最小侵入性外科手術過程和3D生物打印
可以使用各種技術（紅色）對水凝膠進行
3D打印以構建活組織。凝膠化可以通過剪切稀化后的固有自我修復，也可以通過外部觸發的凝膠化來實現，在這
種情況下，生物墨水在局部沉積后就可以開始交聯。液態水凝膠可以在印刷階段或在支持凝膠浴中交聯以保持形狀。
圖2
用于生物醫學應用的
3D水凝膠細胞封裝的示例。
A）使用微流控設備將人胰島包裹在PEG-4MAL微凝膠中，隨后將其用于移植后的免疫保護（比例尺：200 m）。B）體外藥物篩選平臺采用“人為”腫瘤，這些腫瘤是通過將腫瘤細胞包裹在PEG-纖維蛋白原水凝膠中而產生的。將腫瘤包埋在外部凝膠基質中，其參數設計為促進轉移細胞（紅色）優先于非轉移細胞（綠色）侵入外部分選凝膠（比例尺：500 m）。C）使用具有不同形狀和曲率的內皮細胞接種微通道對組織工程血管進行生物打印。印制的通道模仿用作血管移植物的不同形狀的血管。熒光
珠（綠色）流過微通道，內皮細胞接種的構建體被
CD31（紅色）和細胞核（藍色）染色。
參考文獻
：
doi.org/10.1002/adfm.202100628
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高分子材料科學
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【往日經典】
中科大趙旸/東南大楊決寬《納米快報》氫鍵誘導的溫度響應型聚合物的固態熱記憶
浙江大學顧臻《ACS Nano》可注射生物降解高分子復合物，遞送葡萄糖反應性胰島素
南京工業大學陳蘇/朱亮亮: 具有防污和減鹽特性的自給自足的Janus氣凝膠，用于穩定日光蒸發
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海妖傳說：3D打印出傳聞中超自然生物的“真身”？！
當然，大尺寸模型的打印也意味著樹脂的消耗量更大、加料的頻次更多，但有著自動進料系統的Anycubic Photon M3 Max就能簡單化解這個困擾，能讓諸如@Minibricks這樣的原創手工達人更專注享受3D打印樂趣，高效完成一系列高難度大制作！
增材制造（3D打印）在生物工程上的應用
在simufact.welding中，對增材制造（也可以稱3D打印）的仿真過程設置是非常容易進行的，也很容易實現。下面舉一個在生物工程領域的例子，來進行展示。
首先，在mimics軟件及geomagic軟件中，對CT掃描得到的脛骨進行建模和修復，如下圖所示。
建模完成后，在hypermesh等網格劃分前處理軟件中，對其進行網格劃分。注意，由于該構件是由增材制造來進行分層制造，所以網格劃分也需要遵循一定的層次規律。
網格劃分完成后，將其導入simufact.welding中，進行分層設置，建立起掃描軌跡線，并一一對應。
然后就是求解計算。將計算得到的結果與計算之前的結果可以對比，得到其增材制造后的冷卻階段，模型的總體變形，如下圖所示，是非常明顯的。無論是縱向變形，還是橫向變形，變形量都非常明顯。這也是增材制造仿真的意義之一。
動畫如下所示：
更多詳細內容，可以點擊以下鏈接，查看英文說明：
http://www.linkedin.com/pulse/metal-additive-manufacturing-simufact-louis-lu?trk=prof-post
展開 觀點：器官3D打印將成為生物治療的新突破點，干細胞從2D升級為3D
去年2月，該大學的研究團隊利用新開發的3D生物打印系統打印出人造耳朵、骨頭和肌肉組織，移植到動物身上后都能保持活性。
雖然如此，專家們也提醒，實驗室成功不等于產業化成功。對醫療產品來說，在應用于人體之前必須符合國家法規，且在安全性、有效性方面符合臨床要求，這需要大量的實驗驗證。
△3D打印器官模型，希瑞干細胞集團供圖
據估算，一個不含細胞的用于組織修復的3D打印產品從研發到上市，大致需要5年到6年時間。而含活細胞的3D打印產品，因尚有諸多技術難題待突破，還不能估計上市時間。
在采訪的最后，任博表示：“雖然時間很長，但我們不能停止在這方面的創新和研究。相信通過各個領域專家的通力合作，我們一定能早日實現人類打印自身器官的科學夢。”來源：希瑞干細胞集團
作者介紹：任昊，希瑞生命集團高級顧問，虛擬現實3D技術資深專家、博士，南極熊“3D打印智庫”成員。
南極熊3D打印網誠邀行業內外的從業者，積極就行業發展提出您的寶貴觀點，積極向我們投稿，我們將把您的觀點通過我們的平臺發布出去，與更多朋友分享交流。南極熊3D打印將在國內外建立起首批50人的特約作者庫，并作為“3D打印智庫”的基礎，歡迎有想法的您踴躍參與。
來源：南極熊3D打印
展開 生物醫用材料市場、趨勢及其在3D打印中的應用
復合生物材料 與單一組分或結構的生物材料相比，復合生物材料的性能具有可調性，各組分既能保持性能的相對獨立性，又能優化配置，大大改善單一材料應用的不足。
生物墨水 醫用水凝膠、生物交聯劑和活細胞共同組成了生物3D打印所需的“生物墨水”，目前已經有研究人員利用3D生物打印技術和生物墨水打印出人體耳廓等活體組織，但材料與調節細胞有序地組合、器官內部血管構建、神經系統構建的生長因子相容等困難，使得3D打印復雜器官的實現仍有很大距離。
文章轉載自：火石創造。
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