Rousselot：X-Pure 明膠可提高生物打印的一致性

在人體中，組織由細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 支持的細(xì)胞組成，細(xì)胞外基質(zhì)本身由膠原蛋白組成。這些膠原蛋白具有多種功能，不僅支持細(xì)胞，還提供一定的拉伸強(qiáng)度并促進(jìn)細(xì)胞粘附調(diào)節(jié)、趨化性、細(xì)胞遷移和直接組織發(fā)育。生物打印細(xì)胞時(shí)，也需要一種結(jié)構(gòu)來支撐細(xì)胞并模仿膠原蛋白在體內(nèi)的作用，這種材料就是明膠，這是一種源自膠原蛋白水解的有機(jī)成分，可以為組織工程和生物打印帶來了機(jī)遇。



Rousselot 是膠原蛋白解決方案領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，開發(fā)了一系列基于明膠的產(chǎn)品，包括 X-Pure 改性明膠，可用于促進(jìn)組織工程和生物打印應(yīng)用中的細(xì)胞生長。具體來說，這些 X-Pure 明膠可用于形成熱可逆水凝膠，可打印為支架或細(xì)胞載體以促進(jìn)細(xì)胞繁殖，或可用作涂層以改善另一種生物材料載體的細(xì)胞支撐。

從明膠到 GelMA
在深入了解 Rousselot 明膠產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)之前，首先要了解 GelMA，這是一種甲基丙烯酸明膠生物材料，目前是再生生物打印應(yīng)用中最常用的生物材料之一。GelMA 是二十多年前由 An Van Den Bulcke 博士在根特大學(xué)開發(fā)的，具有出色的生物相容性、可調(diào)節(jié)的生物降解性和交聯(lián)能力。

該材料是作為純明膠的替代品而開發(fā)的，雖然純明膠非常適合細(xì)胞生長，但也面臨著一個(gè)特定的挑戰(zhàn)：當(dāng)暴露在 31.7–34.2 °C 的溫度下時(shí)，它會(huì)融化（細(xì)胞在體溫37°C下生）。在明膠中添加甲基丙烯酸酐會(huì)產(chǎn)生更穩(wěn)定的材料，因?yàn)榻宦?lián)能力可以提高生物材料在體溫下的穩(wěn)定性。

然而，由于 GelMA 可以在世界各地的實(shí)驗(yàn)室中制造和合成，因此材料的一致性不夠好。此外，GelMA 可能容易含有雜質(zhì)，如內(nèi)毒素或殘留的甲基丙烯酸，這些雜質(zhì)會(huì)影響研究結(jié)果，并實(shí)際上導(dǎo)致體內(nèi)問題，如組織炎癥、過敏原敏感性，在最壞的情況下，甚至?xí)��?dǎo)致致命的休克。


△X-Pure 明膠可提高生物打印的一致性

X-Pure GelMA
為了解決這些不一致問題并提高多功能生物材料的可靠性和安全性，Rousselot開發(fā)了 X-Pure GelMA，一種改性甲基丙烯酸明膠。該產(chǎn)品是世界上第一個(gè)在 GMP 條件下生產(chǎn)的甲基丙烯酰明膠，具有超低雜質(zhì)水平、產(chǎn)品一致性和可調(diào)的機(jī)械性能。這種特性組合意味著 X-Pure GelMA 可適用于再生醫(yī)學(xué)和組織工程等廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

對(duì)于生物打印用戶，Rousselot的 X-Pure GelMA 提供了細(xì)胞成長所需的一致性。它還通過確保研究人員在工作中了解生物材料的確切特性來完全簡化生物打印過程。也就是說，雖然常規(guī) GelMA 要求研究人員對(duì)每個(gè)新批次的生物打印機(jī)設(shè)置進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化（設(shè)置可能需要數(shù)周時(shí)間），但相同的設(shè)置可用于 X-Pure GelMA 的特定變體，無論批次號(hào)如何。

X-Pure GelMA 的物理化學(xué)性質(zhì)也可以通過交聯(lián)來調(diào)整，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。Rousselot 說：“GelMA 可以以特定的功能化程度 (DoM) 和分子量 (MW) 進(jìn)行合成，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的水凝膠形成。”這意味著它可以適用于高粘度和低粘度生物墨水，交聯(lián)后水凝膠的最終硬度是通過材料特性、生物墨水配方和打印條件（例如交聯(lián)溫度）來控制的。X-Pure GelMA具有一致性，可以根據(jù)所選的墨水配方和打印條件來預(yù)測(cè)水凝膠的硬度，這與實(shí)驗(yàn)室制造的 GelMA 形成鮮明對(duì)比，在實(shí)驗(yàn)室制造的 GelMA 中，每個(gè)批次都需要反復(fù)試驗(yàn)才能找出如何重新創(chuàng)建所需的水凝膠硬度。


△Rousselot的X-Pure明膠產(chǎn)品正在擴(kuò)大生物打印的可能性。

X-Pure GelDAT
2021年，Rousselot推出了另一種適合生物打印應(yīng)用的純化、改性明膠產(chǎn)品：X-Pure GelDAT。這種生物材料是一種超純化明膠脫氨基酪氨酸，結(jié)合了 GelMA 的純度和對(duì)人體組織的卓越粘附力。X-Pure GelDAT 與 X-Pure GelMA 一樣，也可以與其他生物材料相結(jié)合，生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，用于藥物輸送、組織工程、芯片器官和傷口敷料等應(yīng)用。



在該材料發(fā)布時(shí)，Rousselot Biomedical 業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理 Jeff Daelman 博士對(duì)該產(chǎn)品加速研究推進(jìn)臨床的能力發(fā)表了簡介：“Rousselot 的 X-Pure GelDAT 的研究級(jí)在功能上相當(dāng)于 GMP 級(jí)材料，因此研究人員在臨床試驗(yàn)之前重新驗(yàn)證其生物材料的風(fēng)險(xiǎn)較小。早期研究質(zhì)量的下降還會(huì)導(dǎo)致重大的規(guī)模擴(kuò)大問題和臨床試驗(yàn)準(zhǔn)備的延誤。X-Pure GelDAT 可用于每個(gè)開發(fā)階段。”

與 X-Pure GelMA 一樣，X-Pure GelDAT 有多種分子量可供選擇，并且可以根據(jù)不同類型細(xì)胞的特定需求進(jìn)行定制。換句話說，X-Pure 明膠的物理化學(xué)特性可以針對(duì)不同的硬度進(jìn)行調(diào)整，以模擬不同類型人體組織的硬度。基于明膠的水凝膠的硬度可以達(dá)到 200 kPa，也可以柔軟到 500 Pa 或更低。因此，可以創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境來概括像腦組織一樣柔軟和像預(yù)鈣化骨骼一樣堅(jiān)硬（以及介于兩者之間的所有物體）的組織硬度。

應(yīng)用案例：原位生物打印
Rousselot的 X-Pure GelDAT 生物材料在一項(xiàng)創(chuàng)新研究項(xiàng)目中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，該項(xiàng)目正在開發(fā)一種生物打印機(jī)，可以直接在體內(nèi)打印活體結(jié)構(gòu)以修復(fù)受損組織。這種生物打印機(jī)與我們習(xí)慣看到的臺(tái)式機(jī)器截然不同，它使用肌肉般的軟機(jī)器人將生物材料結(jié)構(gòu)直接擠出到組織上。

該研究項(xiàng)目由澳大利亞悉尼新南威爾士大學(xué)進(jìn)行，有潛力用于原位 3D 生物打印和內(nèi)窺鏡手術(shù)，并有助于克服傳統(tǒng)生物打印現(xiàn)有的挑戰(zhàn)，例如表面不匹配和組織損傷或在植入前運(yùn)輸中引起的生物組織污染。

生物打印機(jī)依靠柔軟的人造肌肉來控制打印頭，打印頭由機(jī)器學(xué)習(xí)工具控制以實(shí)現(xiàn)最精確的運(yùn)動(dòng)。在這項(xiàng)研究中，Rousselot 的 X-Pure GelDAT 是用于打印人造結(jié)腸和修復(fù)豬腎組織的生物材料之一。GelDAT 是一種理想的材料，不僅因?yàn)槠渖�物相容性，還因?yàn)槠渥吭降恼澈闲阅芎团c組織交聯(lián)的能力。

研究生院 Scientia 副教授表示：“我們選擇在這項(xiàng)工作中使用 GelDAT，因?yàn)樗�易于擠出和光聚合，使其成為測(cè)試這種新設(shè)備的出色生物墨水平臺(tái)，到目前為止，這項(xiàng)工作的結(jié)果令人鼓舞，懸浮在 GelDAT 生物材料中的細(xì)胞在打印測(cè)試中能夠存活，希望我們的技術(shù)能夠改善組織修復(fù)�！�

總而言之，Rousselot的 X-Pure 明膠生物材料是生物打印的關(guān)鍵成分，提供科學(xué)家開發(fā)和構(gòu)建細(xì)胞繁榮環(huán)境所需的一致性、純度和可調(diào)性。

Rousselot
憑借130多年在明膠和膠原蛋白方面的專業(yè)知識(shí)，Rousselot生物醫(yī)學(xué)為組織工程、再生醫(yī)學(xué)、藥物輸送系統(tǒng)、細(xì)胞療法、外科和腸胃外應(yīng)用、傷口愈合和芯片上器官提供高質(zhì)量的醫(yī)藥級(jí)生物材料。Rousselot的生物醫(yī)學(xué)業(yè)務(wù)開發(fā)純化、改性和非改性、低內(nèi)毒素明膠和膠原蛋白，并根據(jù)各種規(guī)格進(jìn)行定制和擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)快速、可靠的產(chǎn)品開發(fā)。