生物打印領(lǐng)域的五個(gè)前沿方向

2024年8月31日，南極熊獲悉，生物打印領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)變化逐漸成為焦點(diǎn)，在持續(xù)增長(zhǎng)的同時(shí)，不同的趨勢(shì)也應(yīng)運(yùn)而生。生物打印領(lǐng)域的這些“細(xì)分市場(chǎng)”對(duì)于理解行業(yè)的發(fā)展方向至關(guān)重要，其中有五個(gè)方向尤為引人注目。

生物材料


△ Rousselot 和 BIO INX 推出的 GEL-MA INX 生物墨水

生物打印的成功在很大程度上取決于所使用的材料，這些材料決定了復(fù)制人體組織結(jié)構(gòu)和功能的能力。因此，生物材料的進(jìn)步為生物打印開辟了新的可能性，可以創(chuàng)造出接近真實(shí)的組織。這些生物材料必須是生物相容性的，這樣才不會(huì)對(duì)人體細(xì)胞造成傷害，并且需要具備足夠的靈活性以形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)如血管和皮膚。

近年來，合成和天然生物材料的研發(fā)如火如荼，研究人員可以根據(jù)具體需求定制材料，無論是心臟組織、軟骨還是皮膚。例如，GelMA是一種從明膠衍生的流行生物材料，可以通過修改提升性能，適用于多種組織類型。

Xylyx Bio等公司專門從事用于復(fù)制人體組織環(huán)境的生物材料開發(fā)。其產(chǎn)品被設(shè)計(jì)用于支持細(xì)胞生長(zhǎng)和組織形成，這對(duì)于開發(fā)可行的長(zhǎng)期組織解決方案至關(guān)重要。其他領(lǐng)軍企業(yè)包括BIO INX、Bifrost Biotechnologies、4D Biomaterials、MorphoMed及FoldInk。

微流控芯片

微流控技術(shù)正在改變生物打印，微流控芯片能夠創(chuàng)建更小、更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，對(duì)開發(fā)準(zhǔn)確的器官或組織模型至關(guān)重要。這種細(xì)節(jié)對(duì)于從藥物測(cè)試到疾病研究等各種用途的現(xiàn)實(shí)模型創(chuàng)建都是必不可少的。

微流控在生物打印中的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是能夠在組織內(nèi)部創(chuàng)建精細(xì)的特征，如毛細(xì)血管，這對(duì)于在體內(nèi)運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣至關(guān)重要。通過集成微流控技術(shù)，研究人員能夠生物打印出功能更接近真實(shí)組織的組織，增加了在醫(yī)療應(yīng)用中的潛在用途。

Aspect Biosystems等公司在這方面處于領(lǐng)先地位，開發(fā)先進(jìn)的微流控裝置，允許創(chuàng)建高度結(jié)構(gòu)化的多細(xì)胞組織。Aspect Biosystems的平臺(tái)使研究人員能夠在單一組織中精確放置不同類型的細(xì)胞，對(duì)于復(fù)制人體器官的復(fù)雜性是理想的。

生物打印軟件
隨著生物打印變得越來越復(fù)雜，用于設(shè)計(jì)和控制打印過程的軟件變得愈發(fā)重要。然而，該行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)之一是許多可用的軟件都與特定的生物打印設(shè)備綁定。雖然品牌專用軟件提供了無縫集成，但也限制了在不同系統(tǒng)間流暢使用的可能性。

nScrypt公司提供的軟件提高了生物打印設(shè)備的精度和能力，并具有適應(yīng)多種平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)。Scispot和Advanced Solutions提供了可以在不同生物打印系統(tǒng)上使用的靈活軟件解決方案，對(duì)于希望整合多種技術(shù)的研究人員來說是非常有用的工具。

RegenHU和Allevi by 3D Systems等公司開發(fā)的軟件與生物打印機(jī)緊密相連，保證了良好的性能，但也難以與其他系統(tǒng)兼容。生物打印軟件的未來是否會(huì)轉(zhuǎn)向更具適應(yīng)性和可訪問性的解決方案，從而簡(jiǎn)化各種系統(tǒng)間的操作？這些發(fā)展可能在推進(jìn)研究和廣泛普及生物打印技術(shù)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

體外模型


△ 用于在體外重新捕獲人類免疫反應(yīng)的淋巴結(jié)類器官的顯微圖像

藥物測(cè)試和疾病研究正開始轉(zhuǎn)向生物打印的體外模型。這些模型提供了更準(zhǔn)確的人體組織表征，減少了對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的需求，并加快了新藥的開發(fā)速度。CTI Biotech在這個(gè)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，使用生物打印技術(shù)創(chuàng)建的三維模型可以非常逼真地復(fù)制人體組織。模型可在一個(gè)更真實(shí)的環(huán)境中測(cè)試癌癥治療的有效性。

除CTI Biotech外，Rokit Healthcare和Prellis Biologics等公司也在生物打印體外模型方面取得了進(jìn)展。Rokit Healthcare專注于創(chuàng)建用于藥物測(cè)試和再生醫(yī)學(xué)的組織模型，為傷口愈合研究提供了有價(jià)值的工具。與此同時(shí)，Prellis Biologics使用基于激光的生物打印技術(shù)開發(fā)高度詳細(xì)的血管組織結(jié)構(gòu)。

基于光的混合生物打印
基于光的混合生物打印技術(shù)是生物打印領(lǐng)域的最新進(jìn)展之一。基于光的生物打印技術(shù)使用光，通常是激光，來快速精確地固化生物墨水，創(chuàng)建如血管等詳細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)于構(gòu)建功能性組織至關(guān)重要。Prellis Biologics和Readily3D等公司正在這方面取得進(jìn)展，使用光來創(chuàng)建復(fù)雜的組織模型。

此外，一些公司通過結(jié)合不同技術(shù)來進(jìn)行所謂的混合生物打印，進(jìn)一步推動(dòng)了生物打印的發(fā)展。這種方法允許在同一打印過程中使用多種材料和細(xì)胞類型，從而創(chuàng)建出與人體組織相似度極高的組織。MocBiotechnologies是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵參與者，使用4D混合生物打印技術(shù)加速藥物發(fā)現(xiàn)，尤其是在癌癥研究方面。

這些生物打印新技術(shù)將在開發(fā)更復(fù)雜和更具功能性的生物打印組織方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，使人們離打印出完全功能性器官的目標(biāo)更近一步。