寻找变与不变的平衡点,改变3D生物打印

医疗健康 来源:火石创造(微信号 firestone-link) 作者:徐善慧
2016
09/05
10:15
火石创造(微信号 firestone-link)
作者:徐善慧
医疗健康

在第一届Regenovo生物3D打印学术论坛上,台湾大学组织工程与3D列印中心主任徐善慧教授分享了其团队在水性高分子材料用于3D生物打印方面的一些研究成果。

工业上有很多种3D技术,但并不是都能够应用于生物医学。因此生物医学中除了用一些硬组织材料,就是一些镭射技术,有机材料比较常见的是SLAFDM和LFDM,最简单的是挤压成型的方法。一般的3D打印材料可以大致分为无机材料和有机材料两大类,今天我主要针对有机材料的部分。

低温加工水性材料的出现

有机材料的好处就是加工方式很多,目前在产业界用得最多的是聚乳酸(PLA)和丙烯晴-丁二烯苯乙烯共聚物(ABS),他们的差异在于ABS是不能分解的。

高分子3D打印材料最流行是ABS,他的加工性能很好,但是他的问题在于它的一般加工方式是高温,在打印的时候会有味道,这个味道与他的挥发性有关,因此近年来受欢迎程度不及PLA。如果用高温加工,PLA和PCL都会发生水解,因此打印出的东西跟原料是不一样的,这就限制了在医疗领域的应用,因此我们在2001年开始就决定不用高温来做PLA和PCL的打印,因为打印完以后,原料的水解程度都不一样。因此后来我们改用溶剂的方法,在低温下来加工。

高分子的好处在于他除了可以用熔融加工之外,还可以用溶剂加工,溶剂就可以用低温,但是溶剂大部分都是有毒的,PLA、PCL的溶剂通常有1,4-二恶烷、二氯甲烷、三氯甲烷。水性打印材料做到了绿色环保,不仅是对外环保,对人体也是安全的,不用担心当生物打印支架的孔隙度高的时候残余溶剂的安全性。

常用的水性打印材料中,天然高分子的有壳聚糖、明胶等,壳聚糖以液体冷冻沉积方式成型,但是他性质较脆,明胶以光固化方式成型,用光固化的好处是容易成型,但是会存在自由基,如果打印的是细胞,不同的细胞吃掉自由基的程度不同,因此系统换了细胞之后,就需要调整,而且细胞的存活率会受到自由基的影响。合成高分子有PEG和普朗尼克,它们的优点在于灵活的可修饰性,但是它们不能生物分解,只能溶解,因此只有在小分子的时候可以溶解,然后被排出体外。

改善方案

1、水性生物可降解有机弹性体的3D打印技术

我们把PCL或者PLA这种可分解的聚酯引入到PU这个高分子的R端,接着经由一些小分子合成技术做自乳化,在这里引入带负电的物质,可以把它做成带负电的纳米弹性体,然后就可以简单地利用水性低温的系统来物化成型。这就是我们的打印系统,大概在-20~-30℃的低温情况下就可以快速地进行打印。

那为什么我们可以做这件事呢?原因就是,我们打印出来的东西里面有大堆PU的纳米弹性体,每一个纳米弹性体大概有200-300的高分子链,每条链带分子量是10万,所以整体有1000万的分子量,所以它相当于一个纳米的橡胶,虽然是纳米级别的,但是仍然有弹性体的力学特性。这样的物质有一个好处,就是把它加工之后变成了水不溶性,可以打印出各种大小的目标物质,这些目标物质都是水性的打印材料,但是可以不溶于水。打印出来的软骨,它的压缩性值、各种机械性值、动态机械性值跟天然的软骨是比较类似的。

接下来的问题就是细胞是否可以留在里面。从我们得到的结果来看,细胞在PU里面可以长得比PLGA还要好,原因是PLGA表面都是疏水基团,而我们的PU是水性系统,细胞更容易种进去。所以整体来讲,它的生物相容性是很好的,并且更大的好处是我们可以把生长因子、FTF或者其他药物跟细胞同时打印进去,然后随着时间的推移在体内释放出来。

有人说在平面培养细胞的时候Y27632不会软骨化,但是在三维空间会。所以我们用含有Y27632的打印物来考察释放情况随着时间发生的变化。加Y27632取代TGFβ的好处是,因为TGFβ也是硬骨发育过程中需要的生长因子,所以一直释放TGFβ会走向硬骨化,但是如果用Y27632是不会的。我们看到的结果是在三天之后干细胞都可以达到一个有效浓度,这也就意味着可以聚集然后软骨化。

基因表现也都显示出把细胞种进我们打印出来的生物支架里之后,会有最好的软骨化,蛋白质表现层面也都呈现同样情况。

2、水性生物可降解水凝胶的生物打印材料

我们制成的水性材料有一个最大的缺点,就是当我们要连细胞和组织一起打印出来的时候,细胞是不太耐冻的。有团队尝试用低温加DMSO来保持细胞的活性,但是不太成功。我们希望用温感或是光固化去折中或者修改我们这些材料,希望可以把它做成一个水凝胶的打印材料。

在文献里面有很多人都讲过不同的技术,但是大部分材料都还不能满足打印的时候让它变形,打印完了之后又不变形的要求。

我们之前把同样的PU材料在改了一些R端的比例之后,发现这些纳米弹性体变成凝胶了,而且这个凝胶的状况是不可逆的,能够含住细胞。PU的水溶液好处就在于可以直接调节其中的固体成分,来改变整体的化学结构,从而改变硬度。所以可以看到,生物打印技术的发展中,流变学绝对是非常重要的一个参数,而我们的材料是可以改变流变学性质的。

生物打印的未来发展还需要解决什么问题?

我认为在未来,多细胞多材料当然要配上多喷头的设计,会使打印得到发展。

另外一个非常重要的就是血管网络形成。软骨没有血管,所以好做,但是很多组织都要血管。这个也是未来的一个方向,你如果要打印器官,尤其是肾脏、肝脏这种大型组织,血管网络的形成是非常重要的一个瓶颈。

3D生物打印到目前还有很多的改进空间,这部分我相信是有机高分子材料能够贡献的,主要的原因在于它有可能实现形变的时候可以形变,而打印完了又可以保持不变,并且能够保护细胞使其存活。

小结

1、新型的有机高分子打印材料墨水仍在发展中,希望全世界都在这个领域能够崭露头角;

2、打印的设备,不管是高温控制还是光交联的平台,在设计的时候要跟新颖的墨水材料能够彼此配合;

3、希望能够在生物墨水流变学上面找到一个平衡点,让生物墨水有一天能够很好地把组织和细胞打印出来。

来源:火石创造(微信号 firestone-link)   作者:徐善慧

(原标题:徐善慧教授:寻找变与不变的平衡点,改变3D生物打印)

为你推荐

药价查询,药价查询,全国已有29个省、市及新疆生产建设兵团上线定点药店比价小程序资讯

药价查询,药价查询,全国已有29个省、市及新疆生产建设兵团上线定点药店比价小程序

据新闻联播报道,国家医疗保障局消息,截至目前,全国已有29个省(自治区、直辖市)及新疆生产建设兵团上线定点药店比价小程序,可实现药品价格在手机上一键查询、实时比对和位...

2025-02-22 21:28

CDE:晚期胃癌新药临床试验设计指导原则资讯

CDE:晚期胃癌新药临床试验设计指导原则

胃癌(Gastric cancer, GC) 是我国高发的消化系统恶性肿瘤, 其新发病例数和死亡病例数分别位列我国恶性肿瘤发病和死亡的第 5 位和第 3 位。

2025-02-21 21:19

首款依视路星趣控眼镜于上海眼镜展全球首秀 专为近视管理设计 延缓中国儿童青少年近视进展资讯

首款依视路星趣控眼镜于上海眼镜展全球首秀 专为近视管理设计 延缓中国儿童青少年近视进展

依视路星趣控眼镜提供符合人体工程学设计的镜架,满足不同年龄段的孩子在面部结构和尺寸上的显著差异,尺码范围广,覆盖38号至50号,为3-5岁儿童,6-9岁和10-12岁青少年年龄段提...

2025-02-21 17:33

恒宇医疗完成超亿元融资,加速构建全球领先的血管介入腔内影像学平台资讯

恒宇医疗完成超亿元融资,加速构建全球领先的血管介入腔内影像学平台

恒宇医疗成立于2016年,是一家专注于光学与超声医用成像技术及激光消蚀技术研究的高科技企业。

2025-02-21 14:07

百林科完成A+轮战略融资数亿元,多家投资机构联合投资资讯

百林科完成A+轮战略融资数亿元,多家投资机构联合投资

百林科成立于2021年9月10日,是一家专注于疫苗、抗体药物、重组蛋白、细胞治疗、基因治疗、血液制品以及其他生物制品关键工艺设备与耗材研发和制造的高科技企业。

2025-02-21 13:30

深研生物完成超3亿元B+轮融资,越秀产业基金领投资讯

深研生物完成超3亿元B+轮融资,越秀产业基金领投

深研生物成立于2014年,是一家专注于细胞与基因治疗(CGT)领域的高新技术企业,致力于为核心技术与设备的自主研究和开发提供整体解决方案。

2025-02-21 13:23

阿斯利康以1.6亿美元收购珐博进中国,获得罗沙司他在中国的独家权利资讯

阿斯利康以1.6亿美元收购珐博进中国,获得罗沙司他在中国的独家权利

昨日(2月20日)晚间,阿斯利康在其官微宣布与珐博进有限公司达成协议,将以约1 6亿美元收购珐博进中国。

2025-02-21 10:20

快速崛起的中国创新药公司,真实生物赴港IPO资讯

快速崛起的中国创新药公司,真实生物赴港IPO

2月18日据港交所披露,真实生物科技有限公司(以下简称“真实生物“)递交上市申请书,中金公司为其独家保荐人。这家成立于2012年的生物科技企业,以创新药物研发为核心,专注于...

2025-02-20 20:57

华东医药经皮肾小球滤过率测量设备获批,有望提供GFR监测新方法资讯

华东医药经皮肾小球滤过率测量设备获批,有望提供GFR监测新方法

2025年2月19日晚,华东医药(000963 SZ)公告,其全资子公司杭州中美华东制药有限公司申报的创新产品三类医疗器械经皮肾小球滤过率测量设备注册申请获得上市批准。

2025-02-19 19:15

国采中选企业满足一定条件,可变更药品上市许可持有人及生产企业、增加规格包装等,第一批名单发布资讯

国采中选企业满足一定条件,可变更药品上市许可持有人及生产企业、增加规格包装等,第一批名单发布

2月18日,国家组织药品联合采购办公室发布《关于国家组织药品集中采购部分中选药品信息变更的通知(第一批)》,涉及到5批国采的15个品种。

2025-02-19 18:26

凯米生物完成超亿元Pre-A轮融资首关,加速肿瘤治疗性疫苗全球布局资讯

凯米生物完成超亿元Pre-A轮融资首关,加速肿瘤治疗性疫苗全球布局

此次融资将用于加速核心产品SN3001(前列腺癌治疗性疫苗)、SN2001(慢性乙肝免疫治疗疫苗)的全球临床,以及基于SynNeogen®核心技术平台的肿瘤治疗性疫苗产品持续布局。

2025-02-19 13:50

潜在交易金额超12亿美元,石药集团ADC癌症新药达成国际授权合作资讯

潜在交易金额超12亿美元,石药集团ADC癌症新药达成国际授权合作

今日(2月19日),石药集团发布公告称,其控股子公司巨石生物与Radiance Biopharma达成协议,Radiance Biopharma将获得巨石生物自主研发的重组抗人类受体酪氨酸激酶样孤儿受体1...

2025-02-19 11:21

又一玩家加入,来自恒瑞医药的“近视神药”上市申请获受理资讯

又一玩家加入,来自恒瑞医药的“近视神药”上市申请获受理

近日,恒瑞医药发布公告宣布,公司已经收到国家药监局下发的《受理通知书》,旗下产品 HR19034滴眼液的药品上市许可申请获得国家药监局受理。

2025-02-19 10:47

国家医保局:医保领域2025年度第一批重点事项清单资讯

国家医保局:医保领域2025年度第一批重点事项清单

2025年底前,全国80%左右统区基本实现与定点医药机构即时结算。基本实现医保部门与医药企业对集采药品的直接结算,加快推动与医药企业对集采医用耗材、国谈药的直接结算。

2025-02-18 21:14

“悦如初,达新程” 2025特应性皮炎免疫创新学术会议于成都举办资讯

“悦如初,达新程” 2025特应性皮炎免疫创新学术会议于成都举办

特应性皮炎是一种慢性、复发性、炎症性皮肤病,在非致命性皮肤疾病中疾病负担位列第一,给患者个人及家庭带来沉重的生理、心理负担,造成长期的社会影响。

2025-02-18 10:58

第九十批仿制药参比制剂目录资讯

第九十批仿制药参比制剂目录

国家药品监督管理局发布仿制药参比制剂目录(第九十批)。

2025-02-17 22:22

拜耳在欧盟申请EyleaTM 8mg治疗间隔延长至6个月资讯

拜耳在欧盟申请EyleaTM 8mg治疗间隔延长至6个月

拜耳已向欧洲药品管理局(EMA)提交申请,将EyleaTM 8mg(阿柏西普8mg,114 3mg ml注射液)用于治疗两种主要视网膜疾病,即新生血管(湿性)年龄相关性黄斑变性(nAMD)和糖...

2025-02-17 19:55

EyleaTM 8mg延长给药间隔治疗湿性年龄相关性黄斑变性的长期疗效和安全性在三年时得到证实资讯

EyleaTM 8mg延长给药间隔治疗湿性年龄相关性黄斑变性的长期疗效和安全性在三年时得到证实

近日,在于美国迈阿密举行的第22届新生血管年会上,拜耳及其合作伙伴Regeneron公布了PULSAR开放标签扩展研究治疗新生血管(湿性)年龄相关性黄斑变性(nAMD)患者第三年的临床试验结果。

2025-02-17 19:44

备思复(维恩妥尤单抗)联合疗法全国首张处方落地,开启泌尿肿瘤精准治疗新篇章资讯

备思复(维恩妥尤单抗)联合疗法全国首张处方落地,开启泌尿肿瘤精准治疗新篇章

2025年2月17日,北京大学肿瘤医院泌尿肿瘤暨黑色素瘤肉瘤内科主任、中国临床肿瘤学会副理事长兼秘书长郭军教授为一位晚期尿路上皮癌患者开具备思复(维恩妥尤单抗)联合帕博利珠...

2025-02-17 19:38

安诊儿率先融合DeepSeek-R1,升级大模型底座能力资讯

安诊儿率先融合DeepSeek-R1,升级大模型底座能力

2月16日,由浙江省卫健委和蚂蚁集团联合推出的 "安诊儿 "宣布融合DeepSeek-R1,升级大模型底座能力,成为国内首批支持专业推理模型的AI医疗健康应用之一。

2025-02-16 15:46