細胞組織活性生物材料3D打印制造zui強音!—Biofactory活性細胞組織材料打印制造系統
 
 
 

RegenHU三維生物打印機在生物材料兼容性、細胞友好打印特性等各項參數上處于地位。瑞士RegenHU 3D生物打印與制造系統已經廣泛用于再生醫學、組織工程、癌癥、干細胞、醫用高分子材料等科學領域的研究中.

Regenhu—生物與材料的*結合，組織工程、再生醫學的革命!

Biofactory活性細胞組織材料打印制造系統亮點：
多達8個打印頭，具有復雜組織等打印物快速構建能力：
強大的加料倉有利于整體三維結構的構建，從而實現同時打印組織/器官內的不同組分，使用不同的細胞、細胞外基質和生物活性因子，并且使用的配比。
高精度、精準定位和噴涂：即分辨率高,該系統射出精度20pl和顛覆傳統的三維陀螺定位可精準控制墨水噴射位置和墨水的量，有利于生物顯微結構的建立，有利于局部痕量供給生物活性因子及藥物，從而有利于控制組織的局部生長發育
構建速度快：配套生物材料、生物墨水BioInk和 OsteoInk,能夠快速的制造生物組織/器官，保證了生物材料的存活率，從而顯著有利于再生醫藥、器官移植等未來醫學領域。
*的微環境控制能力: Flow box提供類細胞組織所需要的類似體內的溫度、濕度、光照、氧氣/二氧化碳濃度控制能力,保證了整個打印過程的無菌化操作。
按需打印細胞組織器官：可以按需制造出符合個體需求的單個器官或組織，真正實現醫學的個性化需求
HMI和BIOCAD專業生物打印軟件:
軟件容易操作，文件轉換，確保后期打印精度;
HMI生物打印軟件可以同時對8個打印頭的參數進行輸入，如打印材料，噴頭直徑、加熱情況、噴射點距、定位參數
打印材料廣泛：達到200多種材料，涵蓋牛頓力學和非牛頓力學材料粘度：20–30’000mPas
細胞組織無損傷：*可見激光固化，對細胞無損傷
對使用儀器者提供*的生物凝膠BioInk和 OsteoInk, 適于大量細胞的種植、細胞和組織的生長、細胞外基質的形成、氧氣和營養的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神經的內生長。
*的生物材料和干細胞技術：
符合生物力學要求的噴射精度和噴嘴直徑：該系統皮升級別的極限噴射精度和液滴控制, 有效地解決了噴射過程中的剪切力和液滴的沖擊力會對打印細胞液活性造成沖擊

Biofactory活性細胞組織材料打印制造系統 性能參數：
打印頭個數：8個
機械手臂精度：±10um
制作盤溫可溫控: -5 到80℃
噴嘴直徑：為活性細胞組織量身定制70um-2mm
噴射精度：20PL
制作范圍：130x90x60mm
打印頭粘度范圍:20-30’000mPaS
繪制軟體: BioCAD 和
打印頭具加熱功能:（zui高至250℃）
可打印材料范圍：
多達到200多種材料，涵蓋牛頓力學和非牛頓力學材料粘度：20–30’000mPas, Biofactory配備多達5種不同型號的打印頭，可以實現組織工程支架打印、細胞打印和對高分子，如蛋白質和多種有機大分子的打印
配套打印的材料：BioInk和 OsteoInk
打印頭類型：室溫細胞打印頭、可調溫細胞打印頭、皮升噴射打印頭


成功案例：
（1）Lenke Horva , Yuki Umehara, Corinne Jud, et al. Engineering an in vitro air-blood barrier by 3D bioprinting, Nature,22 January 2015

 2015年Nature雜志專門刊發RegenHU BioFactory的應用文章，介紹其在構建體外血液-空氣組織屏障方面的應用,研究人員成功利用BioFactory的打印精度優勢，采用內皮細胞和上皮細胞構建了肺泡體外三維模型，為研究血-空氣屏障的體外組織提供了非常好的途徑。

 上圖相比于手工構建，生物打印的組織細胞生長均勻，可以快速成層生長，形成不同細胞層組成的組織結構
 
（2）Kesti M, Müller M, Becher J,  et al. A versatile bioink for three-dimensional printing of cellular scaffolds based on thermally and photo-triggered tandem gelation. Acta Biomater. 2015 Jan;11:162-72 




上圖通過共混溫敏性聚合物聚-N-異丙基丙烯酰胺接枝透明質酸與甲基丙烯酸酯化的透明質酸，將其作為支架材料進行生物打印測試，結果顯示其對于細胞具有良好的生物相容性。其形成的三維結構在打印后可以快速凝膠化，同時保證*的機械性能穩定。在應用牛軟骨細胞進行測試后，顯示流變性能，溶脹行為都達到要求，生物相容性良好。

3）Carrel J-P, Wiskott A,Moussa M, Rieder P, Scherrer S,Durual S. A 3D printed TCP/HA structure as a new osteoconductive scaffold for vertical bone augmentation.Clin. Oral Impl. Res. 00, 2014,1–8.


上圖利用磷酸三鈣和和羥基磷灰石3D打印多孔骨細胞生長支架，其具有良好的孔隙度和互聯互通性能，特別符合成骨細胞生長。在羊顱骨模型測試中，證明其可以很好地促進皮質骨的縱向生長。相比于現有的骨替代材料，三維打印的多孔骨細胞生長支架可以提高垂直骨生長過程，植入羊顱骨模型顯示其產生的新骨量比顱骨高3 mm，骨量比標準的材高四倍以上，顯示其具有更好的骨生長傳導性（osteoconductivity）

3D Discovery *的微環境控制能力 多功能多材料生物組織工程 3D打印系統


3DDiscovery?是一個符合成本效益的細胞高相容性3D生物印刷平臺，以通過生物打印方法發掘具有潛力的三維組織工程。
此儀器藉由創新的建構方式建構軟硬組織的體外模型來控制細胞之間的間隙及其形態.多種打印供選擇

系統亮點：
1.多達4個打印頭，具有常規組織等打印物快速構建能力：
強大的加料倉有利于整體三維結構的構建，從而實現同時打印組織/器官內的不同組分，使用不同的細胞、細胞外基質和生物活性因子，并且使用的配比
2.*的微環境控制能力: Flow box提供類細胞組織所需要的類似體內的溫度、濕度、光照、氧氣/二氧化碳濃度控制能力,保證了整個打印過程的無菌化操作。
可在體外極限模擬內體生理條件，打印三維細胞和復雜組織、器官。
3.高精度：即分辨率高,可以控制水凝膠噴射位置和墨水的量，有利于生物顯微結構的建立，有利于局部痕量供給生物活性因子及藥物，從而有利于控制組織的局部生長發育。
4.適合多種生物材料
4.1)聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙二醇衍生物（PEG）、纖維蛋白、彈性蛋白（韌帶及真皮中）、膠原蛋白、海藻酸鈉、瓊脂糖等。
4.2)是天然生物衍生材料，如脫鈣骨基質、殼聚糖、藻酸鹽凝膠等；4.3)另一類是人工合成生物高分子材料，主要有羥基磷灰石、磷酸三鈣、生物活性玻璃等無機材料和以聚乳酸及其共聚物等為代表的有機材料。
4.4)采用聚己酸內酯，磷酸鈣和水凝膠基體來形成生物相容性良好的骨骼。
5.在單一模型中同時結合細胞校號分子生物材料
6.*技術提供細胞及生物分子良好的空間控制
7.組件可升級
8.使用 BioCAD可輕松繪制模型
9.于生理環境下制作
10.可選擇實驗室工作臺或無菌罩
3DDiscovery?多功能多材料生物組織工程3D打印系統主要參數：
外形尺寸：580/540/570mm
機械手臂精度：±10μm
制作范圍：130x90x60mm
打印頭個數：4個打印頭
粘度范圍：10'000mPaS
射出精度達: nl
打印頭具加熱：zui高至250℃
繪制軟件: BioCAD
制作盤溫可溫控：-5 ~ 80 ℃
可選用的材料
?生物大分子
?鈣
?細胞
?信號分子（蛋白質）
?水凝膠
?膠原蛋白
?聚己內酯
?聚酯
3DDiscovery?多功能多材料生物組織工程3D打印系統 應用范圍：
1、細胞組織再生
2、藥物開發
3、藥物發現（3D藥物和藥物篩選）
4、藥物毒性分析
5、組織工程堅實的支架
6、體外組織檢查分析
7、復雜人類疾病體外分析模型
8、臨床診斷體外組織自動化檢測
9、模塊化組織裝配

3DDiscovery?多功能多材料生物組織工程3D打印系統 相關案例參考  
(1) Kajsa Markstedt, et al. 3D Bioprinting Human Chondrocytes with anocelluloseAlginate Bioink for Cartilage Tissue Engineering Applications. Biomacromolecules,2015, Accepted. 
文章介紹了利用軟骨細胞和纖維素－海藻酸鈉配成的生物墨水來打印人體的軟骨組織及應用（3DDiscovery打印機）。

 
圖3-6 文章相關數據及圖片

ABSTRACT: In this study, a bioink that combines the outstanding shear thinning properties of nanobrillated cellulose (NFC) with the fast cross-linking ability of alginate was formulated for the 3D bioprinting of living soft tissue with cells. Printability was evaluated with concern to printer parameters and shape delity. The shear thinning behavior of the tested bioinks enabled printing of both 2D gridlike structures as well as 3D constructs. Furthermore, anatomically shaped cartilage structures, such as a human ear and sheep meniscus, were 3D printed using MRI and CT images as blueprints. Human chondrocytes bioprinted in the noncytotoxic, nanocellulose-based bioink exhibited a cell viability of 73% and 86% after 1 and 7 days of 3D culture, respectively. On the basis of these results, we can conclude that the nanocellulose-based bioink is a suitable hydrogel for 3D bioprinting with living cells. This study demonstrates the potential use of nanocellulose for 3D bioprinting of living tissues and organs.

（2）Markus Rimanna, et al. 3D Bioprinted Muscle and Tendon Tissues for Drug Development. Chimia 69 (2015) 65–67 
 
圖3-7 打印后的組織結構的照片 
蘇黎世大學藥物開發和物質測試中心運用RegenHU打印機（3DDiscovery打印機）進行了測試。文章介紹了打印主要人類成肌細胞和鼠肌腱細胞。免疫組織化學染色顯示打印后的成肌細胞在分化培養的七天后成為肌球蛋白重鏈(綠色)，顯示肌肉橫紋特征和多核細胞。A1A2顯示了整個打印后的組織結構的照片。B1B2打印的鼠肌腱細胞在分化培養5天后顯示*的成熟肌腱膠原蛋白。肌腱膠原I環繞在細胞核周圍。 
圖3-8 骨骼肌細胞和肌腱細胞打印成組織后的增殖情況
（3）Markus Rimann, et al. Standardized 3D Bioprinting of Soft Tissue Models with Human Primary Cells. Journal of Laboratory Automation, 2015, 1–14 
文章報道了使用人的原始細胞來進行皮膚軟組織的三維打印培養（3DDiscovery打印機）。成纖維細胞被交替打印在bioink支架中并進行長達7周的培養。成纖維細胞*填充在bioink支架中，活性良好并擴展到整個支架中。原代人皮膚角質細胞接種在成纖維細胞形成的這種結構中，形成了真皮*的表皮樣結構，這是*次對該類型的三維組織進行報道。
 
 
圖3-9 成纖維細胞*填充在bioink支架中，活性良好
（4）Kristin Schacht, et al. Biofabrication of Cell-Loaded 3D Spider Silk Constructs. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2816 –2820 
 

圖3-10蜘蛛絲蛋白水凝膠生成的三維細胞加載結構
生物墨水的生物印刷適應性是生物打印的目前zui大的瓶頸之一。文章報道了使用了重組蜘蛛絲蛋白作為生物墨水，發現其具有能夠對細胞生存和增殖具有良好的適應能力，不需要交聯劑、機械穩定添加劑或增稠劑。在這項研究中, 重組蜘蛛絲蛋白水凝膠可以自動生成的三維細胞加載結構，證明重組蜘蛛絲水蛋白凝膠在生物打印中具有良好的應用前景