JELLAGEN 和 COPNER BIOTECH利用水母生產(chǎn)生物墨水，降低倫理問題

2022年10月，南極熊獲悉，威爾士生物技術(shù)公司Jellagen和Copner Biotech開發(fā)了一種新穎的3D生物打印工藝，將由水母膠原蛋白制成的生物墨水轉(zhuǎn)化為“世界首創(chuàng)”的功能性軟組織結(jié)構(gòu)。


△3D 生物打印膠原蛋白 0 型結(jié)構(gòu)的 40 倍放大圖像。照片來自 Copner Biotech。

兩家公司使用 Jellagen 的Collagen Type 0 生物墨水和 Copner Biotech 的GRAPE S1 3D 生物打印機，提出了一種利用人造材料和活細胞制造功能性組織的過程。許多現(xiàn)有的生物打印方法依賴于哺乳動物細胞，這會帶來倫理方面的問題，但Jellagen和Copner Biotech表示，他們的方法可以提供一種倫理爭議較小的生物打印方式。

Jellagen 創(chuàng)始人 Andrew Mearns Spragg 教授說：“我們對這個項目的結(jié)果感到很滿意，這些數(shù)據(jù)清楚地證明了我們的0型膠原蛋白生物材料在未來生物墨水開發(fā)中的進一步潛在用途。很高興看到這項技術(shù)如何進一步發(fā)展為醫(yī)學(xué)組織工程應(yīng)用和細胞培養(yǎng)研究市場解決方案。”

Copner Biotech 的 GRAPE S1 系統(tǒng)
Copner Biotech成立于2020年，專注于3D細胞培養(yǎng)等相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。最初，這家威爾士初創(chuàng)公司所擁有的只是“下一代 3D 打印技術(shù)”的概念，后來它將這個”概念“變成了實際的”應(yīng)用技術(shù)“，能夠制造 PETG （一種透明塑料材料）支架。這些支架具有出色的細胞捕獲和附著的能力。

這一發(fā)展使該公司于 2021 年 7 月獲得了全球健康和制藥國際生命科學(xué)創(chuàng)新獎。Copner Biotech在威爾士政府的支持下也進入了“幾個高價值的研究項目”，包括最近的與 Jellagen 合作進行3D生物打印。

2021年10月，Jellagen 和 Copner Biotech合作的目標是優(yōu)化 GRAPE S1 擠出 3D 生物打印機的性能。該系統(tǒng)的工作原理是使用微流體液滴沉積，通過連續(xù)打印頭移動來創(chuàng)建每一個打印層，該過程旨在產(chǎn)生高水平的打印精度和控制。

Copner Biotech 的下一代生物打印機不依賴于傳統(tǒng)的STL或G代碼文件，而是使用圖形矩形實際位置編碼或“GRAPE”文件。這個改進方式能夠解決數(shù)據(jù)近似、建模異常和低準確度，從而能夠生產(chǎn)可重復(fù)的單元結(jié)構(gòu)。

GRAPE S1 的另一個優(yōu)點是它允許使用開源的微流體儲液罐中的材料，允許用戶使用自己的細胞組合。Copner Biotech 預(yù)計該系統(tǒng)的開放材料設(shè)置將很快“使研究界能夠突破 3D 生物打印的界限”。


△填充有 L929 成纖維細胞3D 打印的 Copner Biotech 支架的 SEM 圖像。

威爾士 3D 生物打印研發(fā)計劃
根據(jù) Jellagen 和 Copner Biotech 的說法，目前市場上的許多生物打印系統(tǒng)都受到“過時的軟件協(xié)議”的限制，并且依賴于哺乳動物的仿生材料和活細胞。在威爾士商業(yè)研發(fā)投資者計劃SMARTCymru的支持下，兩家公司自2021年一直在合作，開發(fā)Jellagen的下一代生物材料的替代品。

由于這種 0 型膠原蛋白生物墨水是從愛爾蘭海的桶形水母中收獲的，而這種水母正迅速成為英國沿海的害蟲，因此該公司將其生產(chǎn)定位為維持生物多樣性的一種方式。從理論上講，0 型膠原蛋白比哺乳動物的同類膠原蛋白更安全、更純凈、更有效和更通用。

兩家公司表示，利用 0 型膠原蛋白作為生物墨水，他們現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)法在 Copner Biotech 的 GRAPE S1 上 3D 打印出非常精細、直徑小于 100m 的組織結(jié)構(gòu)。結(jié)合先進的算法，這個過程還允許對 3D 架構(gòu)進行精確建模，可以用來模擬生命系統(tǒng)的有機微環(huán)境。

展望未來，項目參與者相信他們的工作流程在創(chuàng)建可重復(fù)的 3D 細胞培養(yǎng)模型中會對生物科學(xué)研發(fā)特別重要。盡管不是為3D生物打印可移植結(jié)構(gòu)而設(shè)計，但 Copner Biotech 首席執(zhí)行官 Jordan Copner 表示，它與 Jellagen 共同開發(fā)的技術(shù)具有“通過組織工程改變生活”的潛力。


△Jellagen 的“JellaGel”是用于體外細胞培養(yǎng)和組織工程的下一代水母膠原蛋白水凝膠。

3D生物打印領(lǐng)域的生物墨水
細胞沉積打印機并不是 3D 生物打印中唯一深入研究的領(lǐng)域，科學(xué)家們近年來在生物墨水研發(fā)方面也取得了一些進展。

●2021年12月，愛爾蘭RCSI 醫(yī)學(xué)與健康科學(xué)大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種可愈合傷口的 3D 生物打印墨水，該墨水可以轉(zhuǎn)化為再生組織支架，可以在不留疤痕的情況下修復(fù)皮膚。

●2020年10月，日本大阪大學(xué)開發(fā)了一種新的基于蠶絲的3D打印生物墨水，這種墨水能夠制造出具有更高可打印性的載細胞結(jié)構(gòu)。在測試過程中，這種材料可以最大限度地減少在 3D 打印過程中施加在細胞上的內(nèi)部應(yīng)力，從而提高它們的生存能力，并使它們能夠保持復(fù)雜的仿生形狀。

●2022年7月，康奈爾大學(xué)的一個團隊成功開發(fā)了一種可用于制造人造皮膚的3D 打印生物混合復(fù)合材料。此種材料柔軟且具有生物相容性，但也有足夠的柔韌性以承受持續(xù)的變形，人們認為這種材料有朝一日可以用于從患者的細胞中制造支架，從而就地治愈傷口。