JELLAGEN 和 COPNER BIOTECH利用水母生产生物墨水，降低伦理问题

2022年10月，南极熊获悉，威尔士生物技术公司Jellagen和Copner Biotech开发了一种新颖的3D生物打印工艺，将由水母胶原蛋白制成的生物墨水转化为“世界首创”的功能性软组织结构。


△3D 生物打印胶原蛋白 0 型结构的 40 倍放大图像。照片来自 Copner Biotech。

两家公司使用 Jellagen 的Collagen Type 0 生物墨水和 Copner Biotech 的GRAPE S1 3D 生物打印机，提出了一种利用人造材料和活细胞制造功能性组织的过程。许多现有的生物打印方法依赖于哺乳动物细胞，这会带来伦理方面的问题，但Jellagen和Copner Biotech表示，他们的方法可以提供一种伦理争议较小的生物打印方式。

Jellagen 创始人 Andrew Mearns Spragg 教授说：“我们对这个项目的结果感到很满意，这些数据清楚地证明了我们的0型胶原蛋白生物材料在未来生物墨水开发中的进一步潜在用途。很高兴看到这项技术如何进一步发展为医学组织工程应用和细胞培养研究市场解决方案。”

Copner Biotech 的 GRAPE S1 系统
Copner Biotech成立于2020年，专注于3D细胞培养等相关技术的研发。最初，这家威尔士初创公司所拥有的只是“下一代 3D 打印技术”的概念，后来它将这个”概念“变成了实际的”应用技术“，能够制造 PETG （一种透明塑料材料）支架。这些支架具有出色的细胞捕获和附着的能力。

这一发展使该公司于 2021 年 7 月获得了全球健康和制药国际生命科学创新奖。Copner Biotech在威尔士政府的支持下也进入了“几个高价值的研究项目”，包括最近的与 Jellagen 合作进行3D生物打印。

2021年10月，Jellagen 和 Copner Biotech合作的目标是优化 GRAPE S1 挤出 3D 生物打印机的性能。该系统的工作原理是使用微流体液滴沉积，通过连续打印头移动来创建每一个打印层，该过程旨在产生高水平的打印精度和控制。

Copner Biotech 的下一代生物打印机不依赖于传统的STL或G代码文件，而是使用图形矩形实际位置编码或“GRAPE”文件。这个改进方式能够解决数据近似、建模异常和低准确度，从而能够生产可重复的单元结构。

GRAPE S1 的另一个优点是它允许使用开源的微流体储液罐中的材料，允许用户使用自己的细胞组合。Copner Biotech 预计该系统的开放材料设置将很快“使研究界能够突破 3D 生物打印的界限”。


△填充有 L929 成纤维细胞3D 打印的 Copner Biotech 支架的 SEM 图像。

威尔士 3D 生物打印研发计划
根据 Jellagen 和 Copner Biotech 的说法，目前市场上的许多生物打印系统都受到“过时的软件协议”的限制，并且依赖于哺乳动物的仿生材料和活细胞。在威尔士商业研发投资者计划SMARTCymru的支持下，两家公司自2021年一直在合作，开发Jellagen的下一代生物材料的替代品。

由于这种 0 型胶原蛋白生物墨水是从爱尔兰海的桶形水母中收获的，而这种水母正迅速成为英国沿海的害虫，因此该公司将其生产定位为维持生物多样性的一种方式。从理论上讲，0 型胶原蛋白比哺乳动物的同类胶原蛋白更安全、更纯净、更有效和更通用。

两家公司表示，利用 0 型胶原蛋白作为生物墨水，他们现在已经设法在 Copner Biotech 的 GRAPE S1 上 3D 打印出非常精细、直径小于 100m 的组织结构。结合先进的算法，这个过程还允许对 3D 架构进行精确建模，可以用来模拟生命系统的有机微环境。

展望未来，项目参与者相信他们的工作流程在创建可重复的 3D 细胞培养模型中会对生物科学研发特别重要。尽管不是为3D生物打印可移植结构而设计，但 Copner Biotech 首席执行官 Jordan Copner 表示，它与 Jellagen 共同开发的技术具有“通过组织工程改变生活”的潜力。


△Jellagen 的“JellaGel”是用于体外细胞培养和组织工程的下一代水母胶原蛋白水凝胶。

3D生物打印领域的生物墨水
细胞沉积打印机并不是 3D 生物打印中唯一深入研究的领域，科学家们近年来在生物墨水研发方面也取得了一些进展。

●2021年12月，爱尔兰RCSI 医学与健康科学大学的研究人员开发了一种可愈合伤口的 3D 生物打印墨水，该墨水可以转化为再生组织支架，可以在不留疤痕的情况下修复皮肤。

●2020年10月，日本大阪大学开发了一种新的基于蚕丝的3D打印生物墨水，这种墨水能够制造出具有更高可打印性的载细胞结构。在测试过程中，这种材料可以最大限度地减少在 3D 打印过程中施加在细胞上的内部应力，从而提高它们的生存能力，并使它们能够保持复杂的仿生形状。

●2022年7月，康奈尔大学的一个团队成功开发了一种可用于制造人造皮肤的3D 打印生物混合复合材料。此种材料柔软且具有生物相容性，但也有足够的柔韧性以承受持续的变形，人们认为这种材料有朝一日可以用于从患者的细胞中制造支架，从而就地治愈伤口。