瑞士RegenHU品牌3DDiscovery 3D生物打印機(jī)  ——生命與材料的*結(jié)合

RegenHU生物打印機(jī)3Discovery 與 BioFactory型號(hào)3D生物打印機(jī)的系統(tǒng)主要亮點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1.打印頭類型豐富

具有細(xì)胞友好型室溫打印頭、可溫控細(xì)胞打印頭、高粘度打印頭、高溫材料打印頭、兩組分打印頭、熔體靜電紡絲寫入打印頭等類型豐富的打印頭，使細(xì)胞打印材料打印頭各司其職，保障材料應(yīng)有廣度的同時(shí)提高了細(xì)胞打印存活率

2. 多種打印方式

非接觸式噴射打印（ink Jetting）、針式接觸點(diǎn)膠打印，使噴射、擠出動(dòng)作符合

生物力學(xué)要求，同時(shí)又能減少污染機(jī)會(huì)極限降低污染、極大提高細(xì)胞存活率

3.靜電紡絲技術(shù)和3D生物打印*結(jié)合

可以將超細(xì)纖維支架和水凝膠的結(jié)合起來(lái)，由此生物打印而成的三維結(jié)構(gòu)無(wú)論是剛度和彈性都類似于人類自然生長(zhǎng).  該方法有助于提供用于細(xì)胞生長(zhǎng)的空間，同時(shí)還有助于細(xì)胞所需要的機(jī)械剛性。zui終打印出的結(jié)構(gòu)不盡能夠?qū)崿F(xiàn)自然愈合，而且有助于促進(jìn)新組織的生長(zhǎng)

4.高精度、分辨率高

打印液滴分配控制軟件Liquid  Dispensing和納升級(jí)別的細(xì)胞打印頭提高了存活率

可以精確控制水凝膠噴射位置和墨水的量，有利于生物顯微結(jié)構(gòu)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(zhǎng)發(fā)育。目前已經(jīng)成功構(gòu)建成功皮膚、肺泡、軟骨、肌腱、骨骼和多種組織類型，打印成功的組織類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他產(chǎn)品

5.專業(yè)生物打印軟件：  BioCAD、BioCAM、BioCUT  和HMI軟件，簡(jiǎn)介易用、兼容X射線，CT，核磁共振，超聲等各種掃描成像設(shè)備圖像三維建模，文件轉(zhuǎn)換精確，確保后期打印精度;HMI生物打印軟件可以同時(shí)對(duì)多個(gè)打印頭的參數(shù)進(jìn)行輸入，如打印材料，噴頭直徑、加熱情況、噴射點(diǎn)距、定位參數(shù)，可以識(shí)別打印STL,  DICOM, AMF,  DXF、OBJ、3MF等各式模型文件

6.氣壓、液滴打印頭微閥二次控制

*氣壓、液滴的打印頭微閥二次控制，符合打印生物力學(xué)要求再次提高細(xì)胞存活率

7.  一體化的*的BioSafety無(wú)菌微環(huán)境控制能力

HEPA H14高效過(guò)濾網(wǎng)  (RNA/DNA操作潔凈度)，再次保障了生物打印無(wú)菌、高村率特性

8.打印速度快：5至200mm /秒

9.主機(jī)支持的打印頭加料倉(cāng)數(shù)量：支持打印8種介質(zhì)，可升級(jí)多材料混合打印頭

10.適合多種生物材料

10.1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

10.2)天然生物衍生材料，如脫鈣骨基質(zhì)、殼聚糖、藻酸鹽凝膠等

10.3）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(wú)機(jī)材料和以聚乳酸及其共聚物等為代表的有機(jī)材料

10.4)聚己酸內(nèi)酯，磷酸鈣和水凝膠基體來(lái)形成生物相容性良好的骨骼

11.電紡絲與3D生物打印*集合

12.專業(yè)強(qiáng)大3D打印控制和生物醫(yī)學(xué)3D創(chuàng)建模型軟件套件

BioCAD、BioCAM、BioCUT強(qiáng)大專業(yè)軟件可直接讀取包括CT、MRI、超聲在內(nèi)的各種醫(yī)療成像設(shè)

備掃描的患者數(shù)據(jù)，可識(shí)別打印STL、DICOM、AMF、DXF、OBJ、3MF等各式模型文件并創(chuàng)建三

維模型，用于模型制作、參數(shù)識(shí)別控制打印

BioCAD:主要用于快速構(gòu)建生物組織和支架模型，構(gòu)建速度快，可在1-2小時(shí)內(nèi)迅速掌握

BioCAM: 主要用于將外在的STL文件快速轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的打印文件，軟件容易操作，文件轉(zhuǎn)換精確，確保后期打印精度

BioCUT: 主要用于將CT和核磁共振的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以打印的文件模式，便于醫(yī)生和研究者根據(jù)實(shí)際情況定制

醫(yī)學(xué)上3D  打印關(guān)鍵一步也是一個(gè)高成本長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，就是創(chuàng)建三維模型。通過(guò)CT、MRI、超聲和正電子發(fā)射斷層顯像等醫(yī)學(xué)影像手段的各種醫(yī)療設(shè)備掃描患者，獲取患者的數(shù)據(jù)，然后，通過(guò)BioCAD、BioCAM、BioCUT專門的計(jì)算機(jī)建模軟件創(chuàng)建三維模型，zui后整理輸出為打印機(jī)識(shí)別的文件進(jìn)行打印，大大減低模型建立的時(shí)間成本和人力成本

相關(guān)文獻(xiàn)案例

(1)  Kajsa Markstedt et al. 3D Bioprinting Human Chondrocytes with  anocelluloseAlginate Bioink for Cartilage Tissue Engineering Applications.  Biomacromolecules2015  Accepted.文章介紹了利用軟骨細(xì)胞和纖維素－海藻酸鈉配成的生物墨水來(lái)打印人體的軟骨組織及應(yīng)用（3DDiscovery打印機(jī)）

圖3-6 文章相關(guān)數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)的照片
蘇黎世大學(xué)藥物開發(fā)和物質(zhì)測(cè)試中心運(yùn)用RegenHU打印機(jī)（3DDiscovery打印機(jī)）進(jìn)行了測(cè)試。文章介紹了打印主要人類成肌細(xì)胞和鼠肌腱細(xì)胞。免疫組織化學(xué)染色顯示打印后的成肌細(xì)胞在分化培養(yǎng)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(xì)胞。A1A2顯示了整個(gè)打印后的組織結(jié)構(gòu)的照片。B1B2打印的鼠肌腱細(xì)胞在分化培養(yǎng)5天后顯示*的成熟肌腱膠原蛋白。肌腱膠原I環(huán)繞在細(xì)胞核周圍
圖3-8  骨骼肌細(xì)胞和肌腱細(xì)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(bào)道了使用人的原始細(xì)胞來(lái)進(jìn)行皮膚軟組織的三維打印培養(yǎng)（3DDiscovery打印機(jī)）。成纖維細(xì)胞被交替打印在bioink支架中并進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)7周的培養(yǎng)。成纖維細(xì)胞*填充在bioink支架中，活性良好并擴(kuò)展到整個(gè)支架中。原代人皮膚角質(zhì)細(xì)胞接種在成纖維細(xì)胞形成的這種結(jié)構(gòu)中，形成了真皮*的表皮樣結(jié)構(gòu)，這是*次對(duì)該類型的三維組織進(jìn)行報(bào)道
圖3-9  成纖維細(xì)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(xì)胞加載結(jié)構(gòu)

生物墨水的生物印刷適應(yīng)性是生物打印的目前zui大的瓶頸之一。文章報(bào)道了使用了重組蜘蛛絲蛋白作為生物墨水，發(fā)現(xiàn)其具有能夠?qū)?xì)胞生存和增殖具有良好的適應(yīng)能力，不需要交聯(lián)劑、機(jī)械穩(wěn)定添加劑或增稠劑。在這項(xiàng)研究中  重組蜘蛛絲蛋白水凝膠可以自動(dòng)生成的三維細(xì)胞加載結(jié)構(gòu)，證明重組蜘蛛絲水蛋白凝膠在生物打印中具有良好的應(yīng)用前景
BioFactory三維生物打印機(jī)系統(tǒng)介紹
瑞士RegenHU  BIOFACTORY是目前已知的三維打印機(jī)中功能zui為強(qiáng)大的生物打印機(jī)，產(chǎn)品一經(jīng)推出，立即受到組織工程領(lǐng)域的科學(xué)家的重視。其強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)、*的轉(zhuǎn)盤式選擇定位系統(tǒng)、可擴(kuò)展到8只打印頭的材料選擇平臺(tái)，都為科學(xué)家的研究能力增加了強(qiáng)大的保障
RegenHU生物打印機(jī)瑞士RegenHU BIOFACTORY活細(xì)胞組織三維打印制造強(qiáng)音

1、BioFactory系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)介紹
圖4-2  BioFactory系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)綜合介紹
圖4-3  BioFactory可擴(kuò)展到8只打印頭
BioFactoryzui大可以擴(kuò)展到8只打印頭，支持五種打印方式，讓打印的組織賦予更多功能，可以構(gòu)建更為復(fù)雜的組織
圖4-4  精確的三軸組合移動(dòng)平臺(tái)，打印精度更高

2、BioFactory配置不同型號(hào)的打印頭
配備多達(dá)5種不同型號(hào)的打印頭，可以實(shí)現(xiàn)組織工程支架打印、細(xì)胞打印和對(duì)高分子，如蛋白質(zhì)和多種有機(jī)大分子的打印

1. CF300N (non heated)

2. CF300H (heated)

3. DD 135N

4. CF130N

5. UVPen-365

圖4-5  BioFactory可實(shí)現(xiàn)組織工程支架打印、細(xì)胞打印較和生物大分子打印
3、BioFactory的適應(yīng)性生物材料、生物墨水
圖4-6 BioFactory適應(yīng)多種水凝膠和高分子材料
達(dá)到200多種材料，涵蓋牛頓力學(xué)和非牛頓力學(xué)材料，粘度在20–30000mPas之間都可以

4、BioFactory打印環(huán)境控制能力
Flow  box提供了滅菌功能，可以控制溫度、濕度、光照、氧氣/二氧化碳濃度
圖4-7  BioFactory的Flow box

5、BioFactory的主要優(yōu)勢(shì)

1. 高精度：可以精確控制水凝膠噴射位置和墨水的量，有利于生物顯微結(jié)構(gòu)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(zhǎng)發(fā)育

2. 可以同時(shí)打印8種細(xì)胞和支架材料，更利于整體三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)打印組織內(nèi)的不同組分，使用不同的細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和生物活性因子，并且使用精確的配比

3. 構(gòu)建速度快：能夠快速的制造生物組織，保證了生物材料的存活率，從而顯著有利于再生醫(yī)藥、組織移植等未來(lái)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

4. 可以按需制造出符合個(gè)體需求的單個(gè)組織，真正實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)的個(gè)性化需求

6、相關(guān)案例參考
（1）Lenke  Horva Yuki Umehara Corinne Jud et al. Engineering an in vitro air-blood barrier  by 3D bioprinting Nature22 January 2015
2015年Nature雜志專門刊發(fā)RegenHU  BioFactory的應(yīng)用文章，介紹其在構(gòu)建體外血液-空氣組織屏障方面的應(yīng)用
研究人員成功利用BioFactory的打印精度優(yōu)勢(shì)，采用內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞構(gòu)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
圖4-8  相比于手工構(gòu)建，生物打印的組織細(xì)胞生長(zhǎng)均勻，可以快速成層生長(zhǎng)，形成不同細(xì)胞層組成的組織結(jié)構(gòu)

（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
圖4-9通過(guò)共混溫敏性聚合物聚-N-異丙基丙烯酰胺接枝透明質(zhì)酸與甲基丙烯酸酯化的透明質(zhì)酸，將其作為支架材料進(jìn)行生物打印測(cè)試，結(jié)果顯示其對(duì)于細(xì)胞具有良好的生物相容性。其形成的三維結(jié)構(gòu)在打印后可以快速凝膠化，同時(shí)保證長(zhǎng)期的機(jī)械性能穩(wěn)定。在應(yīng)用牛軟骨細(xì)胞進(jìn)行測(cè)試后，顯示流變性能，溶脹行為都達(dá)到要求，生物相容性良好
（3）Carrel  J-P Wiskott AMoussa M Rieder P Scherrer SDurual S. A 3D printed TCP/HA structure  as a new osteoconductive scaffold for vertical bone augmentation.Clin. Oral  Impl. Res. 00 20141–8.
圖4-10利用磷酸三鈣和和羥基磷灰石3D打印多孔骨細(xì)胞生長(zhǎng)支架，其具有良好的孔隙度和互聯(lián)互通性能，特別符合成骨細(xì)胞生長(zhǎng)。在羊顱骨模型測(cè)試中，證明其可以很好地促進(jìn)皮質(zhì)骨的縱向生長(zhǎng)。相比于現(xiàn)有的骨替代材料，三維打印的多孔骨細(xì)胞生長(zhǎng)支架可以提高垂直骨生長(zhǎng)過(guò)程，植入羊顱骨模型顯示其產(chǎn)生的新骨量比顱骨高3  mm，骨量比標(biāo)準(zhǔn)的材高四倍以上，顯示其具有更好的骨生長(zhǎng)傳導(dǎo)性（osteoconductivity）

BioINK?  / OsteoINK?生物材料介紹
瑞士RegenHU公司提供2種不同型號(hào)的打印水凝膠BioINK?  / OsteoINK?
BioINK? /  OsteoINK?對(duì)于大量細(xì)胞的種植、細(xì)胞和組織的生長(zhǎng)、細(xì)胞外基質(zhì)的形成、氧氣和營(yíng)養(yǎng)的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神經(jīng)的內(nèi)生長(zhǎng)均有良好的表現(xiàn)
圖7-1 BioINK/OsteoINK生物材料。
BioINK/OsteoINK生物材料的優(yōu)勢(shì)；

1. 較好的可降解性及降解速率；

2. 較好的材料機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度；

3. 支架具有zui適孔徑分布和孔隙率，孔隙率高(≥90%) ；

4. 生物相容性好，生物降解后可*吸收；

5. 生物打印相容性好，打印后可以快速固化。