方案摘要
方案下载应用领域 | 生物产业 |
检测样本 | 其他 |
检测项目 | |
参考标准 | 3D生物打印器官芯片 |
Regen HU 3D生物打印— 基于细胞等具有立体结构的物质,利用精准的打印功能来模拟天然组织和器官创建三维蜂窝结构复杂的生物功能,即机器打印特点灵活、精准、温控、交联快速的完成模式生物的建立。
一、发展背景
自3D打印技术问世以来,关于器官打印的研究不断升温,是3D打印领域的一个热门方向。目前,国内外药物开发现状是高投入、低产出、高风险、低效率,缺乏精准的筛选模型是困扰药物开发的瓶颈。个性化植、介入器械的生物3D打印技术重大专项是“国家重点研发计划”资助项目。瑞士regenHU是一家生物3D打印技术公司,自08年来,一直致力于为再生医学、生物材料、3D打印、组织构建以及新医疗难题提供解决方案。
3D生物打印是一个非常交叉和融合的学科,它集合了机械、材料、细胞等多种相关领域的技术,是一种利用3D增材制造原理,利用生物材料、生长因子、细胞等活性材料,以重建人体组织和器官为目标的跨学科、跨领域的新型再生医学工程技术。开始于20世纪80年代,至今已发展得较为成熟,有很大的市场前景,生物3D打印的发展空间巨大,源于三方面的原因:1)全球医疗领域的开支巨大,为生物打印技术提供了潜在的发展空间;2)生物打印技术以其快捷、准确性见长,以其个性化制造能力与病体需求的差异性充分结合,配合传统的CT、ECT技术在人工假体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应;3)生物3D打印相对其他领域的3D打印更具有经济性。
二、应用场景
浙江大学医学院附属第一医院临床药学研究中心教授申屠建中说,3D打印器官芯片对药物不同开发阶段都具有很大的价值,包括早期药物筛选、临床Ⅰ期药物试验和精准用药。
器官芯片和类人芯片从根本上改变药物检测的手段,并为新药研发带来颠覆性的变革,成为癌症、肿瘤等疾病研究新的手段和治疗方法。例如,新加坡国立大学HanryYu教授课题组建立了多通道的三维微流体系统应用于人体药物测试。该系统同时在一个芯片内模拟肝、肺、肾和脂肪4种组织,研究发现该系统呈现出与单独培养这些组织时不同的的特征,并贴近于体内真实情况。可见,体外微生理系统可更真实地模拟体内环境,在不远的将来成为动物实验的有效替代手段。
其首席科学家、杭州电子科技大学教授徐铭恩说,OrganTrial器官芯片的关键技术为MCT(离散制造微层析成像技术)、 Tissue Nest(组织巢)等,均为原创性技术。“生物3D打印技术出现后,能帮助科学家批量化地构建高仿生组织器官。3D打印器官芯片产品的出现,更能帮助科学家构建微型化、多器官的仿生病理生理模型,加快研究节奏、推进技术在医药领域的应用。”徐铭恩表示。
据介绍,OrganTrial器官芯片包含两个既独立又可组合的模块:Doloers模块在一个微流控体系中集成了小肠/皮肤、肝和肿瘤等组织,可仿真药物在人体的吸收、代谢及对靶标组织的作用;Hive模块则具有更高灵活度,用户可基于蜂巢型器官芯片单元,像玩“乐高”一样搭建更复杂的组织器官芯片系统。
三、生物3D打印发展趋势
随着生物3D打印的发展和学科的进一步交叉融合,有可能在体外生命系统工程领域(即生物制造的第5层次)产生颠覆性的突破。从技术发展趋势来看,生物3D打印技术奠定了制造学从使用单一结构材料,到使用功能材料,生物材料和生命材料学科拓展延伸的科学基础;干细胞技术和生物/生命材料的发展提供了必要的基础材料。此前,由于不同的人体器官各有复杂之处,制造一种可以打印不同器官的材料极具挑战性。
RegenHU,一直致力于3D生物打印机的研发与生产,经过多年的经验积累以及用户需求的不断升级,3D生物打印机经过多次的改进,目前设备主机具有5个带完整功能的独立机械臂的打印头安装位,并可在任意位置安装不同技术的打印头,每个打印头可配置独立的温控系统,提供直压、喷墨、高温、体积控制、光固化、静电纺丝等至少6种不同技术的打印头套组,以满足不同客户不同打印材料以及不同模型设计的需求。
目前RegenHU,运用了微流体技术DFM(Design for Manufacturability),其主要考虑到打印头的运动方式、惯性、加速度等因素,以最大程度地减少打印头的移动时间,从而缩短打印时间。
那么它具体的技术优势如下:
1、提高打印速度:通过优化打印头的结构和动作机制,可以减少打印过程中的空闲时间,提高打印速度。
2、提高打印精度:DFM考虑到打印头的结构稳定性、刚度和振动等因素,以减少振动和变形对打印精度的影响。通过优化打印头的设计,可以减小误差,提高打印精度。
3、降低材料浪费:DFM可以优化打印头的喷嘴结构和材料供给机制,以减少材料的浪费。通过控制材料的流量和喷射方式,可以确保材料的准确使用,并避免过度喷射和溢出。
4、提高可靠性和稳定性:DFM考虑到打印头的耐久性和稳定性,以提高设备的可靠性和稳定性。通过选用高质量的材料、增强打印头的结构强度和稳定性,可以减少打印过程中的故障和维修需求。
5、降低成本:通过优化打印头的设计,可以减少材料和能源的消耗,降低生产成本。DFM还可以减少废品产生和后续处理的成本,提高生产效率。
综上所述,DFM的作用是优化打印头的设计,以提高制造效率、质量和可靠性,并降低成本和材料浪费。它是3D打印过程中非常重要的一环,能够对整个打印过程产生积极的影响。
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