導 讀
本篇文章主要介紹了3D生物打印目前存在的挑戰，梳理目前世界范圍內3D生物打印公司簡介及相關產品介紹。
1.細胞活性與交聯成型1：
對于噴墨式與擠壓式打印，其難點在于生物墨水流出時承受的剪切力會損傷細胞，尤其是噴嘴尺寸減小后，而噴嘴尺寸決定了打印精度，細胞活性和打印精度難以兼得。
生物墨水圖樣化需要通過溫控、化學處理、紫外照射等方式固定成型。然而這些交聯方式都會對細胞、蛋白質等材料造成損傷;
2.仿生結構2
生物 3D 打印器官的生理功能與其三維結構密切相關，該三維結構需要從 3 個方面與人體組織進行匹配：
1)厘米尺度上人工器官的形態需要與解剖學形態匹配；
2)微米尺度上人工器官的多孔結構需要與組織、細胞生長需求匹配；
3)亞微米尺度上人工器官的材料表面形貌需要與細胞生長、分化需求匹配，亞微米尺度的材料表面形貌特征對細胞黏附、生長、分化具有重要影響。
前兩者可以通過3D打印切片程序進行調控，后者需要結合工藝制備技術實現。仿生結構不是單純意義上對天然器官形態的仿生模擬，而是對器官功能構建相關結構特征的仿生。
3.血管化
生物 3D 打印器官的構建難點，在于維持人工器官的存活和運作。為了維持人工器官的生物活性，需要實現器官的氧氣和營養物質交換功能，因此血管化必不可少。目前，已有多種方法可實現生物 3D 打印器官的血管化：
1)3D 打印犧牲材料預留血管通道。但對于復雜走形和細末分支的血管構建存在困難；
2)同軸 3D 打印制作中空結構血管樣通道。該方法構建的器官血管網絡分布廣泛且均勻，但對于血管分支構建存在困難；
3)體外及體內的預血管化培養。打印完成的人工器官，在灌流裝置中誘導內皮細胞形成血管網絡，或是暫時移植于受體皮下進行血管化誘導；
4)生物因素調控血管新生。在生物墨水體系中加入血管內皮生長因子（VEGF）、堿性成纖維生長因子（bFGF），促進血管生成。
4.多組織多材料打印
器官由不同的組織結構構成，每層組織的結構功能不大相同，其內部具備多種細胞、蛋白、生長因子等，材料分布非常復雜，精度非常高。為了實現器官的生理功能，需要多細胞多材料協同打印，現階段生物 3D 打印大多利用單一功能的細胞作為種子細胞。
一、生物3D公司一覽
（一）BIOLIFE4D
Biolife4D corp.是一家開創性的生物技術公司，目前只有12個員工，專注于利用生命科學和心臟組織的最新進展來3D生物打印適合移植的可行人類心臟。公司希望通過3D生物打印和患者自己的細胞創建患者特異性，打造功能齊全的心臟。
產品打印流程：
產品如下：
1、迷你心臟-用于藥物和疫苗開發中的心臟毒性測試，無需FDA批準即可實現商業化，預計上市時間為2023年底，2024年初；
2、瓣膜與心臟補片
財務狀況：
Biolife4D corp.目前仍處于研發階段，截至招股說明書發布之日（2023年1月4日），公司尚未銷售任何產品或產生任何銷售收入，還處于虧損狀態。
根據公司的招股說明書的財務數據，Biolife4D corp.在2022年第三季度的凈經營虧損是73萬美元，同比減少8.7%；前三個季度的凈經營虧損為238萬美元，同比增加63.5%。
截至2022年9月30日，公司的流動資產為33.6萬美元，流動負債為160萬美元，流動比率為0.21；公司的總資產為112萬美元，總負債為268萬美元，資產負債率達到239.3%。因此，公司的第三方審計公司對其繼續運營能力表示嚴重懷疑。
（二）Regemat3D
REGEMAT的技術團隊從2011年開始為BRECA健康中心提供個性化鈦修復的假體和植入物。之后團隊開始發展生物3D打印技術，建立了生物醫學研究中心。2014年使用自主開發程序實現了含有細胞的水凝膠材料的生物3D打印。并與格拉納達大學、馬德里拉巴斯醫院以及制藥行業公司展開了合作。
產品：
圖 REGEMAT 3D BIO V1打印機
REGEMAT 3D V1醫學生物打印機特點：
1、支持Individual Pore Filling (IPF): 單獨孔隙填充技術，這種技術能夠提高細胞的穩定性和存活率；
2、支持Injection Volume Filling (IVF):注射填充技術，這種技術在使用高溫熱塑性塑料時能夠改變填充量，提高細胞的穩定性和存活率；
3、支持Fused Deposition Modelling (FDM): 融熔堆積成型技術，主要用來打印可生物降解的熱塑性塑料支架，這些支架通常在整個結構中起支撐作用；
4、X軸分辨率150微米、Y軸分辨率150微米、Z軸分辨率400納米，噴嘴直徑為01-0.5mm
（三）蘇州諾普再生醫學有限公司3
諾普再生成立于2016年，是一家專門從事生物3D打印的高新技術企業，專注于用生物3D打印技術研發出臨床可及的產品，實現組織修復和器官修復。目前，公司已經自主研發出適合于臨床應用的OPUS（OrganPrintingUnitedSystem）打印平臺，可打印活性軟組織產品、硬組織植入物等，能兼容各種生物細胞，營造出適合細胞長期存活的微環境。
OPUS平臺的核心競爭內核體現在兩方面：
實現生物打印材料（細胞、天然大分子、合成高分子等）同時打印。需要打印的產品既有軟組織也有硬組織，存在異質性。簡單來說就是不同的材料需要不同的打印工藝和打印機。OPUS平臺實現了高低粘度、高低溫度以及多種交聯固化方式的材料的同時分區打印。
OPUS平臺突破了普通打印尺寸的限制，并符合臨床產品開發的環境控制要求。傳統的生物3D打印機只能打印一些小尺寸的產品，無法滿足臨床上打印骨骼等大尺寸產品的需求，而OPUS在打印尺寸上，能夠適應人體尺寸一次成型打印。
諾普再生研發的用于細胞打印的多種生物墨水，可以打印皮膚、軟骨、間充質干細胞，營造出適合細胞長期存活的微環境，并且易于打印，可廣泛支持臨床應用。
打印工藝的關鍵在于構建精細三維結構，模擬類似細胞外間質的微環境，促進移植后組織或器官的功能化、血管化等，同時諾普非常注重臨床實用性，兼顧機械強度、生物相容性、手術術式和使用便利等
（四）四川藍光英諾生物科技股份有限公司5
藍光英諾成立于2014年，為藍光發展集團旗下3D生物打印高科技技術服務公司。藍光英諾公司擁有獨立自主知識產權的細胞封裝技術，Biosynsphere®，譯稱“生物磚®”；
生物磚®技術一種細胞與生物材料的復合體，微球式細胞包裹技術，其包括種子細胞、核層和殼層。
核層由生物相容性材料構成，為包裹在其內的細胞提供最適合的生長微環境，促進細胞在生物磚內的增殖、遷移、分化以及發揮生物學功能；
殼層同樣由生物相容性材料構成，為細胞提供充足的力學保護，避免其在應用過程中受到機械力的損傷，同時殼層能夠維持生物磚整體結構的穩定。
生物磚®技術特點：
生物打印剪切力作用后生物磚®細胞活率整體維持在90%以上。維持干細胞干性；
為細胞提供有效的機械支撐和保護，生物磚®制作的墨汁在600μL/min的速率下進行生物打印，剪切力作用后保持完整結構；
維持細胞形態，增值以及細胞遷移，保障細胞生命活動。
應用：
1、干細胞再生血管REVOVAS®
REVOVAS®屬于干細胞藥械組合產品，2022年干細胞3D生物打印血管臨床研究項目正式獲得國家衛生健康委員會備案同意在四川大學華西醫院開展臨床試驗。能形成中膜平滑肌層的生物血管，是全球首個由植入干細胞完全實現組織再生的細胞治療類臨床產品。
動物實驗部分結果：
超聲檢測：REVOVAS®植入恒河猴后4周，干細胞實現血管內膜層再生。
CT檢測結果：REVOVAS®植入恒河猴后1670天，完全再生的血管組織保持長期通暢
2、骨修復產品
干細胞生物磚®進行骨性關節炎損傷修復，現階段已經觀察到治療組實現了大量軟骨再生修復，伴隨半月板樣組織新生，其組織結構及形態均相對完整。
（五）Healshape
Healshape是一家再生醫學生物技術初創公司，由6名員工于2020年1月在法國里昂創立。開發用于乳房再造和隆胸的產品。
Healshape假體采用基于天然和仿生材料的水凝膠 3D 打印而成，借助患者自身的細胞使乳房得以再生。女性患者將在6至9個月內恢復自己的乳房，而且沒有生物假體的痕跡。
2022年1月23日，Healshape在A輪融資中籌集了680萬美元（約4300萬人民幣）。
（六）Organovo Holdings5
Organovo成立于2007年，是生物3D打印領域中的老牌公司，是第一家全球知名的上市生物打印公司，其技術由其創始人 Gabor Forgacs 和克萊姆森大學的 Thomas Boland 授權。Organovo Holdings(ONVO.US)：2023年Q3財報實現營收13.1萬美元，前值為0美元；每股收益為-0.37美元，前值為-0.40美元。
2015年，Organovo推出了其首款生物3D打印產品 — ExVive人類肝臟，ExVive人類腎臟是一種近端小管模型，能幫助科學家更有效地研究藥物和特定治療方法對人類腎臟的影響，從而加速藥物開發進程。這種人工器官已經通過了功能性驗證，被證明極其適合用于臨床測試，比如其近端管功能可以維持超過四個星期；其組織復雜有助于檢測損傷和恢復；其轉化功能可幫助評估腎毒性和藥物相互作用。
2017年，Organovo公司取得了新的突破 — 成功3D打印出了可用于制造人工腎臟的微靜脈結構。
在3D打印腎臟的研究中，Organovo目前已經取得了如下幾項關鍵的進展：
①成功將腎臟細胞“綁定”到了能精確模擬天然腎小管的血管結構上
②通過添加有毒物質完成了“3D打印腎小管藥物測試”的概念驗證
（七）BICO（Cellink）6
BICO（前身為CELLINK）是一家總部位于瑞典的公司，CELLINK公司研制出了首個通用型的生物3D打印墨水，適用于多種生物3D打印機。隨后快速發展逐漸成為生物打印市場的全球領導者。
2015年，CELLINK推出了他們的第一個桌面系統，即INKREDIBLE。
2018年， CELLINK宣布以500萬歐元收購德國生物分配技術公司Dispendix GmbH,并將公司的技術添加到其自己的生物打印解決方案中。
2019年，CELLINK宣布推出BIO X6，這是一款新型的六打印頭生物3D打印系統。BIO X6能夠在六個不同的位置同時使用不同的壓力，溫度和打印方法。打印頭溫度范圍為4°C至250°C，打印床溫度范圍為4°C至65°C，在使用膠原蛋白和明膠等溫度敏感材料時，可以精確控制溫度。XY軸分辨率為1微米，Z軸分辨率為1微米。
據財報顯示，BICO在2022年前3個季度的凈銷售額約合1.5億美元，與去年同期相比增長了112%。
收購之旅：
2019年8月，Bico以3025萬歐元收購德國生物技術公司Cytena，將后者單細胞3D打印技術收入囊中。
2020年8月，Bico以8000萬歐元收購德國精密點膠公司Scienion及其子公司Cellenion，進一步掌握細胞3D打印技術。
2021年5月，Bico以5000萬歐元收購德國3D微制造公司Nanoscribe，將2PP技術整合到自己的技術中，增加新的微納級3D打印功能。
2021年8月，Bico以1500萬美元收購美國3D研究應用公司Advanced BioMatrix，收獲后者的生物墨水和試劑產品。
2021年12月，Bico Group以1.65億美元收購了圣地亞哥生命科學自動機公司Biosero，進一步掌握了生物打印自動化技術。
（八）3D Systems
3D Systems（NYSE:DDD）成立于1986年，由“3D打印技術之父”Chuck Hull參與創建，經過30多年的發展，現在已發展成為一家全球化的3D解決方案提供商。
3D Systems 在2022年第四季度和2022全年的收入有所下降，主要是由于通貨膨脹導致牙科正畸業務放緩。最重要的是，全年業績顯示收入下降 12.6%，從2021年的6.156億美元下降到2022年的5.38億美元。2022年的凈虧損為1.227 億美元。
2020年中期以來，3D Systems將戰略重心調整為優先考慮工業和醫療業務，并大力投資生物3D打印技術的研發。該公司與生物技術專家United Therapeutics合作，在開發Print to Perfusion方面取得了重大進展，該工藝旨在實現3D打印支架，可以用活細胞 "灌注 "來創造組織。
2021年1月宣布了 "打印灌注 "技術的突破，它成功地創建了全尺寸的實體器官支架后，而后將Figure 4用于生物3D打印。此前，該技術已被應用于3D打印定制的聽力設備。
2021年5月，3D Systems接管了Volumetric Biotechnologies公司之前收購的Allevi公司，該筆交易的成本可能在4億美元（約27億人民幣）以上。在2021年6月就宣布了將要進行3D打印人體肺部支架試驗的計劃。
ALLEVI公司2014年8月成立于美國賓夕法尼亞州費城，其前稱為BioBots。該公司是3D生物打印機及BIOINK的制造商，其使命是讓3D生物打印更容易。
Allevi公司推出的一系列3D生物打印機能夠利用膠原蛋白、蛋白質油墨和PLGA等生物聚合物進行3D生物打印，是眾多實驗室（如：麻省理工學院/哈佛大學，斯坦福大學，卡羅林斯卡大學，IMRE，IIT等）*的工具， 其用戶中約90％是學者，麻省理工學院、維克森林醫學院和澳大利亞臥龍崗大學編寫了引用其硬件的論文。
2022年9月10日， 3D Systems宣布成立一個新的生物3D打印子公司公司Systemic Bio，是一家專注于將先進的生物打印技術，應用于藥物開發的生物技術公司。
參考文獻：
[1] 毛宏理,顧忠偉.生物3D打印高分子材料發展現狀與趨勢[J].中國材料進展,2018,37(12):949-969+993.
[2] 黃文華.生物3D打印在器官再造中的前沿熱點和研究進展[J].器官移植,2022,13(02):161-168.
[3] 資料來源：動脈網
[4] 資料來源：四川藍光英諾生物科技股份有限公司官網
[5] 資料來源：Organov官網與南極熊3D打印網
[6] 資料來源：BICO公司官網以及網絡公開資料整理
