瑞士RegenHU品牌3DDiscovery 3D生物打印机  ——生命与材料的*结合

RegenHU生物打印机3Discovery 与 BioFactory型号3D生物打印机的系统主要亮点优势：

1.打印头类型丰富

具有细胞友好型室温打印头、可温控细胞打印头、高粘度打印头、高温材料打印头、两组分打印头、熔体静电纺丝写入打印头等类型丰富的打印头，使细胞打印材料打印头各司其职，保障材料应有广度的同时提高了细胞打印存活率

2. 多种打印方式

非接触式喷射打印（ink Jetting）、针式接触点胶打印，使喷射、挤出动作符合

生物力学要求，同时又能减少污染机会极限降低污染、极大提高细胞存活率

3.静电纺丝技术和3D生物打印*结合

可以将超细纤维支架和水凝胶的结合起来，由此生物打印而成的三维结构无论是刚度和弹性都类似于人类自然生长.  该方法有助于提供用于细胞生长的空间，同时还有助于细胞所需要的机械刚性。zui终打印出的结构不尽能够实现自然愈合，而且有助于促进新组织的生长

4.高精度、分辨率高

打印液滴分配控制软件Liquid  Dispensing和纳升级别的细胞打印头提高了存活率

可以精确控制水凝胶喷射位置和墨水的量，有利于生物显微结构的建立，有利于局部痕量供给生物活性因子及药物，从而有利于控制组织的局部生长发育。目前已经成功构建成功皮肤、肺泡、软骨、肌腱、骨骼和多种组织类型，打印成功的组织类型远远多于其他产品

5.专业生物打印软件：  BioCAD、BioCAM、BioCUT  和HMI软件，简介易用、兼容X射线，CT，核磁共振，超声等各种扫描成像设备图像三维建模，文件转换精确，确保后期打印精度;HMI生物打印软件可以同时对多个打印头的参数进行输入，如打印材料，喷头直径、加热情况、喷射点距、定位参数，可以识别打印STL,  DICOM, AMF,  DXF、OBJ、3MF等各式模型文件

6.气压、液滴打印头微阀二次控制

*气压、液滴的打印头微阀二次控制，符合打印生物力学要求再次提高细胞存活率

7.  一体化的*的BioSafety无菌微环境控制能力

HEPA H14高效过滤网  (RNA/DNA操作洁净度)，再次保障了生物打印无菌、高村率特性

8.打印速度快：5至200mm /秒

9.主机支持的打印头加料仓数量：支持打印8种介质，可升级多材料混合打印头

10.适合多种生物材料

10.1聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙二醇衍生物（PEG）、纤维蛋白、弹性蛋白（韧带及真皮中）、胶原蛋白、海藻酸钠、琼脂糖等

10.2)天然生物衍生材料，如脱钙骨基质、壳聚糖、藻酸盐凝胶等

10.3）人工合成生物高分子材料，主要有羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃等无机材料和以聚乳酸及其共聚物等为代表的有机材料

10.4)聚己酸内酯，磷酸钙和水凝胶基体来形成生物相容性良好的骨骼

11.电纺丝与3D生物打印*集合

12.专业强大3D打印控制和生物医学3D创建模型软件套件

BioCAD、BioCAM、BioCUT强大专业软件可直接读取包括CT、MRI、超声在内的各种医疗成像设

备扫描的患者数据，可识别打印STL、DICOM、AMF、DXF、OBJ、3MF等各式模型文件并创建三

维模型，用于模型制作、参数识别控制打印

BioCAD:主要用于快速构建生物组织和支架模型，构建速度快，可在1-2小时内迅速掌握

BioCAM: 主要用于将外在的STL文件快速转化为可识别的打印文件，软件容易操作，文件转换精确，确保后期打印精度

BioCUT: 主要用于将CT和核磁共振的三维数据转化为可以打印的文件模式，便于医生和研究者根据实际情况定制

医学上3D  打印关键一步也是一个高成本长时间的过程，就是创建三维模型。通过CT、MRI、超声和正电子发射断层显像等医学影像手段的各种医疗设备扫描患者，获取患者的数据，然后，通过BioCAD、BioCAM、BioCUT专门的计算机建模软件创建三维模型，zui后整理输出为打印机识别的文件进行打印，大大减低模型建立的时间成本和人力成本

相关文献案例

(1)  Kajsa Markstedt et al. 3D Bioprinting Human Chondrocytes with  anocelluloseAlginate Bioink for Cartilage Tissue Engineering Applications.  Biomacromolecules2015  Accepted.文章介绍了利用软骨细胞和纤维素－海藻酸钠配成的生物墨水来打印人体的软骨组织及应用（3DDiscovery打印机）

图3-6 文章相关数据及图片

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
图3-7  打印后的组织结构的照片
苏黎世大学药物开发和物质测试中心运用RegenHU打印机（3DDiscovery打印机）进行了测试。文章介绍了打印主要人类成肌细胞和鼠肌腱细胞。免疫组织化学染色显示打印后的成肌细胞在分化培养的七天后成为肌球蛋白重链(绿色)，显示肌肉横纹特征和多核细胞。A1A2显示了整个打印后的组织结构的照片。B1B2打印的鼠肌腱细胞在分化培养5天后显示*的成熟肌腱胶原蛋白。肌腱胶原I环绕在细胞核周围
图3-8  骨骼肌细胞和肌腱细胞打印成组织后的增殖情况
（3）Markus Rimann et al. Standardized 3D  Bioprinting of Soft Tissue Models with Human Primary Cells. Journal of  Laboratory Automation 2015  1–14
文章报道了使用人的原始细胞来进行皮肤软组织的三维打印培养（3DDiscovery打印机）。成纤维细胞被交替打印在bioink支架中并进行长达7周的培养。成纤维细胞*填充在bioink支架中，活性良好并扩展到整个支架中。原代人皮肤角质细胞接种在成纤维细胞形成的这种结构中，形成了真皮*的表皮样结构，这是*次对该类型的三维组织进行报道
图3-9  成纤维细胞*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
图3-10蜘蛛丝蛋白水凝胶生成的三维细胞加载结构

生物墨水的生物印刷适应性是生物打印的目前zui大的瓶颈之一。文章报道了使用了重组蜘蛛丝蛋白作为生物墨水，发现其具有能够对细胞生存和增殖具有良好的适应能力，不需要交联剂、机械稳定添加剂或增稠剂。在这项研究中  重组蜘蛛丝蛋白水凝胶可以自动生成的三维细胞加载结构，证明重组蜘蛛丝水蛋白凝胶在生物打印中具有良好的应用前景
BioFactory三维生物打印机系统介绍
瑞士RegenHU  BIOFACTORY是目前已知的三维打印机中功能zui为强大的生物打印机，产品一经推出，立即受到组织工程领域的科学家的重视。其强大的动力系统、*的转盘式选择定位系统、可扩展到8只打印头的材料选择平台，都为科学家的研究能力增加了强大的保障
RegenHU生物打印机瑞士RegenHU BIOFACTORY活细胞组织三维打印制造强音

1、BioFactory系统动力系统介绍
图4-2  BioFactory系统动力系统综合介绍
图4-3  BioFactory可扩展到8只打印头
BioFactoryzui大可以扩展到8只打印头，支持五种打印方式，让打印的组织赋予更多功能，可以构建更为复杂的组织
图4-4  精确的三轴组合移动平台，打印精度更高

2、BioFactory配置不同型号的打印头
配备多达5种不同型号的打印头，可以实现组织工程支架打印、细胞打印和对高分子，如蛋白质和多种有机大分子的打印

1. CF300N (non heated)

2. CF300H (heated)

3. DD 135N

4. CF130N

5. UVPen-365

图4-5  BioFactory可实现组织工程支架打印、细胞打印较和生物大分子打印
3、BioFactory的适应性生物材料、生物墨水
图4-6 BioFactory适应多种水凝胶和高分子材料
达到200多种材料，涵盖牛顿力学和非牛顿力学材料，粘度在20–30000mPas之间都可以

4、BioFactory打印环境控制能力
Flow  box提供了灭菌功能，可以控制温度、湿度、光照、氧气/二氧化碳浓度
图4-7  BioFactory的Flow box

5、BioFactory的主要优势

1. 高精度：可以精确控制水凝胶喷射位置和墨水的量，有利于生物显微结构的建立，有利于局部痕量供给生物活性因子及药物，从而有利于控制组织的局部生长发育

2. 可以同时打印8种细胞和支架材料，更利于整体三维结构的构建，从而实现同时打印组织内的不同组分，使用不同的细胞、细胞外基质和生物活性因子，并且使用精确的配比

3. 构建速度快：能够快速的制造生物组织，保证了生物材料的存活率，从而显著有利于再生医药、组织移植等未来医学领域

4. 可以按需制造出符合个体需求的单个组织，真正实现医学的个性化需求

6、相关案例参考
（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杂志专门刊发RegenHU  BioFactory的应用文章，介绍其在构建体外血液-空气组织屏障方面的应用
研究人员成功利用BioFactory的打印精度优势，采用内皮细胞和上皮细胞构建了肺泡体外三维模型，为研究血-空气屏障的体外组织提供了非常好的途径
图4-8  相比于手工构建，生物打印的组织细胞生长均匀，可以快速成层生长，形成不同细胞层组成的组织结构

（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
图4-9通过共混温敏性聚合物聚-N-异丙基丙烯酰胺接枝透明质酸与甲基丙烯酸酯化的透明质酸，将其作为支架材料进行生物打印测试，结果显示其对于细胞具有良好的生物相容性。其形成的三维结构在打印后可以快速凝胶化，同时保证长期的机械性能稳定。在应用牛软骨细胞进行测试后，显示流变性能，溶胀行为都达到要求，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.
图4-10利用磷酸三钙和和羟基磷灰石3D打印多孔骨细胞生长支架，其具有良好的孔隙度和互联互通性能，特别符合成骨细胞生长。在羊颅骨模型测试中，证明其可以很好地促进皮质骨的纵向生长。相比于现有的骨替代材料，三维打印的多孔骨细胞生长支架可以提高垂直骨生长过程，植入羊颅骨模型显示其产生的新骨量比颅骨高3  mm，骨量比标准的材高四倍以上，显示其具有更好的骨生长传导性（osteoconductivity）

BioINK?  / OsteoINK?生物材料介绍
瑞士RegenHU公司提供2种不同型号的打印水凝胶BioINK?  / OsteoINK?
BioINK? /  OsteoINK?对于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的内生长均有良好的表现
图7-1 BioINK/OsteoINK生物材料。
BioINK/OsteoINK生物材料的优势；

1. 较好的可降解性及降解速率；

2. 较好的材料机械力学强度；

3. 支架具有zui适孔径分布和孔隙率，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。