首台声学生物打印机,下一个生物制造,由声音掌控

首台声学生物打印机,下一个生物制造,由声音掌控

2020-12-16 6

在2020年的大部分时间里,由于持续的COVID-19大流行,整个世界都陷入了健康危机。这种前所未有的情况可能是历史的转折点,尤其是理想地重塑医院健康的未来。病人的需求变得越来越复杂,并且随着对医疗保健提供者的压力不断升级,很明显,再生医学和细胞疗法有望通过改善病人的病情并实现长期的经济节约来改变医疗保健,制药和生物技术行业。尽管如此,我们如何计划到达那里仍不清楚。


尽管常规的3D打印技术实际上已应用于生物或生物医学应用,但是涉及直接打印细胞和其他生物物质以进行组织重建的真正3D生物打印仍处于起步阶段。关于我们离实验室种植的器官有多远,专家意见不一,将技术从工作台转移到床头可能需要数年时间。为了弥合这一差距,瑞士生物技术初创公司mimiX Biotherapeutics(mimiX)的创始人宣布推出一项全新的技术,该技术可以通过声波快速,经济地生产多细胞功能组织构造。


该公司的联合创始人表示,mimiX的第一台声学生物打印机cymatiX有望改变生物制造。他们认为,这将使生物制造领域能够克服常规生物打印方法的一些主要局限性,并将我们引向创建生理相关的体外模型和工程组织构造。这款轻巧,快速且用户友好的实验室仪器依赖于该公司获得专利的声音诱导形态发生(SIM)生物处理技术。

3D打印机

mimiX团队拥有3D SIM图案化仪器的第一个原型(从左到右:Roman Amrein,Nicola Di Marzio,Marc Thurner和Tiziano Serra)。图片由AO基金会提供


mimiX生物治疗技术背后的3D-SIM技术已有近十年的历史了。它是由瑞士达沃斯AO研究所的研究科学家Tiziano Serra博士开发的,它是mimiX的共同创始人,目的是创建定义明确的生物模式,并利用声波将其自我组装成功能组织。过去,塞拉(Serra)诗意地将这一过程定义为“协调生物学”,而如今,SIM技术提供了一种独特而高效的策略来制造密集而有组织的细胞模式,并解决了生命科学广泛领域中的必需品,从而找到了在组织工程中的应用,再生医学和用于药物发现的药物研究。


去年秋天初,这家初创公司发表了关于血管网络协调的体外科学结果,并进入了一项针对体内软组织再生的重点临床前研究驱动的体内翻译计划。成立仅一年后,mimiX还公开了一种新的公司标识及其第一台生物打印机。mimiX首席执行官兼联合创始人马克·瑟纳(Marc Thurner)独家透露,cymatiX将于2021年向科学界开放。


“这将永远改变生物制造技术,”瑟纳解释说。“在mimiX,我们致力于为所有人都可以使用再生医学的世界而努力,我们的新兴技术将成为一种范式转变,这是一种全新的生物制造方法,它将利用研究人员的创造力来图案化生物(细胞,球体,类器官,微移植物) )。生物印刷行业是过去十年的大肆宣传,但现在,它可能会转向新的技术曲线:我们基于声音的下一代生物技术。希望进入生物制造炒作新时代的机构,学术界和研究人员都可以使用这种新工具。”


由于该设备仍是原型,因此mimiX目前正在将cymatiX工业化,并将于明年实现商业化。任何人都可以预订该设备,并期待在2021年5月之后收到该设备。但是,该公司计划在2021年1月向10个精选合作伙伴提供购买cymatiX的服务。将从一批感兴趣的研究人员中选择VIP组考生可申请通过今天MIMIX的网站在这里。

3D打印机

mimiX biotherapeutics的新型生物制造技术利用SIM技术来创建定义明确的生物体系结构。图片由mimiX Biotherapeutics提供


cymatiX背后的专有技术旨在创建生物体系结构,可以进行临床翻译,并在基础研究和应用研究中推动生物打印的前沿。新的SIM工艺代表了一种通用且省时的策略,可在定义的空间分辨率和生理相关的细胞密度下创建组织的细胞组件。


那么它是怎样工作的?首先,将诸如细胞,球体和类器官之类的生物颗粒分散在水凝胶前体中,并加载到SIM载体中。然后,施加声音产生的垂直振动,并在几秒钟内创建图案。取决于材料,通过使用不同的刺激,例如光,酶促或热交联,在水凝胶内进行图案化颗粒的交联。更重要的是,可以依次构建多个不同图案的层。


mimiX联合创始人Tiziano Serra说:“ cymatiX可以创建模式,并凝聚物质以触发其生物学功能。” 研究人员无需通过分散低密度的细胞,而是可以通过在培养室底部施加低频垂直振动,通过所有细胞的液体运动,以非常快速和温和的过程浓缩细胞。这种动态细胞凝结是功能组织再生的关键点之一。而且,我们能够通过仿真来预测针对特定应用,从可植入组织到药物筛选或疾病模型测试,我们希望生成哪种模式。”


根据创始人的说法,这种快速的技术可以在数秒之内从大量的声音轮廓中产生出多细胞结构。它对细胞友好,无接触且温和。SIM设备可通过声波进行远程控制,从而将生物材料图案化为3D构造,这些构造可发展为体外工程化的组织,例如微血管网络。


为了证明该技术,Serra与瑞士国家科学基金会(SNSF)和AO研究所的同事合作,证明SIM技术可以生成多尺度的有组织的血管网络。在论文发表在IOPscience期刊生物制造,研究人员开发了一种在体外实验模型作为证明的概念,以评估用于创建血管结构SIM的可行性。

3D打印机

SIM过程形成血管网络的示意图。图片由Tiziano Serra / IOP Science提供


在这项研究中,研究人员证明,即使细胞的初始密度低,它们也能够自组装成功能性的多尺度血管网络。此外,作者得出的结论是,这是一种具有多种自由度(材料,细胞,图案化参数)的高度通用的方法,可以应用于多个生物医学领域,例如开发先进的空间编排,针对患者的微观生理学用于药物筛选的3D模型及其在生物打印中的实现,以向临床翻译提供自动化的组织制造。


“这完全与细胞凝结和图案形成有关,这是生命的两个秘密,这就是我们在处理过程中所提供的,冷凝和形成图案的能力。我们确信,cymatiX的性能将比当今市场上的任何其他生物组装工艺好得多。”瑟纳说。他一直是他创办的另一家初创公司的首席执行官,该公司是瑞士生物技术公司regenHU。“这种新设备是我们通过增加患者对护理点的可及性来完全重新设计再生医学的愿景的一部分。”


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