南極熊導讀：生物3D打印作為3D打印技術的一個分支，近年來也取得了不少突破性的進展，雖然距離產業(yè)化規(guī)模應用還有一定的距離，而且是一個非常燒錢的領域，但是有不少人對未來充滿了信心。
本文南極熊就來盤點一下，當前全球范圍內生物3D打印市場競爭格局中的一些玩家，不一定能列舉出所有的公司，未到之處歡迎補充。目前，市場上常見的生物3D打印公司包括：Organovo Holdings Inc、EnvisionTEC GmbH、Nano3D Biosciences、Cyfuse Biomedical K.K.K、Advanced Solutions.Inc、Aspect Biosystems Ltd、Prellis Biologics、3Dynamic Systems Lt、regenHU、Cellink、Poietis、GeSiM、Exone、Stratasys、Advanced BioMatrix、Ricoh Company Ltd、FELIXprinters、NSCRYPT、杭州捷諾飛、北京上普生物、廣州邁普醫(yī)學、北京阿邁特、西安點云生物、蘇州諾普再生醫(yī)學等。
下面南極熊對這些公司進行詳細的盤點，看看他們都在生物3D打印領域做出了哪些成績。
清華大學教授、同時也是生物3D打印公司上普博源的孫偉，曾在論文中將生物3D打印分為5個階段，當前的生物3D打印公司基本上都是在這5個階段中開展研發(fā)。
一、無生物相容性材料的打印
二、打印具有生物相容性但不能降解的材料
三、打印具有生物相容性可降解的材料
四、打印活性細胞
五、打印類器官
美國Organovo
Organovo成立于2007年，是生物3D打印領域中的老牌公司，取得過不少突破性的技術進展，然而公司長期處于虧損狀態(tài)，目前公司市值為8300萬美元，距離市值最高的時候已經跌去了96%。2019年營收300萬美元，虧損額遠超營收，一直在虧本運營的Organovo，實在無計可施了，開始尋找包括潛在收購、合并、反向合并、業(yè)務合并、資產出售等戰(zhàn)略重組方案;但2020年4月與Tarveda Therapeutics, Inc.的合并失敗，而繼續(xù)作為獨立公司來運營,并有新的發(fā)展計劃，然后股價開始了連續(xù)大漲。
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(fā)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
③成功重建了病變的腎近端小管結構
“這種研究帶來的主要好處就是結果更具價值，因為我們采用的是真正的人類細胞而非小鼠細胞，”O(jiān)rganovo的首席科學官Sharon Presnell博士解釋說，“傳統(tǒng)的臨床前模型通常無法告訴我們準確的診斷結果，而這正是物種差異和體外模型在簡單功能方面的不足導致的?！?/span>
Organovo認為，這種基于3D打印腎臟結構的研究所取得的成果是可以用于治療腎病的。另外，他們還希望最終能制造出一種組織，幫助人體內部的天然組織再生。
德國EnvisionTEC
3D-Bioplotter系統(tǒng)使用最新的3DF技術（三維纖維沉積技術），由快速成型和快速制造設備專業(yè)制造商——德國Envision公司研制開發(fā)。在組織工程（Tissue Engineering）領域，一個很重要的問題就是植入體、支架的結構和力學性能能夠與再生的人體器官想類似，而傳統(tǒng)制造技術難以控制支架的力學結構和性能。使用3DF技術（三維纖維沉積技術）制造的新型生物支架在組織工程應用方面表現出來極大的潛力，具體體現重復制作的精確性、生物相容性，和不受形狀和尺寸大小影響的多孔結構，而且所有內部孔洞都是100%相同的。
3D-Bioplotter?生物打印系統(tǒng)適合在生物材料要求的無菌環(huán)境下進行生物組織制造，例如，使用海藻懸浮細胞打印生物支架。相較于其他快速成型技術，3D-Bioplotter?系統(tǒng)使用一種非常簡單和直接的三維打印技術--3DF技術（Three-dimensional fiber deposition，三維纖維沉積技術）。簡單來說，3D Bioplotter系統(tǒng)通過控制打印材料筒在三維空間的移動，將處于流體、熔融、膠體或糊狀的材料通過氣壓擠出，材料通過層層堆積后成型出不同形狀的模型，從而完成3D打印過程。
瑞士RegenHU
RegenHU是一家總部位于瑞士的3D打印技術公司，其3D生物打印機包括兩個系列：BioFactory 和 3DDiscovery。提供RegenHU專有的bioink、osteoink和STARK打印材料，以及BioCAD、BioCut、BioCAM軟件。RegenHU提供“尖端的技術解決方案，結合多種細胞外基質材料，水凝膠，細胞和生物活性物質”來模擬天然組織和器官創(chuàng)建三維蜂窩結構復雜的生物功能。
BioFactory生物工廠是RegenHU的高端系列生物3D打印機，使研究者模仿生物細胞結構，通過一系列的軟、硬性材料來創(chuàng)造逼真的仿生組織。而3DDiscovery發(fā)現系列是比較經濟的系列，可用于創(chuàng)建骨骼，軟骨或結構支架。
2017年RegenHU推出了專為3D細胞生物應用和組織工程應用開發(fā)的合成生物3D打印墨水 — ECM系列。
ECM墨水是根據對多肽在水中的自組織行為研究開發(fā)的，主要成分是水凝膠，能提供一種三維的肽納米纖維支架，從而促進細胞的生長和移動。
此外，這種墨水還可以很好地控制機械強度和細胞支架的交互，從而幫助研究者們制造出在結構復雜性和功能上都十分接近真正組織的人工組織。因此，它在研究組織或疾病、藥物開發(fā)等方面均可以有廣泛應用。
瑞典Cellink
這家瑞典的生物3D打印公司CELLINK可以說以閃電般速度快速崛起，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(tǒng)，即INKREDIBLE。之后沒用多久，CELLINK成為一家上市公司（2020年5月21日市值58億瑞典克朗），2019年年收入超過1億瑞典克朗（約合7300萬人民幣），實現真正的全球業(yè)務，總部在馬薩諸塞州波士頓和瑞典哥德堡。
△CELLINK公司的生物3D打印技術
2018年， CELLINK宣布以500萬歐元收購德國生物分配技術公司Dispendix GmbH,使CELLINK收購Dispendix的所有股票，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(tǒng)。CELLINK首席科學官Itedale Namro Redwan說：“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，這種技術是革命性的。”
2019年，CELLINK宣布與微重力制造專家Made In Space進行戰(zhàn)略合作，標志著CELLINK對在微重力條件下進行3D生物打印的全面承諾，為國際空間站上知識儲備的增長做出了貢獻。
Made In Space 增材制造設備（AMF）現在已登上國際空間站
荷蘭FELIXprinters
2020年，南極熊3D打印網獲悉，荷蘭3D打印機制造商FELIXprinters發(fā)布了一種新型的生物3D打印機，被命名為FELIX BIOprinter。FELIXprinters與TRAINING4CRM以及丹麥技術大學（DTU）合作設計了這臺生物打印機，適用于所有類型的生物打印研究，配備了可以擠出多種材料和粘度的強勁電機。BIOprinter可以分配粘度高達64,000厘泊（動力粘度單位）的各種粘性材料，并具有從液體到糊劑材料和生物油墨的擠出能力。
從上面的產品圖可以看出，BIOprinter是在FELIXprinters現有的FDM 3D打印機基礎上開發(fā)的。據稱，這種新型的生物3D打印機是專門為醫(yī)學，科研應用而設計的，包括注射器冷卻，打印床冷卻和加熱，雙頭系統(tǒng)，易于注射器定位和自動調平平臺等。
FELIXprinters聯(lián)合創(chuàng)始人Wilgo Feliksdal表示：“ BIOprinter結合了兩個可消毒的打印頭，這些打印頭采用模塊化設計，易于更換，并且可以使用單獨的打印頭同時打印不同的生物墨水。它可以將不同的材料特性整合到一個支架結構中?！?/span>
2020年，微型3D打印設備制造商nScrypt的研究部門Sciperio發(fā)布了一個新的合作項目，將使用nScrypt的SmartPump技術生產按需的人體血液。項目的參與者包括衛(wèi)生科學統(tǒng)一服務大學（USU），日內瓦基金會，Safi Biosolutions，Advanced Bioprocess Services和馬薩諸塞州總醫(yī)院，他們構成了4D生物按需血液計劃的參與者。
nScrypt的SmartPump微型點膠工具頭具有皮升的體積控制功能，具有世界上最小的商用噴嘴頭-直徑僅為10微米。SmartPump的用戶可以選擇從水到環(huán)氧樹脂，花生醬和各種糊狀物等10,000多種現成的材料中進行選擇。以Sciperio的項目為例，將使用多個SmartPump工具頭將生長促進劑分配到生物反應器中，隨著時間的推移，干細胞將膨脹并分化為血細胞（這是4D的來源）。
2020年5月，nScrypt和航天公司TechShot已經成功地完成了太空中的功能性3D生物打印實驗。他們利用國際空間站上的生物3D打印機（BioFabrication Facility，BFF），在非營利性的日內瓦基金會和美國衛(wèi)生科學統(tǒng)一服務大學（USU）的幫助下，對人類膝關節(jié)半月板進行了3D生物打印，作為4D Bio3計劃的一部分。這項突破性的實驗是長期計劃的一部分，希望有朝一日在微重力的太空中制造出先進的軟組織和整個器官。
△Techshot與nScrypt合作的太空生物3D打印
據記載，BFF是世界上第一臺能夠在太空中制造人體組織的3D打印機。它使用多能干細胞，通過精確地組織幾微米寬的生物墨水的細小層，以特定的模式生成有生命力的組織。這些干細胞經過一段時間的培養(yǎng)，分化成所需的人體細胞，最終形成組織培養(yǎng)物。由于地球上的引力相對較強，這在地球上是極難實現的（到目前為止是不可能的）。在地球上，軟組織在自身重量的作用下會坍塌，給研究人員留下的是一團亂七八糟的細胞連接的液體。在國際空間站上，地球的引力要弱得多，3D打印的軟組織能夠保持其形狀。
△Techshot與nScrypt合作的生物3D打印設備
Prellis Biologics（Prellis）
Prellis成立于2016年，總部位于美國舊金山，是一家生物技術公司。該公司致力于將3D打印技術應用于人體組織與器官移植，為患者提供更多治療選擇。Prellis的組織器官3D打印技術可用于腫瘤學、神經生物學、組織發(fā)育研究和藥物測試等多個領域。目前有超過30個醫(yī)療研究中心正利用該技術建立3D人體組織模型，其中包括美國加州大學舊金山分校、約翰霍普金斯大學、加州大學歐文分校和紀念斯隆-凱特琳癌癥中心等。
Prellis的研究主要基于再生醫(yī)學（Regenerative Medicine）和組織工程學（Tissue Engineering）。再生醫(yī)學是指利用生物學及工程學的理論方法創(chuàng)造功能損害的組織和器官，研究機體生理性修復功能。而組織工程學是結合細胞生物學和材料科學，在體外或體內構建組織器官。
Prellis的技術可用于建立腫瘤模型，制造人體典型瘤組織并將其移植到免疫缺陷動物體內，為制藥企業(yè)和醫(yī)療機構提供腫瘤研究模型。3D打印技術支持的人類腫瘤組織培養(yǎng)比傳統(tǒng)腫瘤移植方法更高效，且所需細胞數量更少。典型動物腫瘤移植方法需要200萬個甚至更多的細胞，而Prellis僅需要20萬個細胞就能培養(yǎng)完整的腫瘤組織。
腫瘤組織3D打印技術對腫瘤學和人體腫瘤免疫系統(tǒng)研究意義重大。此外，該技術還能顯著減少醫(yī)療科研動物試驗工作量，以加快藥物研發(fā)進程。
Aspect Biosystems
3D生物打印技術公司Aspect Biosystems自成立起就一直致力發(fā)展患者護理領域。該公司的目標是根據不同需求創(chuàng)建人體組織，迄今為止已開發(fā)了許多研究級生物制造的解決方案。
Aspect公司的核心技術是Lab-on-a-Printer?平臺，Lab-on-a-Printer?本質上是一臺由微流體驅動的3D生物打印機。
Lab-on-a-Printer?中的每個打印頭都包含多個用于重新定向液體或墨水的微觀通道。這項獨特的技術可以將多種細胞類型分層，從而創(chuàng)建3D組織結構。該平臺其中一個應用例子是該公司能夠模仿人體肌肉的收縮與松弛的3DBioRing?組織。
自2013年成立以來，Aspect Biosystems已經承擔了一系列知名項目，包括與弗勞恩霍夫毒理學和實驗醫(yī)學研究所合作。2017年該公司與制藥巨頭強生建立合作關系，并啟動了一個創(chuàng)建軟骨以治療膝關節(jié)損傷的項目。
捷諾飛
位于浙江杭州的捷諾飛是國內一家知名的生物3D打印公司，由杭州電子科技大學徐銘恩教授創(chuàng)辦。2017年，捷諾飛推出了國內第一代高通量集成化生物3D打印機“Bio-architect X”?！癇io-architect X”集納了50余項技術創(chuàng)新和突破，其打印噴頭可兼容多種打印原理并多通道協(xié)同，集成微層析成像系統(tǒng)可在線檢測打印質量并反饋控制打印，從而實現對醫(yī)療制品的大批量穩(wěn)定制備。
2018 年，杭州捷諾飛生物科技股份有限公司聯(lián)合清華大學、杭州電子科技大學等高校，發(fā)布了由“國家重點研發(fā)計劃”資助研發(fā)的第一代3D打印器官芯片產品OrganTrial。
該產品的成功研制，為藥物篩選和體外一致性評價、食品和化妝品的安全性和功效檢測等領域，提供了新的精準研發(fā)平臺，推動了生物3D打印在醫(yī)療和制藥領域的應用。
△3D打印器官芯片產品OrganTrial
2019年，捷諾飛發(fā)布兩款新的小型生物3D打印機：“Bio-architect Sparrow”和“Bio-architect Hummingbird”。這兩款生物3D打印機，體積小巧卻功能豐富，就如為其命名的兩種小鳥的名字，“麻雀雖小、五臟俱全”。
“Sparrow”生物打印機
“Sparrow麻雀”生物打印機功能豐富，能通過切換不同的噴頭，提供多種不同的生物3D打印方式；同時，“Sparrow”具有靈活的可擴展性，可基于其開發(fā)面向特定研究和應用的系統(tǒng)。會上發(fā)布了基于該系統(tǒng)開發(fā)的“多通道藥片3D打印機”和“消化道支架3D打印機”。
“Hummingbird”生物打印機
“Hummingbird蜂鳥”生物打印機則聚焦于細胞/水凝膠材料打印，功能完整?；赥issue Nest技術，可以自動、批量化完成細胞/水凝膠支架的打印、交聯(lián)、監(jiān)測和轉運等復雜繁瑣的制備過程。該系統(tǒng)的學習和操作簡單，可批量制備組織工程制品、人為誤差小，適合生物和醫(yī)學領域的研究和應用轉化使用，可以讓科學家將精力聚焦到的研究和應用上?！癏ummingbird”系統(tǒng)可以廣泛應用于腫瘤藥物有效性、毒理和化妝品功效、毒性等的評價。
上普生物
SunP Biotech 成立于2014年，是一家世界領先的高科技公司專門從事3D生物打印和制造先進生物打印產品。基于20多年的研發(fā)經驗及公司專利技術，SunP 致力于研發(fā)創(chuàng)新的3D生物打印系統(tǒng)，新型生物墨水和先進的3D細胞模型并應用于個性化組織工程和癌癥治療，醫(yī)療器械 ，藥物測試和新藥研發(fā)。
SUNP BIOMAKER 專業(yè)級桌面細胞3D打印機
SUNP ALPHA-BP11 低溫沉積組織工程支架3D打印機
ALPHA-BP11是上普公司研發(fā)的多噴頭組織工程支架3D打印機。獨特的低溫沉積打印技術集成了生物3D打印與冷凍干燥微觀制孔技術的優(yōu)勢，可實現同時具有宏觀可控空隙（百微米級）與微觀微絲空隙（十微米級）的組織工程支架的3D打印，提高了支架內的細胞種植率，更利于細胞在支架內部的生長和組織功能的實現。
邁普醫(yī)學
邁普醫(yī)學于2008年由留美博士團隊回國創(chuàng)辦，是中國首家運用生物3D打印技術開發(fā)植入醫(yī)療器械的高新技術企業(yè)，目前已經在廣東、美國和德國擁有子公司。邁普公司在3年不到的時間內就研發(fā)出首個生物3D打印產品--硬腦（脊）膜－睿膜，它被譽為"世界上最接近自體、修復效果最理想的硬腦（脊）膜。"
利用以生物3D打印技術為基礎的再生醫(yī)學技術平臺，制造能夠組織修復人體的新型植入式醫(yī)療器械，從而對患者因疾病和創(chuàng)傷而受損部位進行修復、替代及再生。目前臨床中的應用主要包括：體外模型的打印、植入物和組織工程支架的打印、細胞及器官打印。
邁普醫(yī)學已成功實現人工硬腦（脊）膜、顱頜面修補系統(tǒng)等多個Ⅲ類植入醫(yī)療器械產品的產業(yè)化，并獲8個歐盟CE注冊證、3個中國CFDA注冊證，1個美國FDA證書正在申請中，生物3D打印的硬腦（脊）膜補片已經植入了超過10000名患者的腦中。未來生物3D打印技術將向器官再生方向發(fā)展，包括腎衰、肝衰等疾病的空間更為廣闊。
阿邁特
劉青博士于2011年回國創(chuàng)辦了北京阿邁特公司，專門從事3D打印血管支架的研發(fā)，包括全降解冠脈與外周血管支架。隨后陸續(xù)加入阿邁特的有國際血管支架領域的知名專家趙慶洪博士與Alex Nikanorov醫(yī)學博士。
阿邁特全降解冠脈藥物洗脫支架系統(tǒng)AMSorb?目前也正在開展臨床試驗。該支架由北京大學第一醫(yī)院霍勇教授擔任主要研究者，北京安貞醫(yī)院周玉杰副院長擔任聯(lián)合主要研究者。
AMSorb?支架臨床試驗于2019年4月1日獲國家藥品監(jiān)督管理局批準，且在7月3日獲得北京大學第一醫(yī)院倫理委員會批準。7月23日，北京大學第一醫(yī)院陳明教授順利完成首例AMSorb?支架植入手術。阿邁特的另一款產品全降解外周血管支架PeriSorb，正在申請進入臨床試驗。
AMSorb?支架是由3D多軸曲面支架打印技術制造，具有一種全新的全降解支架結構。與激光切割的可降解支架相比，AMSorb?支架具有阿邁特獨創(chuàng)的螺旋排列的閉環(huán)單元結構，支架桿表面光滑，支架桿截面呈圓形。
目前，阿邁特已具備年產3萬條支架的生產線。其全降解冠脈支架項目已被列入北京市2019年重點工程項目。除了冠脈支架與外周支架，阿邁特目前在研的支架還包括非血管支架。
在融資方面，阿邁特曾獲北京大清生物、北京天峰、凱風創(chuàng)投、國中創(chuàng)投、中海綠色等機構投資，累計獲得投資額達一億元。
西安點云生物
西安點云生物是一家國際領先的為生物工程、醫(yī)療健康和先進制造等領域提供先進材料、創(chuàng)新產品和智能裝備的高新技術企業(yè)。
點云生物提供全方位的生物材料研發(fā)、生產和技術服務，在可降解生物陶瓷、生物高分子及其復合材料方面積累了豐富的應用經驗，擅長生物材料的3D打印技術。可定制生物墨水及3D打印工藝，從四個方面（材料、軟件、裝備、應用）全面自主研發(fā)，為用戶提供從打印耗材、打印設備到實際應用的全套解決方案。公司采用無絲打印技術（Filament-free Printing, FFP）不需要預制打印絲線，能夠直接將陶瓷材料在常溫下逐點逐線逐層打印成型，這不但能顯著降低現有的打印耗材成本，而且能夠自由搭配材料組合，實現多種材料復合打印，極大地拓展現有打印材料的選擇范圍。公司主要客戶涵蓋醫(yī)院、高校、科研院所和企業(yè)研發(fā)部門等，分布在生物醫(yī)療、教育、新材料、新能源，智能制造等領域。
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