حبر السليلوز يطور أنظمة توصيل الأدوية ثلاثية الأبعاد

When it comes to medicine, natural products have been part of the pharmacopeia since the dawn of civilization, with plants often forming the basis of effective therapies before the invention of chemical drugs.

إحدى مزايا استخدام المركبات الحيوية هي أنها تتفاعل جيدًا مع جسم المريض. وهذا هو السبب أيضًا في أن المواد مثل الخشب أو العاج استخدمت لفترة طويلة في بعض الأطراف الصناعية.

في العصر الحديث، يستكشف الباحثون إمكانات المواد الحيوية لاستبدال البوليمرات المستخرجة من البترول في التطبيقات الطبية.

نشر حديث من باحثين في جامعة جومال (باكستان) وجامعة جيانغسو (الصين) يستكشف كيف يمكن استخدام السليلوز، أحد الجزيئات المكوّنة للخشب، جنبًا إلى جنب مع الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء حبر حيوي يمكن استعماله في توصيل الأدوية، وطباعة الأنسجة الناعمة ثلاثية الأبعاد، وشفاء الجروح.

They publish their results in the journal Next Materials¹, under the title “من الكتلة الحيوية إلى التصنيع الحيوي: دور السليلوز في نظام توصيل الأدوية المستدام المطبوع ثلاثيًا وإعادة تجديد الأنسجة”.

السليلوز كالمادة الحيوية المستدامة المثالية

While cellulose is produced in especially large amounts by trees for the structural elements of wood, it is an almost omnipresent compound in most plants. As such, it is extremely sustainable, being quite literally produced through photosynthesis out of thin air (CO2), water, and sunlight. Which is why it is also quite cheap, as illustrated by the low cost of mass-produced paper, made of cellulose fibers. Cellulose is also biocompatible and biodegradable.

بينما ينتج الأشجار السليلوز بكميات هائلة لتكوين العناصر الهيكلية للخشب، فهو مركب شبه موجود في جميع النباتات. وبالتالي، فهو مستدام للغاية، إذ يُنتج حرفيًا عبر عملية التمثيل الضوئي من الهواء (CO2)، الماء، وأشعة الشمس. وهذا هو السبب في أنه رخيص أيضًا، كما يتضح من انخفاض تكلفة الورق المُنتج جماعيًا، المصنوع من ألياف السليلوز. السليلوز أيضًا متوافق حيويًا وقابل للتحلل.

A polymer of glucose, cellulose, can also be 3D printed, which opens the way to many new applications in the medical field.

المصدر: ScienceFacts

In this study, the researchers explore the potential of 3D-printed cellulose for many applications:

• أنظمة توصيل الأدوية المخصصة.
• هندسة الأنسجة لطرق جديدة لإصلاح الأعضاء والأنسجة المتضررة.
• اختبار دواء في نماذج أنسجة صناعية مطبوعة ثلاثيًا تحاكي البيئة الحية داخل الجسم.

To do so, they reviewed scientific articles published from 2015 to 2025 that combined keywords such as “cellulose”, “nanocellulose”, “bacterial cellulose”, “3D bioprinting”, “bioinks”, “drug delivery”, “tissue engineering”, “hydrogels”, and “stimuli-responsive biomaterials”

تحويل السليلوز إلى مادة حيوية طبية

تعديل بلورات السليلوز

Cellulose can exist in two forms, with most cellulose materials existing with a mix of both forms of the molecules:

• بلوري، يتميز باستقرار أعلى وقوة ميكانيكية أكبر.
• غير متبلور، أقل هيكلة، مما يسهل التفاعل مع جزيئات أخرى.

Depending on the intended effect, both forms of cellulose can be useful for medical applications.

اعتمادًا على التأثير المطلوب، يمكن أن تكون كلا الشكلين من السليلوز مفيدة للتطبيقات الطبية.

More stable crystalline cellulose exhibits slower biodegradation rates in vivo, which is useful for applications requiring long-term mechanical integrity, such as tissue engineering scaffolds, wound dressings, and sustained drug delivery systems.

Amorphous cellulose can be more accessible to enzymatic attack and moisture uptake, leading to faster degradation and enhanced bioresorption for tissue remodeling.

المصدر: Next Materials

This makes preparing the cellulose structure according to a specific application’s needs an essential part of any process looking to use it for medical purposes.

“تخصيص كيمياء السليلوز وبنيته الدقيقة أمر أساسي لتحسين استقرار السقالة، وتفاعلات الخلايا، ومخططات إطلاق العلاجات، والأداء العام للتصنيع الحيوي في تطبيقات هندسة الأنسجة والطب التجديدي.”

مشتقات السليلوز

Besides pure cellulose, other compounds produced from cellulose also have medical potential. For example, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), microcrystalline cellulose (MCC), and nanocellulose:

• يُستخدم CMC كعنصر مثبت ومكثف في تركيبات الأدوية.
• يُستخدم HPMC لإنشاء صيغ إطلاق محكم تُسلم الدواء ببطء للمريض.
• يُعرف MCC بخصائصه الممتازة كحشو، وتفكك، وربط في تركيب الأقراص الصيدلانية.
• النانو سليلوز مادة جديدة ذات قيمة لهندسة الأنسجة وتطبيقات توصيل الأدوية بفضل مساحته السطحية الكبيرة.

In any case, bacterial cellulose is often preferred over plant-based cellulose due to its high purity, mechanical strength, water retention, and biocompatibility. It can be used as scaffolding for 3D bioprinting of both hard and soft tissues, from skin to heart muscle, as its microscopic structure mimics the extracellular matrix nanofibrous structures that support tissue regeneration.

المصدر: Next Materials

السليلوز في الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد

طرق الطباعة الحيوية

Bioprinting cellulose and tissues with a cellulose scaffolding can be done using a variety of methods, each better suited to a specific type of cellulose.

على سبيل المثال، الحبر الحيوي الغني بـ CNF متوافق بشكل خاص مع الطباعة الحيوية القائمة على البثق. وعلى النقيض من ذلك، تتطلب طباعة الحبر النفاث تحسين اللزوجة للعمل مع أحبار السليلوز.

المصدر: Next Materials

Cellulose also does not need to be the sole ingredient in cellulose-based bioinks. Other biomaterials can be part of the mix to increase the survival of the cells incorporated in the bioink.

“إضافة بلورات نانوية من السليلوز إلى الأحبار الحيوية القائمة على الجيلاتين والألجينات حسّنت من خصائصها الميكانيكية وزادت من بقاء الخلايا، مما يجعل هذه الخلطات مناسبة لمجموعة من تطبيقات هندسة الأنسجة.”

تطبيقات حبر السليلوز الحيوي

Thanks to its tunable structure, cellulose can be a great solution to customize the speed and duration of drug delivery.

“التطورات الأخيرة في طرق المعالجة، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد والسبن الكهربائي، خلقت فرصًا جديدة لإنشاء أجهزة توصيل أدوية قائمة على السليلوز بخصائص ميكانيكية محسنة ومخططات إطلاق قابلة للتعديل.”

For tissue engineering, cellulose creates a valuable scaffolding on which cells can attach, grow, and form new healthy tissues, as its porous nature allows for the interchange of nutrients and waste products while encouraging cell adhesion and proliferation.

على سبيل المثال، يمكن استخدام السليلوز لمحاكاة المصفوفة خارج الخلية في سقالات الجلد والغضروف، مما يوفر منصة لتكامل الأنسجة وتسلل الخلايا. يمكن أيضًا استخدامه في إنتاج أنسجة صناعية من خلايا تُزرع في المختبر.

This method can be extended to the production of “organ-on-chip models”, a platform for drug testing that replicates in vitro the functioning of human organs.

Another application is wound healing. When mixed with graphene oxide, cellulose demonstrates remarkable antibacterial qualities. Alongside the scaffolding capability that improves cell migration and proliferation, this means cellulose bioinks can help tissue regeneration, especially for the skin.

المصدر: Next Materials

تحسينات مستقبلية

Among future improvements can be the use of cellulose as a more durable scaffolding material, alongside a “sacrificial template”.

“المواد التضحية مثل الجيلاتين، Pluronic F127، أو زجاج الكربوهيدرات تُطبع بالتزامن مع الأحبار الحيوية المحتوية على السليلوز ثم تُزال لاحقًا عبر تغيير الحرارة، أو الذوبان، أو عمليات الغسل. هذه البُنى المسامية المصممة هندسياً تحسن بشكل كبير بقاء الخلايا، ونضوج الأنسجة، وتكوّن الأوعية الدموية في الهياكل الحيوية السميكة.”

A key factor in scaling up any 3D bioprinting method using cellulose bioinks will also be the creation of a large and consistent supply of cellulose matching predictable and stable purification requirements, addressing sterilization challenges, and maintaining microscopic composition and uniformity.

الاستثمار في الطباعة الحيوية

3D Systems

(DDD )

3D Systems is a leader in 3D printing, with 1,000+ patents and the ability to 3D print 130 materials, producing more than a million parts daily. It is one of the world’s largest 3D printing companies alongside Nano Dimension (NNDM ) after a period of consolidation for the industry.

3D Systems moved early into bioprinting in 2017 with a research collaboration with United Therapeutics (UTHR) for 3D-printed organs and tissues. And it announced a collaboration with CollPlant Biotechnologies (CLGN) in 2020 and the acquisition of bio-ink maker Allevia in 2021.

The bioprinting activity goes alongside the 3D printing of implants for surgeries, with a cumulative total of 3,000,000 serial-component medical devices produced, as well as customized dentures.

By the end of 2025, the healthcare segment accounted for almost half of the company’s revenue. The other part is mostly driven by industrial applications, with a focus on metal 3D printing, especially in the aerospace sector, for a total of $95.5M in Q1 2026.

Thanks to positive EBITDA in early 2026, 3D Systems is probably one of the “safest” 3D printing stocks, as a leader in the sector in the booming metal 3D printing segment and already firmly established in the healthcare segment, with potential for bioinks and 3D printing to grow into a third profit center.

الدراسة المشار إليها

^{1 . Asma Ashgar, et al. From biomass to biofabrication: The role of cellulose in sustainable 3D-printed drug delivery systems and tissue regeneration. Next Materials. Volume 13, October D2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}