Additiv fremstilling

Cellulose-bioink fremmer 3D‑lægemiddelleveringssystemer

mm
Udgivet den
Cellulose er i færd med at gå fra en billig, lav‑teknologisk papirvare til den essentielle byggesten for næste generations bæredygtige medicinske produktion.

Når det gælder medicin, har naturlige produkter været en del af farmakopeen siden civilisationens begyndelse, hvor planter ofte udgjorde grundlaget for effektive behandlinger før opfindelsen af kemiske lægemidler.

En fordel ved at bruge biologiske forbindelser er, at de typisk interagerer godt med patientens krop. Det er også grunden til, at materialer som træ eller elfenben i lang tid blev anvendt til visse proteser.

I moderne tid undersøger forskere potentialet i biomaterialer til at erstatte petroleumsafledte polymerer til medicinske anvendelser.

En nylig publikation fra forskere ved Gomal University (Pakistan) og Jiangsu University (Kina) undersøger, hvordan cellulose, et af de molekyler der udgør træ, kan anvendes sammen med 3D‑printning til at skabe bioink, der kan bruges til lægemiddellevering, 3D‑printning af blødt væv og sårheling.

De offentliggør deres resultater i tidsskriftet Next Materials1, under titlen “Fra biomasse til biofabrikation: Cellulose’s rolle i bæredygtige 3D‑printede lægemiddelleveringssystemer og vævsregenerering”.

Cellulose som det ultimative bæredygtige biomateriale

Mens cellulose produceres i særligt store mængder af træer til de strukturelle elementer i træ, er det en næsten allestedsnærværende forbindelse i de fleste planter. Som sådan er den ekstremt bæredygtig, da den bogstaveligt talt fremstilles gennem fotosyntese ud af tynd luft (CO₂), vand og sollys. Derfor er den også ret billig, som illustreret af den lave pris på masseproduceret papir, lavet af cellulose‑fibre. Cellulose er også biokompatibel og biologisk nedbrydelig.

Et polymer af glukose, cellulose, kan også 3D‑printes, hvilket åbner vejen for mange nye anvendelser inden for det medicinske felt.

I denne undersøgelse udforsker forskerne potentialet for 3D‑printet cellulose til mange anvendelser:

  • Personligt tilpassede lægemiddelleveringssystemer.
  • Vævsingeniørkunst for nye måder at reparere beskadigede organer og væv på.
  • Test af et lægemiddel i kunstige 3D‑printede vævsmodeller, der efterligner det in‑vivo miljø.

For at gøre dette gennemgik de videnskabelige artikler publiceret fra 2015 til 2025, der kombinerede nøgleord som “cellulose”, “nanocellulose”, “bakteriel cellulose”, “3D bioprintning”, “bioink”, “lægemiddellevering”, “vævsingeniørkunst”, “hydrogel” og “stimuli‑responsive biomaterialer”.

Gør cellulose til et medicinsk biomateriale

Manipulation af cellulosekrystaller

Cellulose kan eksistere i to former, hvor de fleste cellulose‑materialer indeholder en blanding af begge former af molekylerne:

  • Krystallinsk, som har højere stabilitet og mekanisk styrke.
  • Amorfe, som er mindre struktureret, så den kan gøre interaktioner med andre molekyler lettere.

Afhængigt af den ønskede effekt kan begge former for cellulose være nyttige til medicinske anvendelser.

Den mere stabile krystallinske cellulose udviser langsommere nedbrydningshastigheder in‑vivo, hvilket er nyttigt for anvendelser, der kræver langvarig mekanisk integritet, såsom vævsingeniør‑skaller, sårforbindinger og vedvarende lægemiddelleveringssystemer.

Amorfe cellulose kan være mere tilgængelig for enzymatisk nedbrydning og fugtoptagelse, hvilket fører til hurtigere nedbrydning og forbedret bioresorption for vævsremodellering.

Dette gør forberedelsen af cellulose‑strukturen efter en specifik anvendelses behov til en essentiel del af enhver proces, der ønsker at bruge den til medicinske formål.

“Tilpasning af cellulose‑kemi og mikrostruktur er afgørende for at optimere skallerens stabilitet, cellulære interaktioner, terapeutiske frigivelsesprofiler og den samlede biofabrikations‑ydelse i vævsingeniør‑ og regenerativ medicin‑applikationer.”

Cellulosebaserede derivater

Udover ren cellulose har andre forbindelser fremstillet fra cellulose også medicinsk potentiale. For eksempel carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), mikrokristallinsk cellulose (MCC) og nanocellulose:

  • CMC bruges som stabiliserende og fortykkende ingrediens i medicinske sammensætninger.
  • HPMC anvendes til at skabe kontrollerede frigivelsesformuleringer, der langsomt leverer lægemidler til patienten.
  • MCC er kendt for sine fremragende fyldnings‑, opløsnings‑ og bindningsegenskaber i fremstilling af farmaceutiske tabletter.
  • Nanocellulose er et nyt, værdifuldt materiale til vævsingeniørkunst og lægemiddelleveringsapplikationer takket være dets store overfladeareal.

I alle tilfælde foretrækkes bakteriel cellulose ofte frem for plantebaseret cellulose på grund af dens høje renhed, mekaniske styrke, vandretention og biokompatibilitet. Den kan bruges som skaller til 3D‑bioprintning af både hårde og bløde væv, fra hud til hjertemuskel, da dens mikroskopiske struktur efterligner den ekstracellulære matrix nanofibre‑struktur, som understøtter vævsregenerering.

Cellulose i 3D‑bioprintning

Bioprintningsmetoder

Bioprintning af cellulose og væv med en cellulose‑skaller kan udføres ved hjælp af en række metoder, som hver især er bedst egnet til en specifik type cellulose.

For eksempel er CNF‑rige bioink særligt kompatible med ekstrusion‑baseret bioprintning. I kontrast kræver inkjet‑bioprintning optimering af viskositet for at fungere med cellulose‑bioink.

Cellulose behøver heller ikke at være den eneste ingrediens i cellulose‑baserede bioink. Andre biomaterialer kan indgå i blandingen for at øge overlevelsen af de celler, der er indarbejdet i bioink.

“Tilføjelse af cellulose‑nanokrystaller til bioink baseret på gelatine og alginat forbedrede deres mekaniske egenskaber og øgede celle‑viabilitet, hvilket gjorde disse blandinger egnede til en række vævsingeniør‑anvendelser.”

Anvendelser af cellulose‑bioink

Takket være dens justerbare struktur kan cellulose være en fremragende løsning til at tilpasse hastigheden og varigheden af lægemiddellevering.

“Nylige fremskridt i forarbejdningsmetoder, såsom 3D‑printning og elektrospinning, har skabt nye muligheder for at fremstille cellulose‑baserede lægemiddelleveringsenheder med forbedrede mekaniske egenskaber og justerbare frigivelsesprofiler.”

For vævsingeniørkunst skaber cellulose et værdifuldt skaller, som celler kan fastgøre sig til, vokse på og danne nyt sundt væv, da dens porøse natur tillader udveksling af næringsstoffer og affaldsprodukter, samtidig med at den fremmer celleadhæsion og -proliferation.

For eksempel kan cellulose bruges til at simulere den ekstracellulære matrix i hud‑ og brusk‑skaller, hvilket giver en platform for vævsintegration og cellulær infiltration. Det kan også anvendes i produktionen af kunstige væv fra celler dyrket i laboratorium.

Denne metode kan udvides til produktionen af “organ‑on‑chip‑modeller”, en platform for lægemiddeltest, der in‑vitro efterligner funktionerne i menneskelige organer.

En anden anvendelse er sårheling. Når cellulose blandes med grafenoxid, udviser den bemærkelsesværdige antibakterielle egenskaber. Sammen med skaller‑kapaciteten, der forbedrer celle‑migration og -proliferation, betyder dette, at cellulose‑bioink kan hjælpe vævsregenerering, især for huden.

Fremtidige forbedringer

Blandt fremtidige forbedringer kan brugen af cellulose som et mere holdbart skaller‑materiale, sammen med en “ofrende skabelon”, indgå.

“Ofre‑materialer såsom gelatine, Pluronic F127 eller kulhydratglas co‑printes sammen med cellulose‑indeholdende bioink og fjernes derefter ved temperaturændring, opløsning eller vaskeprocesser. Disse konstruerede porøse arkitekturer forbedrer markant celle‑overlevelse, vævs‑modning og vaskularisering i tykke bioprintede konstruktioner.”

En nøglefaktor i opskalering af enhver 3D‑bioprintningsmetode, der bruger cellulose‑bioink, vil også være oprettelsen af en stor og konsistent forsyning af cellulose, der opfylder forudsigelige og stabile renheds‑krav, adresserer sterilisationsudfordringer og opretholder mikroskopisk sammensætning og ensartethed.

Investering i bioprintning

3D Systems

(DDD )

3D Systems er en leder inden for 3D‑printning, med over 1.000 patenter og evnen til at 3D‑print 130 materialer, hvilket producerer mere end en million dele dagligt. Det er et af verdens største 3D‑printningsselskaber sammen med Nano Dimension (NNDM ) efter en periode med konsolidering i branchen.

3D Systems gik tidligt ind i bioprintning i 2017 med et forskningssamarbejde med United Therapeutics (UTHR) for 3D‑printede organer og væv. Og de annoncerede et samarbejde med CollPlant Biotechnologies (CLGN) i 2020 og opkøbet af bio‑ink‑producenten Allevia i 2021.

Bioprintnings‑aktiviteten går hånd i hånd med 3D‑printning af implantater til operationer, med et samlet antal på 3.000.000 serielle komponent‑medicinske enheder produceret, samt tilpassede tandproteser.

Ved udgangen af 2025 udgjorde sundhedssegmentet næsten halvdelen af virksomhedens omsætning. Den anden del drives primært af industrielle anvendelser, med fokus på metal‑3D‑printning, især i luftfartssektoren, for i alt $95,5 M i Q1 2026.

Takket være positiv EBITDA i begyndelsen af 2026 er 3D Systems sandsynligvis en af de “sikreste” 3D‑printningsaktier, som en leder i sektoren i det blomstrende metal‑3D‑printningssegment og allerede solidt etableret i sundhedssegmentet, med potentiale for bioink og 3D‑printning til at vokse til et tredje profitcenter.

Studie refereret

1 . Asma Ashgar, et al. Fra biomasse til biofabrikation: Cellulose’s rolle i bæredygtige 3D‑printede lægemiddelleveringssystemer og vævsregenerering. Next Materials. Volume 13, October D2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der har arbejdet med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu en aktieanalytiker og finansforfatter med fokus på innovation, markedscykler og geopolitik i sin publikation The Eurasian Century.