Cellulose-bioblekk gjør fremskritt i 3D-legemiddelleveringssystemer

Naturprodukter har vært en del av medisinen siden sivilisasjonens begynnelse, og planter dannet ofte grunnlaget for effektive behandlinger før kjemiske legemidler ble utviklet.

En fordel ved å bruke biologiske forbindelser er at de gjerne samhandler godt med pasientens kropp. Det er også grunnen til at materialer som tre og elfenben lenge ble brukt i enkelte proteser.

I dag undersøker forskere om biomaterialer kan erstatte petroleumsbaserte polymerer i medisinske anvendelser.

En fersk publikasjon fra forskere ved Gomal University i Pakistan og Jiangsu University i Kina undersøker hvordan cellulose, et av molekylene som bygger opp trevirke, kan kombineres med 3D-printing for å lage bioblekk til legemiddellevering, 3D-printing av bløtvev og sårheling.

Forskerne publiserte resultatene i tidsskriftet Next Materials¹ under tittelen «Fra biomasse til biofabrikasjon: Cellulosens rolle i bærekraftige 3D-printede systemer for legemiddellevering og vevsregenerering».

Cellulose som et svært bærekraftig biomateriale

Trær produserer særlig mye cellulose som byggemateriale i trevirke, men forbindelsen finnes i nesten alle planter. Cellulose er derfor svært bærekraftig og blir bokstavelig talt produsert gjennom fotosyntese av karbondioksid (CO2), vann og sollys. Den er også rimelig, noe den lave prisen på masseprodusert papir av cellulosefibre illustrerer. I tillegg er cellulose biokompatibel og biologisk nedbrytbar.

Cellulose er en polymer av glukose og kan også 3D-printes, noe som åpner for mange nye medisinske bruksområder.

Kilde: ScienceFacts

I studien undersøker forskerne potensialet for 3D-printet cellulose innen flere bruksområder:

• Persontilpassede systemer for legemiddellevering.
• Vevsteknologi som gir nye metoder for å reparere skadde organer og vev.
• Testing av legemidler i kunstige, 3D-printede vevsmodeller som etterligner miljøet i kroppen.

Forskerne gjennomgikk vitenskapelige artikler fra 2015 til 2025 som kombinerte søkeord som «cellulose», «nanocellulose», «bakteriell cellulose», «3D-bioprinting», «bioblekk», «legemiddellevering», «vevsteknologi», «hydrogeler» og «stimulusresponsive biomaterialer».

Å gjøre cellulose til et medisinsk biomateriale

Tilpasning av cellulosekrystaller

Cellulose kan forekomme i to former, og de fleste cellulosematerialer inneholder en blanding av begge:

• Krystallinsk cellulose, som har større stabilitet og mekanisk styrke.
• Amorf cellulose, som er mindre strukturert og derfor lettere kan samhandle med andre molekyler.

Begge celluloseformene kan være nyttige i medisinske anvendelser, avhengig av hvilken effekt man ønsker.

Valget mellom krystallinsk og amorf cellulose må derfor tilpasses kravene i den enkelte anvendelsen.

Mer stabil krystallinsk cellulose brytes langsommere ned biologisk i kroppen. Det er nyttig når langvarig mekanisk integritet er nødvendig, for eksempel i stillaser for vevsteknologi, sårbandasjer og systemer for langvarig legemiddelfrigivelse.

Amorf cellulose er mer tilgjengelig for enzymatisk nedbrytning og fuktopptak, noe som gir raskere nedbrytning og bedre biologisk resorpsjon ved ombygging av vev.

Kilde: Next Materials

Å tilpasse cellulosestrukturen til behovene i den konkrete anvendelsen er dermed en avgjørende del av enhver medisinsk prosess som skal bruke materialet.

«Tilpasning av cellulosens kjemi og mikrostruktur er avgjørende for å optimalisere stillasets stabilitet, samspillet med celler, profilen for terapeutisk frigivelse og den samlede ytelsen ved biofabrikasjon innen vevsteknologi og regenerativ medisin.»

Cellulosebaserte derivater

Også andre forbindelser fremstilt av cellulose har medisinsk potensial. Eksempler er karboksymetylcellulose (CMC), hydroksypropylmetylcellulose (HPMC), mikrokrystallinsk cellulose (MCC) og nanocellulose:

• CMC brukes som stabiliserings- og fortykningsmiddel i legemiddelformuleringer.
• HPMC brukes i formuleringer med kontrollert frigivelse som leverer legemidler gradvis til pasienten.
• MCC er kjent for gode egenskaper som fyllstoff, desintegreringsmiddel og bindemiddel i farmasøytiske tabletter.
• Nanocellulose er et nytt og verdifullt materiale for vevsteknologi og legemiddellevering på grunn av det store overflatearealet.

Bakteriell cellulose foretrekkes ofte fremfor plantebasert cellulose på grunn av høy renhet, mekanisk styrke, vannbindingsevne og biokompatibilitet. Den kan brukes som stillas ved 3D-bioprinting av både hardt og mykt vev, fra hud til hjertemuskel, fordi mikrostrukturen etterligner de nanofibrøse strukturene i den ekstracellulære matrisen som støtter vevsregenerering.

Kilde: Next Materials

Cellulose i 3D-bioprinting

Metoder for bioprinting

Cellulose og vev på cellulosestillaser kan bioprintes med flere metoder, og hver metode passer best til bestemte typer cellulose.

Bioblekk med mye cellulose-nanofibriller (CNF) er for eksempel særlig egnet til ekstruderingsbasert bioprinting. Blekkstrålebasert bioprinting krever derimot at viskositeten optimaliseres for cellulosebasert bioblekk.

Kilde: Next Materials

Cellulose trenger heller ikke å være den eneste ingrediensen i cellulosebasert bioblekk. Andre biomaterialer kan blandes inn for å øke overlevelsen til cellene i bioblekket.

«Tilsetting av cellulose-nanokrystaller i bioblekk basert på gelatin og alginat forbedret de mekaniske egenskapene og økte cellelevedyktigheten, slik at blandingene egner seg til en rekke anvendelser innen vevsteknologi.»

Bruksområder for cellulosebasert bioblekk

Den justerbare strukturen gjør cellulose godt egnet til å styre hastigheten og varigheten på legemiddelfrigivelsen.

«Nyere fremskritt innen behandlingsmetoder som 3D-printing og elektrospinning har åpnet nye muligheter for å lage cellulosebaserte enheter for legemiddellevering med bedre mekaniske egenskaper og justerbare frigivelsesprofiler.»

I vevsteknologi danner cellulose et verdifullt stillas der celler kan feste seg, vokse og danne nytt, friskt vev. Den porøse strukturen gjør det mulig å utveksle næringsstoffer og avfallsstoffer samtidig som den fremmer cellefeste og formering.

Cellulose kan for eksempel etterligne den ekstracellulære matrisen i stillaser for hud og brusk og danne en plattform for vevsintegrasjon og celleinnvekst. Materialet kan også brukes til å produsere kunstig vev av celler som dyrkes i laboratoriet.

Metoden kan utvides til å produsere «organ-på-brikke»-modeller, en plattform for legemiddeltesting som gjenskaper funksjonen til menneskelige organer utenfor kroppen.

Et annet bruksområde er sårheling. Når cellulose blandes med grafenoksid, får materialet svært gode antibakterielle egenskaper. Sammen med stillasfunksjonen, som forbedrer cellevandring og formering, gjør dette at cellulosebasert bioblekk kan støtte vevsregenerering, særlig i huden.

Kilde: Next Materials

Fremtidige forbedringer

En mulig fremtidig forbedring er å bruke cellulose som et mer varig stillasmateriale sammen med en «offermal».

«Offermaterialer som gelatin, Pluronic F127 eller karbohydratglass printes sammen med celluloseholdig bioblekk og fjernes deretter ved temperaturendring, oppløsning eller vasking. Disse konstruerte, porøse strukturene forbedrer celleoverlevelse, vevsmodning og dannelse av blodkar betydelig i tykke, bioprintede konstruksjoner.»

En nøkkelfaktor for å skalere opp 3D-bioprinting med cellulosebasert bioblekk blir å sikre en stor og stabil tilgang på cellulose som oppfyller forutsigbare og ensartede krav til rensing, håndterer steriliseringsutfordringer og opprettholder en jevn mikroskopisk sammensetning.

Investering i bioprinting

3D Systems

DDD Prisdiagram

3D Systems (DDD ) er ledende innen 3D-printing, har mer enn 1 000 patenter og kan printe i 130 materialer. Selskapet produserer over én million deler daglig og er, sammen med Nano Dimension (NNDM ), blant verdens største 3D-printingsselskaper etter en periode med konsolidering i bransjen.

3D Systems gikk tidlig inn i bioprinting i 2017 gjennom et forskningssamarbeid med United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) om 3D-printede organer og vev. I 2020 kunngjorde selskapet et samarbeid med CollPlant Biotechnologies (CLGN) (CLGN ), og i 2021 kunngjorde det oppkjøpet av bioblekkprodusenten Allevi.

Bioprinting kommer i tillegg til 3D-printing av kirurgiske implantater. Selskapet har samlet produsert tre millioner serieproduserte medisinske enheter, i tillegg til persontilpassede tannproteser.

Ved utgangen av 2025 sto helsesegmentet for nesten halvparten av selskapets inntekter. Resten kom hovedsakelig fra industrielle anvendelser, særlig 3D-printing i metall for luftfartssektoren. Samlet omsatte selskapet for 95,5 millioner dollar i første kvartal 2026.

Med positiv EBITDA tidlig i 2026 er 3D Systems trolig en av de «tryggeste» 3D-printingaksjene. Selskapet er ledende i det raskt voksende segmentet for metallprinting og allerede godt etablert i helsesektoren, samtidig som bioblekk og 3D-printing kan utvikle seg til et tredje resultatområde.

Referert studie

^{1 . Asma Ashgar, et al. Fra biomasse til biofabrikasjon: Cellulosens rolle i bærekraftige 3D-printede systemer for legemiddellevering og vevsregenerering. Next Materials. Bind 13, oktober 2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}