Cellulosa-bioinkar utvecklar 3D‑läkemedelsleveranssystem

När det gäller medicin har naturliga produkter varit en del av farmakopén sedan civilisationens begynnelse, där växter ofta bildade grunden för effektiva terapier innan kemiska läkemedel uppfanns.

Ett fördel med att använda biologiska föreningar är att de tenderar att interagera väl med patientens kropp. Detta är också anledningen till att material som trä eller elfenben under lång tid användes för vissa proteser.

Idag utforskar forskare potentialen hos biomaterial för att ersätta petroleum‑baserade polymerer i medicinska tillämpningar.

En nyligen publicerad studie från forskare vid Gomal University (Pakistan) och Jiangsu University (Kina) undersöker hur cellulosa, en av molekylerna som utgör trä, kan användas tillsammans med 3D‑utskrift för att skapa biobläck som kan användas för läkemedelsleverans, 3D‑utskrift av mjukvävnad och sårläkning.

De publicerar sina resultat i tidskriften Next Materials¹, under titeln “From biomass to biofabrication: The role of cellulose in sustainable 3D-printed drug delivery system and tissue regeneration”.

Cellulosa som den ultimata hållbara biomaterialet

Medan cellulosa produceras i särskilt stora mängder av träd för träets strukturella element, är den ett nästan allestädes närvarande ämne i de flesta växter. På så sätt är den extremt hållbar, bokstavligt talat producerad genom fotosyntes från luft (CO₂), vatten och solljus. Därför är den också relativt billig, vilket illustreras av den låga kostnaden för massproducerat papper gjort av cellulosa‑fibrer. Cellulosa är dessutom biokompatibel och biologiskt nedbrytbar.

Cellulosa, ett glukospolymer, kan även 3D‑skrivas, vilket öppnar vägen för många nya tillämpningar inom medicin.

Källa: ScienceFacts

I denna studie undersöker forskarna potentialen för 3D‑skriven cellulosa för många tillämpningar:

• Personligt anpassade läkemedelsleveranssystem.
• Vävnadsteknik för nya sätt att reparera skadade organ och vävnader.
• Testning av läkemedel i artificiella 3D‑skrivna vävnadsmodeller som efterliknar den in‑vivo‑miljön.

För att göra detta granskade de vetenskapliga artiklar publicerade mellan 2015 och 2025 som kombinerade nyckelord som “cellulose”, “nanocellulose”, “bacterial cellulose”, “3D bioprinting”, “bioinks”, “drug delivery”, “tissue engineering”, “hydrogels” och “stimuli‑responsive biomaterials”.

Gör cellulosa till ett medicinskt biomaterial

Manipulering av cellulosa‑kristaller

Cellulosa kan finnas i två former, där de flesta cellulosa‑materialen består av en blandning av båda molekylformerna:

• Kristallin, som har högre stabilitet och mekanisk styrka.
• Amorf, som är mindre strukturerad, vilket underlättar interaktioner med andra molekyler.

Beroende på önskad effekt kan båda formerna av cellulosa vara användbara för medicinska tillämpningar.

Den mer stabila kristallina cellulosan uppvisar långsammare nedbrytningshastigheter in‑vivo, vilket är fördelaktigt för tillämpningar som kräver långsiktig mekanisk integritet, såsom vävnadstekniska scaffold‑strukturer, sårförband och långvariga läkemedelsleveranssystem.

Amorf cellulosa är mer tillgänglig för enzymatisk attack och fuktupptag, vilket leder till snabbare nedbrytning och förbättrad bioresorption för vävnadsremodellering.

Källa: Next Materials

Detta gör anpassning av cellulosas strukturer efter specifika applikationsbehov till en väsentlig del av alla processer som syftar till att använda den för medicinska ändamål.

“Att skräddarsy cellulosas kemi och mikrostruktur är avgörande för att optimera scaffold‑stabilitet, cellulära interaktioner, terapeutiska frisättningsprofiler och den övergripande biofabrikeringsprestandan i vävnadsteknik och regenerativ medicin.”

Cellulosa‑baserade derivat

Förutom ren cellulosa har även andra föreningar framställda från cellulosa medicinsk potential. Exempelvis karboximetylcellulosa (CMC), hydroxypropylmetylcellulosa (HPMC), mikrokrystallin cellulosa (MCC) och nanocellulosa:

• CMC används som stabiliserande och förtjockande ingrediens i läkemedelsformuleringar.
• HPMC används för att skapa kontrollerade frisättningsformuleringar som långsamt levererar läkemedel till patienten.
• MCC är känt för sina utmärkta fyllnads‑, sönderfalls‑ och bindningsegenskaper i tillverkning av farmaceutiska tabletter.
• Nanocellulosa är ett nytt, värdefullt material för vävnadsteknik och läkemedelsleverans tack vare sin stora yta.

I alla fall föredras ofta bakteriell cellulosa framför växtbaserad cellulosa på grund av dess höga renhet, mekaniska styrka, vattenretention och biokompatibilitet. Den kan användas som scaffold för 3D‑bioprintning av både hårda och mjuka vävnader, från hud till hjärtmuskel, eftersom dess mikroskopiska struktur efterliknar extracellulära matrix‑nanofibrösa strukturer som stödjer vävnadsregenerering.

Källa: Next Materials

Cellulosa i 3D‑bioprintning

Bioprintningsmetoder

Bioprintning av cellulosa och vävnader med ett cellulosa‑scaffold kan utföras med en rad olika metoder, där varje metod är bättre lämpad för en viss typ av cellulosa.

Exempelvis är CNF‑rika biobläck särskilt kompatibla med extrusions‑baserad bioprintning. I kontrast kräver inkjet‑bioprintning optimering av viskositet för att fungera med cellulosa‑biobläck.

Källa: Next Materials

Cellulosa behöver inte heller vara den enda ingrediensen i cellulosa‑baserade biobläck. Andra biomaterial kan ingå i blandningen för att öka överlevnaden för de celler som inkorporeras i biobläcket.

“Tillsats av cellulosa‑nanokristaller till biobläck baserade på gelatin och alginat förbättrade deras mekaniska egenskaper och ökade cellviabiliteten, vilket gör dessa blandningar lämpliga för en rad vävnadstekniska tillämpningar.”

Cellulosa‑biobläck‑tillämpningar

Tack vare sin justerbara struktur kan cellulosa vara en utmärkt lösning för att anpassa hastigheten och varaktigheten för läkemedelsleverans.

“Nya utvecklingar i bearbetningsmetoder, såsom 3D‑utskrift och elektrospinning, har skapat nya möjligheter att skapa cellulosa‑baserade läkemedelsleveransenheter med förbättrade mekaniska egenskaper och justerbara frisättningsprofiler.”

För vävnadsteknik skapar cellulosa ett värdefullt scaffold där celler kan fästa, växa och bilda ny frisk vävnad, eftersom dess porösa natur möjliggör utbyte av näringsämnen och avfallsprodukter samtidigt som den främjar celladhesion och proliferation.

Exempelvis kan cellulosa användas för att simulera den extracellulära matrixen i hud‑ och brosk‑scaffold, vilket ger en plattform för vävnadsintegration och cellulär infiltration. Den kan också användas i produktionen av artificiella vävnader från celler odlade i laboratorium.

Denna metod kan utökas till produktion av ”organ‑on‑chip‑modeller”, en plattform för läkemedelstestning som in‑vitro efterliknar mänskliga organers funktion.

En annan tillämpning är sårläkning. När cellulosa blandas med grafenoxid visar den anmärkningsvärda antibakteriella egenskaper. Tillsammans med scaffold‑kapaciteten som förbättrar cellmigration och proliferation innebär detta att cellulosa‑biobläck kan stödja vävnadsregenerering, särskilt för huden.

Källa: Next Materials

Framtida förbättringar

Bland framtida förbättringar kan cellulosa användas som ett mer hållbart scaffold‑material, tillsammans med en ”uppoffrande mall”.

“Uppoffrande material såsom gelatin, Pluronic F127 eller kolhydratglas co‑skrivs tillsammans med cellulosa‑innehållande biobläck och avlägsnas därefter genom temperaturförändring, upplösning eller tvättprocesser. Dessa konstruerade porösa arkitekturer förbättrar avsevärt cellöverlevnad, vävnadsmognad och vaskularisering i tjocka bioprintade konstruktioner.”

En nyckelfaktor för att skala upp någon 3D‑bioprintningsmetod som använder cellulosa‑biobläck blir också skapandet av en stor och konsekvent leverans av cellulosa som uppfyller förutsägbara och stabila reningskrav, hanterar sterilisationsutmaningar och bibehåller mikroskopisk sammansättning och enhetlighet.

Investering i bioprintning

3D Systems

DDD Prisdiagram

3D Systems (DDD ) är en ledare inom 3D‑utskrift, med över 1 000 patent och förmågan att 3D‑skriva 130 material, vilket resulterar i mer än en miljon delar dagligen. Företaget är ett av världens största 3D‑utskriftsföretag tillsammans med Nano Dimension (NNDM ) efter en period av konsolidering i branschen.

3D Systems gick tidigt in i bioprintning 2017 genom ett forskningssamarbete med United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) för 3D‑skrivna organ och vävnader. Företaget annonserade sedan ett samarbete med CollPlant Biotechnologies (CLGN) 2020 (CLGN ) och förvärvet av bio‑ink‑tillverkaren Allevia 2021.

Bioprintningsverksamheten går hand i hand med 3D‑utskrift av implantat för operationer, med ett kumulativt totalt antal på 3 000 000 serie‑komponent‑medicintekniska enheter samt anpassade tandproteser.

Vid slutet av 2025 stod hälso‑ och sjukvårdssegmentet för nästan hälften av företagets intäkter. Den andra delen drivs främst av industriella tillämpningar, med fokus på metall‑3D‑utskrift, särskilt inom flyg‑ och rymdsektorn, för ett totalt värde på 95,5 M $ under Q1 2026.

Tack vare positivt EBITDA tidigt 2026 är 3D Systems sannolikt en av de ”säkraste” 3D‑utskriftsaktierna, som ledare i den blomstrande metall‑3D‑utskriftssegmentet och redan starkt etablerad inom hälso‑ och sjukvårdssegmentet, med potential för bio‑ink och 3D‑utskrift att växa till ett tredje vinstcenter.

Studie refererad

^{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}