Ang mga Bioink na Gawa sa Cellulose ay Nagpapasulong ng 3D na Sistema ng Paghahatid ng Gamot

Bahagi na ng medisina ang mga likas na produkto mula pa sa pagsisimula ng kabihasnan, at madalas na naging batayan ang mga halaman ng mabisang paggamot bago naimbento ang mga kemikal na gamot.

Isang bentahe ng paggamit ng mga biyolohikal na compound ang karaniwan nilang maayos na pakikipag-ugnayan sa katawan ng pasyente. Ito rin ang dahilan kung bakit matagal na ginamit sa ilang prosthesis ang mga materyal gaya ng kahoy at garing.

Sa kasalukuyan, sinisiyasat ng mga mananaliksik kung maaaring ipalit ang mga biomaterial sa mga polymer na nagmula sa petrolyo para sa mga gamit na medikal.

Sinusuri sa isang kamakailang publikasyon ng mga mananaliksik mula sa Gomal University sa Pakistan at Jiangsu University sa China kung paano maaaring pagsamahin ang cellulose, isa sa mga molekulang bumubuo sa kahoy, at 3D printing upang lumikha ng mga bioink para sa paghahatid ng gamot, 3D printing ng malambot na tisyu, at pagpapagaling ng sugat.

Inilathala ng mga mananaliksik ang kanilang mga resulta sa Next Materials¹ sa ilalim ng pamagat na “Mula biomass tungo sa biofabrication: Ang papel ng cellulose sa napapanatiling 3D-printed na mga sistema ng paghahatid ng gamot at regenerasyon ng tisyu.”

Cellulose bilang isang lubos na napapanatiling biomaterial

Gumagawa ang mga puno ng napakaraming cellulose bilang materyal na bumubuo sa kahoy, ngunit matatagpuan ang compound na ito sa halos lahat ng halaman. Kaya napapanatili ang cellulose: literal itong nalilikha sa pamamagitan ng photosynthesis mula sa carbon dioxide (CO2), tubig, at sikat ng araw. Mura rin ito, gaya ng ipinakikita ng mababang halaga ng maramihang ginagawang papel mula sa mga hibla ng cellulose. Bukod dito, biocompatible at biodegradable ang cellulose.

Isang polymer ng glucose ang cellulose at maaari rin itong i-3D print, na nagbubukas ng maraming bagong gamit sa medisina.

Pinagmulan: ScienceFacts

Sa pag-aaral na ito, sinuri ng mga mananaliksik ang potensyal ng 3D-printed na cellulose para sa ilang gamit:

• Mga isinapersonal na sistema ng paghahatid ng gamot.
• Inhenyeriya ng tisyu na nagbibigay ng mga bagong paraan upang kumpunihin ang mga napinsalang organ at tisyu.
• Pagsubok ng mga gamot sa artipisyal na 3D-printed na mga modelo ng tisyu na gumagaya sa kapaligiran sa loob ng katawan.

Upang gawin ito, sinuri nila ang mga artikulong siyentipiko na inilathala mula 2015 hanggang 2025 at gumamit ng mga susing salita gaya ng “cellulose,” “nanocellulose,” “bacterial cellulose,” “3D bioprinting,” “bioink,” “paghahatid ng gamot,” “inhenyeriya ng tisyu,” “hydrogel,” at “mga biomaterial na tumutugon sa stimulus.”

Pagbabago sa cellulose upang maging medikal na biomaterial

Pag-aangkop sa mga kristal ng cellulose

Maaaring umiral ang cellulose sa dalawang anyo, at pinaghalong dalawang anyong ito ang karamihan sa mga materyal na cellulose:

• Kristalinong cellulose, na mas matatag at mas matibay sa mekanikal na puwersa.
• Hindi kristalinong cellulose, na hindi gaanong organisado kaya mas madaling makipag-ugnayan sa ibang mga molekula.

Depende sa nais na epekto, maaaring maging kapaki-pakinabang sa mga gamit na medikal ang parehong anyo ng cellulose.

Mas mabagal ang biodegradation sa loob ng katawan ng mas matatag na kristalinong cellulose. Kapaki-pakinabang ito sa mga gamit na nangangailangan ng pangmatagalang integridad na mekanikal, gaya ng mga balangkas para sa inhenyeriya ng tisyu, mga pantakip sa sugat, at mga sistema para sa tuloy-tuloy na paghahatid ng gamot.

Mas madaling maabot ng mga enzyme at makasipsip ng halumigmig ang hindi kristalinong cellulose, kaya mas mabilis itong nabubulok at mas mahusay na nasisipsip ng katawan habang muling hinuhubog ang tisyu.

Pinagmulan: Next Materials

Dahil dito, mahalagang bahagi ng anumang prosesong medikal ang paghahanda ng istruktura ng cellulose ayon sa mga pangangailangan ng partikular na gamit nito.

“Mahalaga ang pag-aangkop sa kimika at mikroestruktura ng cellulose upang mapahusay ang katatagan ng balangkas, pakikipag-ugnayan ng mga selula, mga paraan ng paglabas ng gamot, at pangkalahatang pagganap ng biofabrication sa inhenyeriya ng tisyu at regeneratibong medisina.”

Mga derivative ng cellulose

Bukod sa purong cellulose, may potensyal ding medikal ang iba pang compound na nagmula rito. Kabilang dito ang carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), microcrystalline cellulose (MCC), at nanocellulose:

• Ginagamit ang CMC bilang pampatatag at pampalapot sa mga pormulasyon ng gamot.
• Ginagamit ang HPMC sa mga pormulasyong may kontroladong paglabas na unti-unting naghahatid ng gamot sa pasyente.
• Kilala ang MCC sa mahusay nitong katangian bilang pampuno, pantulong sa pagkawatak, at panali sa mga tabletang parmasyutiko.
• Isang bago at mahalagang materyal ang nanocellulose para sa inhenyeriya ng tisyu at paghahatid ng gamot dahil sa malawak nitong surface area.

Madalas na pinipili ang bacterial cellulose kaysa cellulose mula sa halaman dahil sa mataas na kadalisayan, lakas na mekanikal, kakayahang magpanatili ng tubig, at biocompatibility nito. Maaari itong gamiting balangkas sa 3D bioprinting ng matitigas at malalambot na tisyu, mula balat hanggang kalamnan ng puso, dahil ginagaya ng mikroestruktura nito ang mga nanofiber ng extracellular matrix na sumusuporta sa regenerasyon ng tisyu.

Pinagmulan: Next Materials

Cellulose sa 3D bioprinting

Mga paraan ng bioprinting

Maaaring i-bioprint ang cellulose at mga tisyu sa balangkas na cellulose gamit ang iba’t ibang paraan, at may partikular na uri ng cellulose na mas angkop sa bawat paraan.

Halimbawa, ang mga bioink na mayaman sa cellulose nanofibrils (CNF) ay partikular na angkop sa extrusion-based na bioprinting. Sa inkjet bioprinting naman, kailangang iangkop ang lapot ng mga cellulose bioink.

Pinagmulan: Next Materials

Hindi rin kailangang cellulose lamang ang sangkap ng mga bioink na nakabatay rito. Maaaring ihalo ang iba pang biomaterial upang mapataas ang tsansang mabuhay ng mga selulang kasama sa bioink.

“Ang pagdaragdag ng mga nanokristal ng cellulose sa mga bioink na nakabatay sa gelatin at alginate ay nagpahusay sa kanilang mga katangiang mekanikal at nagtaas sa kakayahang mabuhay ng mga selula, kaya naging angkop ang mga halong ito sa iba’t ibang gamit sa inhenyeriya ng tisyu.”

Mga gamit ng cellulose bioink

Dahil maaaring iangkop ang istruktura nito, mahusay na magagamit ang cellulose upang kontrolin ang bilis at tagal ng paghahatid ng gamot.

“Ang mga bagong pag-unlad sa mga paraan ng pagproseso, gaya ng 3D printing at electrospinning, ay nagbukas ng mga pagkakataong gumawa ng mga aparatong cellulose para sa paghahatid ng gamot na may mas mahusay na katangiang mekanikal at naaangkop na paraan ng paglabas.”

Sa inhenyeriya ng tisyu, bumubuo ang cellulose ng mahalagang balangkas na maaaring kapitan at tubuan ng mga selula upang makabuo ng bago at malusog na tisyu. Nagbibigay-daan ang butas-butas nitong katangian sa pagpapalitan ng sustansiya at dumi habang hinihikayat ang pagdikit at pagdami ng mga selula.

Halimbawa, maaaring gayahin ng cellulose ang extracellular matrix sa mga balangkas para sa balat at cartilage, na nagbibigay ng plataporma para sa integrasyon ng tisyu at pagpasok ng mga selula. Maaari rin itong gamitin sa paggawa ng artipisyal na tisyu mula sa mga selulang pinalago sa laboratoryo.

Maaaring palawakin ang paraang ito sa paggawa ng mga modelong “organ-on-chip,” isang plataporma sa pagsubok ng gamot na gumagaya sa paggana ng mga organ ng tao sa labas ng katawan.

Isa pang gamit ang pagpapagaling ng sugat. Kapag inihalo sa graphene oxide, nagpapakita ang cellulose ng mahusay na katangiang antibacterial. Kasama ng kakayahan nitong bumuo ng balangkas na nagpapabuti sa paggalaw at pagdami ng mga selula, makatutulong ang cellulose bioink sa regenerasyon ng tisyu, lalo na sa balat.

Pinagmulan: Next Materials

Mga pagpapabuti sa hinaharap

Isang posibleng pagpapabuti sa hinaharap ang paggamit ng cellulose bilang mas matibay na materyal na balangkas kasabay ng isang “hulmahang pansamantalang inaalis.”

“Ang mga pansamantalang materyal gaya ng gelatin, Pluronic F127, o carbohydrate glass ay sabay na ipiniprint sa mga bioink na may cellulose at pagkatapos ay inaalis sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura, pagtunaw, o paghuhugas. Malaki ang naitutulong ng mga dinisenyong butas-butas na istrukturang ito sa kaligtasan ng mga selula, paghinog ng tisyu, at pagbuo ng mga daluyan ng dugo sa makakapal na bioprinted na istruktura.”

Mahalaga rin sa pagpapalawak ng anumang paraan ng 3D bioprinting gamit ang cellulose bioink ang paglikha ng malaki at tuloy-tuloy na suplay ng cellulose na tumutugon sa mahuhulaan at pare-parehong pamantayan sa pagdalisay, lumulutas sa mga hamon sa sterilization, at nagpapanatili ng pare-parehong mikroskopikong komposisyon.

Pamumuhunan sa bioprinting

3D Systems

DDD Tsart ng Presyo

Nangunguna ang 3D Systems (DDD ) sa 3D printing, may higit sa 1,000 patent, at nakapagpiprint gamit ang 130 materyal. Gumagawa ito ng mahigit isang milyong piyesa araw-araw at, kasama ng Nano Dimension (NNDM ), ay isa sa pinakamalalaking kumpanya ng 3D printing sa mundo matapos ang panahon ng konsolidasyon sa industriya.

Maagang pumasok ang 3D Systems sa larangan ng bioprinting noong 2017 sa pamamagitan ng pakikipagtulungan sa pananaliksik sa United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) para sa mga 3D-printed na organ at tisyu. Noong 2020, inanunsyo nito ang pakikipagtulungan sa CollPlant Biotechnologies (CLGN) (CLGN ), at noong 2021 ay inanunsyo ang pagkuha sa tagagawa ng bioink na Allevi noong 2021.

Kaagapay ng bioprinting ang 3D printing ng mga implant para sa operasyon. Nakagawa na ang kumpanya ng kabuuang tatlong milyong seryal na ginawang medikal na aparato, bukod pa sa mga pustisong ipinasadya sa pasyente.

Sa pagtatapos ng 2025, halos kalahati ng kita ng kumpanya ang nagmula sa sektor ng pangangalagang pangkalusugan. Pangunahing nagmula ang iba pang bahagi sa mga industriyal na gamit, lalo na sa metal na 3D printing para sa sektor ng aerospace. Umabot sa $95.5 milyon ang kabuuang kita noong unang quarter ng 2026.

Dahil naging positibo ang EBITDA noong unang bahagi ng 2026, malamang na isa ang 3D Systems sa mas “ligtas” na mga stock ng 3D printing. Nangunguna ito sa mabilis na lumalagong segment ng metal na 3D printing at matatag na ang posisyon nito sa pangangalagang pangkalusugan, habang may potensyal na maging ikatlong sentro ng kita ang mga bioink at 3D printing.

Binanggit na pag-aaral

^{1 . Asma Ashgar et al. Mula biomass tungo sa biofabrication: Ang papel ng cellulose sa napapanatiling 3D-printed na mga sistema ng paghahatid ng gamot at regenerasyon ng tisyu. Next Materials. Tomo 13, Oktubre 2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}