Rousselot：X-Pure 明胶可提高生物打印的一致性

在人体中，组织由细胞外基质 (ECM) 支持的细胞组成，细胞外基质本身由胶原蛋白组成。这些胶原蛋白具有多种功能，不仅支持细胞，还提供一定的拉伸强度并促进细胞粘附调节、趋化性、细胞迁移和直接组织发育。生物打印细胞时，也需要一种结构来支撑细胞并模仿胶原蛋白在体内的作用，这种材料就是明胶，这是一种源自胶原蛋白水解的有机成分，可以为组织工程和生物打印带来了机遇。



Rousselot 是胶原蛋白解决方案领域的领导者，开发了一系列基于明胶的产品，包括 X-Pure 改性明胶，可用于促进组织工程和生物打印应用中的细胞生长。具体来说，这些 X-Pure 明胶可用于形成热可逆水凝胶，可打印为支架或细胞载体以促进细胞繁殖，或可用作涂层以改善另一种生物材料载体的细胞支撑。

从明胶到 GelMA
在深入了解 Rousselot 明胶产品的优点之前，首先要了解 GelMA，这是一种甲基丙烯酸明胶生物材料，目前是再生生物打印应用中最常用的生物材料之一。GelMA 是二十多年前由 An Van Den Bulcke 博士在根特大学开发的，具有出色的生物相容性、可调节的生物降解性和交联能力。

该材料是作为纯明胶的替代品而开发的，虽然纯明胶非常适合细胞生长，但也面临着一个特定的挑战：当暴露在 31.7–34.2 °C 的温度下时，它会融化（细胞在体温37°C下生）。在明胶中添加甲基丙烯酸酐会产生更稳定的材料，因为交联能力可以提高生物材料在体温下的稳定性。

然而，由于 GelMA 可以在世界各地的实验室中制造和合成，因此材料的一致性不够好。此外，GelMA 可能容易含有杂质，如内毒素或残留的甲基丙烯酸，这些杂质会影响研究结果，并实际上导致体内问题，如组织炎症、过敏原敏感性，在最坏的情况下，甚至会导致致命的休克。


△X-Pure 明胶可提高生物打印的一致性

X-Pure GelMA
为了解决这些不一致问题并提高多功能生物材料的可靠性和安全性，Rousselot开发了 X-Pure GelMA，一种改性甲基丙烯酸明胶。该产品是世界上第一个在 GMP 条件下生产的甲基丙烯酰明胶，具有超低杂质水平、产品一致性和可调的机械性能。这种特性组合意味着 X-Pure GelMA 可适用于再生医学和组织工程等广泛的生物医学应用。

对于生物打印用户，Rousselot的 X-Pure GelMA 提供了细胞成长所需的一致性。它还通过确保研究人员在工作中了解生物材料的确切特性来完全简化生物打印过程。也就是说，虽然常规 GelMA 要求研究人员对每个新批次的生物打印机设置进行微调和优化（设置可能需要数周时间），但相同的设置可用于 X-Pure GelMA 的特定变体，无论批次号如何。

X-Pure GelMA 的物理化学性质也可以通过交联来调整，以适应不同的应用。Rousselot 说：“GelMA 可以以特定的功能化程度 (DoM) 和分子量 (MW) 进行合成，从而实现可调节的水凝胶形成。”这意味着它可以适用于高粘度和低粘度生物墨水，交联后水凝胶的最终硬度是通过材料特性、生物墨水配方和打印条件（例如交联温度）来控制的。X-Pure GelMA具有一致性，可以根据所选的墨水配方和打印条件来预测水凝胶的硬度，这与实验室制造的 GelMA 形成鲜明对比，在实验室制造的 GelMA 中，每个批次都需要反复试验才能找出如何重新创建所需的水凝胶硬度。


△Rousselot的X-Pure明胶产品正在扩大生物打印的可能性。

X-Pure GelDAT
2021年，Rousselot推出了另一种适合生物打印应用的纯化、改性明胶产品：X-Pure GelDAT。这种生物材料是一种超纯化明胶脱氨基酪氨酸，结合了 GelMA 的纯度和对人体组织的卓越粘附力。X-Pure GelDAT 与 X-Pure GelMA 一样，也可以与其他生物材料相结合，生产复杂结构，用于药物输送、组织工程、芯片器官和伤口敷料等应用。



在该材料发布时，Rousselot Biomedical 业务开发经理 Jeff Daelman 博士对该产品加速研究推进临床的能力发表了简介：“Rousselot 的 X-Pure GelDAT 的研究级在功能上相当于 GMP 级材料，因此研究人员在临床试验之前重新验证其生物材料的风险较小。早期研究质量的下降还会导致重大的规模扩大问题和临床试验准备的延误。X-Pure GelDAT 可用于每个开发阶段。”

与 X-Pure GelMA 一样，X-Pure GelDAT 有多种分子量可供选择，并且可以根据不同类型细胞的特定需求进行定制。换句话说，X-Pure 明胶的物理化学特性可以针对不同的硬度进行调整，以模拟不同类型人体组织的硬度。基于明胶的水凝胶的硬度可以达到 200 kPa，也可以柔软到 500 Pa 或更低。因此，可以创建一个环境来概括像脑组织一样柔软和像预钙化骨骼一样坚硬（以及介于两者之间的所有物体）的组织硬度。

应用案例：原位生物打印
Rousselot的 X-Pure GelDAT 生物材料在一项创新研究项目中发挥着关键作用，该项目正在开发一种生物打印机，可以直接在体内打印活体结构以修复受损组织。这种生物打印机与我们习惯看到的台式机器截然不同，它使用肌肉般的软机器人将生物材料结构直接挤出到组织上。

该研究项目由澳大利亚悉尼新南威尔士大学进行，有潜力用于原位 3D 生物打印和内窥镜手术，并有助于克服传统生物打印现有的挑战，例如表面不匹配和组织损伤或在植入前运输中引起的生物组织污染。

生物打印机依靠柔软的人造肌肉来控制打印头，打印头由机器学习工具控制以实现最精确的运动。在这项研究中，Rousselot 的 X-Pure GelDAT 是用于打印人造结肠和修复猪肾组织的生物材料之一。GelDAT 是一种理想的材料，不仅因为其生物相容性，还因为其卓越的粘合性能和与组织交联的能力。

研究生院 Scientia 副教授表示：“我们选择在这项工作中使用 GelDAT，因为它易于挤出和光聚合，使其成为测试这种新设备的出色生物墨水平台，到目前为止，这项工作的结果令人鼓舞，悬浮在 GelDAT 生物材料中的细胞在打印测试中能够存活，希望我们的技术能够改善组织修复。“

总而言之，Rousselot的 X-Pure 明胶生物材料是生物打印的关键成分，提供科学家开发和构建细胞繁荣环境所需的一致性、纯度和可调性。

Rousselot
凭借130多年在明胶和胶原蛋白方面的专业知识，Rousselot生物医学为组织工程、再生医学、药物输送系统、细胞疗法、外科和肠胃外应用、伤口愈合和芯片上器官提供高质量的医药级生物材料。Rousselot的生物医学业务开发纯化、改性和非改性、低内毒素明胶和胶原蛋白，并根据各种规格进行定制和扩展，以实现快速、可靠的产品开发。