开发无动物源3D支架，实现高批次一致生产，其创新细胞培养解决方案

伴随着对疾病发病机制的不断研究，基础研究和药物研究等场景都需要更加精确的细胞模型来探讨细胞间的相互作用和信号传递。

而传统的2D 细胞培养不能很好地模拟体内细胞的真实生存环境。当细胞生长在平面培养皿上时，其形态、生理功能和基因表达都会发生变化。在基础研究中，这将导致细胞形态、生理功能和基因表达的变化，影响细胞间相互作用、生理过程和分化机制的研究。在药物研发方面，减少了药物筛选的准确性和质量，增加了假阳性和假阴性的结果，从而增加了研发成本。

这促进了细胞培养技术向3D方向的迭代。3D细胞培养可以使细胞生长在3D立体支架材料或基质中，形成类似体内组织结构的细胞聚集体，有效填补2D细胞培养的局限性。组织和器官再生的发展潜力爆发，生物材料和 3D 随着支架技术的不断发展，3D细胞培养具有广阔的发展前景。

Copner Biotech是这个领域的新秀。公司成立于2020年，总部设在英国威尔士的艾布韦尔，专注于3D细胞培养和相关技术，为3D细胞培养和生物打印市场建立了丰富的技术、产品和服务组合。

开发惰性、无动物来源的3D支架，更准确地模拟体内生理环境

Copner 创始人Biotech，CEO Jordan Copner2018年卡迪夫大学（Cardiff University）完成了生物化学专业的学习，开始了他的职业生涯。在GE医疗和Cytiva担任更高级的职位之后，他的职业生涯始于一些小型生物技术公司。他对3D细胞培养和相关技术(如生物印刷)在Jordan的学习和职业生涯中一直保持着浓厚的兴趣。提到创建Copner 他指出，Biotech的初衷是改变当前3D细胞培养市场面临的痛点，为行业提供创新解决方案。

Copner 创始人Biotech，CEO Jordan Copner

多年来，3D细胞培养主要采用水凝胶作为动物源头的支撑材料，给细胞培养带来了一些不可避免的不良影响，包括：

●抗原问题。来自动物源的水凝胶可能含有动物原性的抗原成分。用于 3D 在细胞培养过程中，这些抗原会引起免疫反应，从而导致细胞死亡或功能障碍。

●有传播疾病的风险。动物来源的材料可能携带动物病毒、病毒等病原菌。这些病原菌可能存在。 3D 细胞在培养过程中感染细胞。

●物理化学特性难以准确控制。水凝胶的物理化学特性(如孔径大小、孔隙率、弹性模具等。)动物来源受其自然来源的限制，物理化学特性难以准确调节，可能无法为细胞提供最合适的生存环境，进而限制细胞的三维生长，影响细胞无法形成正确的组织结构或细胞功能的表达。

●成分复杂，批次差异大。动物来源的水凝胶成分复杂，受动物生理状态、年龄、饲养环境等因素的影响。不同动物的个人和不同批次的提取物在成分含量上会有所不同。在 3D 在细胞培养中，这种差异可能会降低实验的准确性。

面临上述问题，3D细胞培养市场需要一个应对挑战的创新解决方案。在这种背景下，Copner Biotech 应时而生。Copner Biotech开发了一种惰性的3D支架，没有动物来源，可以促进界面上细胞的汇合生长，从而形成一个平衡的细胞系统，更准确地模拟体内的生理环境。

新型支架结构和表面粗糙度的设计可以显著促进细胞粘附和增殖，

不需要使用生物聚合物镀层

Copner Biotech的旗舰产品是3D PETG支架，它能增强细胞捕捉和粘附，促进汇合细胞系统的平衡生长。根据公司的说法，Copner 3DBiotech 生长在PETG支架上的哺乳动物细胞已经显示出比二维培养更具生理相关性的形态和健康的生物标志。

相关研究表明，离散氧梯度在细胞跨支架页面运动中起着重要作用。异质分布一般表现在支架结构上生长的细胞上，聚集现象很常见。

Copner 通过3DBiotech PETG支架页面引入离散氧梯度，它促进了细胞从中心向外围的增殖，使支架上的细胞系统更加均衡，其结合方法与体内组织相似。这主要是由于3D 独特的支架结构设计和PETG支架系统表面粗糙度设计。

3D 为了最大化细胞生长，PETG支架提供氧气和营养梯度

3D PETG支架本身有一个相互连接的孔系统，孔的大小从中心逐渐增加到外围。该设计在支架页面上形成了非常明显的氧气和营养梯度，促进了细胞向外部的运动和增殖。此外，这些孔还促进了内部的自然毛细效应，特别适合形成像球和类器官这样的3D细胞结构。

3D 在24孔板中部署PETG支架

此外，公司定制的3D打印操作系统，结合高精度打印技术，可建立具有最佳表面粗糙度的特定支架区域。在播种的第一天，这些区域可以产生成功附着的细胞，并成为细胞增殖和向外部迁移的起点。Jordan告诉动脉网，“通过这种方法，我们不需要使用生物聚合物涂层，我们可以使用比市场上其他支架更少的细胞种子。

除此之外，Copner 3DBiotech PETG支架还具有以下优点：

第一，在细胞粘附方面，Copner 3DBiotech 在低细胞种子浓度下，PETG支架可以有效地促进哺乳动物细胞的粘附。迄今为止使用的细胞包括但不限于：L929纤维细胞，角质形成细胞，HeLa细胞，MCF-7细胞，A549细胞，诱导多能干细胞（iPSCs）。

第二，在细胞活力另一方面，为了优化表面粗糙度，提高细胞粘附和增殖能力，公司的PETG材料得到了改善。这种惰性、无细胞毒性的材料已被确认在细胞培养中可以安全运行，对细胞生长或功能没有不良影响，使得从2D到3D细胞培养的过渡更加容易。此外，3D PETG支架也表现出刚性，不会降解，特别适合长期细胞培养；

第三，在细胞增殖方面，Copner Biotech的PETG材料可以在短时间内引导细胞分裂，同时最大限度地减少细胞损失，从而显著促进细胞增殖。这对于研究细胞指数生长期或即时观察细胞分裂的研究者尤为重要。

第四，在类圆球形成另一方面，使用高细胞种子浓度并进行长期培养(超过7天)时，3D PETG支架可以促进球类培养。球类培养系统提供了类似于体内的物理和化学环境，通过促进细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用，从而克服了传统二维培养的局限性。

3D 在整个结构中，PETG支架系统具有相互连接的孔隙，设计用于培育和收获球形培养物，使用方便。客户可以通过使用支架中心的孔隙，轻松抽取和收获球形培养物。用户可以在不使用多步操作的情况下，建立一个可靠的三维圆球模型，从而避免了类圆球处理过程中的人为偏差。与此同时，在形成类球的基础上，3D结合适当的生长因子使用时， PETG支架可以用来生成早期胚胎，然后形成类器官。这些支架可用于类器官的长期培养，因为它们结构坚固，强度大。

开发基于矩形结构的专利建模格式和3D打印方法，

实现支架生产的高批号一致性

在研发3D Jordan直言，在PETG细胞培养支架的过程中，公司遇到的最大挑战是通过3D打印制造这些支架。通过实验，公司发现使用标准的CAD/STL/G-code方法设计的支架会导致打印支架不准确等问题。

这是因为，在传统上，3D打印设计模型是通过30年的原型技术实现的，将CAD模型输出为STL格式，然后将其切片为G-code指令，通过3D打印机打印出来的。STL使用三角形结构来定义打印模型的表面；此外，当切片为G-code时，这些STL文档会产生一些非预定的打印指令，这可能会导致打印结果不够准确。

此外，采用三角网格对3D打印模型表面进行结构，虽然具有一定的灵活性和方便性，但其缺陷也很明显。三角形网格只能与模型表面相似，尤其是复杂的曲面，细节性能差，边缘和曲面可能会变得模糊；同时，三角形网格在切割时可能会造成不连续的表面。在曲率变化较大的区域，打印出来的表面可能会出现不平整或波纹；此外，复杂的三角形网格会产生大量的G-code指令，增强了打印时间和处理的复杂性。

为生产高批号一致性的精确支架，Copner Biotech开发了一种专利建模格式及基于矩形结构的3D打印方法，能更准确地定义模型的各个部分，使打印出来的模型细节更准确。另外，Copner Biotech还开发了高精度3D、4D挤压生物打印机。现在，公司添加剂制造过程显示出高批次的一致性，在3D细胞模型中，最大限度地减少变量。

3D PETG支架制造精度高，批号之间的一致性强

Copner 下一代Biotech生物打印机使用图形矩形在物理位置编码。 GRAPE® 在STL和G-code系统中，文档可以解决目前市场上使用的关键问题，包括数据难度大、建模异常和生物打印结构精度低。

GRAPE是公司的新型专属® 3D建模格式使用户能够对高度精确的3D结构进行建模和打印，实现高批号一致性。使用Copner 下一代Biotech3D建模软件，用户可直接设计和建立复杂的微结构，用于3D细胞培养和组织工程应用。

Copner将使用矩形结构模型 Biotech的生物打印机系列可以直接读取，并以网格风格逐步打印。这种方法不但定义了模型表面，而且可以更准确地描述整个模型的内部结构，提高模型的精度，尤其是在使用生物打印机逐步打印模型时，可以更好地控制每一层的细节。

此外，Copner Biotech的建模软件也可以导出STL数据类型模型，并且这些STL模型可以被STL模型导出。 G-在使用传统的第三方3D打印机时，code切片器可以更准确地切片，从而达到高质量的打印效果。

关于细胞培养行业的发展前景，杰德说:“我们认为，未来，全球3D细胞培养市场将逐步摆脱使用动物源的商品。而且我们没有动物来源，性能稳定。 3D PETG细胞培养支架可以为研究人员提供必要的工具，并且可以在可重复的检测环境中进行研究。"Jordan对公司开发的创新细胞培养支架有着坚定的信念。目前，Copner 在开发辅助生物墨水的同时，Biotech正在改进其生物印刷技术，（BioInks），实现组织再生。

迄今，Copner Biotech 3D PETG细胞培养支架已经在欧洲、美国和澳大利亚销售。目前，该公司的3D和4D挤出生物打印机已在英国大学销售，并计划于2025年在欧洲推出。Jordan表示，关于在中国市场的规划，Copner Biotech渴望在中国寻找经销商合作伙伴，首先销售其3D。 PETG 生物打印机将在未来销售细胞培养支架。

Jordan表示，关于未来规划，Copner Biotech将在公司的所有产品中应用专利核心GRAPE技术，确立公司在3D细胞培养支架和生物制造方面的市场领先地位。与此同时，公司的4D挤出和4D喷墨生物打印机在生物制造的精确性和精确性方面也是独一无二的，有望成为行业的变革者。“Copner Biotech将继续创新，致力于突破技术界限，不满足于现有的常规。”

本文来自微信微信官方账号 “动脉网”（ID：vcbeat），作者：王宇露，36氪经授权发布。

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