已经有了公司IPO，这条秘密的生物跑道来到了爆发前夕。

2024-08-06

在全球生物3D打印市场飞速发展的时候，一条隐秘的赛道被点燃了！

这条赛道是一种生物3D打印材料(也称为“生物墨水”)——3D打印技术可以通过选择合适的生物墨水来制造身体组织和器官的替代品，并在人体中发挥作用。

换言之，3D生物印刷基于生物墨水的创新，可在再生医学、药物检测、医学研究等领域创造巨大的应用空间。

目前，生物墨水正在科学研究中引起极大的研究兴趣。自2016年以来，相关科研院所对生物墨水的研究工作迅速增加，期刊数量和专利出版物不断增加，这将有助于行业的大发展。

同时，许多创新型企业涌入生物墨水跑道，其加入正为行业大规模产业化铺平道路。例如，在美国，生物3D打印领域有超过130家实体服务提供商，其中41家是生物墨水研发企业。但在中国，有博恩生物、华夏司印、捷诺飞、蓝光英诺、迈普医学、上普生物、苏州永沁泉智能产品(按企业简称首字母排序)等创新型企业使用生物墨水跑道，多家企业获得融资。与此同时，BICO(原Cellink)，一家来自瑞典的生物墨水研发公司，已经在纳斯达克IPO中取得了成功。

更重要的是，在市场需求方面，虽然市场上没有权威的生物墨水市场规模统计报告，但生物墨水的需求必然会在全球生物3D打印市场保持21.91%(中国生物3D打印行业报告)的年增长率上升。

生物墨水跑道已经到了爆发的前一天晚上，从科研到产业供应的猛增，再到市场需求的巨大。

生物墨水，蓝海跑道正在崛起。

生物墨水的发展与生物3D打印产业的发展密切相关。

你可以想象，如果你想打印一个人体器官，你至少需要三样东西:3D打印机、活细胞和生物材料。这种材料是生物墨水。

就成分而言，生物墨水的主要材料是聚合物(包括天然聚合物、合成聚合物等。)，有时还会在生物3D打印过程中载荷活细胞，并添加细胞因子或其他生物分子。

需要注意的是，在动脉网络的采访中，行业对生物墨水的概念没有统一的共识，尤其是生物材料是否需要载荷细胞。有人认为生物墨水必须载荷细胞，没有细胞就不能再生；还有一种观点认为，只要使用生物材料(天然或合成聚合物)，就可以认定为生物墨水。

但无论如何，作为最终可以打印成人体器官的生物墨水，核心要有三个要素，即可打印性、生物相容性和机械性。

●可打印性主要指生物墨水的成型性能，即材料粘度可调可控，可打印工艺指标窗口宽度等；

●生物相容性要看生物墨水模拟细胞外基质的能力，要求生物墨水尽可能接近体内印刷细胞的微环境，促进细胞的增殖和分化，实现相互通信；同时，良好的生物相容性也反映了生物墨水的低抗原性；

●力学性能这就要求生物墨水有足够的强度来支撑后续的培养和植入过程。

生物墨水只有满足上述条件，才能真正应用于科学研究或临床。

下一步是构成生物墨水的重要材料——合成聚合物、天然聚合物。聚合物包含聚乙二醇聚合物。（PEG）聚乙二醇二丙烯酸酯及其衍生物（PEGDA）和聚己内酯（PCL）等等。其中，聚乙二醇是合成聚合物中最重要的物质之一，具有良好的生物相容性，可以在可编程生物材料中以不同的方式使用，如作为可编程水凝胶的基础。

天然聚合物是生物墨水中最大的材料，可分为多糖材料和蛋白质材料:多糖材料可分为海藻酸盐、纤维素、透明质酸、壳聚糖和琼脂糖；蛋白质材料包括明胶、胶原蛋白、肽、蚕丝蛋白、纤维蛋白和纤维蛋白原。另外，许多天然高聚物可以形成水凝胶，它可以使细胞自由转移，创造一个类似于细胞外基质的微环境。所以，由天然高聚物配方组成的水凝胶已经成为生物3D打印不可缺少的一部分。

华夏司印创始人兼首席执行官陈慧敏博士告诉动脉网:“天然生物材料可以模拟体内的微环境，特别有利于细胞增殖、分化和再生。“同时，天然生物3D打印可以精确呈现体内空间布局，通过调节天然生物材料的相关特性，可以更好地模拟体内的机械性能。”

动脉网络绘图中自然高聚物和合成聚合物的分类状态

负载活细胞在高聚物上也成为行业尝试的方向。根据CAS西湖大学最近发布的《2024年未来健康:新生物材料报告》，活细胞可以与周围环境相互作用，模仿自然组织行为。因此，将活细胞融入生物墨水中可以结构性组织。

从活细胞的来源来看，目前主要包括干细胞、内皮细胞和组织特异性细胞。其中，干细胞在行业中应用最为广泛，因为它们具有多种分化能力和再生组织和器官的潜力，包括胚胎干细胞、诱导多能干细胞、神经干细胞和造血干细胞。

但是光有活细胞是远远不够的，为了刺激特定的细胞行为，还需要添加生长因子。例如，如果用生物印刷印刷皮肤并将其粘贴在患者伤口表面，生长因子就会发挥其化学诱导作用，使更多的自体细胞聚集在缺陷部位，最终将生物印刷皮肤与自身皮肤组织融为一体。从这个维度，我们可以看到生长因子的重要性。

行业内常用的生长因子有转换生长因子β（TGF-β）、血管内皮生长因子（VEGF）、细胞生长因子（EGF）、血小板源性生长因子（PDGF）、成为纤维细胞生长因子（FGF）等。

得益于材料的不断深耕，生物墨水现在取得了很大的突破，实现了商业化。据悉，市场上已经有了基于明胶的水凝胶生物墨水，比如Gel4Cellll。®（Amerigo Scientific）、BioInk®（RegenHU）；生物墨水基于甲基丙烯酰，比如GelMA（SBP）、BioGel（Biobot）、Tissue Fab（Aldrich）；CELLINK(CELLINK101)基于海藻酸盐、OsteoInk基于钙磷酸盐™（RegenHu）等等。

不过，目前销售的生物墨水和基于生物墨水的商品，大部分仍然用于研究目的或设计试验，临床端市场仍处于蓝海阶段。

面临巨大的窗口，生物墨水研发企业开始冲刺，希望抢占行业先机。

创新力量不断涌入，生物墨水跑道“大竞争”

各国的科研机构在生物墨水跑道上加码冲刺，希望抓住机遇。

以各国在生物墨水研究领域取得进展的期刊发文和专利申请为例。，根据《2024年未来健康：新生物材料》的报告，美国在商业实体和非商业实体权利人的地域分布上，（USA）和韩国（KOR）主导商业和非商业领域。中国（CHN）现在在非商业领域排名世界前三。

比如2021年，清华大学团队宣布开发了一种载细胞微凝胶双相生物墨水，具有异质组织的微环境，可以更好地模拟自然组织和器官结构的复杂性和异质性；2022年，北京大学体育医学研究所余家阔教授团队与华夏司印合作发表了《脱模法制备精细3D打印互穿水凝胶支架促进软骨分化》的文章；等等。

另外，2023年国家儿童医学中心(上海)、上海儿童医学中心和东华大学团队共同开发了一种新型生物墨水。这种生物墨水抗菌，形状保真，适合 3D 一系列特点，如生物印刷和细胞冷冻保护，生物医学的应用前景广阔。

除了科研机构之外，各地相关企业的发展也是当务之急。举例来说，在实体权利人商业领域排名世界前三的瑞典，就诞生了BICO这个行业第一家上市的生物墨水研发企业。

BICO成立于2016年，其前身是Cellink，它在2016年发布了第一款即用生物墨水，一举成名。这种即用生物墨水是以纳米纤维素为核心的水凝胶，它提供了类似于细胞外基质的结构特性，细胞与墨水混合打印，这样打印机只需要一个喷嘴，打印后的结构交联，就变得容易处理，抗冲击。由于这种生物墨水改变了研究者使用生物墨水的方式，同时降低了成本，因此在3D生物印刷领域发挥了重要作用。

随后，在发展中，BICO不断创新。根据公司网站，BICO的生物墨水包括标准生物墨水、医疗级生物墨水、组织特异性配方生物墨水和光基生物印刷四种用于优化特定细胞增殖和分化的生物墨水。同时，针对不同的生物印刷方法，BICO还在每种生物墨水中划分了各种产品。

值得注意的是，BICO在2023年推出了首款医用级生物墨水CELLINK。 Vivoink，这种生物墨水主要是基于透明质酸纳米纤维素和藻酸盐等天然高聚物。根据网站介绍，CELLINK 藻酸盐和Vivoink CaCl2 结合使用交联剂，可以保证离子交联，进而在整个生物3D打印过程中保持打印结构的机械稳定性。

由于上市后不断扩张，BICO已经收购了多家企业，经营范围在生物印刷(生物墨水属于这个业务领域)之后，增强了生命科学工具生物自动化两大板块。从财务报告可以看出，2023年生物印刷收入达到6.6亿瑞典克朗(约4.4亿人民币)，持续增长。

看看Humabiologics，一家来自美国的生物墨水研发公司，该公司于2021年推出了世界上第一款天然人造胶原生物墨水和明胶生物墨水。CEOMohammadmadmadmadmadmabiologics创始人在接受媒体采访时，Albanna博士表示，天然人造胶原蛋白和明胶生物墨水可以解决目前行业使用动物源生物墨水的不足。

国内生物墨水研究与开发企业也逐步涌现，大致与世界处于同一起步阶段。比如成立于2018年的创新企业华夏司印，自主研发生产了GMP级生物墨水，目前已经开发了包括甲基丙烯酰化明胶在内的10多种。（GelMA）、透明质酸，甲基丙烯酰化（HAMA）、甲基丙烯酰化I型胶原(Col1型)MA）、甲基丙烯酰化角质蛋白（KerMA）等。

“我们专注于光敏天然生物3D打印材料。目前开发生产的生物墨水已覆盖90%的人体细胞器官，均采用cGMP生产线进行标准化、规模化生产，并申请了国内首个医用级生物墨水的主要文件。”华夏司印创始人兼首席执行官陈慧敏博士表示，该公司参与了中检院生物墨水产业标准的制定。此外，华夏司印还与默克著名生命科学品牌Sigma签署了OEM(代工生产)，用于科研级生物墨水，开启了全球化之旅。

另一个例子是杭州的捷诺飞。该公司开发的一系列生物墨水具有良好的可打印性和生物相容性。打印支架有利于细胞生存、增殖、转移和分化，可广泛应用于组织工程、干细胞、肿瘤、药物筛选等生物医学领域的研究。

不难看出，创新型企业不断深化，取得了重大突破。后续归功于更多企业的进入和新概率，生物墨水跑道必然会取得更大的进步。