随着对疾病发病机制研究的不断深入，基础研究和药物研究等场景都需要更精准的细胞模型来研究细胞间的相互作用和信号传导。
而传统的2D 细胞培养不能很好地模拟体内细胞的真实生长环境。细胞在平面培养皿上生长时，其形态、生理功能和基因表达等都会发生改变。在基础研究中，这会导致细胞形态、生理功能和基因表达改变，影响对细胞间相互作用、生理过程和分化机制等的研究；在药物研发方面，则降低了药物筛选的准确性和效率，增加假阳性和假阴性结果，从而提高研发成本。
这推动了细胞培养技术向3D方向迭代。3D细胞培养能够使细胞在三维立体的支架材料或基质中生长，形成类似体内组织结构的细胞聚集体，有效弥补了2D细胞培养的局限性。在组织和器官再生的发展潜力迸发、生物材料和 3D 支架技术持续发展的背景下，3D细胞培养迎来了广阔的发展前景。
Copner Biotech便是这一领域的新起之秀。公司成立于2020年，总部位于英国威尔士的艾布韦尔，专注于3D细胞培养及相关技术，已建立了丰富的技术、产品和服务组合，服务于3D细胞培养和生物打印市场。
开发惰性、无动物来源的3D支架，更真实地模拟体内生理环境
Copner Biotech创始人、CEO Jordan Copner于2018年在卡迪夫大学（Cardiff University）完成了生物化学专业的学业，并开始了他的职业生涯。他的职业生涯始于一些小型生物技术公司，后在GE医疗和Cytiva担任更高级的职位。在Jordan的学习和职业生涯中，他对3D细胞培养及相关技术（如生物打印）一直保持着浓厚的兴趣。提及创立Copner Biotech的初衷，他表示，是想要改变目前3D细胞培养市场面临的痛点，为行业提供创新解决方案。
Copner Biotech创始人、CEO Jordan Copner
多年来，3D细胞培养主要以动物来源的水凝胶为支撑材料，给细胞培养带来了一些难以避免的不利影响，包括：
●免疫原性问题。动物来源的水凝胶可能含有动物源性的抗原成分。当用于 3D 细胞培养时，这些抗原可能会引发免疫反应，从而导致细胞死亡或者功能异常。
●存在疾病传播风险。动物来源的材料可能携带动物病毒、朊病毒等病原体。这些病原体可能在 3D 细胞培养过程中感染细胞。
●难以精准控制物理化学性质。动物来源的水凝胶的物理化学性质（如孔径大小、孔隙率、弹性模量等）受其天然来源的限制，难以精准调整物理化学性质，可能无法为细胞提供最适宜的生长环境，从而限制细胞的三维生长，导致细胞无法形成正确的组织结构或细胞功能的表达受到影响。
●成分复杂和批次差异。动物来源的水凝胶成分复杂，且受动物的生理状态、年龄、饲养环境等诸多因素影响，不同动物个体之间、不同批次的提取物在成分和含量上会有差异。在 3D 细胞培养中，这种差异可能导致实验的可重复性降低。
面对以上问题，3D细胞培养市场需要一种创新解决方案来应对挑战。在此背景下，Copner Biotech 应运而生。Copner Biotech开发了惰性、无动物来源的3D支架，能够促进界面上的细胞汇合生长，从而形成一个平衡的细胞系统，更真实地模拟体内生理环境。
创新支架结构与表面粗糙度设计可显著促进细胞附着与增殖， 无需使用生物聚合物涂层
Copner Biotech的旗舰产品是3D PETG支架，该支架能够增强细胞捕获和附着，并促进均衡的汇合细胞系统的生长。据公司披露，在Copner Biotech的3D PETG支架上生长的哺乳动物细胞已显示出比二维培养更具生理相关性的形态以及健康的生物标志物。
相关研究表明，离散氧梯度在细胞跨越支架界面的运动中起着重要作用。在支架结构上生长的细胞通常呈现出异质分布，常见的是聚集现象。
Copner Biotech通过在3D PETG支架界面上引入离散氧梯度，促进了细胞从中心向外围的增殖，使得支架上的细胞系统更加均衡，其融合模式类似于体内组织。这主要得益于3D PETG支架系统独特的支架结构设计与表面粗糙度设计。
3D PETG支架提供氧气和营养梯度，以最大化细胞生长
3D PETG支架本身具有一个相互连通的孔隙系统，孔隙的大小从中心向外围逐渐增大。该设计在支架界面上形成了非常明显的氧气和营养物质梯度，促进细胞向外围的移动和增殖。此外，这些孔隙还促进了内部的自然毛细效应，使其非常适合形成3D细胞结构，如类球体和类器官。
3D PETG支架部署在24孔板中
并且，公司定制的3D打印操作系统，结合高精度打印技术，能够创建具有最佳表面粗糙度的特定支架区域。这些区域在播种的第1天就能产生成功附着的细胞，并作为细胞增殖和向外围迁移的起点。“通过这种方法，我们不需要使用生物聚合物涂层，并且可以使用比市场上其他支架更少的细胞种子数量。”Jordan向动脉网介绍道。
除此之外，Copner Biotech的3D PETG支架还具有以下优势：
第一，在细胞附着方面，Copner Biotech的3D PETG支架在低细胞种子浓度下，能够高效促进哺乳动物细胞的附着。迄今为止使用的细胞包括但不限于：L929成纤维细胞、角质形成细胞、HeLa细胞、MCF-7细胞、A549细胞和诱导多能干细胞（iPSCs）。
第二，在细胞活力方面，公司的PETG材料经过改进，以优化表面粗糙度，进而提高细胞的附着和增殖能力。这种惰性、无细胞毒性的材料已被确认在细胞培养中可安全使用，对细胞生长或功能没有负面影响，使从2D到3D细胞培养的过渡更加容易。此外，3D PETG支架还表现出刚性，不会降解，使其非常适合长期细胞培养；
第三，在细胞增殖方面，Copner Biotech的PETG材料能够介导细胞分裂事件，同时最大限度地减少细胞损失，从而在短时间内显著促进细胞增殖。这对研究细胞指数生长期或实时观察细胞分裂事件的研究人员尤其重要。
第四，在类球体形成方面，在使用高细胞种子浓度并进行长时间培养（超过7天）的情况下，3D PETG支架能够促进类球体培养。类球体培养系统通过促进细胞与细胞之间以及细胞与基质之间的相互作用，提供了与体内类似的理化环境，从而克服了传统二维培养的局限性。
3D PETG支架系统在整个结构中具有相互连通的孔隙，设计用于培养和收获类球体培养物，使用方便。通过利用支架中心的孔隙，用户可以轻松抽取和收获类球体培养物。这种创新的类球体培养和收获方法允许用户创建可靠的三维类球体模型，而无需使用多步骤操作，从而避免了类球体处理过程中的人为误差。同时，在类球体形成的基础上，当与适当的生长因子结合使用时，3D PETG支架可以用来生成早期胚体，继而形成类器官。由于其结构坚固和强度高，这些支架可以用于类器官的长期培养。
开发基于矩形构造的专利建模格式和3D打印方法， 实现支架生产的高批次一致性
在开发3D PETG细胞培养支架的过程中，Jordan坦言，公司遇到的最大挑战便是通过3D打印生产制造这些支架。公司通过实验发现，使用标准的CAD/STL/G-code方法设计的支架会导致打印的支架出现不精确等问题。
这是由于，传统上，为3D打印设计的模型是通过已有30年历史的原型技术实现的，即将CAD模型输出为STL格式，再将其切片为G-code指令，通过3D打印机进行打印。STL使用三角形构造来定义要打印模型的表面；此外，这些STL文件在切片为G-code时会生成一些非预定的打印命令，这可能导致打印结果不够准确。
并且，使用三角形网格来构造3D打印模型的表面，虽然具有一定的灵活性和便捷性，但其缺陷也显而易见。三角形网格只能近似模型的表面，特别是对于复杂曲面，细节表现不佳，边缘和曲面可能会变得模糊；同时，三角形网格在切片时可能导致不连续的表面，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；另外，复杂的三角形网格会生成大量的G-code命令，增加了打印时间和处理复杂性。
为了生产高批次一致性的精确支架，Copner Biotech开发了一种基于矩形构造的专利建模格式和3D打印方法，可以更精确地定义模型的各个部分，使得打印出来的模型细节更加准确。并且，Copner Biotech还研发了高精度3D、4D挤出生物打印机。目前，公司的增材制造过程显示出高批次一致性，最大限度地减少了3D细胞模型中的变量。
3D PETG支架的制造精度高，批次间的一致性强
Copner Biotech的下一代生物打印机使用图形矩形在物理位置上编码 GRAPE® 文件，能够解决当前市场使用的STL和G-code程序中的关键问题，包括数据近似困难、建模异常和生物打印构造的低精度。
公司新型的专有GRAPE® 3D建模格式使用户能够建模和打印高度精确的3D构造，实现高批次一致性。通过Copner Biotech的下一代3D建模软件，用户可以直接设计和创建适用于3D细胞培养和组织工程应用的复杂微结构。
矩形构造的模型会被Copner Biotech的生物打印机系列直接读取，以栅格样式逐层打印。这个方法不仅定义了模型的表面，还能更精确地描述整个模型的内部结构，提高了模型的精度，尤其是在使用生物打印机逐层打印模型时，可以更好地控制每一层的细节。
此外，Copner Biotech的建模软件还可以输出STL数据格式的模型，并且这些STL模型能够被STL G-code切片器更准确地切片，从而在使用传统的第三方3D打印机时实现更优质的打印效果。
关于细胞培养行业的发展前景，Jordan表示，“我们认为，未来，全球3D细胞培养市场必将逐步摆脱使用动物来源的产品。而我们的无动物来源、性能稳定的 3D PETG细胞培养支架能为研究人员提供所需的工具，能够在可重复的测试环境中进行研究。”Jordan对公司研发的创新细胞培养支架抱有坚定信心。目前，Copner Biotech正在改进其生物打印技术，同时开发辅助的人体生物墨水（BioInks），以实现组织再生。
迄今，Copner Biotech的 3D PETG细胞培养支架已在欧洲、美国和澳大利亚销售。公司的3D和4D挤出生物打印机目前在英国销售给大学，并计划于2025年在欧洲推出。关于在中国市场的规划，Jordan表示，Copner Biotech渴望在中国寻找分销商伙伴，首先销售其3D PETG 细胞培养支架，未来还将销售生物打印机。
关于未来规划，Jordan表示，Copner Biotech将把专利核心GRAPE技术应用到公司所有产品上，确立公司在3D细胞培养支架和生物制造方面的市场领导地位。同时，公司的4D挤出和4D喷墨生物打印机在生物制造的精度和可重复性方面独树一帜，有望成为行业的变革者。“Copner Biotech将持续创新，致力于突破技术边界，不满足于现有的常规。”
本文来自微信公众号 ，作者：王宇露，36氪经授权发布。
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