Quali sono le migliori Bioprinters attualmente presenti sul mercato?

Il mercato della stampa 3D biologica è in una feroce e continua espansione considerati i risultati promettenti che questa tecnologia ha ottenuto negli ultimi 10 anni nell’ambito della ricerca sulla rigenerazione tissutale.

A differenza della tecnologia di stampa 3D tradizionale il Bioprinting è qualcosa di molto più complesso e sostanzialmente diverso dal punto di vista tecnico rispetto alle stampanti 3D comunemente conosciute. Mentre queste ultime infatti possono dividersi in una serie di categorie diverse in base alla tecnologia di stampa (es. a filamento, in resina, a polveri di polimeri, a polveri di metallo, ecc…) le bioprinter sono tutte appartenenti ad un’unica categoria che è quella della deposizione fluida di materiale su piatto di stampa. Le bioprinter non si possono definire “FDM” ossia le cosidette stampanti a filamento in quanto non estrudono soltanto materiale sottoforma di bobine di filamento ma anche e soprattutto materiali gel-viscosi di varia natura.

Ovviamente le bioprinter sul mercato sono diverse e sarebbe impossibile elencarle tutte in un articolo. Ci sono tre categorie di bioprinter in generale:

  1. Bioprinter autocostruite sulla base di progetti personalizzati perlopiù derivanti da attività di ricerca;
  2. Bioprinter di fascia media che, ad un costo accessibile, consentono di svolgere attività di ricerca preliminari alla vera e propria rigenerazione tissutale;
  3. Bioprinter di alta fascia che consentono di produrre direttamente costrutti biologici pronti che potrebbero in qualche caso anche essere utilizzati clinicamente.

Cerchiamo di vedere quali sono le stampanti bioprinter secondo me più valide e più utilizzate attualmente sul mercato tralasciando le stampanti bioprinter autocostruite che, in quanto tali, non sono disponibili per l’acquisto.

Bioprinter di Fascia Media

BIO-X ™ di Cellink

La stampante Bio-X di Cellink

Bio-X è una stampante di fascia media che rappresenta un ottimo compromesso da costo e qualità in ambito di produzione 3D di manufatti biologici. Prodotta dalla Cell-ink company presente in USA, Svezia e Giappone, questa stampante può stampare contemporaneamente 3 materiali diversi grazie ai suoi tre estrusori. Ma la particolarità più interessante di questa stampante è la possibilità di montare fino a 8 tipologie di combinazioni di estrusori diversi.

Infatti sono disponibili, tra gli altri, i seguenti estrusori:

  • Estrusore per materiali termoplastici;
  • Estrusore pneumatico standard;
  • Estrusore pneumatico a temperatura controllata fino a 4°C;
  • Estrusore tecnologia ink.-jet fino a 65°C che consente alte velocità di stampa con grande precisione;
  • Estrusore a siringa pneumatica;
  • Estrusore con photocuring con luce UV;
  • Estrusore con Camera HD per riprese durante la stampa;
Lo sviluppatissimo gruppo estrusori della Bio-X

La stampante viene fornità con una unità di mix cellulare, si tratta di uno strumento manuale che permette di mixare insieme cellule di diverso tipo oppure cellule + matrice extracellulare in un mixing del tutto omogeneo grazie ad una particolare geometria della vite dell’unità di mixing.

La quantità di materiali e bioinks a disposizione è vastissima e ne parleremo in un prossimo articolo.

Personalmente l’unico grande difetto che trovo in questo tipo di stampanti è il controllo pneumatico dell’estrusione che, a mio avviso, si dimostra sempre molto poco preciso e poco funzionale. Personalmente ho avuto sempre grandi difficoltà ad ottenere adeguata precisione con sistemi di estrusione pneumatici. Il motivo di quanto affermo risiede nel fatto che i sistemi pneumatici mancano di un controllo super-fine del flusso di estrusione e, con alcuni tipi di materiali particolarmente viscosi, si rischia di sovraestrudere materiale dove non serve. Sarebbe opportuno integrare un sistema di estrusione meccanico (non pneumatico) con opportuno controllo (seppur minimo) della ritrazione del materiale nei tratti in cui l’estrusore non è in stampa.

In generale però Bio-X a mio avviso rappresenta la scelta più naturale per le bioprinter di fascia media. Il costo si aggira intorno ai € 50.000. Cellink è un’azienda che è capillarmente presente in tutto il mondo con un ottimo servizio di assistenza e grande affidabilità.

ALLEVI 6

Allevi 6 con il suo design semplice ma di grande impatto.

Allevi è un’azienda fondata nel 2014 con la missione di rendere più semplice possibile la ricerca sulla rigenerazione tissutale. La loro base e negli USA precisamente a Philadelphia.

Allevi 6 è la bioprinter di punta dell’azienda attualmente disponibile sul mercato.

La caratteristica che colpisce subito di questa stampante è il design: diversa dalle altre con un blocco estrusore cilindrico con un design particolare.

Allevi 6 dispone di 6 estrusori a temperatura controllata variabile da 4°C a 160°C che consentono di stampare idrogels, sospensioni cellulari e materiali termoplastici. Anche il letto di stampa è riscaldato fino a 60°C con la possibilità di mantenerlo a 37°C per offrire alle cellule stampate un ambiente idoneo e privo di stress. Come tutte le altre bioprinter anche Allevi 6 è una stampante Open cioè può ospitare materiali di produttori diversi. Infatti gli estrusori ospitano siringhe da 5mL luer-lock all’interno delle quali si possono caricare tutti i materiali voluti.

REGEMAT 3D v1

Regemat 3D è un’azienda spagnola che lavora nell’ambito biotecnologie dal 2011. La loro bioprinter “Regemat 3D v1” è un mix tra un progetto di ricerca ben fatto e un prodotto già pronto sul mercato. Per il momento non è particolarmente diffusa e conosciuta nel settore ma è sicuramente una bioprinter che promette molto bene.

Per motivi che non sono particolarmente chiari la Regemat definisce la sua bioprinter maggiormente “adatta all’uso per la rigenerazione del tessuto osteocondrale” aggiungendo però che la stampante può essere adeguatamente utilizzata anche per tutti gli altri tessuti e ambiti di applicazione.

La tecnologia alla base di questa stampante prevede tre sistemi di estrusione:

  • Individual Pore Filling (IPF): si tratta di una tecnologia che sembra aumentare la sopravvivenza e il benessere delle cellule;
  • Injection Volume Filling (IVF): è particolarmente indicata quando si lavora con termoplastici ad alte temperature e prevede il riempimento di volumi già stampati;
  • Fused Deposition Modeling (FDM): che consente, ovviamente, di stampare scaffolds in materiale termoplastico biocompatibile e biodegradabile.

L’idea di unire estrusori per gel con un estrusore FDM è sicuramente vincente. Questo infatti consente di stampare simultaneamente lo scaffold + cellule evitando così di dover coltivare successivamente le cellule su uno scaffold pre-stampato. Questo consente di creare geometrie molto molto interessanti rispetto alle stampanti che stampano solo gel con cellule oppure solo termoplastici per scaffolds.

Anche qui i materiali a disposizione sono moltissimi. Sono disponibili infatti 2 materiali per l’estrusore FDM e oltre 8 materiali per gli estrusori IPF e IVF.

Bioprinter di Fascia Alta

Regen-Hu: 3DDiscovery™ Evolution

Regen-Hu è un’azienda nata nel 2007 con sede in Svizzera. Se volessimo fare un paragone (tutto italiano) con l’automobilismo potremmo senza dubbio definirla la “Ferrari del Bioprinting”. Si tratta dell’azienda più importante e, attualmente, più strutturata nella produzione di stampanti 3D di altissimo livello per il settore bioprinting e medicina rigenerativa. Regen-Hu ha prodotto negli anni diverse bioprinter ma la più importante e la più completa risulta essere 3DDiscovery Evolution.

Si tratta di una stampante modulare che può essere costruita rispettando le proprie esigenze ma soprattutto che può essere ampliata a piacimento nel corso della propria attività di ricerca. Infatti alla struttura base possono essere aggiunti:

  • Class II Biocabinet: un box rappresentato da una cappa sterile a flusso laminare e temperatura controllata all’interno del quale la stampante può essere ospitata e messa in funzione;
  • Sorgente luminosa per photocrosslinking di fotopolimeri e strutture fotosensibili;
  • Sistema di controllo personalizzato della temperatura sia di estrusione, sia ambientale che del piatto di stampa;

Dispone di 6 estrusori di stampa in grado di stampare simultaneamente più materiali e composti multicellule. Può combinare le tecnologie di jetting-dispensing e elctrowriting (sia a fusione che in soluzione) garantendo così un grande controllo delle strutture alla nano-scala.



Alcuni esempi di applicazioni correntemente riportati in letteratura con Discovery Evolution di Regen-Hu sono:

  • Stampa di parti anatomiche paziente-specifiche (1);
  • Costrutti biologici di diversa natura (2);
  • Stampa 3D di costrutti biologici per vascolarizzazione (3);
  • Rigenerazione del tessuto cartilagineo (4);
  • Sistemi di “controlled – delivery” di farmaci (5,6);
  • Modelli 3D per ricerca farmacologica e test di farmaci (7);
  • Micropatterning e nanomedicina (8);

Regen-Hu con i suoi modelli di Bioprinter (Biofactory e Discovery Evolution) è la più importante realtà produttiva in termini di macchinari e strumentazione per la rigenerazione tissutale di livello professionale attualmente presente sul mercato.

L’azienda mette inoltre a disposizione anche una “Academy” dove gli interessati possono imparare e visionare tutte le tecnologie da loro prodotte per questo tipo di applicazioni.

ENVISIONTEC – 3D-Bioplotter®Manufacturer Series



Envisiontec è una delle aziende più rilevanti nel settore 3D printing in generale nel mondo. Le sue stampanti 3D sono ospitate in industrie di tutto il mondo in quanto Envisiontec produce stampanti 3D di diversa tecnologia con particolare riferimento alla tecnologia DLP (stampa 3D in resina attraverso l’uso di un fotoproiettore luminoso LED). Da diversi anni l’azienda è sul mercato con un Bioplotter molto avanzato che può, a tutti gli effetti, rientrare nella categoria delle bioprinters professionali di fascia alta.

A differenza di altre Bioprinters il bioplotter di Envisiontec consente:

  • di usare direttamente materiale in pellet e polvere senza necessariamente creare filamento di stampa;
  • di usare biomateriali biocompatibili certificati per l’uso medicale;
  • di personalizzare i parametri di stampa all’interno di una struttura tecnologica completamente “open”;

Il piatto di stampa ha dimensioni di 150mm X 150mm X 140mm e può essere raffreddato fino a -10°C e riscaldato fino a + 80°C. Il piatto dispone di una vasta scelta di alloggi per piastre Petri e vetrini da laboratorio (compresi well plates).

Molto interessante è la “stazione di parcheggio” dei vari estrusori che possono essere utilizzati. Questi ultimi infatti stazionano (a temperatura controllata) lungo un lato della stampante e vengono prelevati automaticamente dalla macchina durante la fase di stampa e utilizzati. Ogni oggetto può essere stampato con 5 materiali differenti simultaneamente. L’ugello di stampa viene pulito automaticamente durante la stampa in un’apposita “clean-station” a bordo del piatto di stampa. Questo evita la contaminazione dei materiali e la perdita non voluto di materiale durante le fasi di non stampa.

I motori passo passo hanno un’accuratezza di 0.001mm (vuol dire che stampando due oggetti identici fra loro l’errore che la macchina commetterà sarà al massimo di 0.001mm tra un oggetto e l’altro).

Anche in questo caso il controllo della stampa è affidato ad un sistema pneumatico molto avanzato che offre, quindi, una adeguata precisione e stabilità dei materiali durante tutte le fasi di stampa e di non stampa.

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