ERA-NET: BlueBio - 3D Printed Biomarine Wound Healing Accelerant “AquaHeal3D”

3D printet biomarint sårhelings plaster Prosjektet Aquaheal3D kombinerer fornybare, marine ingredienser for å utvikle et 3D-printet medisinsk plaster for sårheling. Dette oppnås i samarbeid mellom Regenics AS, RISE AB og Scantox A/S. Plasteret inneholder et ekstrakt med bioaktive stoffer fra lakserogn som fremskynder helingen av sår. Målet er å utvikle et 3D-printet plaster basert på fornybare marine råvarer som er klinisk sikkerhetstestet og klar for en klinisk studie på pasienter. Materialet i plasteret består av alginat fra tang og cellulose fra manteldyr. Plasteret vil også inneholde et ekstrakt fra ubefruktet lakserogn (kalt HTX) renset, patentert og produsert av Regenics AS. Ubefruktet lakserogn er et avfallsprodukt fra oppdrettsnæringen, som bortsett fra smoltproduskjon anvendes lite i Norge og er på grunn av hudregenerative og antiinflammatoriske aktivitet egnet som utgangspunkt for bioaktive agens. Utfordringen var å inkludere HTX i plasteret på en slik måte at sårhelingsevnen opprettholdes under lagring, og å kontrollere frigjøringen av ekstraktet i såret for å akselerere sårhelingen. 3D-printing er en relativt ny produksjonsteknologi som muliggjør høy reproduserbarhet i produksjonen og gir uovertruffen designfrihet for en skreddersydd plaster med en struktur som er optimalisert for å beskytte ekstraktet under lagring og gi kontrollert frigjøring under bruk. Vi har fullført en prototype av plasteret med en formulering som består av en definert konsentrasjon av cellulose, alginat og HTX. Denne formuleringen er 3D-printet til et fleksibelt, porøst materiale med høy kvalitet. En vesentlig del av dette plasteret består av HTX, som lett frigjøres fra plasteret til eksudatlignende væsker. Den innledende fasen av frigjøringen viser metnings-kinetikk, og etter 3 timer er ca 90% av HTX-innholdet fra plasteret frigjort. Vi har tidligere vist at en av mekanismene som får HTX til å akselerere sårtilheling, er ved å øke produksjonen av collagen 1. Collagen 1 ELISA-analyser fra cellemedier som inneholder HTX frigitt fra det marine plasteret er preklinisk surrogat markør. Data viser en økning i collagen 1, selv etter 8 uker lagring, noe som indikerer at det 3D-printede marine plasteret er bioaktivt. Videre har vi analysert plasterets kjemisk, testet sterilitet og cytotoksisitet, og våre data tyder på at det er trygt, sterilt og lite toksisk. Det har videre blitt testet på brannsår hos minigris ved Scantox A/S. På disse sårene ga plasteret redusert inflammatorisk respons og en akselrert lukking av såret sammenlinget med en inaktiv vaselinkompress. Plasteret så også ut til å skape lite irritasjon på brannsåret og ser ut til å være biokompatiblelt.

Responsible Innovation is needed in the EU maritime industry. Norway is the worlds second largest seafood exporter in 2017 with a 9.75 bn Euros export value. Aquatic biology and novel use of marine materials is underexplored in medical therapeutic contexts. We will polymerize seaweed alginate with nanocellulose from marine tunicates and combine with a skin regenerative bioactive from fish roe to safety testing in humans or equivalent safety model. A 3D-bioprinted medical patch for wound healing is contemplated. A medical device made of surplus marine waste materials is novel. Such a device can improve public attitudes towards bio-based marine products and services in markets as medical technology sector scores high on clean sterile regulatory demands for product approvals. The project may also carry policymaking in bio-based research, innovation and technology development by bringing marine biotechnology into e.g. consortia collaboration alongside non-marine sourcing and technology. During the project, a prototype have been developed and tested. Results indicate that the marine wound healing device is sterile, biocompatible, non-toxic and safe. In addition, studies on minipig indicate that it reduces inflammation and accelerates wound healing of burn wounds. Based on this, collaborations with the burn care unit has been established and clinical trials are currently being planned. According to the head of the Burn care unit at Haukeland University hospital, a dressing providing local anti-inflammation and anti-oxidation will cover an unmet need for the burn patients and has the potential to improve the burn care.

This project combines all renewable, marine sourced products to create a 3D printed wound healing medical device. We will incorporate Regenics’ bioactive substances into a topical wound healing dressing for chronic hard-to-heal wounds. Biorelease from the 3D patch and skin wound safety are important milestones of the project and will be explored using marine bioactives and enzymes. One bioactive ingredient, HTX, is a patented (EPO patent granted December 2018) purified heat-stable component of unfertilized salmon roe cytoplasm; HTX has strong skin regenerative and anti-inflammatory activity. Other marine derived bioactives may serve as biorelease markers. The marine protease LCE1 will be used as an antidote to HTX and has a potential in debridement of eschar. The project will deliver a 3D printed, bioactive, clinical safety-tested dressing, ready for clinical study in patients. No dressings with integrated skin regenerating and anti-inflammatory properties are available. PoC of marine bioactives of skin regenerative effects have been demonstrated in human explanted skin. Marine wound devices – may include, patches, 3D-printed patches, sprays and creams. The consortium consists of research and industry partners that are leaders in their respective fields; having a history of research and industrial success