(57)【要約】多孔質ポリマー物品、より具体的には、組織工学および器官置換のための多孔質ポリマー物品が記載される。いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法は、構造体内に多孔性を生じさせるためのポリマー‐溶媒系（例えば、転相）の使用を含む。前記プロセスは、第１の架橋成分と沈殿培地中に沈殿し得る第２の成分とを含む構造体前駆体物質の形成を含み得る。前記構造体前駆体物質は、３次元プリンティングなどの適切な手法によって３次元形状に成形され得る。構造体前駆体物質が成形されると、第１の成分の少なくとも一部が架橋し得る。次いで、前記構造体に沈殿培地を接触させて前記構造体から前駆体溶媒を除去することができ、それによって第２のポリマー成分が沈殿し、均一の細孔の網目を含む多孔質構造体を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
前駆体溶媒中に少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を溶解して構造体前駆体物質を形成するステップ、
細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に前記構造体前駆体物質を成形するステップ、
前記第１のポリマー成分を架橋するステップ、および
前記構造体から前記前駆体溶媒の少なくとも一部を除去し、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項２】
前記構造体に沈殿培地を接触させるステップ、および前記沈殿培地中の前記前駆体溶媒の部分を除去するステップもさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記沈殿培地が溶媒である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記沈殿培地が水である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記沈殿培地が空気である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記前駆体溶媒が前記第１のポリマー成分および第２のポリマー成分と非反応性である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第２のポリマー成分が、前記架橋ステップ後に実質的に非架橋である、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の細孔が、前記構造体の壁の少なくとも一部の中に形成される２０ミクロン以下の平均細孔サイズを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の細孔が、前記構造体の壁の少なくとも一部の中に形成される１０ミクロン以下の平均細孔サイズを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の細孔の平均細孔サイズからサイズが約２０％超の偏差があるものが全細孔のわずか約５％に過ぎない、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の細孔の平均細孔サイズからサイズが約１０％超の偏差があるものが全細孔のわずか約５％に過ぎない、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記細孔の９０％超が約８０ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記細孔の９０％超が約４０ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記細孔の９０％超が約１５ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記構造体前駆体物質を成形するステップが３次元プリンティングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記構造体上への細胞成長を促進する環境に前記構造体を曝露させるステップもさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記構造体の細孔内への細胞の内方成長を促進する環境に前記構造体を曝露させるステップもさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
組織を形成させるステップもさらに含む、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
器官を形成させるステップもさらに含む、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のポリマー成分がアクリル系モノマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２のポリマー成分がスルホン系モノマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
少なくとも第１、第２および第３の成分を含む構造体前駆体物質を提供するステップ、
細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に構造体前駆体物質を成形するステップ、
前記第１の成分を架橋するステップ、
沈殿培地中に前記第２の成分を沈殿させるステップ、および
前記沈殿培地中の前記構造体から前記第３の成分を除去し、それによって前記構造体中の複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項２３】
前記第１の成分が架橋性モノマーである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の成分がアクリル系モノマーである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の成分が前記架橋ステップ後に非架橋である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の成分がスルホン系モノマーである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記第３の成分が溶媒である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１、第２および第３の成分が摂氏２５度および１ａｔｍで混和性である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記沈殿培地が液体である、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記構造体前駆体物質を成形するステップが３次元プリンティングを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記構造体の細孔内への細胞の内方成長を促進する環境に前記構造体を曝露させるステップもさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
組織を形成させるステップもさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
器官を形成させるステップもさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
前駆体溶媒中で少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を混合して均質の構造体前駆体物質を形成するステップであって、前記第１のポリマー成分および第２のポリマー成分と前記前駆体溶媒とが摂氏２５度および１ａｔｍで混和性である、ステップ、
前記構造体前駆体物質のプリンティングを行って、細胞成長のための鋳型としての使用に適切な３次元構造体を形成するステップ、および
前記構造体から前記前駆体溶媒を除去して、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項３５】
前記構造体から前記前駆体溶媒を除去するステップが、前記構造体に沈殿培地を接触させるステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記沈殿培地が液体である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２のポリマー成分ではなく、前記第１のポリマー成分を架橋するステップもさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２のポリマー成分を沈殿させるステップもさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記構造体の細孔内への細胞の内方成長を促進する環境に前記構造体を曝露させるステップもさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
組織を形成させるステップもさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
器官を形成させるステップもさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分と流体担体とを含む細胞成長鋳型前駆体構造体を形成するステップ、
前記第１のポリマー成分を架橋し、それによって自立構造体を形成するステップ、および
前記自立構造体から流体担体の少なくとも一部を除去し、それによって、鋳型化された細胞成長に適切な構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含み、
前記多孔質構造体が、鋳型化された細胞成長に適切な形状に形成される、
方法。
【請求項４３】
前記細胞成長鋳型前駆体構造体を形成するステップが３次元プリンティングを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記構造体の細孔内への細胞の内方成長を促進する環境に前記多孔質細胞成長鋳型構造体を曝露させるステップもさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
組織を形成させるステップもさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
器官を形成させるステップもさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
細胞成長のための鋳型として使用するための物品であって、
空洞を画定する少なくとも１つの壁を含む構造体；および
前記壁の少なくとも一部に形成された平均細孔サイズが２０ミクロン以下の複数の細孔を有する複数の細孔であって、前記複数の細孔の平均細孔サイズから大きさが約２０％超の偏差があるものが全細孔のわずか約５％に過ぎない、細孔、
を含み、
前記構造体が細胞成長のための鋳型として使用するために構築および配置される、
物品。
【請求項４８】
前記複数の細孔の平均細孔サイズからサイズが約２０％超の偏差があるものが全細孔のわずか約２％に過ぎない、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記複数の細孔の平均細孔サイズからサイズが約１０％超の偏差があるものが全細孔のわずか約５％に過ぎない、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記細孔の９０％超が約８０ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記細孔の９０％超が約４０ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５２】
前記細孔の９０％超が約１５ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５３】
前記複数の細孔が、前記構造体の壁の少なくとも一部の中に形成される１０ミクロン以下の平均細孔サイズを有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５４】
前記複数の細孔が前記壁を透過し、それによって前記空洞の内部の部分と前記空洞の外部の部分との間の成分の交換が可能になる、請求項４７に記載の方法。
【請求項５５】
前記空洞が、３００ミクロン未満の内径を有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５６】
前記構造体が、第１の内径を有する第１の空洞部分と、第２の内径を有する第２の空洞部分とを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５７】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
前駆体溶媒中に少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を溶解して構造体前駆体物質を形成するステップ、
細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に前記構造体前駆体物質を成形するステップ、
ＵＶ放射に前記構造体前駆体物質を曝露させるステップ、および
前記前駆体溶媒の少なくとも一部を前記構造体から除去して、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項５８】
前記成形ステップ後に前記曝露ステップを行う、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記曝露ステップによって、前記第１のポリマー成分の少なくとも一部の重合が引き起こされる、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記曝露ステップによって、前記第１のポリマー成分の少なくとも一部の架橋が引き起こされる、請求項５７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に多孔質ポリマー物品に関し、より具体的には組織工学および器官置換のための多孔質ポリマー物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
組織工学および器官移植は、損傷または疾患のために機能を喪失した組織および器官の置換に関わるものである。この目的の１つの手法においては、罹患体に器官が移植される。しかしながら、移植の副作用は、不快なものである可能性があり、器官移植者の健康を損なう可能性がある。別の手法においては、ｉｎ  ｖｉｔｒｏで細胞を生分解性ポリマー足場上で培養して、組織または新生器官を形成し、次いでそれを身体内の必要な解剖学的部位に移植する。
【０００３】
いくつかの手法が、組織成長のための足場の形成のために提唱されてきた。例えば、Ｂｏｒｅｎｓｔｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．による“Ｔｉｓｓｕｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｈｒｅｅ‐Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｖａｓｃｕｌａｒｉｚｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，”という表題の特許文献１においては、高精度成形プロセスを使用して作製される２次元の鋳型について記載されている。次いで、これらの鋳型は、管腔が閉じた３次元足場構造体を形成するために接着される。Ｖａｃａｎｔｉ  ｅｔ  ａｌ．による“Ｖａｓｃｕｌａｒｉｚｅｄ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｍａｔｒｉｃｅｓ  Ｆｏｒｍｅｄ  ｂｙ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｒｅｅ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，”という表題の特許文献２においては、組織の再生を可能にするための、ならびに細胞の播種および移植を行って器官および構造成分を形成するための装置を製造するために使用される固体自由形状作製方法について記載されている。Ｈｏｌｌｉｓｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．による“Ｄｅｓｉｇｎ  Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｃａｆｆｏｌｄｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ  Ｉｍｐｌａｎｔｓ，”という表題の特許文献３においては、相互連絡する細孔を含む、不均一物質特性を有する解剖学的に成形された足場構築物について記載されている。
【０００４】
上記の努力にもかかわらず、多くの内臓や身体の構造体、特に中空器官および上皮性器官の構造体と関連した重要な開発は制約されており、改善が必要である。特に、組織工学および器官置換のための、小さく且つ均一な細孔サイズを有する物品を作製する新規な方法は、有益である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１８２２４１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１７６，８７４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／００６９７１８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
多孔質ポリマー物品、より具体的には、組織工学および器官置換のための多孔質ポリマー物品が提供される。一態様においては、細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する一連の方法が提供される。一実施形態において、前記方法は、前駆体溶媒中に少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を溶解して構造体前駆体物質を形成するステップ、細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に前記構造体前駆体物質を成形するステップ、第１のポリマー成分を架橋するステップ、および前記構造体から前駆体溶媒の少なくとも一部を除去し、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップを含む。
【０００７】
別の実施形態において、細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法が提供される。前記方法は、少なくとも第１、第２および第３の成分を含む構造体前駆体物質を提供するステップ、細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に構造体前駆体物質を成形するステップ、第１の成分を架橋するステップ、沈殿培地中に第２の成分を沈殿させるステップ、および沈殿培地中の前記構造体から第３の成分を除去し、それによって前記構造体中の複数の細孔を形成するステップを含む。
【０００８】
別の実施形態において、細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法が提供される。前記方法は、第１のポリマー成分および第２のポリマー成分と前駆体溶媒とが摂氏２５度および１ａｔｍで混和性である、前駆体溶媒中で少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を混合して均質の構造体前駆体物質を形成するステップ、構造体前駆体物質のプリンティングを行って、細胞成長のための鋳型としての使用に適切な３次元構造体を形成するステップ、および前記構造体から前駆体溶媒を除去して、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップを含む。
【０００９】
別の実施形態においては、細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法が提供される。前記方法は、少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分と流体担体とを含む細胞成長鋳型前駆体構造体を形成するステップ、第１のポリマー成分を架橋し、それによって自立構造体を形成するステップ、および前記自立構造体から流体担体の少なくとも一部を除去し、それによって、鋳型化された細胞成長に適切な構造体中に複数の細孔を形成するステップを含み、前記多孔質構造体は、鋳型化された細胞成長に適切な形状に形成される。
【００１０】
別の実施形態においては、細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法が提供される。前記方法は、前駆体溶媒中に少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を溶解して構造体前駆体物質を形成するステップ、細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に構造体前駆体物質を成形するステップ、ＵＶ放射に構造体前駆体物質を曝露させるステップ、および前駆体溶媒の少なくとも一部を構造体から除去して、それによって構造体中に複数の細孔を形成するステップを含む。
【００１１】
別の態様においては、細胞成長のための鋳型として使用するための物品が提供される。前記物品は、空洞を画定する少なくとも１つの壁を含む構造体と、前記壁の少なくとも一部に形成された平均細孔サイズが２０ミクロンの以下の複数の細孔であって、前記複数の細孔の平均細孔サイズからサイズが約２０％超の偏差があるものは全細孔のわずか約５％に過ぎない、細孔を含み、前記構造体は、細胞成長のための鋳型として使用するために構築および配置される。
【００１２】
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付の図面とともに検討される場合、以下の本発明の様々の非限定的な実施形態の詳細な記述から明らかであろう。本明細書と、参考として援用される文献とが、相反するおよび／または矛盾する開示を含む場合、本明細書が優先するものとする。参考として援用される２つ以上の文献が相互に相反するおよび／または矛盾する開示を含む場合は、発効日が新しい文献が優先するものとする。
【００１３】
本発明の非限定的な実施形態は、例えば添付の図面を参照して記載されるものであって、それらの添付の図面は、概略的なものであり、一定の比率で描かれることが意図されるものではない。図中、例示される各同一または同様の成分は、通常は単一の数字によって表される。明快さのために、すべての図においてすべての成分に符号が付けられているわけではなく、図示が当業者による本発明の理解に必要とされない場合、本発明の各実施形態のすべての成分が示されるわけではない。それらの図は以下に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による３次元構造体を形成するためのプロセスを示す。
【図２】本発明の一実施形態による、３次元構造体を形成するための３次元プリンティングプロセスの概略図を示す。
【図３】本発明の一実施形態による、多孔質構造体を形成するための転相プロセスの概略図を示す。
【図４】本発明の一実施形態による、多孔質構造体の細孔サイズおよび分子量カットオフの特徴を記述するための濾過プロセスの概略図を示す。
【図５】本発明の一実施形態による、種々の多孔質膜についての圧力の関数としての水の流束のプロットを示す。
【図６】本発明の一実施形態による、多孔質ＰＳ‐ＦＣ膜のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図７】本発明の一実施形態による、図６Ａ〜６Ｆの多孔質膜についての、ＰＥＧ分子量の関数としてのＰＥＧ排除曲線を示す。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、接着タンパク質を使用することなく市販の膜に接着させたＭＤＣＫ細胞を示す。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による、接着タンパク質を使用することなくＰＳ‐ＦＣ膜に接着させたＭＤＣＫ細胞を示す。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態による、接着タンパク質を使用することなくＰＳ‐ＦＣ膜に接着させたＭＤＣＫ細胞を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
多孔質ポリマー物品、より具体的には、組織工学および器官置換のための多孔質ポリマー物品が記載される。いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法は、構造体内に多孔性を生じさせるためのポリマー‐溶媒系（例えば、転相）の使用を含む。そのプロセスは、第１の架橋成分と沈殿培地中に沈殿し得る第２の成分とを含む構造体前駆体物質の形成を含み得る。構造体前駆体物質は、３次元プリンティングなどの適切な手法によって３次元形状に成形され得る。構造体前駆体物質が成形されると、第１の成分の少なくとも一部が架橋し得る。次いで、前記構造体に沈殿培地を接触させて前記構造体から前駆体溶媒を除去することができ、それによって第２のポリマー成分が沈殿し、均一の細孔の網目を含む多孔質構造体を形成する。いくつかの実施形態において、多孔質構造体は、限外濾過のための鋳型、細胞成長のための鋳型、および／または生細胞が固定され得、かつその正常な生理機能を果たし得る場合における、複合、バイオミメティック、多孔性バイオハイブリッド器官の形成のための鋳型として使用するために構築および配置される。
【００１６】
好都合には、本明細書に記載の構造体は、シャープな分子量カットオフ（ＭＷＣＯ）（高濾過流束や高拡散流束）や良好な機械強度、生体適合性、成形性を有する均一の細孔などの魅力的な生体機能特性を有し得る。
【００１７】
本明細書における記載の多くは、組織工学および／または器官置換のための足場としての多孔質ポリマー物品の使用に関連した本発明の例示的な応用を含むが、本発明およびその使用は、そのように限定されるものではなく、濾過プロセスや、浄化プロセス、分離プロセスなどの他の状況においても、本発明が使用され得ることを理解すべきである。
【００１８】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の構造体は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ツール、高精度同時多層コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンおよび／または３次元スキャナを包含する種々のツールを使用して、描画、画像化、および／または走査され得る。例えば、組織工学および／または器官置換のために使用される構造体のためには、罹患体の組織および／または器官のＣＴスキャンを、適切なファイル形式に変換することができ、構造体を生じ得るシステム内に送ることができる。以下でより詳細に記載されるように、種々の手法を使用して構造体を形成することができる。場合によっては、これらの方法によって、構造体の組成物および微小構築物を制御することができる。組織工学および／または器官置換のための構造体を作製するための適切なシステムおよび手法には、３次元プリンティング（例えば、３次元積層）、多光子リソグラフィ、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）またはレーザアブレーション、衝撃粒子造形法（ＢＰＭ）、薄膜積層法、熱溶解積層法（ＦＤＭ）が含まれるが、これらに限定されるものではない。特定の好ましい実施形態において、構造体は、３次元プリンティングによって形成される。組織工学および／または器官置換のための構造体を作製するための他の手法もまた、使用され得る。かかる手法を、適切な物質および／またはステップと組み合わせて、本明細書に記載の多孔質物を作製することができる。
【００１９】
一実施形態においては、３次元プリンティング手法を使用して多孔質物が作製される。３次元プリンティング手法は、Ｅｄｅｎ２６０  Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  Ｔｏｏｌ（ＲＰＴ）などのツールの使用を含んでよい。Ｅｄｅｎ２６０  ＲＰＴは、圧電駆動ノズルを使用して、ポリマー前駆体物質と、必要に応じて犠牲物質との液滴をプリントすることができるポリマー分注システムである。かかるツールを使用して、３次元画像ファイルを処理することが可能であり、画像を多くのレイヤに分割することができる。次いで、各レイヤを相互にそれらの上にプリントすることが可能であり、そしてポリマー前駆体物質の少なくとも一部の重合および／または架橋を行うことが可能である。
【００２０】
３次元構造を形成するためのプロセスの一例は、図１に示される。プロセス６に示されるように、（例えば、細胞成長のための鋳型に）成形すべき構造体前駆体物質１６は、モノマー（例えば、ＵＶ架橋性モノマー）を含む第１の成分８ならびに沈殿し得るモノマー／ポリマーを含む第２の成分１０を含んでよい。第１の成分および／または第２の成分は、溶媒１２（例えば、第３の成分または流体担体）中に溶解され得る。いくつかの実施形態において、第１の成分および第２の成分を溶媒と組み合わせる（例えば、混合する）ステップ１４は、均質溶液を形成することができる。次いで、ステップ１８において、構造体前駆体物質を、細胞成長鋳型前駆体構造体であり得る第１の前駆体構造体２０に成形することができる。前駆体構成物質の成形は、図２Ａおよび２Ｂにて図示したように、３次元プリンティングによって行うことができるか、もしくは別の適切な手法によって行うことができる。例えば、図２Ａおよび２Ｂにおいて例示される実施形態において、構造体前駆体物質（および、所望により犠牲物質）は、液滴毎およびレイヤ毎に分注され得る。ツール４０および４２は、１個以上のノズル４６を使用して、同一または異なる物質の液滴４４を分注することができる。基板ホルダ４８で支持される第１の前駆体構造体２０を形成するために、液滴４４をプリントすることができる。図２Ａに示されるように、第１の前駆体構造体２０は、垂直プリンティングプロセスによって形成することが可能であり；図２Ｂは、第１の前駆体構造体２０の水平プリンティングについて示すものである。必要に応じて、物質の各レイヤを分注した後、表面を滑らかにするためにローラを使用してよい。構造体前駆体物質（例えば、架橋性モノマー）の第１の成分の重合（および／または架橋）は、例えば、ＵＶ放射への、もしくは前記物質の少なくとも一部の重合および／または架橋を引き起こし得る任意の適切な原料への構造体前駆体物質の曝露を含み得る図１のステップ２２において行うことが可能である。このプロセスは、固形構造体または半固形構造体（例えば、自立構造体）の形態をとり得る第２の前駆体構造体２４が形成されるまで繰り返すことが可能である。他の実施形態においては、構造体前駆体物質の一部またはすべてのレイヤを、構造体前駆体物質の少なくとも１種の成分の重合および／または架橋の前に分注してよい。場合によっては、第２の成分は、ＵＶ放射に曝露されると実質的に重合および／または架橋しない。次いで、ステップ２６で前記構造体に沈殿培地を接触させることが可能であり、次いで前駆体溶媒の少なくとも一部を培地中で除去することができる。このプロセスによって、第２の成分を沈殿させ、均一の細孔の網目を含む多孔質構造体２８を形成させることができる。あるいは、いくつかの実施形態において、ステップ２６で第１の前駆体構造体２０に沈殿培地を接触させ、その後、前駆体構造体の成分の重合および／または架橋を行って多孔質構造体２８を形成することができる。多孔質構造体は、鋳型化された細胞成長に適切な形状において形成され得る。
【００２１】
場合によっては、多孔質構造体２８は、開口領域（例えば、細孔および／または空洞）を含むように設計され得る。作製中、開口領域は、犠牲物質で充填され得る。犠牲物質および前駆体物質は、３次元のプリンタのノズルを分離することによって分注され得る。プリンティングの後、犠牲物質は、例えばその物質を溶媒中に溶解することによって除去され得る。通常は、適切な犠牲物質は、構造体前駆体物質を溶解しない溶液中で可溶であるものを含む。場合によっては、犠牲物質は重合性および／または架橋性ではないが、他の場合には、犠牲物質は重合性および／または架橋性である。
【００２２】
次に、転相プロセスのさらなる記述について説明する。本明細書において記載されるように、いくつかの実施形態において、構造体の作製は、構造体前駆体溶液を形成するために、適切な前駆体溶媒中に１種以上の成分（例えば、モノマーおよび／またはポリマーを含み得る第１のポリマー成分および／または第２のポリマー成分）を溶解するステップを含む。特定の一実施形態では、第１の成分および第２の成分は、摂氏２５度および１ａｔｍで混和性である。構造体前駆体溶液は、所望の構造体に成形され得る。例えば、一実施形態においては、構造体前駆体溶液が膜または中空繊維としてキャストされる。別の実施形態において、構造体前駆体溶液は、３次元プリンティングなどの適切な手法によって３次元構造に成形される。必要に応じて、前記構造体の少なくとも１種の成分（例えば、第１のポリマー成分）の重合および／または架橋を、例えば前記成分を紫外線（ＵＶ）放射に曝露させることによって行うことができる。重合および／または架橋は、前記構造体の全体または一部が成形された後に行ってよい。場合によっては、重合および／または架橋は、前記構造体の部分の固化を引き起こす可能性がある。次いで、前記構造体を、前記構造体の少なくとも１種の成分（例えば、第２のポリマー成分）を沈殿させ得る沈殿培地（例えば、「非溶媒」とも呼ばれる液体またはガスの形態の溶媒）中に浸漬させ得る。このプロセスによって、前駆体構造体は、固体ポリマーと前駆体溶媒を含む液体溶媒相とに分離され得る。前駆体溶媒の少なくとも一部を沈殿培地中で除去することが可能であり、それによって、第２のポリマー成分を沈殿させ、均一の細孔の網目を含む多孔質構造体を形成することができる。
【００２３】
所望の構造体の構造および性質に影響を及ぼすパラメータには、沈殿培地の組成、成分濃度、前駆体物質の粘度（それは、今度は前記構造体を成形／形成するために使用される方法に依存する）、前記成分の相対ガラス転移温度および粘度比（または分子量比）（例えば、前駆体物質が２種以上の成分を含む場合）、構造体前駆体物質および／または沈殿培地の温度、（成分、溶媒、および沈殿培地の）成分分子量および溶解度パラメータ、前駆体溶媒の量および種類が含まれる。以下でより詳細に記載されるように、これらの因子を変化させて、例えば、細孔サイズの範囲が広い（例えば、０．０１〜２０ミクロン）構造体や、いくつかの実施形態においては、平均細孔サイズから大きさが約２０％超の偏差があるものが全細孔のわずか約５％に過ぎない構造体が作製され得る。
【００２４】
異なる沈殿方法を使用して、構造体前駆体物質の成分の沈殿を誘発することができる。いくつかの例において、前駆体構造体からの成分の沈殿は、前駆体構造体中の成分の濃度を変化させることによって引き起こされ得る。例えば、一実施形態において、ポリマー成分および前駆体溶媒を含む前駆体構造体または前駆体溶液は、沈殿培地と接触させることができる。前記前駆体溶媒の少なくとも一部は、沈殿培地中に外部に向かって拡散する可能性があり、沈殿培地の少なくとも一部は、構造体または前駆体溶液中に拡散する可能性がある。一定の期間の後、前駆体溶媒および沈殿培地の交換によって、前駆体構造体／溶液が熱力学的に不安定になる可能性がある。その結果、偏析が起こり、ポリマー成分が沈殿して固形の網目を形成する可能性がある。あるいは、場合によっては、沈殿培地は気体（例えば、空気、窒素、酸素、および二酸化炭素）であってよく、前駆体溶媒の蒸発によって、ポリマー成分の沈殿が生じる可能性がある。別の実施形態において、溶媒中に溶解したポリマー成分は、温度変化によって（例えば、冷却されると）凝固し得る。これは、例えば前駆体構造体／溶液の温度をガラス転移温度未満または沈殿するポリマー成分の融点未満に低下させることによって生じる。
【００２５】
構造体前駆体物質の一成分の沈殿速度は、適切な組成物および／または沈殿培地の条件を選択することによって制御され得る。例えば、成分がより速く沈殿させると、沈殿相の分散がより微細なものになることが知られている。沈殿する成分を、前記成分とは溶解度パラメータが非常に異なる沈殿培地に曝露させることによって、沈殿速度が高くなる可能性がある。また、沈殿培地に前記成分を曝露させる長さや両者の間の温度差によって、沈殿速度が変化し得る。したがって、最終的な多孔質構造体の構造的完全性および形態的性質は、かかるパラメータを制御することによって変化することができる。
【００２６】
沈殿培地としての使用に適した物質には、例えば、構造体前駆体物質の少なくとも１種の成分を培地に曝露させると沈殿させ得る液体や気体が含まれる。例えば、ポリスルホンを含む構造体前駆体物質は、適切な沈殿培地として働く水への前記物質の曝露によって沈殿し得る。構造体前駆体物質に適切な沈殿培地は、例えば、前記物質の既知の溶解度の性質を使用して、もしくは簡単な実験によって、沈殿培地中に沈殿すべき成分の溶解度に基づいて選択され得る。例えば、Ｂａｒｔｏｎ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，１９８３に記載される通りの溶解度パラメータ（例えば、ヒルデブラントパラメータ）を使用して、成分相互の溶解度の尤度を決定することができる。通常は、溶解度パラメータの値が異なる化学成分は、相互に可溶ではない。特定の実施形態においては、沈殿培地と反応しないが、曝露されると沈殿する構造体前駆体物質成分が好ましい。したがって、溶解度パラメータの値が異なる構造体前駆体物質成分および沈殿培地を選択することが可能である。当業者はまた、簡単なスクリーニング試験によって、適切な構造体前駆体物質成分および／または沈殿培地を選択することができる。簡単な一スクリーニング試験は、構造体前駆体物質成分と沈殿培地とを混合することと、前記成分が、前記前駆体物質成分と反応するのか、および／または前記前駆体物質成分を沈殿させるのかを決定することとを含む。かかる実験においては、物質の温度や濃度などの変動条件を使用してよい。当業者は、他の簡単な試験を実施することができる。
【００２７】
本発明の構造体を作製するためには、種々の物質を使用することができる。組織工学および／または器官置換のための構造体を形成するために使用される物質は、生体適合性を有してよく、例えば、合成ポリマー、天然ポリマー、無機材料や、ポリマーとの無機材料の複合物を包含する。
【００２８】
上記のように、いくつかの実施形態において、本明細書において記載される構造体は、少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を含む構造体前駆体物質から形成される。第１のポリマー成分および第２のポリマー成分は、例えば、重合および／または架橋され得るモノマー、あるいは任意の適切な手段によってさらに重合および／または架橋され得るポリマーであってよい。場合によっては、第１のポリマー成分は、前記成分分子が相互に浸透し合うように、第２のポリマー成分に（もしくは両ポリマー成分に相溶性のある溶媒中に）溶解され得る。前記構造体前駆体物質は、熱力学的に安定していない可能性があり、このことは、偏析プロセスが前記物質において生じる可能性があることを意味する。安定性を増大させるためには、ポリマー成分の一方または両方の重合、架橋または沈殿が、多くの場合必要である。したがって、一実施形態において、構造体前駆体物質のポリマー成分は、前記成分の少なくとも一部が沈殿培地と接触すると沈殿するように、前駆体溶媒中に実質的に可溶であるが、沈殿培地中に実質的に不溶である。別の実施形態において、構造体前駆体のポリマー成分は、ＵＶ放射、熱および／または架橋剤への曝露などの適切な手法によって、重合および／または架橋され得る。さらに別の実施形態において、ポリマー成分（および／または前駆体溶媒）は、例えば、前記成分の既知の溶解度の性質を使用して、もしくは簡単な実験によって、少なくとも部分的に、相互のそれらの溶解度に基づいて選択される。例えば、Ｂａｒｔｏｎ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，１９８３に記載されているように、溶解度パラメータ（例えば、ヒルデブラントパラメータ）を使用して、成分相互の溶解度の尤度を決定することができる。通常、溶解度パラメータの値がほとんど同じの化学成分は、相互に可溶である。また、当業者は、例えば、成分と溶媒との間の反応度の尤度によって、および／または簡単なスクリーニング試験によって、適切なポリマーおよび／または溶媒を選択することができる。簡単な一スクリーニング試験は、前記ポリマー成分を、共に、必要に応じて前駆体溶媒と混合することと、前記成分が、相互に反応するのか、および／または均質溶液を形成するのかを決定することとを含む。特定の実施形態においては、摂氏２５度および１ａｔｍで混和性の（例えば、均質の）溶液を形成する非反応性成分が好ましい。当業者は、他の簡単な試験を実施することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、ポリマー成分は、１種以上の光硬化性（例えば、架橋性）ポリマー（またはモノマー）を含む。例えば、光硬化性ポリマーには、紫外線硬化性ポリマーや可視光硬化性ポリマーを挙げることができる。特定の物質には、光硬化性アクリルモノマー、アクリルポリマー、ＵＶ硬化性モノマー、熱硬化性モノマー、融解ポリマーおよび／またはオリゴマー溶液などのポリマー溶液、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、光架橋末端基で終結するポリエチレンオキシド前駆体、１種以上のポリイミド、かかるポリマーのモノマーが含まれる。場合によっては、アクリレート系フォトポリマーは、増感色素、アミン光重合開始剤、多官能アクリレートモノマーなどの１種以上の成分を含む。例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレート（ＰＥＴＩＡ）は、ポリマー網目の主鎖を形成することが可能であり、Ｎ‐メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）は、光重合開始剤として使用可能であり、およびエオシンＹ（２‐，４‐，５‐，７‐テトラブロモフルオレセインのジナトリウム塩）は、増感色素として使用され得る。この系は、特に４５０〜５５０ｎｍのスペクトル領域内で感光性があり、例えば、１０２８ｎｍのレーザーを含む２光子リソグラフィで使用され得る。別の例においては、ＯＲＭＯＣＥＲ（登録商標）（Ｍｉｃｒｏ  Ｒｅｓｉｓｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）などの有機無機ハイブリッドを使用して、本明細書に記載の構造体を作製することができる。この物質は、可視・近赤外波長域で高透明度を示すことができ、架橋性の高い有機網目を含むことができ、高光学的特性と高機械的安定性および高熱安定性とにつながる可能性のある無機成分を組み込むことができ、そして細胞および／または細胞成分の特定の種類について生体適合性を有することができる。さらに別の例においては、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレートエステルやアルコキシル化三官能性アクリレートエステルなどのアクリレートポリマーおよびエポキシポリマーを使用して、構造体を形成することができる。
【００３０】
構造体前駆体物質はさらに、重合および／または架橋のための１種以上の光重合開始剤および／または架橋剤を含んでよい。さらに、構造体前駆体物質は、物質の粘度を低下させるために、および例えば３次元プリンタなどのイジェクト機構における応用に適切なものとするために、１種以上の溶媒中に必要に応じて希釈され得る。
【００３１】
特定の実施形態においては、生体適合性および水溶性をも有する光重合性物質を使用して、組織工学および／または器官置換のための構造体を形成することができる。非限定的な例には、生物学的に相溶性の条件下で、すなわち、トリエタノールアミンや、Ｎ‐ビニルピロリドン、エオシンＹなどの開始剤を使用して、アルゴンレーザにより光重合され得るポリエチレングリコールテトラアクリレートがある。加水分解性オリゴマー（例えば、オリゴ（ｄ，ｌ‐乳酸）やオリゴ（グリコール酸））で伸長され、かつアクリレート基で終結するポリ（エチレングリコール）中央ブロックを有する同様の光重合性ユニットが、使用され得る。例えば熱および／または化学架橋剤に曝露されると重合または架橋する他の重合性ポリマーおよび／または架橋性ポリマーもまた、使用され得る。
【００３２】
本明細書に記載の構造体を形成するために使用され得るポリマー成分のさらなる例には、ポリビニルアルコール、ポリビニルブトリル、ポリビニルピリジル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、エチレン‐プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ＥＰＲ、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、エチレンビスアクリルアミド（ＥＢＡ）、アクリレート（例えば、アルキルアクリレート、グリコールアクリレート、ポリグリコールアクリレート、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ））、水素化ニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、天然ゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、特定のフルオロポリマー、シリコーンゴム、ポリイソプレン、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、クロロスルホニルゴム、フッ化ポリ（アリーレンエーテル）（ＦＰＡＥ）、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ジエポキシド、ジイソシアネート、ジイソチオシアネート、ホルムアルデヒド樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエーテル、ポリグリコールビニルエーテル、ポリグリコールジビニルエーテル、ポリ酸無水物、ポリオルトエステル、ポリホスファゼン、ポリブチレン、ポリカプロラクトン、ポリカーボネート、タンパク質ポリマー（例えば、アルブミン、コラーゲン、多糖類）、そのコポリマー、かかるポリマーのモノマーが含まれるが、これらに限定されるものではない。特定の実施形態において、ポリマー成分は、３次元プリンティング手法との適合性に基づいて選択される。
【００３３】
特定の一実施形態において、構造体前駆体物質は、Ｏｂｊｅｔ  Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．から入手可能なＯｂｊｅｔ  ＦｕｌｌＣｕｒｅ（登録商標）３Ｄプリンティング構成物質を含むＵＶ硬化性アクリルモノマーを含む。構成物質を含む構造体前駆体物質をＵＶ放射に曝露させると、アクリルモノマーの少なくとも一部が重合および／または架橋して、固形または半固形の前駆体構造体を形成することができる。本実施形態において、構造体前駆体物質は、さらに重合のための光重合開始剤を含むことが可能であり、そしてＵＶ硬化性モノマーの粘度を低下させるために、および例えば３次元プリンタなどのイジェクト機構における応用に適切なものとするために、アルコール（例えば、イソプロピルアルコール、エタノールおよび／またはメタノール）や他の任意の適切な溶媒などの１種以上の溶媒中に希釈され得る。
【００３４】
場合によっては、ポリマー前駆体物質は、沈殿培地に曝露されると沈殿し得るポリマーを含む。特定の一実施形態においては、ポリマー成分はポリスルホンである。ポリスルホンには、例えば、ポリエーテルスルホン、ポリアリールスルホン（例えば、ポリフェニルスルホン）、ポリアルキルスルホン、ポリアラルキルスルホンなどが含まれる。
【００３５】
構造体前駆体成分として使用され得る沈殿培地に曝露されると沈殿し得る他のポリマーには、ポリアミン（例えば、ポリ（エチレンイミン）やポリプロピレンイミン（ＰＰＩ））；ポリアミド（例えば、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（ε‐カプロラクタム）（ナイロン６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（ナイロン６６））、ポリイミド（例えば、ポリイミド、ポリニトリル、ポリ（ピロメリトイミド‐１，４‐ジフェニルエーテル）（カプトン））；ビニルポリマー（例えば、ポリアクリルアミド、ポリ（２‐ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ‐ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（ブチルシアノアクリレート）、ポリ（イソブチルシアノアクリレート）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルクロライド）、ポリ（ビニルフルオライド）、ポリ（２‐ビニルピリジン）、ビニルポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ（イソヘキシルシアノアクリレート））；ポリアセタール；ポリオレフィン（例えば、ポリ（ブテン‐１）、ポリ（ｎ‐ペンテン‐２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン）；ポリエステル（例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート）；ポリエーテル（ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ））；ビニリデンポリマー（例えば、ポリイソブチレン、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（メチルメタアクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ビニリデンクロライド）、ポリ（ビニリデンフルオライド））；ポリアラミド（例えば、ポリ（イミノ‐１，３‐フェニレンイミノイソフタロイル）およびポリ（イミノ‐１，４‐フェニレンイミノテレフタロイル））；ポリヘテロ芳香族化合物（例えば、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＴ））；ポリヘテロ環化合物（例えば、ポリピロール）；ポリウレタン；フェノール系ポリマー（例えば、フェノールホルムアルデヒド）；ポリアルキン（例えば、ポリアセチレン）；ポリジエン（例えば、１，２‐ポリブタジエン、シスまたはトランス‐１，４‐ポリブタジエン）；ポリシロキサン（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（ジエチルシロキサン）（ＰＤＥＳ）、ポリジフェニルシロキサン（ＰＤＰＳ）、ポリメチルフェニルシロキサン（ＰＭＰＳ））；無機ポリマー（例えば、ポリホスファゼン、ポリホスホナート、ポリシラン、ポリシラザン）；かかるポリマーのモノマー、ならびに本明細書に記載の他のポリマーやモノマーが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００３６】
本明細書に記載の構造体は、疎水性または親水性であり得る。疎水性構造体は疎水性ポリマーから形成され得るが、その疎水性ポリマーには、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（テトラフルオロエチレン）が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの場合においては、例えば表面修飾よって、疎水性構造体の少なくとも一部を親水性にすることができる。本明細書に記載のように、親水性ポリマーもまた使用され得る。
【００３７】
ポリマー成分は、（例えば、加水分解や酵素的切断を介して）非生分解性または生分解性であり得る。いくつかの実施形態においては、生分解性のポリエステル類（例えば、ポリラクチド、ポリグリコリド、他のα‐ヒドロキシ酸）を使用して、構造体を形成することができる。例えばラクチド／グリコリドコポリマーにおいては、モノマー比を変化させることによって、ポリマーの物性および分解時間を変化させることができる。例えば、ポリ‐Ｌ‐乳酸（ＰＬＬＡ）およびポリグリコール酸（ＰＧＡ）は、高い結晶化度を示し、かつ分解が比較的遅いが、一方でＰＬＬＡとＰＧＡのコポリマー（ＰＬＧＡ）は、非晶質で、かつ速やかに分解される。
【００３８】
いくつかの場合においては、融解温度が低い生体適合性ポリマーが望まれる。非限定的な例には、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）４００（融解温度＝４〜８０℃）、ＰＥＧ６００（融解温度＝２０〜２５℃）、ＰＥＧ１５００（融解温度＝４４〜４８０℃）、ステアリン酸（融解温度＝７０℃）が含まれる。
【００３９】
いくつかの実施形態において、ポリマー前駆体物質は、非ポリマー物質を含むことができる。かかる物質の非限定的な例には、有機物質および無機物質（例えば、セラミック、ガラス、ヒドロキシアパタイト、炭酸カルシウム、緩衝剤、ならびに接着剤または結合剤の塗布によって凝固し得る薬物送達担体（例えばゲル）が含まれる。
【００４０】
特定の実施形態においては、構造体前駆体物質に添加剤を添加することができる。添加剤は、例えば、構造体が形成される物質の物性（例えば、強度）および／または化学的性質（例えば、親水性／疎水性）を増大させ得る。添加剤は、構造体前駆体物質中に分散させることが可能であり、および／または構造体の特定の領域内に含ませることができる。ある場合においては、３次元作製プロセスによって構造体を形成する間に添加剤を含ませることが可能であり、他の場合においては、構造体の全体的な形状が形成された後に添加剤を構造体中に含ませることができる。また、添加剤は、吸着によって、もしくはポリマーの表面上に添加剤を化学的に反応させることによって、すなわち構造体上に添加剤をコートするか、またはプリントすることによって、構造体中および／または構造体上へ含ませることができる。添加剤の非限定的な例には、生物活性剤（例えば、治療剤、タンパク質およびペプチド、核酸、多糖類、核酸、脂質など（抗炎症化合物、抗菌薬化合物、抗癌化合物、抗ウイルス剤、ホルモン、抗酸化剤、チャネル遮断薬、ワクチンなど））、界面活性剤、イメージング剤、粒子が含まれる。所望により、添加剤は、噴霧乾燥、噴霧、粉砕または他の標準的手法を使用して粒子に処理され得る。場合により、添加剤は、構造体の物質中に含ませることが可能な乳剤、マイクロ粒子、またはナノ粒子、リポソームまたは他の粒子中に形成され得る。いくつかの実施形態において、組織工学および／または器官置換のための複合構造体は、無機成分と有機成分とを組み合わせることによって形成され得る。添加剤を含ませる粒子の大きさは様々であり得、例えば、粒子の断面寸法は、１ｍｍ未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、３０ミクロン未満、１０ミクロン未満、５ミクロン未満、１ミクロン未満、１００ナノメートル未満、または１０ナノメートル未満であってよい。
【００４１】
場合により、構造体がその使用環境中にある（例えば、哺乳類の身体に移植されている）場合、構造体の部分から添加剤を放出することが望ましい。添加剤の放出には、構造体を形成するポリマーの加水分解および／または分解が含まれ得る。いくつかの例において、添加剤の放出速度は、ポリマーの分解速度によって決定され得る。添加剤の放出速度は、分解速度が構造体の一定部分によって変化するように、ポリマー中への添加剤の分散によって、および／またはポリマー微小構造体（例えば、ポリマーの密度）の変化によって、制御することが可能である。
【００４２】
本明細書に記載の構造体前駆体物質は、３次元作製手法に適合させるために、任意の適切な粘度を有することができる。いくつかの実施形態において、前駆体構造体物質の粘度は、１〜１，０００センチポアズ（ｃｐｓ）、１，０００〜２，０００ｃｐｓ、２，０００〜５，０００ｃｐｓ、５，０００〜１０，０００ｃｐｓ、１０，０００〜１５，０００ｃｐｓ、１５，０００〜２０，０００ｃｐｓ、２０，０００〜２５，０００ｃｐｓ、２５，０００〜３０，０００ｃｐｓ、３０，０００〜３５，０００ｃｐｓ、３５，０００〜４０，０００ｃｐｓ、４０，０００〜４５，０００ｃｐｓ、または４５，０００〜５０，０００ｃｐｓである。特定の実施形態において、前駆体構造体物質の粘度は、１０，０００ｃｐｓ超、２０，０００ｃｐｓ超、３０，０００ｃｐｓ超、４０，０００ｃｐｓ超、５０，０００ｃｐｓ超、または６０，０００ｃｐｓ超である。構造体前駆体物質の粘度は、種々の手段（例えば、前記物質に希釈剤を添加すること、および／または前記物質の温度を増加させること）によって低下し得る。前記物質の粘度は、種々の手段（例えば、充填剤（例えば、粒子）または粘性流体を前記物質に添加すること、および／または前記物質の温度を低下させること）によって上昇し得る。
【００４３】
本明細書に記載の構造体前駆体物質の成分は、任意の適切な分子量を有することができる。場合により、成分の分子量は、１０〜１００グラム／モル、１００〜１，０００グラム／モル、１，０００〜５，０００グラム／モル、５，０００〜１０，０００グラム／モル、１０，０００〜１５，０００グラム／モル、１５，０００〜２０，０００グラム／モル、２０，０００〜２５，０００グラム／モル、２５，０００〜３０，０００グラム／モル、３０，０００〜３５，０００グラム／モル、３５，０００〜４０，０００グラム／モル、４０，０００〜４５，０００グラム／モル、または４５，０００〜５０，０００グラム／モルである。分子量が５０，０００グラム／モル超の成分もまた使用され得る。
【００４４】
本明細書に記載の構造体前駆体物質には、重合性／架橋性で且つ沈殿する成分の任意の適切な分子量比を使用することができる。例えば、第２の沈殿する成分に対する第１の重合性および／または架橋性の成分の分子量比は、０．０１：１以上、０．０５：１以上、０．１：１以上、０．２：１以上、０．４：１以上、０．６：１以上、０．８：１以上、１：１以上、１．２：１以上、１．５：１以上、２：１以上、３：１以上、５：１以上、１０：１以上、または２０：１以上である。
【００４５】
本明細書において記載されるように、いくつかの実施形態において、構造体前駆体物質は、第１の成分と第２の成分との特定の重量比を有するように設計される。第１の成分は、重合および／または架橋され得る物質であってよく、そして第２の成分は、沈殿培地に曝露されると沈殿し得る物質であってよい。２つの成分の比によって、最終的な多孔質構造体の物性（例えば、硬度）が変化し得る。さらに、場合によっては、最終的な多孔質構造体の細孔サイズは、成分の比を変化させることによって変化し得る。例えば、いくつかの実施形態においては、ＦｕｌｌＣｕｒｅ（登録商標）重合性／架橋性成分よりも高い濃度のポリスルホン沈殿成分を含む構造体前駆体物質によって、細孔サイズは小さくなる。したがって、構造体前駆体物質中の重合性／架橋性成分に対する沈殿成分の重量比は、最終的な多孔質構造体における所望の細孔サイズに応じて変化し得、例えば、０．２：１以上、０．４：１以上、０．６：１以上、０．８：１以上、１：１以上、１．２：１以上、１．５：１以上、２：１以上、３：１以上、５：１以上、８：１以上、１０：１以上、１５：１以上、または２０：１以上であり得る。
【００４６】
構造体の「細孔サイズ」とは、細孔の外周の周囲の２点を結び、かつ細孔の開口部の幾何中心を通る構造体の表面と平行な最短の線の長さ（例えば、断面寸法）をいう。細孔サイズは、以下でより詳細に記載されるように、可視光顕微鏡や、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、濾過法などの手法を使用して決定され得る。
【００４７】
細孔の断面形状（円形、楕円形、三角形、不均整、正方形または長方形など）、数および寸法は、特定の用途に合うように変化させ得る。特定の一実施形態において、細孔は、本質的に円形の断面を有する。場合により、細孔の最小径は、構造体が曝露され得る種の最小の断面寸法よりも小さくてよい。これらの細孔によって、種が細孔を超えて、例えば、多孔質構造体の第１の面から第２の面に通過することが防止できる。他の場合において、細孔サイズは、構造体が曝露され得る種よりもかなり大きくなるように選択され得る。さらに、いくつかの例においては、細孔の空間分布が制御され得る。
【００４８】
構造体前駆体物質からの成分の除去による細孔の作製に関する上記の方法に加えて、構造体中に細孔を作製する他の方法もまた、使用され得る。いくつかの実施形態においては、構造体中に多孔性を導入するための２種以上の手法を使用することができる。例えば、多孔性は、例えば転相や、溶液流延、乳液流延、ポリマー混合などの方法によって構造体中に誘発させ得る。例えば、細孔は、構造体を作製するために使用される３次元作製手法によって、直接作製され得る。例えば、穴または細孔のアレイを走査画像上に描画して、撮像された組織または器官の多孔質骨格を形成することができる。換言すれば、細孔は、構造体を形成するために使用されたのと同じ作製手法を使用して作製され得る。場合により、細孔は、オフセットで設計およびプリントされ得る。追加的におよび／または代替的には、所望により、多孔質物質は、構造体の表面をコートするために使用され得る。多孔質物質は、例えば、特定の溶媒において異なる溶解度を有する２種以上の成分を含んでよい。例えば、第１の成分は、前記構造体が形成されるポリマーを含んでよく、第２の成分は粒子を含んでよく、その粒子は、前記ポリマーに可溶ではないが、前記粒子を溶解する溶媒中に、後に溶解され得る。前記構造体は、前記構造体が多孔質物質でコートされた後、例えば多孔質物質から第２の成分を浸出するために、第２の成分を溶解する溶媒中に浸漬され得る。
【００４９】
したがって、本明細書に記載の構造体は、広範囲にわたる細孔サイズを有する細孔を含むことができる。構造体の細孔は、大きさが均一であってよく、もしくは所望により、大きさが変化してよい。いくつかの実施形態において、本明細書に記載の構造体は、例えば、平均細孔サイズから大きさが約２０％超の偏差、場合によってはわずか約１０％の偏差、他の場合にはわずか約５％の偏差があるものは、全細孔のわずか約５％に過ぎなくなるように、比較的均一な細孔サイズ分布を有するように構成される。構造体の細孔サイズは、１ｍｍ以下、１００ミクロン以下、５０ミクロン以下、４０ミクロン以下、３０ミクロン以下、１０ミクロン以下、５ミクロン以下、１ミクロン以下、または１００ナノメートル以下であってよい。２種以上の細孔サイズを含む実施形態においては、上記のものなどの細孔サイズの組み合わせが構造体中に含まれ得る。
【００５０】
本明細書に記載のように、本明細書に記載の特定の多孔質構造体は、シャープな分子量カットオフ（ＭＷＣＯ）を有することができる。例えば、構造体の細孔の内の少なくとも９５％のＭＷＣＯは、５ｋＤ以下、１０ｋＤ以下、１５ｋＤ以下、２０ｋＤ以下、２５ｋＤ以下、３０ｋＤ以下、４０ｋＤ以下、４５ｋＤ以下、５０ｋＤ以下、５５ｋＤ以下、６０ｋＤ以下、６５ｋＤ以下、７０ｋＤ以下、７５ｋＤ以下、８０ｋＤ以下、または１００ｋＤ以下であってよい。
【００５１】
本明細書に記載の特定の多孔質構造体は、種々の大きさの成分を含まなくてもよい。例えば、構造体の細孔の少なくとも９５％は、１ｍｍ以上、１００ミクロン以上、５０ミクロン以上、４０ミクロン以上、３０ミクロン以上、１０ミクロン以上、５ミクロン以上、１ミクロン以上、または１００ｎｍ以上の大きさを有する成分を含まなくてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態において、多孔質ポリマー構造体は、バイオハイブリッド器官の足場としての使用に適切な固有特性を有してｉｎ‐ｓｉｔｕで調製され得る。場合により、構造体前駆体物質は、フラットシート分離膜および／または中空繊維としてキャストされ得る。前記物質は、限外濾過から精密濾過の範囲の透過性を有することができる。これらの性質によって、前記膜は、分子量が異なる物質を分離することができる。特定の実施形態において、前記膜は、さらなる処理を行うことなく（例えば、膜表面のさらなる修飾を行うことなく）生理活性膜として働き得るものであって、例えば、前記膜は、細胞外マトリックス（ＥＣＭ）表面コーティングなしに良好な生体適合性と細胞接着とを示すことができる。
【００５３】
特定の実施形態において、平膜や中空繊維などの構造体は、ポリスルホン（ＰＳ、沈殿成分）およびＦｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）７００モノマー（ＦＣ、架橋性成分）を使用して作製され得る。前記膜および／または中空繊維は、例えば５〜１００ｋＤａの制御可能なＭＷＣＯで調製され得、それによって、特定のイオン、栄養素、老廃物、タンパク質結合毒素などの輸送が可能になる。前記構造体は、乾湿表面化学によって官能化および修飾され得る。場合により、生物特異性リガンドは、表面に共有結合または吸着して、構造体の一方の面の腎臓上皮細胞の付着および機能を支持し、かつ構造体の血液接触面の良好な血液適合性を達成することができる。両性質を１つの構造中に組み合わせることができない場合、置換は、中空繊維用の特定の繊維中の繊維の設計を応用することによって達成され得る。
【００５４】
図３は、膜の形成において多孔質構造体を作製するためのプロセスの例を示す。図３に例示される実施形態に示すように、溶媒（例えば、ジメチルアセトアミド）を含む第１の成分５４（例えば、ポリエーテルスルホンの溶液）および第２の成分５６（例えば、Ｆｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）７００モノマー）を混合して、構造体前駆体物質を形成することができる。構造体前駆体物質６０は、膜厚を制御する１個以上のスペーサー６４によって分離される２枚のガラスプレート６２の間に注入するおよび挟むことが可能である。次いで、矢印６６で示されるように、全会合体は、構造体前駆体物質の１つの成分（例えば、Ｆｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）７００）の重合および／または架橋を引き起こし得るＵＶ放射に供される。構造体前駆体物質は、会合体から除去され得、次いで転相プロセス７０に供され、それによって構造体前駆体物質が沈殿培地７２（例えば、水）中に配置され、構造体前駆体物質（例えば、ポリエーテルスルホン）の１つの成分の沈殿、および／または物質（例えば、溶媒）の成分の除去が可能になり、多孔質構造体７４が生成する。前記膜は、透過性が高く、魅力的な生体機能特性（例えば、シャープなＭＷＣＯ）を有することが可能であり、高い濾過流束および拡散流束を有することができ、良好な機械強度、生体適合性および成形性を有し得る。かかる構造体は、例えば、廃水処理および／または浄化を含む応用に使用され得る。
【００５５】
場合によっては、膜の細孔サイズおよび／またはＭＷＣＯは、図４に示すように、濾過機構によって測定され得る。図４の実施形態において図示されるように、リザーバ８０は、供給溶液を下層コンパートメント８６から上層コンパートメント８８に多孔質膜９０を通してポンピングすることができる。透過水は、上層コンパートメント内に回収され得る。溶液のポンピングおよび圧力は、それぞれポンピングシステム８２および圧力システム８４によって制御され得る。かかるシステムを使用して、膜を通した溶液の流束は、定常流動下で測定され得る。実施例においてさらに詳細に記載されるように、既知の分子量（および／または大きさ）の溶質を含有する異なる溶液が通過することよって、膜を通した流束が変化し、そして異なる濃度の供給溶液と透過水溶液とを使用して、膜の細孔サイズおよび／または膜分子量カットオフが決定され得る。
【００５６】
いくつかの実施形態において、本発明の物品は、組織工学および／または器官置換のための生体適合性構造体として使用され得る。かかる構造体は、例えば３次元作製手法によって形成され得る。いくつかの実施形態において、生体適合性構造体は、組織工学鋳型として、および／または人工器官として、使用され得る細胞用足場である。構造体は、３次元のものであってよく、組織および器官の微小構築物および多孔性など、組織および／または器官の形状および寸法を模倣することができる。例えば、本発明の特定の実施形態は、小さな細孔サイズ、小さな空洞、および／または薄壁を有する構造体など、非常に小さな形体（例えば、２０ミクロン未満）を備えるように作製され得る。これらの形体は、特に中空器官および上皮性器官を含む構造体に適切である。場合により、３次元作製によって形成される構造体は、空洞を画定する壁と、前記壁の少なくとも一部の中の複数の細孔とを含む。細孔は、前記壁に（少なくとも、壁の選択部分に、または壁の全体にわたって）広がってよく、空洞の内側の部分と空洞の外側の部分との間の成分（例えば、分子および／または細胞）の交換を可能にする。例えば、細孔は、構造体とその被移植体環境との間の分子の送達、細胞移動、および／または結合組織の生成を可能にし得る。好都合には、均一な大きさの細孔を含む構造体は、本明細書に記載の方法によって作製され得る。例えば、細孔は、２０ミクロン以下の平均細孔サイズを有することが可能であり、前記複数の細孔の平均細孔サイズからサイズが約２０％超の偏差があるものは、全細孔のわずか約５％に過ぎない。本発明の構造体は、哺乳類に移植され得るか、あるいは、代替的におよび／または追加的には、バイオ人工補助装置としてｅｘ  ｖｉｖｏで使用され得る。
【００５７】
場合により、構造体は、下部構造体を含むように作製され得る。例えば、大血管は、大血管中に小血管を含むように作製され得る。また、下部構造の表面を修飾すること、すなわち上記の方法で修飾することが可能である。例えば、一実施形態においては、大血管の壁を第１の増殖因子で修飾して、大血管の壁の１型細胞の成長を誘導することが可能であり、かつ小血管の壁を第２の増殖因子で修飾して、小血管の壁の２型細胞の成長を誘導することが可能である。下部構造体は、下部構造の内部の空洞部分と下部構造の外部の部分との間、すなわち、下部構造の空洞部分とより大きな構造体の空洞部分との間の成分の交換を可能にする細孔を含んでよい。
【００５８】
多種多様な人工組織および器官は、本明細書に記載の方法を使用して、３次元構造体として作製され得る。いくつかの実施形態において、前記構造体は、組織工学および／または器官置換への応用が可能な細胞成長用鋳型として使用され得る。ｉｎ  ｖｉｖｏで使用される構造体のために、細胞および／または組織は、構造体の移植前に構造体上で成長させ得るか、あるいは、前記構造体は、身体の細胞が天然に構造体に浸透している哺乳類の系に直接据えることが可能である。
【００５９】
いくつかの特定の実施形態において、構造体は、空洞部分を含む器官の形で形成され得る。例えば、空洞部分を含む構造体は、以下でより詳細に記載されるように、血管、肺、肝臓、腎臓、膵臓、腸管、膀胱、尿管など、中空器官および／または上皮性器官を含んでよい。本明細書で使用される構造体の空洞とは、構造体の壁によって画定された、実質的に閉鎖された空間を意味するものであって、その中において、平面が据えられて空洞の中の少なくとも１点と交差し得、かつ構造体が、前記平面と交差する場合に完全にその点を囲むものである。前記空洞は、閉鎖されていても、閉鎖されていなくてもよい。例えば、一実施形態において、空洞は、血管の管の中の内部空間によって画定され得る。別の実施形態において、空洞は、膀胱の中の中空空間によって画定され得る。したがって、空洞は、種々の形状および大きさを有することができる。空洞内の空間は、内部空洞部分と呼ばれ、空洞の外側は、空洞の外側の部分と呼ばれる。空洞は、液、空気または他の成分で充填され得る。場合によっては、空洞は、細胞または組織の１つ以上の層に沿って列をなすことができる。細胞または組織の層は、例えば、組織または器官の膜または壁を形成し得る。場合によっては、以下でより詳細に記載されるように、空洞の列は、空洞の内側の部分と空洞の外側の部分との間の成分の交換を可能にする細孔を含むことができる。
【００６０】
構造体の空洞は、体積が変化し得、そしていくつかの例において、構造体が模倣する組織または器官に左右され得る。空洞の体積は、閉鎖構造体のその部分の内部として体積が測定される場合、例えば、１Ｌ未満、５００ｍＬ未満、１００ｍＬ未満、１０ｍＬ未満、１ｍＬ未満、１００マイクロリットル未満、１０マイクロリットル未満、１マイクロリットル未満、１００ナノリットル未満、または１０ナノリットル未満であり得る。
【００６１】
空洞部分を画定する構造体の壁は、厚みが変化し得、そしてまた、構造体が模倣する組織または器官に左右され得る。場合によっては、厚い壁（例えば、厚さ５００ミクロン超）は、例えば、空洞の内部の部分と空洞の外部の部分との間の成分の交換が緩慢または比較的少量であることを必要とし得る特定の構造体（例えば、膀胱）に適切であり得る。薄い壁（例えば、厚さ５０ミクロン未満）は、例えば、空洞の内部の部分と空洞の外部の部分との間の成分の交換が迅速であることを必要とし得るいくつかの構造体（例えば、肺胞）に適用可能であり得る。特定の実施形態において、構造体の壁は、厚さ１ｍｍ未満、厚さ５００ミクロン未満、厚さ２００ミクロン未満、厚さ１００ミクロン未満、厚さ５０ミクロン未満、厚さ３０ミクロン未満、厚さ１０ミクロン未満、厚さ５ミクロン未満、または厚さ１ミクロン未満であってよい。
【００６２】
場合によっては、空洞は、特定の間隔の内径によって画定され得る。本明細書で使用される「内径」は、空洞の１つの表面または複数の表面の任意の対向する２点間の間隔を意味する。例えば、血管の内径は、血管の内壁の対向する２点間の間隔によって定義され得る。内径を使用して、非球状および非管状の空洞について記載することができる。空洞は、例えば、１０ｃｍ未満、１ｃｍ未満、１ｍｍ未満、５００ミクロン未満、２００ミクロン未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、３０ミクロン未満、１０ミクロン未満、５ミクロン未満、または１ミクロン未満の内径を有することができる。
【００６３】
いくつかの実施形態において、構造体は、２つ以上の部分を有する空洞を含むことが可能であり、例えば、第１および第２の空洞部分は、相互に連結することが可能であり、それによって、物質が空洞部分の間を自由に通ることが可能になる。追加的にまたは代替的には、構造体は、２つ以上の空洞を含むことができる（例えば、空洞が相互に連結しない場合）。例えば、一実施形態において、構造体の空洞は、少なくとも第１および第２の部分（第１の内径によって定義される空洞の第１の部分および第２の内径によって定義される第２の部分）を含むことが可能である。別の実施形態において、構造体は、第１の内径を有する第１の空洞と、第２の内径を有する第２の空洞とを含むことができる。第２の空洞は、例えば下部構造の空洞によって画定され得る。上記の場合、第１および第２の内径は異なってよく、例えば、第２の内径に対する第１の内径の比は、１：１超、２：１超、５：１超、１０：１超、２０：１超、５０：１超、１００：１超、２００：１超、または５００：１超であり得る。特定の血管などのいくつかの構造体は、第２の空洞部分と同じ内径を有する第１の空洞部分を有することが可能であり、すなわち、第１および第２の部分の内径の比は、１：１であり得る。かかる構造体のさらなる例については、以下でより詳細に記載される。
【００６４】
身体の模倣組織および／または器官において、異なる種類の細胞は、組織または器官の複合機能の原因となる高度な微小構築物における構造体の近くに配置され得る。したがって、組織または器官の天然の条件に密接な関連がある寸法および配置を有する微小構造体が形成され得る。構造体の設計と構造体中の細胞の配置とによって、関連した細胞の間（例えば、構造体において培養された細胞と被移植体環境の細胞との間）の機能的相互作用が可能にされ得る。また、哺乳類の系内に移植される際、これらの要因によって、適切な被移植体応答（例えば、血液凝固の欠如、細菌コロニー形成に対する抵抗、正常な治癒）が可能になる。
【００６５】
以下でより詳細に記載されるように、本発明らは、組織工学および器官置換のための構造体、特に中空器官および上皮性器官を含む構造体を作製する際に、形状、大きさ、機械的性質および生物応答に対処することの重要性を認識した。
【００６６】
本発明の一態様において、目的の組織および器官には、循環系のものが含まれる。循環系には、心臓（冠循環）、血管系（体循環）および肺（肺循環）が含まれる。循環系は、酸素、栄養素分子およびホルモンを身体に送達する機能、および身体の部分から二酸化炭素、アンモニアおよび他の代謝廃棄物を除去する機能を果たす。
【００６７】
冠循環とは、心臓の組織を介した血液の移動をいう。いくつかの場合においては、心臓の部分は罹患状態になる。例えば、心臓組織は、通常の食品および／または酸素の供給を受けなくてもよく、心臓弁などの心臓を形成する特定の構造体は、通常は作動していなくてもよい。後者の場合においては、心臓弁が適切に機能する際、弁の組織弁（弁尖または心臓弁膜尖とも呼ばれる）が完全に開閉する。弁が十分に開かず、または十分な血流が生じない場合、心臓弁の適切な機能が停止する可能性があり、この症状は、狭窄と呼ばれる。弁が適切に閉じない場合、血液があるべきでない場所内に漏出する可能性があり、この症状は、閉鎖不全症または逆流と呼ばれる。これらの例において、心臓弁は、置換が必要なものであってよい。一実施形態において、本明細書に記載の方法は、血液凝固を予防することが知られている添加剤の膜でコートされた心臓弁（例えば、三尖弁、肺動脈弁、僧帽弁および／または大動脈弁）を作製するために使用され得る。別の実施形態において、人工弁は、心内膜炎（心臓の内膜または弁の感染症）を予防し得る抗菌薬などの添加剤を組み込むことができる。場合により、人工弁は、添加剤（例えば、前述のもの）の組み合わせを含むことができる。前記心臓弁は、罹患した心臓弁を置換するためにｉｎ  ｖｉｖｏで使用され得、および／または細胞播種のための足場鋳型としてｉｎ  ｖｉｔｒｏで使用され得る。
【００６８】
別の実施形態においては、３次元作製手法を使用して、動脈、静脈、毛細血管、リンパ管などの血管系の構造体を形成することができる。血管系は、循環系の内部の身体の周りを移動する血液を保持する。動脈は、酸素が充満した血液を、心臓から身体のすべての部分に移動させる。動脈は、心臓から離れるにつれて、より小さくなる。最終的に、動脈は毛細血管（最も小さい血管）に変わり、組織に行きつく。ここで、毛細血管内の血液は、細胞に酸素を与え、そして細胞から廃ガス（二酸化炭素）を回収する。毛細血管は細静脈（身体内で最も小さい静脈）につながり、そして静脈は、心臓の方へ血液を戻すために、より大きなものとなる。毛細血管は、血液と周辺組織との間の交換を行う場所である。成分は、例えば、毛細血管が列をなす細胞の中または間を通ることによって、毛細血管の中および外へと超えることができる。
【００６９】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体は、血管系の種々の構造体を模倣するように設計され得る。いくつかの実施形態において、構造体は、血管構造体の制御された内方成長を誘発するための鋳型として、または完全な人工血管置換物としての役割を果たし得る。かかる構造体は、ｉｎ  ｖｉｖｏにおける血管の誘導に使用され得る。
【００７０】
本明細書に記載の構造体は、内部空洞部分および空洞の外部の部分を含む管の形に形成され得る。構造体は、開閉可能な第１の末端部分と第２末端部分とを有する。場合によっては、前記末端部分は、構造体を罹患体の管路に接続するために使用され得る。構造体の寸法は、構造体が身体内に配置される、構造体が模倣する特定の身体部分（罹患体の大きさなど）によって変化し得る。例えば、構造体の内径および／または外径は、１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、２．５ｍｍ未満、１．５ｍｍ未満、または１ｍｍ未満であってよい。いくつかの実施形態において、構造体は、哺乳類の身体内に移植することが可能であり、かつ１０ｍｍ〜１００ｍｍ、または２５ｍｍ〜７５ｍｍ（例えば、５０ｍｍ）の長さを有することが可能であり；内径は約０．５ｍｍの長さを有することが可能であり、かつ外径は約１．５ｍｍの長さを有することが可能である。構造体の壁の厚みは、内径と外径との間の差によって定義され得る。壁の厚みは、数ミクロン（すなわち数個の細胞）からミリメートルの範囲であり得る。
【００７１】
場合により、構造体は、構造体の少なくとも一部の中に複数の細孔を有し得る。細孔は、大きさが変化し得るものであって；例えば、大きい細孔（例えば、１００ミクロン超）は、細孔を通して大血管を成長させるため、および／または内部空洞部分と空洞の外部の部分との間の多量の成分交換を容易にするために適切であり得る。小さい細孔（例えば、１００ミクロン未満）は、細孔を通して小血管を成長させるため、および／または構造体の壁を越えて比較的少量の成分交換を容易にするために適切であり得る。かかる構造体は、哺乳類に移植され得るか、もしくはｉｎ  ｖｉｔｒｏで使用され得る。
【００７２】
場合により、構造体は、１種以上のさらなる下部構造体を含んでよい。例えば、細管は、血管などの下部構造を含むように作製され得る。血管は、細管の内部空洞部分の中の少なくとも一部の中に配置され得るか、もしくは空洞の外部に配置され得る。場合により、血管は、細管の細孔を超えて通ることができるか、もしくは血管は、細管の細孔の間で混交され得る。したがって、細管は、少なくとも第１の空洞（例えば、細管の内部空洞部分）と第２の空洞（例えば、血管の空洞部分）とを含んでよい。第２の空洞の内径に対する第１の空洞の内径の比は、例えば、１：１超、２：１超、５：１超、１０：１超、２０：１超、５０：１超、１００：１超、２００：１超、または５００：１超であってよい。
【００７３】
いくつかの実施形態において、本明細書において記載される構造体は、罹患体における血管の切片を置換するために使用され得る。かかる構造体は、内径を有する内部空洞部と、空洞の外部の部分と、第１の端部と、第２端部とを含むことができる。構造体はまた、構造体を罹患体の１つ以上の管路につなぐための連続した管腔として使用され得る切片を含むことができる。所望により、構造体は、かかる切片を複数含むように設計され得る。切片は、特定の内径を有する空洞部によって、それぞれ画定され得る。場合により、第２の空洞部の内径に対する第１の空洞部の内径の比は、１：１に等しいか、１：１超、２：１超、５：１超、１０：１超、２０：１超、５０：１超、または１００：１超であり得る。
【００７４】
構造体の壁の厚さは、５ｍｍ未満、１ｍｍ未満（例えば、０．５ｍｍ）または０．５ｍｍ未満であり得る。特定の一実施形態においては、構造体の壁の厚さは０．５ｍｍである。場合により、壁は、例えば心臓のポンピングや構造体を通る流体流動に応じた圧力の伸張、反動および／または吸収を可能にする弾性物質内に形成され得る。所望により、平滑筋細胞は、罹患体に構造体を移植する前に構造体の壁のすべてまたは部分上に成長させてよい。これらの筋細胞は、構造体を通して、直径を制御するため、したがって血流速度を制御するために収縮および膨張することが可能である（例えば、筋細胞の収縮および膨張によって、構造体の拡張および収縮が、それぞれ生じ得る）。いくつかの場合においては、結合組織の外層もさらに構造体上に成長させることができる。所望により、弾性線維の層を構造体上に成長させて、より大きな弾性を構造体に与えることができる。いくつかの実施形態において、構造体は、例えば、健康な組織が再成長し、身体中に組込まれた後、分解する生分解性ポリマーから作製され得る。
【００７５】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の方法によって形成される構造体は、血液と周辺環境との間の成分（例えば、栄養素、老廃物、ホルモン、白血球）の交換を可能にする毛細血管を模倣するように設計される。周辺環境には、例えば、間質液および／または周辺組織が含まれる。人工構造体は、内皮細胞によって列をなし得る、例えば０．５ｍｍまたは他の任意の適切な厚みを有する壁を含む空洞部分を含むことができる。場合により、毛細血管の壁は、単細胞の厚みを有する。一実施形態において、毛細血管構造は、毛細血管の壁の細胞の間に大きさが５０ミクロン未満、１０ミクロン未満（例えば、約１ミクロン）であり得る小さな細孔または穴を含むことが可能であり、それによって特定の成分が、例えば内部空洞部分と空洞の外部の部分（例えば、周辺組織）との間で、毛細血管の中および外へと超えることが可能になる。細孔は、特定の溶解した分子（例えば、小イオン）などの特定の小さな成分が細孔を超えることを許容するが、タンパク質などのより大きな成分が超えることを阻害する。別の実施形態において、（例えば、毛細血管の内部空洞部分内の）血液から成分を回収し、毛細血管壁を超えてその成分を移動させ、周辺組織中に（例えば、毛細血管の空洞の外部の部分中に）その成分を排出する、毛細血管壁の細胞の小疱によって、毛細血管壁を越えた成分の交換が生じ得る。さらに他の実施形態において、成分は、細胞内膜の通過を介して内部空洞部と空洞の外部の部分との間で交換が可能である。例えば、成分は、血液から、毛細血管壁の細胞内、次いで周辺組織内に拡散し得る。人工毛細血管は、成分の交換が生じ得るより大きな表面積を作製し得る１つ以上の分岐構造体を含むように設計することが可能である。
【００７６】
本発明の別の態様において、構造体は、消化路の組織および／または器官を模倣するように作製される。消化管には、口腔、食道、胃、小腸、大腸、直腸および肛門が含まれる。消化管の異なる部分は、同様の組織構築を示し得、すなわち、各部分は、上皮細胞を含む粘膜によって覆われる筋肉壁を含むことができる。これらの器官は、癌や感染症などの疾患に影響を受ける可能性がある。消化路の罹患器官は、通常、罹患分節の切除を含む手術を必要とする。これらの切除された分節は、本発明の人工構造体によって置換され得る。いくつかの実施形態において、構造体は、罹患切片を模倣するように作製され得る。構造体は、罹患体の健康な細胞に由来する天然の粘膜の内方成長のための足場として使用され得る。次いで、この足場は、罹患体に移植され得る。一実施形態において、この手法は、腸管の自制機能を置換するために、いわゆる腸嚢に適用される。循環系の人工構造体と同様に、消化路の構造体は、生分解性ポリマーで形成され得る。
【００７７】
本発明の他の態様において、構造体は、腸管関連の腺を模倣するように作製される。腸管関連の腺には、唾液腺、肝臓、膵臓が含まれる。３つの器官すべては、内分泌および外分泌の機能を有する特殊上皮細胞で構成される。一実施形態において、構造体は、肝臓の部分を模倣するように作製され得る。肝臓は、主に、プレート内に配置される肝細胞を含む小葉で構成される。肝細胞プレートの間には、血液含有洞様毛細血管を認めることができる。小葉の中心は中心静脈であり、この血管を、洞様毛細血管からの血液が通る。いくつかの実施形態において、肝小葉の形をした人工構造体が作製され得る。前記構造体は、肝細胞を平板培養して、成長させるための足場を含んでよい。足場は、細胞の播種の空間的制御を可能にする特異的な微小構築物によって設計され得る。前記構造体はまた、血液を含有するための空洞として機能し得る洞様毛細血管構造体を含んでよい。前記プレートには、足場の内的空間内の肝細胞を充填することが可能であり、中心に隣接するプレート壁を、内皮細胞で覆うことができる。特定の実施形態において、肝小葉の寸法は、約０．７ｍｍ×２ｍｍであり得る。構造体は、成分の交換を容易にし得る細孔を有するように作製され得る。例えば、空洞の外部の部分に位置する、洞様毛細血管構造体（例えば、内部空洞部分）内に含有される血液と肝細胞との間の細孔を介して、成分の交換が生じ得る。細孔は、種々の大きさを有するように作製され得る。一般的に、肝小葉については、細孔は、ミクロンの範囲の断面寸法を有するように作製され得る。
【００７８】
別の実施形態において、組織工学および／または器官置換のための構造体は、膵臓の部分を模倣するように作製され得る。膵臓は、インスリンやグルカゴンなどのホルモンならびに酸および高分子栄養素（例えば、タンパク質、脂肪、デンプン）の消化を促進する膵酵素を産生する、外分泌腺と内分泌腺とが混合したものである。ホルモン産生細胞は、ランゲルハンス島内に集まっている。膵島は、膵臓全体にわたって点在する。すべての内分泌腺と同様に、膵島は、そのホルモンを、管内や管路内ではなく、血流内に分泌する。血流内にそのホルモンを分泌する必要があるため、膵島は、小さな血管（例えば、毛細血管）に囲まれる。また、膵島は高度に血管化され、それによって、膵島と血管系との間のホルモンの交換が容易になる。本発明の特定の実施形態において、島状構造体の形をした構造体は、本明細書に記載の手法を使用して作製され得る。人工島状構造体は、予め形成された場所に内分泌細胞が播種されることを可能にし得る特異的微小構築物、すなわち毛細血管を誘導するように設計される類似の構造体を有するように設計され得る。上記の構造体と同様に、膵臓の部分を模倣する構造体は、所望により生分解性ポリマーで形成され得る。これらの人工膵臓構造体は、糖尿病などの疾患を治療するように使用され得る。
【００７９】
本発明の他の態様において、構造体は、内分泌器官を模倣するように作製される。内分泌器官には、副腎、甲状腺、副甲状腺、松果体が含まれる。これらの器官は、ランゲルハンス島について上記で記載されたように、毛細血管の非常に近くに位置する内分泌（すなわちホルモン産生）細胞によって構成される。これらの器官が毛細血管に非常に近いことによって、血液循環因子が毛細血管の外部に出て、内分泌細胞上の細胞受容体に結合することが可能になり、それによってホルモンの放出が誘発される。放出されたホルモンは、毛細血管内に拡散して、その後身体内に分散され、他の組織中の受容体と結合する。いくつかの実施形態において、内分泌構造体は、前記構造体の特定の位置の中での細胞の播種を可能にする特異的微小構築物を有するように作製され得る。人工内分泌器官は、器官と毛細血管との間の成分の交換を促進する高度な血管新生が生じるように作製され得る。場合により、人工内分泌器官は、高い多孔性で作製される。細孔は、特定の器官に応じて種々の大きさを有することができる。上記の構造体と同様に、所望により、内分泌器官を模倣する構造体は、生分解性ポリマーで形成され得る。人工内分泌器官は、例えば腺における不十分なホルモン産生を治療するために応用され得る。
【００８０】
本発明の他の態様において、構造体は、呼吸器系の部分を模倣するように作製される。呼吸器系には、気管および肺が含まれる。一実施形態において、構造体は、気管の罹患部分または損傷部分を置換するために作製され得る。気管は、鼻および口から肺に空気が通る、軟骨質の、膜で囲まれた管である。気管は、左右の主気管支へと二またに分かれる。人工気管は、健康な気管と同様の構築物および機械的性質を含むように作製され得る。例えば、人工構造体は、軟骨と類似した弾性ポリマーから作製される環状部分を含んでよい。いくつかの場合においては、健康な気管に由来する軟骨細胞（例えば、硝子軟骨）を播種して、人工構造体に成長させることができる。人工構造体は、線毛細胞に沿って列をなすことが可能であり、それを使用して、異物（例えば、ダスト）が、肺に存在しなくなるように気管から除去される。
【００８１】
一実施形態において、構造体は、肺の罹患部分または損傷部分を置換するために作製され得る。肺は、空気通過分節（例えば、細気管支（各気管支（気管の分枝）から肺内に分岐する数多くの小さな管））を含む。肺はまた、肺胞（ガス交換が生じる呼吸器部分）を含む。空気通過部分は、粘液の産生の原因となる呼吸上皮が列をなす壁を含む。場合により、構造体は、空気通過分節の部分を模倣するように作製される。例えば、人工細気管支は、１０ｍｍ未満、１．０ｍｍ未満（例えば、０．５ｍｍ）または０．５ｍｍ未満の厚み、ならびに約１０ｍｍ未満、約５ｍｍ未満（例えば、２ｍｍ）または約２ｍｍ未満の直径を有するように作製され得る。細気管支構造体の厚みおよび直径は、もちろん、肺の中の構造体の位置、罹患体の大きさなどに依存するものである。空気通過部分のすべての構造体は、人工配置された分節として、もしくは設計された組織構造物のための鋳型として形成され得る。例えば、場合によっては、人工構造体によって、構造体の壁の中の結合組織および平滑筋細胞の成長のための足場が形成され得る。また、壁は、上皮細胞に沿って列をなすことが可能であり、その上皮細胞は、３種類の細胞：線毛細胞、無線毛細胞、および基底細胞を含み得る。いくつかの特定の実施形態において、特定の人工構造体（例えば、終末細気管支を模倣するもの）は、構造体の壁の中に人工肺胞を含むように作製され得る。
【００８２】
いくつかの実施形態において、構造体は、肺胞を模倣するように作製される。肺胞は、およそ２００ミクロン程度の断面寸法を有する細気管支枝の末端にある小さな、薄肉の気嚢（すなわち空洞）である。肺胞壁の近くには、毛細血管内の血液と肺胞内の吸入空気との間でガス交換が生じる肺毛細血管がある。例えば、酸素は、肺胞上皮（細い間質腔および血管内皮）を通って拡散して、血液に到達し；二酸化炭素は、逆の経過を辿って肺胞に到達する。本発明の特定の実施形態において、人工胞状構造体は、天然の寸法とガス交換用多孔性壁とを有して作製され得る。肺胞の壁の中の細孔は、肺胞の内部部分（例えば、内部空洞部分）と肺胞を囲む間質腔（例えば、空洞部分の外部の部分）との間の成分（例えば、ガス）の交換を可能にする。人工胞状構造体は、構造体の膨張および収縮を可能にするとともに、肺胞に機械的安定性を付与する弾性物質で形成され得る。場合により、人工胞状構造体は、細胞を成長させるための足場を形成することが可能であり、すなわち、前記構造体は、上皮細胞（例えば、１型および２型肺胞上皮細胞）に沿って列をなし得る。人工肺胞は、呼吸欠損の罹患体の酸素含有量の増加を促進するために使用され得る。
【００８３】
本発明の他の態様において、構造体は、泌尿系の部分を模倣するように作製される。泌尿系は、腎臓、尿管、膀胱および尿道を含む。場合により、構造体は、罹患または損傷した腎臓の部分を置換するために作製され得る。腎臓は、糸球体と近位曲尿細管と遠位曲尿細管とを含む複数のネフロンから形成される。糸球体は、限外濾過液が押圧される毛細血管係蹄を含む濾過の場所を表す。いくつかの実施形態において、構造体は、多孔質係蹄状上部構造体の形で作製され得る。一実施形態において、前記構造体は、人工糸球体として使用され得る。別の実施形態において、前記構造体は、人工の近位曲尿細管および／または遠位曲尿細管として使用され得る。場合により、前記構造体は、寸法が同じまたは異なる複数の係蹄を含むことができる。構造体は、空洞（例えば、管状部分）を画定する少なくとも１つの壁を含むことができる。空洞は、構造体を通して、一実施形態においては約４０〜５００ミクロンの、あるいは別の実施形態においては５０〜１００ミクロンの、同じ内径を有することができる。あるいは、空洞の第１の部分の内径は、空洞の第２部分とは異なり得る。壁の厚みは、例えば、約１〜５００ミクロン（例えば、２〜５００ミクロン）、１〜１００ミクロン、または２〜１００ミクロンの範囲であり得る。壁は、必要に応じて、空洞の内部の部分と空洞の外部の部分との間の成分（例えば、水やイオン）の交換を可能にする複数の細孔を含んでよい。前記細孔によって、特定の成分が、例えば大きさ、電荷などに基づいて、空洞の内部部分と外部部分との間を通ることが可能になる。場合により、壁のすべてまたは部分は、ナノメートルからミクロンの厚みの膜で覆われ得る。これらの膜によって、特定の成分が空洞の内部部分と外部部分との間を通ることを可能にする選択透過性膜を形成することができる。良好な物質（例えば、グルコースやアミノ酸）が再吸収され、かつ老廃物（例えば、尿素）が尿として廃棄されるような方法で限外濾過液を処理するために、前記構造体が使用され得る。特定の実施形態において、前記構造体は、血液濾過システム系としての役割を果たすことができる。したがって、前記構造体は、腎臓の濾過機能の置換および／または促進のために使用され得る。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態は、構造体の中の複数の空洞の形成を含む。例えば、実施形態において、構造体は、ブロックの形に形成することが可能であり、かつ複数の空洞を画定する壁を含むことができる。構造体の中の空洞は、いくつかの実施形態においては分離してよく、あるいは他の実施形態においては相互に連結されていてよい。構造体の中の空洞は、同じまたは異なる形状および／または寸法を有することができる。複数の空洞を有する構造体を使用して、例えばグルコースや他の代謝産物などの電解質の再吸収率の増大のために、例えば血液濾過システムの比表面積が改善され得る。場合により、かかる構造体は、本発明の他の実施形態と組み合わせることができる。例えば、かかる構造体は、主要な腎機能を体外モジュールで置換するために、１つ以上の人工糸球体と併用され得る。他の例において、かかる構造体は、哺乳類の系内の主要な腎機能を置換するために、移植可能デバイスとして１つ以上の人工糸球体と併用され得る。
【００８５】
場合により、複数の空洞を含む構造体は、１つ以上のさらなる下部構造体を含むことができる。例えば、かかる構造体は、血管などの下部構造体を含むように作製され得る。下部構造体は、構造体の空洞の少なくとも一部の中に配置され得るか、もしくは下部構造体は、空洞の外部に配置され得る。場合により、下部構造体は、構造体の２つ以上の空洞の間で混交され得る。したがって、構造体は、少なくとも第１の空洞と第２の空洞（例えば、血管の空洞部分）とを含んでよい。第２の空洞の内径に対する第１の空洞の内径の比は、例えば、１：１超、２：１超、５：１超、１０：１超、２０：１超、５０：１超、１００：１超、２００：１超、または５００：１超であってよい。
【００８６】
場合により、人工構造体は、尿管および／または膀胱の罹患部分または損傷部分を置換するために作製され得る。尿管および膀胱は、移行上皮が列をなす壁を含む中空器官であり、その壁によって空洞部が画定される。場合によっては、この上皮組織は、癌に罹患する可能性がある。通常は、かかる疾患を治療するために外科手術が必要であり、それによって腸管の部分を切除し、それを使用して膀胱のリザーバ機能または尿管の伝導機能を置換する。いくつかの場合においては、この手技によって尿道が感染症に罹患し、それが尿道狭窄につながる。これらの合併症を回避するために、尿管および／または膀胱の罹患部分は、本発明の人工構造体を使用して置換され得る。また、人工構造体を使用して、尿管および／または膀胱の部分を置換し、尿失禁などの症状を治療することができる。
【００８７】
３次元作製手法によって形成される構造体は、尿管または尿道の部分を置換するために使用することが可能であるか、もしくは人工膀胱として使用することが可能である。構造体は、ｉｎ  ｖｉｖｏまたはｅｘ  ｖｉｖｏで、組織工学および／または器官置換のために使用され得る。一実施形態において、人工膀胱として使用される構造体は、主要な身体部分、尿管に接続するための注入口、および尿道に接続するための排出口を含む。構造体は、主要な身体部分の空洞部分（例えば、第１の空洞部分）と、注入口の空洞部分（例えば、第２の空洞部分）と、排出口の空洞部分（例えば、第３の空洞部分）とを画定する壁を含んでよい。空洞部分の内径は、例えば、約０．０１〜５ｍｍまたは０．０１〜２ｍｍの範囲であってよい。場合によっては、１つの空洞部分の内径は、前記構造体の別の空洞部分の内径と異なってよい。例えば、第２の空洞部分と第１の空洞部分との内径の比は、１：１超、２：１超、５：１超、１０：１超、２０：１超、５０：１超、または１００：１超であってよい。
【００８８】
人工膀胱として使用される構造体の壁は、人工膀胱内の液体の容量に応じて、例えば０．０１〜５ｍｍまたは０．０１〜２ｍｍの範囲の厚みを有することが可能であり、かつ膀胱の膨張および収縮を可能にするために軟質材料で形成され得る。場合により、前記壁は、罹患体に前記構造体を移植する前に、細胞および／または組織に沿って列をなすことができる。例えば、構造体は、膀胱を形成する組織の種々の層（例えば、粘膜層、粘膜下層、筋層）のための鋳型としての役割を果たすことができる。粘膜は、器官と器官の外部の環境との間の選択的隔膜としての役割を果たし得る移行上皮層を含む。前記上皮層は、その下に基底膜（粘膜下層（粘膜固有層）から前記上皮層を分離する細胞の単一層）を含み得る。粘膜下層は、筋層と織りまぜられる結合組織を含む。粘膜下層は、血管、神経、およびいくつかの領域において、腺を含むことが可能であり；いくつかの実施形態において、前記構造体は、かかる微小構築物を含むことができる。筋層を画定する筋細胞は、粘膜下層の下に配置され得る。
【００８９】
本明細書に記載の構造体は、構造体の表面への、または構造体の表面をコートする物質への種々の種の接着が可能であってよいか、もしくはその接着を可能にするために修飾されてよい。例えば、細胞および／または生体分子（例えば、タンパク質）などは、構造体の種々の部分（例えば、細孔の側壁に沿った領域、構造体の表面上の細孔間の領域、細孔の上の領域など）に対して固定され得る。
【００９０】
本明細書に記載のいくつかの構造体は、選択的に特定の種（例えば、構造体の少なくとも一面に結合、固定、または会合する細胞や他の生物学的種）を引きつける、および／またはその種に結合するように選択される接着物質を含むことができる。特定の実施形態においては、接着物質は細胞接着物質である。本明細書で使用される「細胞接着物質」という用語は、細胞が接着し得る任意の化学物質または生物学的物質を意味する。特定の実施形態において、かかる細胞接着物質は、構造体の少なくとも一面の表面に接着した連続層として構成される。かかる細胞接着物質層は、生物学的細胞またはその成分の膜（例えば、コラーゲンや多糖類とコラーゲンとの混合物）、抗体、細胞表面受容体に対するリガンド、抗原、レクチン、インテグリン、セレクチン、細菌誘導親和性分子（例えば、Ｐｒｏｔｅｉｎ  ＡやＰｒｏｔｅｉｎ  Ｇ）それらの誘導体、それらの混合物、ゲルまたは他の層形成物質（例えば、コラーゲン、ゼラチン、アガロース、アクリルアミド、キトサン、セルロース、デキストラン、アルギナート、カラゲナンなど）に会合する上記の内のいずれかなどに特異的または非特異的に結合することが可能であることが本技術分野で知られている多種多様な種の内のいずれかを含み得る。
【００９１】
構造体の表面特性は、種々の手法によって修飾され得る。場合により、構造体の表面は、構造体に近接した添加剤のコーティングおよび／またはプリンティングによって修飾され得る。他の場合には、本明細書に記載のように、添加剤は、構造体を形成するために使用される物質中に含有させ得る（例えば、作製中に構造体に埋め込まれる）。表面は、添加剤（例えば、タンパク質および／または他の適切な表面修飾物質）によって修飾され得る。例えば、細胞から適切な生物反応（細胞付着、細胞移動、細胞増殖、細胞分化、遺伝子発現など）を誘発するために、例えば、コラーゲン、フィブロネクチン、ＲＧＤペプチド、および／または他の細胞外マトリックス（ＥＣＭ）タンパク質、または成長因子を構造体上にコートすることが可能である。次いで、この構造体の表面上に、細胞を播種することができる。一実施形態においては、細胞接着タンパク質を、構造体の特定のチャネルおよび／または細孔に含有させて、これらのチャネルおよび／または細孔の血管の内方成長を促進することができる。別の実施形態においては、成長因子を構造体に含有させて、構造体の特定の領域内の健康な組織形成を誘発する最適な細胞成長条件を誘導することができる。さらに別の実施形態において、構造体は、構造体の内部空洞などの構造体の面の一表面上に配置される細胞接着物質などの添加剤を含むことができる。かかる一実施形態において、１型の細胞は、細胞を含有する培地に構造体が曝露される際、構造体の内部空洞に接着し得る。必要に応じて、構造体の外部部分は、細胞を含有する培地に構造体が曝露される際、２型の細胞を選択的に引きつけ、および／またはそれに結合することができる。
【００９２】
場合により、界面活性剤（例えば、ポリエチレングリコールやポリプロピレンオキシド‐ポリエチレンオキシドブロックコポリマー）など、細胞接着を阻害する物質によって表面のすべてまたは部分を修飾することは望ましい可能性がある。例えば、周辺組織から構造体中への柔結合組織の過度の内方成長を防止するために、例えば、構造体の領域は、それが細胞成長にとって望ましくない場合、かかる物質でコートされ得る。場合によっては、構造体内の特異的部位で細胞を位置させるために、構造体の表面特性の修飾を使用することができる。いくつかの実施形態においては、細胞接着物質および細胞阻害物質の組み合わせを構造体の種々の部分に含有させて、それぞれ同時に細胞成長の促進および阻害を行うことができる。
【００９３】
いくつかの実施形態において、構造体は、表面修飾物質でコートおよび／またはプリントされる前に、多孔質物質（例えば、ゲルなどのポリマー）でコートされ得る。例えば、一実施形態において、構造体は、バイオ人工腎臓を形成するために、３次元作製または別の適切な手法を使用して作製され得る。場合によっては、前記構造体は、物質によって修飾することが可能であり；例えば、構造体は、まず多孔質ポリマーで、次いで細胞接着を容易にするために使用され得る表面修飾物質（例えば、コラーゲン）でコートされ得る。次いで、細胞（例えば、血管細胞）は、修飾された構造体の中および／または上に播種され得る。場合により、前記構造体は、細胞（例えば、近位尿細管細胞）の別の層を含んでよい。前記デバイスは、前記構造体の中へのおよび外への血液および限外濾過液の流れを可能にする腎臓の機能を模倣することができる。
【００９４】
所望により、本発明の構造体は、多孔質ポリマーでコートされ得る。構造体をコートする多孔質ポリマーは、種々の目的で使用され得る。例えば、多孔質ポリマーを使用して、構造体のより大きな細孔（例えば、およそ２０〜２００ミクロン程度の断面寸法を有するもの）の中に小さな細孔（例えば、およそ１〜２０ミクロン程度の断面寸法を有するもの、またはポリマーの多孔度の範囲のもの）を形成することができる。場合により、多孔質ポリマーは、前記ポリマーからの活性薬剤の持続的放出を可能にして、例えば時間の関数としての細胞成長および／または細胞接着を促進することができる。他の場合において、多孔質ポリマーは、構造体の第１の位置から第２の位置までの成分の輸送に影響を及ぼし得る。さらに他の場合において、下記のように、構造体をコートする多孔質ポリマーは、構造体の表面粗さを低下させ得る。適切な多孔質ポリマーの非限定的な一例には、ポリスルホンがある。
【００９５】
種々の手法（例えば、以下に記載するもの）は、本明細書に記載の構造体の作製または成形を行うために使用され得る。かかる手法を実施するプロセスの後またはその間に、前記構造体を沈殿培地に曝露して、網目の均一の細孔を有する細胞成長鋳型構造体を形成することができる。
【００９６】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の構造体は、例えばインクジェット式装置を使用して、サーマルジェッティングおよび／またはピエゾジェッティングなどのジェッティングプロセスなどの１つ以上の排出プロセスを使用することによって、少なくとも部分的に作製される。特定の一実施形態においては、プリンタを使用するプリンティング手法を使用して、薄い、２次元（「２Ｄ」）層から３次元構造体が作製される。コンピュータは、コンピュータメモリ内のオブジェクトのデジタル表現を保存することによって２‐Ｄ層の断面パターンを作成するために使用される。次いで、コンピュータ支援設計ソフトウェアまたはコンピュータ支援製造（「ＣＡＭ」）ソフトウェアを使用して、構造体のデジタル表現を多数の断面に切断する（２Ｄ層を分離する）。インクジェットプリンタなどのプリンタは、必要に応じてローラを使用して、平坦表面上または支持プラットフォーム上に、ソフトウェアによって断面に切断される層ごとに構造体前駆体物質の層を作製するために使用される。構造体前駆体物質が、液体または粉末の形態であってよく、そして例えば、セラミック物質、金属物質、ポリマー物質または混成物質であってよい。構造体前駆体物質が粉末の形態である場合は、インクジェットプリンタのプリントヘッドを使用して、液体結合剤を前記粉末物質に選択的に蒸着して、結合粉末の領域が作製される。液体結合剤は、通常は重合樹脂または水性組成物であって、２Ｄ層の断面パターンのパターンで塗布される。液体結合剤は、粉末物質の間隙に浸透することが可能であり、そして粉末粒子と反応して、２次元で結合した層を作製することができる。また、反応が進むにつれて、結合剤によって、既に蒸着された２Ｄ層に各連続的２Ｄ層が結合する。さらなる２Ｄ層は、所望の数の層が作製されるまで、さらなる構造前駆体物質を蒸着して、かつバインダ溶液を塗布するステップを繰り返すことによって形成される。液体結合剤が粉末物質に選択的に塗布されるので、粉末物質の特定の領域だけが、前記層の中およびその前の層の上に結合する。３Ｄオブジェクトの形成後、例えば粉末を適切な溶媒中に溶解することによって、非結合粉末はその後除去される。次いで、前駆体構造体は、重合および／または架橋され、および／または沈殿培地に曝露され、最終的多孔質構造体が形成され得る。
【００９７】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の構造体は、多光子リソグラフィシステムを使用して少なくとも部分的に形成される。例えば、２光子リソグラフィシステムまたは３光子リソグラフィシステムが使用され得る。多光子重合は、感光物質を含む構造体前駆体物質の体積に焦束され得る超高速赤外レーザー（例えば、１０２８ｎｍの波長で作動するフェムト秒レーザー）の使用を含んでよい。重合プロセスは、焦点体積の中の非線形吸収によって開始され得る。樹脂を通して３次元的に焦束されたレーザーを移動することによって、３次元構造が作製され得る。
【００９８】
一実施形態において、２光子リソグラフィシステムは、組織工学および／または器官置換のための構造体を作製するために、少なくとも部分的に使用され得る。２光子リソグラフィシステムにおいて、ＵＶ光を吸収する光開始剤と混合されたモノマーは、赤外レーザーに曝露され得る。赤外光の２光子は、樹脂／化学物質によって吸収され得、紫外光の単一光子は放出され得る。次いで、放出された光子を、光開始剤によって吸収して、モノマーの重合を生じさせ得るフリーラジカルを生じさせ得る。２光子吸収横断面が非常に小さいことから、化学物質におけるフリーラジカル重合を誘導するための十分な紫外光の放出のために、レーザーによって化学物質に大量のエネルギー（テラワット）をもたらすことができる。このエネルギー密度は、超高速（例えば、フェムト秒）パルスレーザからのものであるならば、レーザービームの焦点で生じ得る。２光子吸収は、レーザービーム経路においてではなく、前記ビームの焦点において生じるのみであって、それ故、非常に小さい体積（例えば、フェムトリットル）のモノマーは、光開始剤からのフリーラジカルの放出によって重合し得る。例えば、１ブロックの樹脂から、またはモノマーのペトリ皿内で構造体が重合した後、曝露されていない化学物質を適切な溶媒で洗い落とすことが可能であり、それによって最終構造体が残る。前記手法は、本明細書に記載の通りの、アクリレートポリマーやエポキシポリマー（例えば、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレートエステルやアルコキシル化三官能性アクリレートエステル）などの種々の物質と使用され得る。例えば、良好な解像度を有する構造体が要求される場合、このシステムが使用され得る。例えば、場合によっては、多光子リソグラフィを使用して、サブミクロン（例えば、１ミクロン未満）の解像度を有する構造体を形成することができる。
【００９９】
一実施形態においては、組織工学および／または器官置換のための構造体を形成するために、ステレオリソグラフィを少なくとも部分的に使用することができる。ステレオリソグラフィは、光重合性液体ポリマーを含有するリザーバの上部にわたって走査される焦束紫外線レーザーの使用を含んでよい。レーザービームがリザーバの表面に当たる場所でＵＶレーザーによるポリマーの重合および／または架橋が生じ、それによって、前記液体の表面で固形ポリマー層または半固形ポリマー層の形成が生じる。所望の構造体の複数の重畳層が得られるまで、固形層をリザーバまで降ろすことができ、そして次の層の形成のために前記プロセスを繰り返すことができる。このプロセスによって、種々の自立構造体の形成が可能となり得、次いでその自立構造体を沈殿培地に曝露して、網目の均一の細孔を有する細胞成長鋳型構造を形成することができる。
【０１００】
別の実施形態において、選択的レーザー焼結（またはレーザアブレーション）は、組織工学および／または器官置換のための構造体を形成するために少なくとも部分的に使用され得る。選択的レーザー焼結は、緩く詰められたプラスチック粉末の領域を焼結するために、前記粉末が層ごとに塗布される場合に焦束レーザービームの使用を含んでよい。例えば、粉末の薄層は、例えばローラ機構を使用して、平坦表面上に均一に広げることが可能である。前記粉末は、ハイパワーレーザービームを使用してラスター走査され得る。レーザービームが焦束される前記粉末の領域は融合され得るが、粉末の他の領域は解離したままであり得る。粉末の連続層は、所望の構造体が得られるまで、順に重ねて蒸着およびラスター走査され得る。このプロセスでは、各層は、上記の層に結合するのに十分深く焼結され得る。
【０１０１】
３次元作製を含むいくつかの実施形態においては、レーザー強度および／または横断速度の変化を使用して、構造体の中の架橋密度を変化させることができる。いくつかの場合においては、これによって、前記物質の性質は、構造体の位置によって変化することが可能になる。また、レーザー強度および／または横断速度の変化によって、前記物質の中の局所的な高密度化の程度が制御され得る。例えば、レーザー強度が高い領域、もしくは横断速度が低い領域は、より高密度の領域を生じさせ得る。
【０１０２】
以下の実施例は、本発明の特定の実施形態を例示することが意図されるが、限定するものとして解釈されず、本発明の完全な範囲を例証するものではない。
【実施例】
【０１０３】
（実施例１）  ポリスルホン‐Ｆｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）（ＰＳ‐ＦＣ）膜の調製
表１に示す重量比で、ポリスルホン（ＰＳ、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、ＭＷ＝２６，０００ｇ／ｍｏｌ）およびＦｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）７００モノマー（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ、米国）から、ＰＳ‐ＦＣ膜を調製した。溶媒（Ｎ，Ｎ‐ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ））をそのまま使用した。図３は、膜標品のための合成模式図を示す。ＤＭＡｃのＰＳ溶液（１０重量％）とＦｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）７００モノマーとを注入し、膜厚を制御したスペーサーによって分離された２枚のガラスプレートの間に挟んだ。この組立品を使用して、８０ミクロン厚の膜を作製した。次いで、全組立品を３０分間のＵＶ硬化に供し、それによってポリマーブレンドの空間的配置を固定して、独立型構造体を形成した。次いで、前記構造体を水浴に浸漬して、転相プロセス（溶媒‐非溶媒処理プロセス（水が非溶媒（沈殿培地）として使用される））を実施し、それによってＰＳの沈殿を生じさせて多孔質網目を生成した。ガラスプレートから膜を剥離した後、膜を蒸留水で洗浄し、使用前に室温で蒸留水中に保存した。
【０１０４】
【表１−１】
2009542840.tif 000003
【０１０５】
【表１−２】
2009542840.tif 000004
ａＳＥＭで測定。ｂＭＷＣＯで測定。
【０１０６】
（実施例２）  ＰＳ‐ＦＣ膜の特性評価
走査型電子顕微鏡（ＪＥＯＬ  ＪＳＭ‐７４００Ｆ、１０ｋＶ）によって、実施例１のＰＳ‐ＦＣ膜の特性を評価した。限外濾過膜について、溶質排除法を使用して、膜の分離性を検討した。膜を、限外濾過細胞用に必要な大きさに切断した。
【０１０７】
膜を、２０ｐｓｉの圧力に供し、次いで、膜を通る水の流束を、式１：
【０１０８】
【数１】
2009542840.tif 000005
（式中、Ｑは、回収された透過水の量（Ｌ）、Ｊｗは、水の流束（Ｌ／ｍ２・ｈ）、ΔＴは、サンプリング時間（ｈ）、Ａは、膜面積（ｍ２）である）を使用して定常流動下で測定した。
【０１０９】
分子量が異なるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の限外濾過によって、ＰＳ‐ＦＣ膜の細孔サイズを決定した。２〜１００ｋＤａで変化する純粋なＰＥＧ分画物を使用して、ＰＥＧ溶液の標準曲線を得た。ゲルパーミエーションクロマトグラフィによって、ＰＥＧのモル質量を得た。すべてのＰＥＧ溶液を、１重量％の濃度で調製し、供給水として使用した。供給水の濃度の上昇とともに透過水の流速は低下し、排除成績に影響を及ぼすことが考えられるため、より高めの濃度は避けた。式２：
【０１１０】
【数２】
2009542840.tif 000006
（式中、ＳＲは、９０％の溶質排除に相当し、ＣｆおよびＣｐは、それぞれ供給水および透過水の濃度（ｍｏｌ／ｄｍ３）である）を使用して、ＭＷＣＯ値を算出した。式３：
【０１１１】
【数３】
2009542840.tif 000007
（式中、Ｍは、溶質の分子量である）によって、ＰＥＧのＭＷＣＯ値から、膜の平均細孔半径ｒ（Å）を算出した。
【０１１２】
ＰＳ‐ＦＣ膜の性質を表１にまとめた。２：０．２５より小さなＰＳ：ＦＣ重量比で調製したＰＳ‐ＦＣ膜が有する細孔は、より微細で、かつあまり相互に連結していなかった。ＰＳ‐ＦＣ膜は、約摂氏１００度および約摂氏２００度で２つのＴｇ値を示し、１５５０〜２１００ＭＰａの範囲の高貯蔵弾性率を示した。より高いＦＣ含有量の膜において、より高い貯蔵弾性率が得られ、それは、より弾性の基質を多孔質ＰＳに提供した。３枚の膜は、３０〜３８度の範囲の同様の水接触角を示したが、このことによって、膜が、組織細胞の付着および増殖のための適度に濡れ性がある表面を提供することが可能であったことが示された。
【０１１３】
細孔統計量およびＭＷＣＯを決定するためのＰＥＧ排除検査のすべてにおいて、流束に影響し、かつ最終的に分配係数および凝集体細孔サイズに影響する膜表面上の濃度分極および濾塊形成を防止するために、供給水側を一様に攪拌した。
【０１１４】
ＰＳ‐ＦＣ‐０．１５、ＰＳ‐ＦＣ‐０．２０、ＰＳ‐ＦＣ‐０．２５のブレンド膜を、２０ｐｓｉの圧力で水の流束評価に供し、それぞれ０．３ミクロンおよび０．２ミクロンの大きさの細孔を有する市販のＢＴＳ‐４５  ＰＳ膜およびＢＴＳ‐５５  ＰＳ膜（Ｐａｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、米国）と比較した。図５に示すように、ＰＳ‐ＦＣ０．２５については、それぞれ７１７Ｌ／ｍ２ｈおよび５９７のＬ／ｍ２ｈの定常流束を示したＰＳ‐ＦＣ‐０．１５およびＰＳ‐ＦＣ‐０．２０よりも低い水の流束が認められた。ＦＣの増加とともに流束が低下したが、このことは、より小さな細孔が膜内に形成されたことに起因していた可能性があった。ＦＣ含有量を０．１５ｇから０．２５ｇに増加させると、ＳＥＭの細孔サイズは、１０〜１５μｍから５〜１０μｍまで著しく減少した。図６は、ＰＳ‐ＦＣ膜の上面図および断面図のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。特に、図６Ａ（上面）および６Ｂ（断面）は、ＰＳ‐ＦＣ‐０．１５の画像を示し；図６Ｃ（上面）および６Ｄ（断面）は、ＰＳ‐ＦＣ‐０．２０の画像を示し；図６Ｅ（上面）および６Ｆ（断面）は、ＰＳ‐ＦＣ‐０．２５の画像を示す。ＭＷＣＯ検査において式３に基づいて算出された通りの細孔サイズは、ＳＥＭの下で観察されたものよりも非常に小さかった（表１参照）。ＭＷＣＯ実験による測定値によって、ＳＥＭ測定値よりも正確な細孔サイズの決定がなされると考えられた。また、市販のＢＴＳ膜についても、ＳＥＭ細孔サイズは、ＭＷＣＯで測定された細孔サイズとは異なることが分かった。
【０１１５】
一般的に、ＰＳ‐ＦＣ膜は、ＦＣ含有量が増加するにつれて、精密濾過から限外濾過範囲への透過性の移行を示した。ＰＳ‐ＦＣ膜の分子量カットオフ曲線は、市販のＢＴＳ‐４５  ＰＳ膜およびＢＴＳ‐５５  ＰＳ膜よりもシャープだった。これらの結果によって、ＰＳ‐ＦＣ膜が多孔質分離膜として有望な物質であることが示された。
【０１１６】
ＰＥＧ分子量の関数としてのＰＳ‐ＦＣ膜についての典型的なＰＥＧ排除曲線は、図７に示される。特定の分子量のＰＥＧの９０％排除に基づいて、分子量カットオフ値を測定した。一般的に、膜の分子量カットオフ値は、その平均細孔サイズに相当した。
【０１１７】
ＰＥＧ分子について９０％排除で測定された通りの、分子量カットオフ値から、平均細孔サイズを決定した。ＦＣ含有量が減少するにつれてＭＷＣＯは増加したが、このことにより、細孔サイズの増加が示された。
【０１１８】
本実施例によって、均一の細孔サイズを有する膜は、本明細書に記載の方法にしたがって作製され得ることが示された。
【０１１９】
（実施例３）  ＰＳ‐ＦＣ膜上の細胞成長
本実施例は、実施例１のＰＳ‐ＦＣ膜が生細胞と適合性を有することを示すものである。生体適合性検査のために、ＭＤＣＫ（Ｍａｄｉｎ‐Ｄａｒｂｙ腎臓細胞）を、ＰＳ‐ＦＣ膜上に塗布し（膜を細胞接着タンパク質でコートせずに）、次いで５ｖｏｌ％のＣＯ２の加湿インキュベータ内で培養した。細胞の生存度および増殖を、ＤＡＰＩ染色を使用する光学的蛍光顕微鏡検査法で検討した。
【０１２０】
ＰＳ‐ＦＣ‐０．２５膜上における４日間の培養後、ＭＤＣＫ細胞の形態を検査した。図８は、生細胞の核のＤＡＰＩ染色を示す。図８Ｂおよび８Ｃは、ＭＤＣＫ細胞が、細胞接着タンパク質を使用することなく、尿細管細胞の特性を示すように、膜に接着し、かつ単層として均一に膜表面を覆ったことを示す。それに対して、図８Ａは、市販のポリスルホンＳＵＰＯＲ＿１２００膜（Ｐａｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、米国）上のクラスターの形態の、前記膜が細胞接着タンパク質の層を含まなかった場合の細胞の接着を示す。したがって、ＰＳ‐ＦＣ膜は、ＳＵＰＯＲ＿１２００膜よりも良好なＭＤＣＫ細胞の単層の培養のための無毒性基質を提供したと結論した。
【０１２１】
本実施例によって、ＰＳ‐ＦＣ膜が、前記膜を細胞接着タンパク質でコートするなどのさらなる処理を行うことなしに生理活性膜としての役割を果たし得ることが示される。このことは、多くの従来の高分子膜がＥＣＭ表面コーティングなしでは細胞接着を示すことができないことから、バイオ人工目的で使用される既存のポリマー表面よりも改善したことを表す。また、本実施例によって、ＰＳ‐ＦＣ物質が、バイオハイブリッド人工器官装置における応用に適切であり得ることが示唆される。
【０１２２】
（実施例４）  ３Ｄ多孔質構造体の作製
本予言的実施例においては、細胞成長のための鋳型としての使用に適切な３Ｄ多孔質構造体を作製する。罹患体の組織および／または器官のＣＴスキャンを、ＣＡＤファイルに変換し、３次元のプリンタに送る。Ｆｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）７００モノマーと、ポリスルホンと、Ｎ，Ｎ‐ジメチルアセトアミド溶媒とを混合することによって構造体前駆体物質を調製して、均質溶液を形成した。構造体中に開口領域（例えば、空洞）を形成するための犠牲物質（例えば、Ｆｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）７０５担体）のように、構造体前駆体物質を３次元のプリンタに導入する。構造体前駆体物質および犠牲物質を、液滴ごとおよび層ごとに基質上に分注する。前駆体構造体のいくつかの層の蒸着後、前駆体構造体を十分な期間ＵＶ放射に供して、Ｆｕｌｌｃｕｒｅ（登録商標）モノマーの重合（および／または架橋）を生じさせる。その結果生じる前駆体構造体を水浴に浸漬し、それによって、ポリスルホンの沈殿と、構造体からのＮ，Ｎ‐ジメチルアセトアミド溶媒の除去とを生じさせる。このプロセスの結果、構造体中に細孔の均一の網目が形成される。次いで構造体を、犠牲物質が構造体から除去されるまで、２５％の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液中に浸漬する。次いで、生細胞が固定され得、かつその通常の生理機能を果たし得る場合、細胞成長用鋳型として構造体を使用する。
【０１２３】
本発明のいくつかの実施形態が本明細書に図とともに記載されたが、当業者は、機能を果たすための、および／または本明細書に記載の結果および／または利点の内の１つ以上を得るための種々の他の手段および／または構造体を容易に想定するであろうし、そしてかかる変化および／または修飾のそれぞれは、本発明の適用範囲内であるとみなされる。さらに一般的にいえば、当業者は、本明細書に記載のすべてのパラメータ、寸法、物質、構成が例示的であるとされ、かつ実際のパラメータ、寸法、物質および／または構成が、本発明の教示が使用される具体的な１つまたは複数の応用に左右されるであろうということを直ちに理解するであろう。当業者は、せいぜい慣例的な実験を使用して、本明細書に記載した本発明の具体的な実施形態に対する多くの等価物を認識するか、または確認することが可能であろう。そのため、例えば上記実施形態が示され、かつ添付の特許請求の範囲およびそれに対する等価物の範囲内で、本発明は具体的に記載および請求されたもの以外の態様で実施され得るものであることが理解される。本発明は、本明細書に記載の個別の形体、システム、物品、物質、キットおよび／または方法に関する。さらに、２つ以上のかかる形体、システム、物品、物質、キットおよび／または方法のいかなる組み合わせも、かかる形体、システム、物品、物質、キットおよび／または方法が相互に矛盾しない場合において、本発明の適用範囲内に含まれる。
【０１２４】
本明細書に定義され且つ使用されるすべての定義は、辞書の定義、参考として援用される文献の定義、および／または定義された用語の通常の意味にわたって支配するものであることを理解しなければならない。
【０１２５】
ここで本明細書および特許請求の範囲で使用される不定冠詞“ａ”および“ａｎ”は、明らかにそうでないと示されない限り、「少なくとも１つ」を意味するものとして理解しなければならない。
【０１２６】
ここで本明細書および特許請求の範囲において使用される「および／または」という語句は、そのように結合される要素、すなわち、ある場合には接続的に存在し、他の場合には選言的に存在する要素の「一方または両方」を意味するものとして理解しなければならない。「および／または」によって一覧が示される多数の要素は、同じ方法、すなわち、そのように結合される要素の「１つ以上」で解釈するべきである。「および／または」という語句によって具体的に同定される要素以外に、他の要素が、具体的に同定されるそれらの要素と関係があるにせよ無関係であるにせよ、必要に応じて存在してよい。したがって、非制限的な例として、「含む」などの非制限的な語法とともに使用される場合、「Ａおよび／またはＢ」に対する参照は、一実施形態においてはＡのみ（必要に応じてＢ以外の要素を含む）；別の実施形態においてはＢのみ（必要に応じてＡ以外の要素を含む）；さらに別のつの実施形態においてはＡおよびＢの両方（必要に応じて他の要素を含む）；などを指し得る。
【０１２７】
ここで本明細書および特許請求の範囲で使用される「または」は、上記記載の通りの「および／または」と同じ意味を有することを理解しなければならない。例えば、一覧の中の項目を分離する際、「または」または「および／または」は、包括的である、すなわち少なくとも１つの内包と解釈されるものとするが、それはまた、要素の数または一覧の、必要に応じてさらなる一覧にない項目の、２つ以上を含むものである。反対に明確に示される用語（例えば、「１つのみの」または「ちょうど１つの」または特許請求の範囲で使用される場合は「からなる」）のみは、要素の数または一覧のちょうど１つの要素の内包を指すものとする。一般的に、本明細書で使用される「または」という用語は、排他的な用語（例えば、「いずれか」、「１つの」、「１つのみの」、「ちょうど１つの」）の後に続く場合、排他的な代替物（すなわち「両方ともでなくどちらか一方」）として解釈されるのみであるとする。「から本質的になる」は、特許請求の範囲で使用される場合、特許法の分野において使用されるように、その通常の意味を有する。
【０１２８】
ここで本明細書および特許請求の範囲で使用される、１つ以上の要素の一覧を参照した「少なくとも１つの」という語句は、要素の一覧の中の要素の内のいずれか１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味することを理解しなければならないが、それは要素の一覧の中で具体的に一覧が示されるありとあらゆる要素の内の少なくとも１つを必ずしも含むものではなく、要素の一覧の中の要素のいずれの組合せも排除しない。また、この定義によって、要素が、「少なくとも１つの」という語句が意味する要素の一覧の中で具体的に同定される要素以外に、具体的に同定されるそれらの要素に関係があるにせよ無関係であるにせよ、必要に応じて存在するものであり得ることが許容される。したがって、非限定的な実施例として、「ＡおよびＢの内の少なくとも１つ」（換言すれば「ＡまたはＢの内の少なくとも１つ」、換言すれば「Ａおよび／またはＢの内の少なくとも１」）は、一実施形態においては、少なくとも１つ（必要に応じて２つ以上を含む）のＡ（Ｂなしで）が存在すること（および必要に応じてＢ以外の要素を含む）；別の実施形態においては、少なくとも１つ（必要に応じて２つ以上を含む）のＢ（Ａなしで）が存在すること（および必要に応じてＡ以外の要素を含む）；さらに別の実施形態においては、少なくとも１つ（必要に応じて２つ以上を含む）のＡおよび少なくとも１つ（必要に応じて２つ以上を含む）Ｂ（および必要に応じて他の要素を含む）；などを意味し得る。
【０１２９】
２つ以上のステップまたは行為を含む本明細書において請求されるいずれかの方法において、明らかにそうでないと示されない限り、方法のステップまたは行為の順序は、方法のステップまたは行為が列挙される順序に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。
【０１３０】
上記の本明細書と同様に特許請求の範囲において、すべての移行部の語句（例えば、「含む」、「含めた」、「担持する」、「有する」、「含有する」、「伴う」、「保持する」、「から構成される」など）は、非制限的であり、すなわち、これらを含むが限定されないものとして理解されるものとする。米国特許庁の特許審査基準２１１１．０３に記載されるように、「からなる」および「本質的にからなる」という移行部の語句だけが、それぞれ制限的または半制限的な移行部の語句である。
【図１】
2009542840.tif 000008
【図２Ａ】
2009542840.tif 000009
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月11日(2009.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
前駆体溶媒中に少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を溶解して構造体前駆体物質を形成するステップ、
細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に前記構造体前駆体物質を成形するステップ、
前記第１のポリマー成分を架橋するステップ、および
前記構造体から前記前駆体溶媒の少なくとも一部を除去し、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項２】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
少なくとも第１、第２および第３の成分を含む構造体前駆体物質を提供するステップ、
細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に前記構造体前駆体物質を成形するステップ、
前記第１の成分を架橋するステップ、
沈殿培地中に前記第２の成分を沈殿させるステップ、および
前記沈殿培地中の前記構造体から前記第３の成分を除去し、それによって前記構造体中の複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項３】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
前駆体溶媒中で少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を混合して均質の構造体前駆体物質を形成するステップであって、前記第１のポリマー成分および第２のポリマー成分と前記前駆体溶媒とが摂氏２５度および１ａｔｍで混和性である、ステップ、
前記構造体前駆体物質のプリンティングを行って、細胞成長のための鋳型としての使用に適切な３次元構造体を形成するステップ、および
前記構造体から前記前駆体溶媒を除去して、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項４】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分と流体担体とを含む細胞成長鋳型前駆体構造体を形成するステップ、
前記第１のポリマー成分を架橋し、それによって自立構造体を形成するステップ、および
前記自立構造体から前記流体担体の少なくとも一部を除去し、それによって、鋳型化された細胞成長に適切な構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含み、
前記多孔質構造体が、鋳型化された細胞成長に適切な形状に形成される、
方法。
【請求項５】
細胞成長のための鋳型として使用するための構造体を作製する方法であって、
前駆体溶媒中に少なくとも第１のポリマー成分および第２のポリマー成分を溶解して構造体前駆体物質を形成するステップ、
細胞成長のための鋳型としての使用に適切な構造体に前記構造体前駆体物質を成形するステップ、
ＵＶ放射に前記構造体前駆体物質を曝露させるステップ、および
前記前駆体溶媒の少なくとも一部を前記構造体から除去して、それによって前記構造体中に複数の細孔を形成するステップ、
を含む、方法。
【請求項６】
細胞成長のための鋳型として使用するための物品であって、
空洞を画定する少なくとも１つの壁を含む構造体；および
前記壁の少なくとも一部に形成された平均細孔サイズが２０ミクロン以下の複数の細孔であって、前記複数の細孔の平均細孔サイズから大きさが約２０％超の偏差があるものが全細孔のわずか約５％に過ぎない、細孔、
を含み、
前記構造体が細胞成長のための鋳型として使用するために構築および配置される、
物品。
【請求項７】
前記沈殿培地が（ｉ）溶媒、（ｉｉ）水、（ｉｉｉ）流体、または（ｉｖ）空気である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の細孔が、前記構造体の壁の少なくとも一部に形成され、（ｉ）２０ミクロン以下、または（ｉｉ）１０ミクロン以下の平均細孔サイズを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の細孔の平均細孔サイズからの大きさにおいて（ｉ）約２０％、または（ｉｉ）約１０％の偏差があるものが全細孔のわずか約５％に過ぎない、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記細孔の９０％を超える細孔が、（ｉ）約８０ｋＤａ、（ｉｉ）約４０ｋＤａまたは（ｉｉｉ）約１５ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記構造体前駆体物質を成形または形成するステップは、３次元プリンティングを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記構造体を、前記構造体上へまたは前記構造体の細孔の中への細胞成長を促進する環境に曝露するステップをさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
（ｉ）組織、または（ｉｉ）器官を形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のポリマー成分または第１の成分は、架橋性モノマーまたはアクリル系モノマーである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のポリマー成分または第２の成分は、スルホン系モノマーである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の細孔の平均細孔サイズからの大きさにおいて約２０％の偏差があるものが全細孔のわずか約２％に過ぎない、請求項６に記載の物品。
【請求項１７】
前記細孔の９０％を超える細孔が、（ｉ）約８０ｋＤａ、（ｉｉ）約４０ｋＤａまたは（ｉｉｉ）約１５ｋＤａの分子量カットオフを有する、請求項６に記載の物品。
【請求項１８】
前記複数の細孔が、１０ミクロン以下の平均細孔サイズを有し、前記構造体の壁の少なくとも一部に形成される、請求項６に記載の物品。
【国際調査報告】
2009542840.tif 000017
2009542840.tif 000018