(57)【要約】必要としている個体における低侵襲手術中に内部組織欠損または軟骨の欠損上にバイオインク構築物をバイオプリントする方法が提供され、該方法は：欠損を視覚化する工程；欠損の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを含むバイオプリンターを配置する工程；およびバイオインク層を形成するために、欠損上にプリントヘッドからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、を含む。必要としている個体における低侵襲手術中に内部組織欠損上にバイオインク構築物をバイオプリントするためのシステムがさらに提供され、該システムは、制御システム、内視鏡、およびプリントヘッドを含むバイオプリンターを含む。【選択図】図６
2019520865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要としている個体における低侵襲手術中に内部組織欠損にバイオインク構築物をバイオプリントする方法であって、該方法は：
ａ）内部組織欠損を視覚化する工程；
ｂ）プリントヘッドを含むバイオプリンターを、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置する工程；および、
ｃ）バイオインク層を形成するために内部組織欠損上にプリントヘッドからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、
を含む、方法。
【請求項２】
内部組織欠損は、軟骨の欠損または骨軟骨欠損であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プリントヘッドは針、伸長したシリンダ、流体線、印刷ノズルまたは複数の印刷ノズルを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の印刷ノズルの第２の印刷ノズルの制御および作動とは無関係に、複数の印刷ノズルの第１の印刷ノズルを制御し、および作動させる工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
バイオインクを重合する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
プリントヘッドを含む第２のバイオプリンターを、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
制御システムでバイオプリンターを制御する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
制御システムに動作可能に接続されたロボットアームを制御する工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
１）バイオプリンターを、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置すること、および２）６自由度でバイオプリンターを動かすことの、少なくとも１つを実行するようにロボットアームを制御することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
内部組織欠損を視覚化するために、内部組織欠損の近位に内視鏡を配置する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法によって製造されたバイオインク構築物。
【請求項１２】
内視鏡、少なくとも１つのプリントヘッドを含む少なくとも１つのバイオプリンター、および少なくとも１つのバイオプリンターを制御する制御システムを含む、生体組成物送達システムであって；生体組成物は、複数の細胞を含むバイオインクであることを特徴とする、生体組成物送達システム。
【請求項１３】
複数の細胞は、複数の自己由来細胞、同種異系細胞、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項１４】
複数の細胞は複数の軟骨形成の前駆体であることを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項１５】
複数の細胞は複数の膵臓細胞であることを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項１６】
複数の細胞は、複数の肝細胞、複数の神経細胞、複数の網膜細胞、複数の免疫細胞、複数の腎臓細胞、複数の造血細胞、複数の脂肪細胞、複数の線維芽細胞、複数の骨芽細胞、複数の筋細胞、複数の上皮細胞、複数の内皮細胞、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項１７】
生体組成物送達システムは３次元のスキャナーを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項１８】
３次元スキャナーは、内部組織欠損、バイオインク構築物、またはそれらの組み合わせの点群を生成するように構成される、請求項１７に記載の生体組成物送達システム。
【請求項１９】
点群は、患者の内部組織欠損の形状を補完するバイオインク構築物を設計するために使用されることを特徴とする、請求項１８に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２０】
少なくとも１つのプリントヘッドは、針、印刷ノズル、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２１】
第１のプリントヘッドを含む第１のバイオプリンター、および第２のプリントヘッドを含む第２のバイオプリンター含み；第１のプリントヘッドは第１のバイオインクを排出し、および第２のプリントヘッドは第２のバイオインクを排出することを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２２】
システムは持ち運び可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２３】
制御システムはコンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２４】
ロボットアームは：１）内部組織欠損の近位またはそれに接する位置にバイオプリンターを配置し、および２）６自由度を有することを特徴とする、請求項２３に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２５】
制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続された第２のロボットアームを含み、第２のロボットアームは６自由度を有することを特徴とする、請求項２３に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２６】
内視鏡は内部組織欠損の画像を提供するように構成され；画像は、バイオプリンティングプロセス中にリアルタイムでバイオインク構築物の構造に関するフィードバックを提供するために使用されることを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２７】
複数の細胞は、軟骨細胞、間葉系幹細胞（ＭＳＣ）、ＭＳＣ様細胞、ヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）、人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）、またはそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２８】
バイオインクは細胞外マトリックスの成分を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項２９】
バイオインクは、ポリ乳酸、メタクリル化コラーゲン、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項３０】
バイオインクはコラーゲンを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【請求項３１】
バイオインクは架橋剤、光重合開始剤、またはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の生体組成物送達システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜相互参照＞
本出願は、２０１６年５月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／３４１，９１４号の利益を主張し、該仮出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００２】
本明細書に開示されるのは、特定の実施形態において、必要としている個体における低侵襲手術中に内部組織欠損にバイオインク構築物をバイオプリントする方法であり、該方法は：（ａ）内部組織欠損を視覚化する工程；（ｂ）プリントヘッドを含むバイオプリンターを、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置する工程；および（ｃ）バイオインク層を形成するために内部組織欠損上にプリントヘッドからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は複数のバイオインク層を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は生きた組織である。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは針、伸長したシリンダ、流体線、印刷ノズルまたは複数の印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは独立して制御および作動される。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは、バイオインクの個々の液滴を排出するために作動される。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは個々の液滴を同時に排出する。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは、特定の順序で個々の液滴を排出する。いくつかの実施形態では、プリントヘッドはバイオインクを連続的に排出する。いくつかの実施形態では、バイオインクは、複数の細胞、細胞外マトリックスの成分、合成高分子、天然高分子、架橋剤、光重合開始剤またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、軟骨細胞、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、骨髄細網組織線維芽細胞、非上皮線維芽細胞、周皮細胞、骨原性細胞、骨芽細胞、破骨細胞、角化細胞、毛根細胞、毛幹細胞、毛母細胞、外分泌上皮細胞、ホルモン分泌細胞、上皮細胞、神経細胞または感覚細胞、光受容細胞、筋細胞、細胞間マトリックス細胞、血球、心臓血管細胞、内皮細胞、腎臓細胞、肝細胞、膵細胞、免疫細胞、幹細胞、生殖細胞、ナース細胞、間質細胞、星細胞、およびその前駆体から選択された細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、軟骨細胞、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、骨髄細網組織線維芽細胞、非上皮線維芽細胞、周皮細胞、骨原性細胞、骨芽細胞、破骨細胞、およびその前駆体から選択された細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞外マトリックスの成分は、コラーゲン、エラスチン、フィブリリン、フィブロネクチン、ラミニン、フィブリノゲン、テネイシン、トロンボスポンジン、インテグリン、ヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパリン硫酸、コンドロイチン硫酸、ケラチン硫酸、デルマタン硫酸またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、合成高分子は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ＰＥＧ大割球、ポリエチレングリコールメタクリル酸塩（ＰＥＧＭＡ）、ポリエチレンジメタクリラート（ＰＥＤＧＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリル酸塩（ＰＨＥＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリル酸塩（ＰＡＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ＰＥＧラクチド、ＰＥＧグリコリドまたはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、天然高分子は、アルギン酸塩、セルロース、ゼラチン、ペクチン、アガロース、キトサンまたはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、架橋剤は、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、カルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、グルタルアルデヒド、ゲニピン、ノルジヒドログアヤレト酸、タンニン酸、プロシアニジン、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）、１−エチル−３−３−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリラート（ＥＧＤＭＡ）、テトラエチレングリコールジアクリレート（ＴＥＧＤＡ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、該方法はバイオインクを重合する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを重合する工程は、バイオインクを架橋結合する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを架橋結合する工程は、プリントヘッドによって架橋剤をバイオインクに送達する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを架橋結合する工程は、光源からＵＶ光をバイオインクに適用する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを架橋結合する工程は、熱をバイオインクに適用する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオプリンターは第２のプリントヘッドを含む。いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に、プリントヘッドを含む第２のバイオプリンターを配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、第２のバイオインク層を形成するために、内部組織欠損上に第２のバイオプリンターのプリントヘッドから第２のバイオインクを排出する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、制御システムを備えたバイオプリンターを制御する工程を含む。いくつかの実施形態では、制御システムはコンピューターシステムを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは個体の身体部分に連結される。いくつかの実施形態では、ロボットアームはバイオプリンターを配置する。いくつかの実施形態では、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせに沿ってバイオプリンターを移動させる。いくつかの実施形態では、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせのまわりでバイオプリンターを回転させる。いくつかの実施形態では、制御システムはバイオインクプリンティングのパラメータを制御する。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータは、温度、背圧、１つのノズル当たりの滴下、滴下率の頻度、使用中のノズルの数、発射エネルギー、解像度、粘度、細胞濃度、生理温度、印刷の速度、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、内部組織欠損を視覚化する工程は、バイオインクの排出前、排出中、または排出後に行われる。いくつかの実施形態では、内部組織欠損を視覚化する工程は、内部組織欠損を画像化する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織欠損の近位に内視鏡を配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、内視鏡が内部組織欠損を視覚化する。いくつかの実施形態では、内部組織欠損は、損傷した組織、侵食した組織、病変組織、または退化した組織から選択される。いくつかの実施形態では、内部組織欠損は、骨、筋肉、神経、脳、目、膵臓、脾臓、軟骨、甲状腺、脂肪、洞、食道、腎臓、心臓、肺、腸、胃、結腸、直腸、胸、卵巣、子宮、頚部、前立腺、膀胱、または肝臓から選択された内部組織にある。いくつかの実施形態では、内部組織欠損は、血管の欠損、軟骨の欠損、筋肉の欠損、腸の欠損、神経細胞の欠損、生殖の欠損、膵臓の欠損、または目の欠損から選択される。いくつかの実施形態では、内部組織欠損は軟骨の欠損を含む。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は、膝関節、股関節、肘関節、肩関節、手首関節、脊椎関節、指関節、足首関節、または足関節から選択された関節にある。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は膝関節にある。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は骨軟骨の欠損を含む。
【０００３】
本明細書に開示されるのは、特定の実施形態において、必要としている個体における低侵襲手術中に軟骨の欠損にバイオインク構築物をバイオプリントする方法であり、該方法は：（ａ）軟骨の欠損を視覚化する工程；（ｂ）プリントヘッドを含むバイオプリンターを、軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置に配置する工程；および（ｃ）バイオインク層を形成するために軟骨の欠損上にプリントヘッドからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は複数のバイオインク層を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は生きた組織である。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは針、伸長したシリンダ、流体線、印刷ノズルまたは複数の印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは独立して制御および作動される。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは、バイオインクの個々の液滴を排出するために作動される。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは個々の液滴を同時に排出する。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは、特定の順序で個々の液滴を排出する。いくつかの実施形態では、プリントヘッドはバイオインクを連続的に排出する。いくつかの実施形態では、バイオインクは、複数の細胞、細胞外マトリックスの成分、合成高分子、天然高分子、架橋剤、光重合開始剤またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、軟骨細胞、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、骨髄細網組織線維芽細胞、非上皮線維芽細胞、周皮細胞、骨原性細胞、骨芽細胞、破骨細胞、およびその前駆体から選択された細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞外マトリックスの成分は、コラーゲン、エラスチン、フィブリリン、フィブロネクチン、ラミニン、フィブリノゲン、テネイシン、トロンボスポンジン、インテグリン、ヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパリン硫酸、コンドロイチン硫酸、ケラチン硫酸、デルマタン硫酸またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、合成高分子は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ＰＥＧ大割球、ポリエチレングリコールメタクリル酸塩（ＰＥＧＭＡ）、ポリエチレンジメタクリラート（ＰＥＤＧＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリル酸塩（ＰＨＥＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリル酸塩（ＰＡＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ＰＥＧラクチド、ＰＥＧグリコリドまたはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、天然高分子は、アルギン酸塩、セルロース、ゼラチン、ペクチン、アガロース、キトサンまたはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、架橋剤は、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、カルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、グルタルアルデヒド、ゲニピン、ノルジヒドログアヤレト酸、タンニン酸、プロシアニジン、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）、１−エチル−３−３−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリラート（ＥＧＤＭＡ）、テトラエチレングリコールジアクリレート（ＴＥＧＤＡ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、該方法はバイオインクを重合する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを重合する工程は、バイオインクを架橋結合する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを架橋結合する工程は、プリントヘッドによって架橋剤をバイオインクに送達する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを架橋結合する工程は、光源からＵＶ光をバイオインクに適用する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを架橋結合する工程は、熱をバイオインクに適用する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオプリンターは第二のプリントヘッドを含む。いくつかの実施形態では、該方法は、軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置に、プリントヘッドを含む第２のバイオプリンターを配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、第２のバイオインク層を形成するために、軟骨の欠損上に第２のバイオプリンターのプリントヘッドから第２のバイオインクを排出する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、制御システムを備えたバイオプリンターを制御する工程を含む。いくつかの実施形態では、制御システムはコンピューターシステムを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは個体の身体部分に連結される。いくつかの実施形態では、ロボットアームはバイオプリンターを配置する。いくつかの実施形態では、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせに沿ってバイオプリンターを移動させる。いくつかの実施形態では、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせのまわりでバイオプリンターを回転させる。いくつかの実施形態では、制御システムはバイオインクプリンティングのパラメータを制御する。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータは、温度、背圧、１つのノズル当たりの滴下、滴下率の頻度、使用中のノズルの数、発射エネルギー、解像度、粘度、細胞濃度、生理温度、印刷の速度、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損を視覚化する工程は、バイオインクの排出前、排出中、または排出後に行われる。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損を視覚化する工程は、軟骨の欠損を画像化する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、軟骨の欠損の近位に内視鏡を配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、内視鏡は軟骨の欠損を視覚化する。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は、損傷した組織、侵食した組織、病変組織、または退化した組織から選択される。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は、膝関節、股関節、肘関節、肩関節、手首関節、脊椎関節、指関節、足首関節、または足関節から選択された関節にある。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は膝関節にある。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は骨軟骨の欠損を含む。
【０００４】
本明細書に開示されるのは、特定の実施形態において、内視鏡、少なくとも１つのプリントヘッドを含む少なくとも１つのバイオプリンター、および少なくとも１つのバイオプリンターを制御する制御システムを含む、生体組成物送達システムであり；生体組成物は、複数の細胞を含むバイオインクである。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、複数の自己由来細胞、同種異系細胞またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の軟骨形成の前駆体を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の膵臓細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の肝細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の神経細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の網膜細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の免疫細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の腎臓細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の造血細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の脂肪細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の線維芽細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の骨芽細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の筋細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の上皮細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の内皮細胞を含む。いくつかの実施形態では、生体組成物送達システムは、３次元スキャナーを含む。いくつかの実施形態では、３次元スキャナーは、内部組織欠損、バイオインク構築物またはそれらの組み合わせの点群を生成するように構成される。いくつかの実施形態では、患者の内部組織欠損の形状を補完するバイオインク構築物を設計するために、点群を使用する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのプリントヘッドは、針、印刷ノズルまたはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、生体組成物送達システムは、第１のプリントヘッドを含む第１のバイオプリンター、および第２のプリントヘッドを含む第２のバイオプリンター含み；第１のプリントヘッドは第１のバイオインクを排出し、および第２のプリントヘッドは第２のバイオインクを排出する。いくつかの実施形態では、システムは持ち運び可能である。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは：１）内部組織欠損の近位またはそれに接する位置にバイオプリンターを配置し、および２）６自由度を有する。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続された第２のロボットアームを含み、第２のロボットアームは６自由度を有する。いくつかの実施形態では、内視鏡は、内部組織欠損の画像を提供するために構成され；画像は、リアルタイムで、バイオプリンティングプロセスの間にバイオインク構築物の構造に関するフィードバックを提供するために使用される。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、軟骨細胞、間葉系幹細胞（ＭＳＣ）、ＭＳＣ様細胞、ヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）、人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の軟骨細胞である。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）である。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数のヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）である。いくつかの実施形態では、複数の細胞は複数の人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）である。いくつかの実施形態では、バイオインクは細胞外マトリックスの成分を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは、ポリ乳酸、メタクリル化コラーゲン、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、バイオインクはコラーゲンを含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは架橋剤、光重合開始剤、またはそれらの組み合わせを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明の原理が用いられる実施形態を説明する以下の詳細な説明と、以下の添付図面とを参照することによって、本発明の特徴および利点のより良い理解が得られるであろう。
【図１】Ａ−Ｆは、印刷ノズルの異なる高さおよび角度を例示する。図１Ａは、一点に集まる印刷ノズルの直線の配列を備えたプリントヘッドを例示する。図１Ｂは、広がっていく印刷ノズルの直線の配列を備えたプリントヘッドを例示する。図１Ｃは、印刷ノズルの直線の配列を例示し、個々の印刷ノズルの高さはすべて同じ平面にあるわけではない。中心においてより深い印刷ノズルがここで示される。図１Ｄは、一点に集まる印刷ノズルの２次元的配列を備えたプリントヘッドを例示する。図１Ｅは、広がっていく印刷ノズルの２次元的配列を備えたプリントヘッドを例示する。図１Ｆは、印刷ノズルの２次元的配列を例示し、個々の印刷ノズルの高さはすべて同じ平面にあるわけではない。
【図２】Ａ−Ｅは、プリントヘッド上の印刷ノズルの異なる構成を例示する。図２Ａは、長方形の形で均一に分布した印刷ノズルを例示する。図２Ｂは、１つ以上のマスク（印刷ノズルが欠けている空白）を伴って分布した印刷ノズルを例示する。図２Ｃは、星型に分配した印刷ノズルを例示する。図２Ｄは、楕円形に分配された印刷ノズルを例示する。図２Ｅは、異なるバイオインク、異なる細胞型、異なる分子、生理活性因子、マトリックス成分、および／または薬剤をバイオプリントする各印刷ノズルと共に、様々な位置に分布した異なる大きさと直径の個々の印刷ノズルを例示する。
【図３】シリンジの押し出しによってバイオインクを排出するバイオプリンターを例示する。
【図４】ダイアフラムに基づく噴出によってバイオインクを排出するバイオプリンターを例示する。
【図５Ａ】インクジェットに基づく印刷を使用するバイオプリンターを例示する。図５Ａは、単一のノズルを通じて、インクジェットに基づく印刷によりバイオインクを排出するバイオプリンターを例示する。
【図５Ｂ】インクジェットに基づく印刷を使用するバイオプリンターを例示する。図５Ｂは、複数のノズルを通じて、インクジェットに基づく印刷によりバイオインクを排出するバイオプリンターを例示する。
【図６】２つのロボットアームによって制御された、バイオインクを印刷するための２つのバイオプリンター、および内部組織欠損を視覚化する内視鏡を使用した、膝の関節の病変の修復を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
バイオプリンティングは、３次元の（３Ｄ）印刷技術を使用して、空間的に制御された細胞パターンを生成するプロセスであり、細胞の機能と生存率は印刷された構築物内に保存される。バイオプリンティングは典型的に、組織に似た３次元構造を生成するために、連続したＬａｙｅｒ  ｂｙ  Ｌａｙｅｒアプローチを使用して、生体適合性のスキャホールド上に細胞を分配する工程を含む。
【０００７】
外科手術は、低侵襲法で、本明細書に開示されるシステムを用いて行なうことができる。従来の切開開放術と比較した場合、低侵襲手術の有益性として、患者の外傷がより少ない、失血がより少ない、および回復時間がより速いことがあげられる。さらに、本明細書に開示される方法とシステムによって提供されるように、内部組織欠損上に直接印刷することの利点は、限定されないが以下を含む：ｉ）事前の製造、保管または輸送の必要をなくす；ｉｉ）いかなる形状またはサイズの欠損にも完全に適合する培養組織をカスタマイズする性能を提供する；ｉｉｉ）事前に設計された形状に一致するように欠損を再構築、修正または拡大する必要を省く；ｉｖ）外科手術中に生成されている組織の種類または量を変更する性能；ｖ）生きている細胞と共に人工および天然のスキャホールドを組み合わせる性能；およびｖｉ）宿主組織内へと新しく印刷された組織の直接の組込みを可能にする。
【０００８】
＜特定の用語＞
本明細書で使用される用語は、特定の事例を記載するためだけのものであり、限定を意図したものではない。本明細書で使用されるように、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上他の意味を明白に示すものでない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、用語「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「伴う（ｗｉｔｈ）」、またはその変異形態が明細書および／または特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、そのような用語は、用語「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様、意味において包括的であることを意図している。
【０００９】
本明細書で使用されるように、用語「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」は、当業者によって決定されるような特定の値の許容可能な誤差範囲内であることを意味し、これは、その値がどのように測定または決定されるか、例えば測定システムの限界に、部分的に左右される。特定の実施形態では、用語「約」または「ほぼ」は、１、２、３または４の標準偏差内であることを意味する。特定の実施形態では、用語「約」または「ほぼ」は、所与の値または範囲の３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．５％、０．１％、または０．０５％内にあることを意味する。特定の実施形態では、用語「約」または「ほぼ」は、所与の値または範囲の２０．０度、１５．０度、１０．０度、９．０度、８．０度、７．０度、６．０度、５．０度、４．０度、３．０度、２．０度、１．０度、０．９度、０．８度、０．７度、０．６度、０．５度、０．４度、０．３度、０．２度、０．１度、０．０９度、０．０８度、０．０７度、０．０６度、０．０５度、０．０４度、０．０３度、０．０２度または０．０１度内にあることを意味する。
【００１０】
本明細書で使用されるように、用語「個体」、「患者」、および「被験体」は同義で使用される。前記の用語はいずれも、医療従事者（例えば医者、正看護師、ナースプラクティショナー、医師助手、用務員またはホスピス職員）の監督（例えば継続的または断続的）を特徴とする状況を要求せず、またはその状況に制限されない。
【００１１】
本明細書において使用されるように、用語「ユーザー」、「医療従事者」または「外科医」は区別なく使用され、バイオプリンターおよび／またはバイオプリンティングシステムを操作するであろう人物を指す。
【００１２】
本明細書において使用されるように、疾患、障害または疾病（例えば癌）に関して「処置する」または「処置」という用語は、以下を含む：（１）ヒトにおいて発達している障害の臨床症状または亜臨床症状の出現を予防または遅らせることであり、前記ヒトは障害に苦しむ、または障害にかかりやすくなっているが、障害の臨床症状または亜臨床症状をまだ経験していない、または示していない；および／または（２）障害を阻害することであり、障害の臨床的徴候またはその臨床症状または亜臨床症状の少なくとも１つを阻止、低減または遅らせることを含む；および／または（３）障害を緩和する、例えば、障害またはその臨床症状または亜臨床症状の少なくとも１つの緩解をもたらす；および／または（４）障害の１つ以上の症状の重症度の低下を引き起こす。処置される被験体にとっての有益性は、統計的に有意であるか、少なくとも患者または医師が知覚可能であるかのいずれかである。
【００１３】
本明細書で使用されるように、「バイオインク」は、生体ポリマーおよび／または複数の細胞を含むバイオプリンティングに適した組成物を指す。いくつかの実施形態では、バイオインクは、細胞溶液、細胞集合体、細胞を含むゲル、タンパク質、多細胞体、または組織を含む。
【００１４】
本明細書で使用されるように、「軟骨細胞」は、軟骨細胞、関節の軟骨細胞、線維軟骨細胞（ｆｉｂｒｏｃｈｏｎｄｒｏｃｙｔｅｓ）、軟骨芽細胞、軟骨細胞前駆体、軟骨細胞の前駆細胞、間葉系幹細胞、骨芽細胞、未熟軟骨細胞、軟骨細胞（ｃａｒｔｉｌａｇｅ  ｃｅｌｌｓ）、軟骨形成細胞、骨形成原細胞、骨細胞前駆細胞、骨軟骨前駆細胞、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、およびこうした細胞の成長または分化を助ける細胞を含む。
【００１５】
本明細書で使用されるように、「重合」は、ポリマー鎖を形成するプロセスと、ポリマーのネットワークを形成するプロセスの両方を指す。重合は、共有結合およびイオン架橋結合を含むポリマーの架橋結合を含む。いくつかの実施形態では、重合は、バイオインクのゼラチン化またはゲル化を含む。
【００１６】
本明細書で使用されるように、用語「軟骨形成の前駆体」、「軟骨の前駆細胞」、「軟骨細胞の前駆細胞」、「軟骨細胞前駆体」は区別なく使用される。
【００１７】
本明細書で使用されるように、用語「胚性幹細胞」（ＥＳＣ）は、３つの胚葉へと細胞を実質的に分化する前に、胚盤胞から取り出された多能性幹細胞を指す。ＥＳＣは、非限定的な例としてのＨ９、Ｈ１、Ｈ７およびＳＡ００２などの、市販されているまたは定評のある任意のＥＳＣ細胞株を含む。
【００１８】
本明細書で使用されるように、用語「人工多能性幹細胞」または「ｉＰＳＣ」は、胚性幹細胞のものに似た多能性状態に再プログラムされた体細胞を指す。霊長類体細胞またはマウス体細胞である体細胞に由来するｉＰＳＣなどの、ヒトｉＰＳＣおよび非ヒトｉＰＳＣを含む様々な種類のｉＰＳＣが、ｉＰＳＣの定義に含まれる。
【００１９】
本明細書で使用されるように、用語「同種異系である」は、複数の細胞が遺伝学的に同一ではないドナーから得られることを意味する。例えば、同種異系細胞は、ドナーから抽出され、および遺伝学的に同一ではない別のレシピエントに戻される。
【００２０】
本明細書で使用されるように、用語「自己由来である」は、複数の細胞が遺伝学的に同一のドナーから得られることを意味する。例えば、自己由来細胞は、患者から抽出され、および遺伝学的に同一の同じ患者に戻される。
【００２１】
＜バイオプリンティングの方法＞
本明細書に開示されるのは、特定の実施形態において、必要としている個体における低侵襲手術中に内部組織欠損にバイオインク構築物をバイオプリントする方法であり、該方法は：内部組織欠損を視覚化する工程；バイオプリンターを、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置する工程；および、バイオインク層を形成するために内部組織欠損上にバイオプリンターからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、を含む。
【００２２】
本明細書に開示されるのは、特定の実施形態において、必要としている個体における低侵襲手術中に軟骨の欠損にバイオインク構築物をバイオプリントする方法であり、該方法は：軟骨の欠損を視覚化する工程；バイオプリンターを、軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置に配置する工程；およびバイオインク層を形成するために、軟骨の欠損上にバイオプリンターからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、を含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、バイオプリンティングの方法は、バイオインクを重合する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを重合する工程は、バイオインクに、特定の温度または化学薬品を適用する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、バイオインクが基材上に印刷されるとバイオインクを重合する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、バイオインクが基材上に印刷されるとバイオインクを光重合する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、バイオインクが基材上に印刷された後にバイオインクを重合する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、バイオインクが基材上に印刷された後にバイオインクを光重合する工程を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態では、バイオプリンティングの方法はバイオインクをゲル化する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクをゲル化する工程は、バイオインクに特定の温度または化学薬品を適用する工程を含む。いくつかの実施形態では、化学薬品は架橋剤である。いくつかの実施形態では、バイオインクはゼラチン化を経る。いくつかの実施形態では、ゼラチン化は、ｐＨの変化、温度の変化、クーロン相互作用、共有結合、非共有結合による相互作用、または重合によって引き起こされる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、バイオインクを重合する工程は、バイオインク中のポリマーを架橋結合する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク中のポリマーの架橋結合は化学的架橋結合を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク中のポリマーの架橋結合は、バイオインクが印刷された後に生じる。いくつかの実施形態では、バイオインク中のポリマーの架橋結合と印刷は同時に生じる。いくつかの実施形態では、バイオインク中のポリマーの架橋結合は、フリーラジカル開始剤を用いた架橋結合を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク中のポリマーの架橋結合は、チオール部分またはアミン部分を用いた架橋結合を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク中のポリマーの架橋結合は、架橋剤をバイオインクに送達する工程を含む。いくつかの実施形態では、架橋剤は、カルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、グルタルアルデヒド、ゲニピン、ノルジヒドログアヤレト酸、タンニン酸、プロシアニジン、１−エチル−３−３−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリラート（ＥＧＤＭＡ）、テトラエチレングリコールジアクリレート（ＴＥＧＤＡ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、架橋剤はバイオプリンターによってバイオインクに送達される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、バイオインクは印刷プロセスの間に固体に変わる。いくつかの実施形態では、該方法は、電磁放射線にさらすことによってバイオインクを重合または分解する工程を含む。いくつかの実施形態では、電磁放射線は電子線、ガンマ線またはＵＶ放射線を含む。いくつかの実施形態では、方法は、光に晒すことによるバイオインクの重合または分解を含む。いくつかの実施形態では、光はバイオプリントされた組織を部分的に分解するために使用される。いくつかの実施形態では、光にさらす時間、光の波長、および光の強さは変更することができる。いくつかの実施形態では、分解または重合は光を遮ることにより休止される。いくつかの実施形態では、光にさらすのを再開すると、ゲルの重合または分解が続く。いくつかの実施形態では、該方法は、バイオインクに光重合開始剤を加える工程を含む。いくつかの実施形態では、任意の適切な光重合開始剤を使用する。いくつかの実施形態では、光重合開始剤はＵＶ治療用の光重合開始剤である。いくつかの実施形態では、Ｉ型光重合開始剤またはＩＩ型光重合開始剤を使用する。光重合開始剤の例として、限定されないが、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）２９５９、２−ヒドロキシ−４’−（２−ヒドロキシエトキシ）−２−メチルプロピオフェノン、（２−ヒドロキシ−１−［４―（２−ヒドロキシエトキシフェニル］−２−メチル−１−プロパノン；リチウムフェニル−２，４，６−トリメチルベンゾイルホスフィン酸（ＬＡＰ）；（２’，２−アゾビス［２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）プロピオンアミド］；メタクリル酸２−イソシアナトエチル；ベンゾイルベンジルアミン；カンファーキノン；チオール−ノルボルネン（チオール−エン）；リボフラビン；ルシリンＴＰＯ；ローズベンガル／フルフリル；エチルエオシン；無水メタクリル酸；２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン；およびエオシンＹがあげられる。いくつかの実施形態では、光重合開始剤は、約０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２％、０．２５％、０．３％、０．３５％、０．４％、０．４５％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、または約１％ｗ／ｖのゲルの最終濃度で加えられる。いくつかの実施形態では、光重合開始剤は、約０．０５％ｗ／ｖのゲルの最終濃度で加えられる。いくつかの実施形態では、該方法は、物理的、化学的または酵素的な手段によってバイオプリントした後に、バイオインク成分（例えば、非細胞構造成分、非ＥＣＭ成分）を除去する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク成分はバイオインク成分の分解によって除去される。
【００２７】
いくつかの実施形態では、該方法は血管細胞をバイオプリントする工程を含む。いくつかの実施形態では、血管細胞をバイオプリントする工程は、血管またはその一部の形成をもたらす。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物を生成する方法は、細胞間マトリックス成分をバイオプリントする工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物を生成する方法は、血管細胞と細胞間マトリックス成分をバイオプリントする工程を含む。いくつかの実施形態では、血管細胞と細胞間マトリックスをバイオプリントする工程は、内皮細胞、平滑筋細胞、およびフィブリンをバイオプリントする工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は軟骨を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は膵臓の組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は肝臓の組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は腎臓の組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は膀胱または尿管の組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は肺の組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は維管束組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は網膜の組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は神経組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は筋組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は内皮組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は上皮組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は粘膜組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は線維組織を印刷する工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は脂肪組織を印刷する工程を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は、バイオインク構築物の生体力学試験を含む。いくつかの実施形態では、生体力学試験は、バイオインク構築物の完全性を試験する。いくつかの実施形態では、生体力学試験には、機械的な圧力、音響、超音波の分析、または任意の適切な生体力学試験技術が含まれる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は、患者の組織欠損に特異的な構造または形状を有するバイオインク構築物をバイオプリントする工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は、半月形状を有するバイオインク構築物をバイオプリントする工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は、患者の組織欠損の構造または形状を補完する構造または形状を有するバイオインク構築物をバイオプリントする工程を含む。
【００３０】
＜欠損の視覚化＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は内部組織欠損を視覚化する工程を含む。いくつかの実施形態では、内部組織欠損を視覚化する工程は、バイオインクの排出前、排出中、または排出後に、内部組織欠損を視覚化する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクの排出前に内部組織欠損を視覚化する工程は、手術前になされる。いくつかの実施形態では、手術前に内部組織欠損を視覚化する工程は、内部組織欠損のＸ線、ＣＡＴ／ＣＴスキャン、ＰＥＴスキャン、ＭＲＩ、超音波、サーモグラフィー、内視鏡検査または放射線写真術を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクを排出する前に内部組織欠損を視覚化する工程は、印刷される予定のバイオインク構築物の画像を生成するために、外科手術中に行われる。いくつかの実施形態では、内部組織欠損を視覚化する工程は、印刷の進行、忠実度または精度をモニタリングするために、バイオインクの排出中にリアルタイムで行われる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、内部組織欠損を視覚化する工程は、バイオインクの排出前、排出中、または排出後に内部組織欠損を画像化する工程を含む。いくつかの実施形態では、内部組織欠損を画像化する工程は、写真、赤外線イメージング、３次元スキャン、超音波、透視検査、タッチプローブ、または任意の適切な画像化技術を用いて、内部組織欠損の画像を生成する工程を含む。
【００３２】
いくつかの実施形態では、内部組織欠損の画像を、バイオインク構築物を設計するために使用する。いくつかの実施形態では、内部組織欠損の画像を、バイオインク構築物の形状または構造を決定するために使用する。いくつかの実施形態では、患者の組織欠損に適合する、または適切な相互関係に調整されるバイオインク構築物を設計するために、内部組織欠損の画像を使用する。いくつかの実施形態では、患者に特異的であり、および患者の組織欠損の形状または構造と一致するバイオインク構築物を設計するために、内部組織欠損の画像を使用する。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータを実行するように制御システムをプログラムするために、内部組織欠損の画像を使用する。いくつかの実施形態では、制御システムのプログラムは手動で実行される。いくつかの実施形態では、制御システムのプログラムは自動的に実行される。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータは変更される。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータは、医療サービス提供者によって変更される。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータは、外科手術の間に変更される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織欠損の近位に内視鏡を配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、内視鏡はバイオプリンティングの間に内部組織欠損を視覚化する。いくつかの実施形態では、内視鏡は、関節鏡、気管支鏡、大腸内視鏡、膣鏡、膀胱尿道鏡、膀胱鏡、十二指腸内視鏡、腸鏡、食道胃十二指腸内視鏡、胎児鏡、胃鏡、生殖器鏡（ｇｙｎｏｓｃｏｐｅ）、子宮鏡、腹腔鏡、喉頭鏡、腹腔鏡、直腸Ｓ状結腸鏡  、Ｓ状結腸鏡、胸腔鏡または尿管鏡である。いくつかの実施形態では、該方法は、第２の内視鏡、第３の内視鏡、第４の内視鏡、または第５の内視鏡を、内部組織欠損の近位に配置する工程を含む。
【００３４】
＜バイオプリンターの配置＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法は、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に、バイオプリンターを配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に、第２のバイオプリンターを配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオプリンターは、患者の皮膚の切開を通じて患者にバイオプリンターを挿入することにより、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置される。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは、患者の皮膚の切開を通じて患者にプリントヘッドを挿入することにより、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置される。いくつかの実施形態では、針は、患者の皮膚の切開を通じて患者に針を挿入することにより、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置される。いくつかの実施形態では、ノズルは、患者の皮膚の切開を通じて患者にノズルを挿入することにより、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置される。いくつかの実施形態では、複数のノズルは、患者の皮膚の切開を通じて患者に複数のノズルを挿入することにより、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に配置される。
【００３５】
＜バイオインクの排出＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は、バイオインク組成物を含むバイオインク構築物をバイオプリントする工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法は、バイオインクを排出する工程を含む。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは押出印刷システムを使用してバイオインクを排出する。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは液滴ベースの印刷システムを使用してバイオインクを排出する。いくつかの実施形態では、プリントヘッドはインクジェット印刷システムを使用して、バイオインクを排出する。
【００３６】
いくつかの実施形態では、押出印刷システムは、バイオインクを排出するために力、熱またはそれらの組み合わせを加える工程を含む。いくつかの実施形態では、力は、機械的力、空気の力、動水力である。いくつかの実施形態では、押出印刷システムはシリンジである（図３）。いくつかの実施形態では、シリンジは針を含む。いくつかの実施形態では、押出印刷システムはバイオインクを連続的に排出する。いくつかの実施形態では、力または熱が加えられた時に、押出印刷システムはバイオインクを連続的に排出する。いくつかの実施形態では、押出印刷システムはバイオインクを断続的に排出する。
【００３７】
インクジェット印刷は、インクの滴下によって基材上でデジタルパターン情報を再生する印刷技術である。いくつかの実施形態では、インクジェット印刷システムは熱インクジェットシステムである。いくつかの実施形態では、インクジェット印刷システムは圧電性のインクジェットシステムである。いくつかの実施形態では、インクジェット印刷システムは機械的振動を使用する。いくつかの実施形態では、押出印刷システムは、ダイアフラムに基づく噴出器具である（図４）。いくつかの実施形態では、図４のバイオプリンターは、空気供給源（図示せず）に接続され、それはバイオプリンターに加圧空気を供給する。いくつかの実施形態では、加圧空気は、バイオインクを含むリザーバからノズルへとバイオインクを導き、それによってバイオインクの連続的な流れを作り出す。いくつかの実施形態では、機械的振動は、バイオインクの連続的な流れを妨げ、および個々のバイオインクの流れをバイオインクの小滴に分解する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、インクジェット印刷システムは、各印刷ノズルに発熱体を含む。いくつかの実施形態では、発熱体はローカルプリントノズルの温度を、約１００℃、約１５０℃、約２００℃、約２５０℃、約２６０℃、約２７０℃、約２８０℃、約２８５℃、約２９０℃、約２９５℃、約２９８℃、約３００℃、約３０２℃、約３０５℃、約３１０℃、約３１５℃、約３２０℃、約３２５℃、約３５０℃、約３７５℃、または約４００℃に上げる。いくつかの実施形態では、発熱体はローカルノズルの温度を約３００℃に上げる。いくつかの実施形態では、発熱体は、バイオインク中の複数の細胞の温度を、約１℃、約２℃、約３℃、約４℃、約５℃、約６℃、約７℃、約８℃、約９℃、約１０℃、約１１℃、約１２℃、約１３℃、約１４℃、または約１５℃上げる。いくつかの実施形態では、バイオインク中の複数の細胞の温度は、１μ秒、約２μ秒、約３μ秒、約４μ秒、約５μ秒、約６μ秒、約７μ秒、約８μ秒、約９μ秒、または約１０μ秒よりも短い期間、上げられる。いくつかの実施形態では、インクジェット印刷システムは１つの印刷ノズルを含む。他の実施形態では、インクジェット印刷システムは複数の印刷ノズルを含む。
【００３９】
＜バイオインク組成物＞
特定の実施形態において、バイオインク組成物が本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は本明細書に開示される方法およびシステムによって生成される。本明細書に開示されるバイオインク組成物は、流体、ゲルまたは構築物の形状であり得る。いくつかの実施形態では、本明細書で使用されるように用語「ゲル」は、定常状態にある時に少ない流れを示す、または全く示さない、柔らかく、固形または固形状の組成物を指し、および高い粘度を特徴とする。いくつかの実施形態では、ゲルは混合物である。いくつかの実施形態では、ゲルは流体を含む。いくつかの実施形態では、ゲルは水を含む。いくつかの実施形態では、ゲルは、ヒドロゲル、エアロゲル、ナノコンポジットヒドロゲル、キセロゲル、有機ゲル、合成ゲル、天然ゲルまたはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は本明細書に開示される治療法で使用される。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、本明細書に開示されるヒトまたは動物の外科手術の方法で使用される。
【００４０】
本明細書に開示されるバイオインク組成物は、複数の細胞、細胞外マトリックスの成分、成長因子、治療薬、合成高分子、天然高分子、架橋剤、光重合開始剤、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数の細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクの細胞密度は、約１セル／ｐＬ、約１０セル／ｐＬ、約１００セル／ｐＬ、約１セル／ｎＬ、約１０セル／ｎＬ、約１００セル／ｎＬ、約１セル／μＬ、約１０セル／μＬ、約１００セル／μＬ、約１０００セル／μＬ、約１０，０００セル／μＬ、約１００，０００セル／μＬである。いくつかの実施形態では、バイオインクの細胞密度は、約２ｘ１０６セル／ｍＬ、約３ｘ１０６セル／ｍＬ、約４ｘ１０６セル／ｍＬ、約５ｘ１０６セル／ｍＬ、約６ｘ１０６セル／ｍＬ、約７ｘ１０６セル／ｍＬ、約８ｘ１０６セル／ｍＬ、約９ｘ１０６セル／ｍＬ、約１０ｘ１０６セル／ｍＬ、約１５ｘ１０６セル／ｍＬ、約２０ｘ１０６セル／ｍＬ、約２５ｘ１０６セル／ｍＬ、約３０ｘ１０６セル／ｍＬ、約３５ｘ１０６セル／ｍＬ、約４０ｘ１０６セル／ｍＬ、約４５ｘ１０６セル／ｍＬ、または約５０ｘ１０６セル／ｍＬである。いくつかの実施形態では、複数の細胞は１つの細胞型を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は細胞型の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は１つを超える細胞型を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞セルは、約２、約３、約４、約５、約６、約７、約８、約９、約１０、約１２、約１４、約１６、約１８、約２０、約２５、約３０、約３５、約４０、約４５、約５０、約５５、約６０、約６５、約７０、約７５、約８０、約８５、約９０、約９５、または約１００の細胞型を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは１００を超える細胞型を含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、複数の細胞は、軟骨細胞、軟骨前駆体（ｃｈｏｎｄｒｏｐｒｏｇｅｎｉｔｏｒ）細胞、角化細胞、毛根細胞、毛幹細胞、毛母細胞、外分泌腺上皮細胞、ホルモン分泌細胞、上皮細胞、神経細胞または感覚細胞、光受容細胞、筋細胞、細胞間マトリックス細胞、血球、心臓血管細胞、内皮細胞、血管平滑筋細胞、腎臓細胞、膵細胞、免疫細胞、幹細胞、生殖細胞、ナース細胞、間質細胞、星細胞肝細胞、胃腸細胞、肺細胞、気管細胞、血管細胞、骨格筋細胞、心臓細胞、皮膚細胞、平滑筋細胞、結合組織細胞、角膜細胞、尿生殖器細胞、乳腺細胞、生殖細胞、内皮細胞、上皮細胞、線維芽細胞、シュワン細胞、脂肪細胞、骨細胞、骨髄細胞、軟骨細胞、周皮細胞、中皮細胞、内分泌組織に由来する細胞、間質細胞、前駆細胞、リンパ細胞、内胚葉に由来する細胞、外胚葉に由来する細胞、中胚葉に由来する細胞、周皮細胞、またはこれらの前駆細胞、および／またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は軟骨芽細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数の間葉系幹細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、骨髄細網組織線維芽細胞、非上皮線維芽細胞、周皮細胞、骨原性細胞、骨芽細胞、または破骨細胞、あるいはその任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は関節の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、幹細胞、前駆細胞、全能細胞、多能性細胞、人工多能性幹細胞、未分化細胞、分化細胞、分化する細胞、トランス分化する（ｔｒａｎｓ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｎｇ）細胞、成体からの細胞、小児からの細胞、生殖細胞、循環細胞、常在細胞、付着細胞、悪性細胞、腫瘍細胞、増殖細胞、休止細胞、老化細胞、アポトーシス細胞、サイトカイン産生細胞、移動細胞、またはその組み合わせから選択される。いくつかの実施形態では、バイオインクは、細胞接着分子を発現する複数の細胞を含む。いくつかの実施形態では、細胞接着分子は、アドへリン（ａｄｈｅｒｉｎ）、カドヘリン、カルシンテニン（ｃａｌｓｙｎｔｅｎｉｎ）、クローディン、クラスター分化タンパク質、コンタクチン、免疫グロブリン、インテグリン、レクチン、ネクチン、オクルディン、ビンキュリン、ポリミン（ｐｏｒｉｍｉｎ）、ポドプラニン、ポドカリキシン、ペリオスチン、ニューロトリミン（ｎｅｕｒｏｔｒｉｍｉｎ）、ニューレキシン、およびセレクチンの１つ以上から選ばれる。いくつかの実施形態では、細胞接着分子は受容体である。いくつかの実施形態では、細胞接着分子は膜貫通型タンパク質である。
【００４２】
いくつかの実施形態では、複数の細胞は遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は自然発生の遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、自然発生の遺伝子突然変異は、生殖系列遺伝子突然変異または体細胞遺伝子突然変異である。いくつかの実施形態では、複数の細胞は誘導された遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、誘導された遺伝子突然変異は、無作為の遺伝子突然変異または標的化遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞の１つ以上の遺伝子は遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞中の２、３、４、５、６、７、８、９、または１０の遺伝子は、遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞中の１０を超える遺伝子が遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、遺伝子は複数の遺伝子突然変異を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は遺伝子組み換えされている。いくつかの実施形態では、複数の細胞は核酸でトランスフェクトされる。いくつかの実施形態では、細胞は核酸を含むウイルスに感染している。いくつかの実施形態では、複数の細胞は核酸を含むウイルスによって形質導入されている。いくつかの実施形態では、ウイルスはレトロウイルス、アデノウイルス、またはアデノ随伴ウイルスから選択される。いくつかの実施形態では、核酸は、ベクター、プラスミド、遺伝子、非コード核酸、エクソン、イントロン、二本鎖ＤＮＡ、一本鎖ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、またはｍｉＲＮＡか選択される。いくつかの実施形態では、核酸は遺伝子である。いくつかの実施形態では、遺伝子は真核生物の遺伝子である。いくつかの実施形態では、遺伝子は原核生物の遺伝子である。いくつかの実施形態では、核酸は標識またはアフィニティータグをコード化する。
【００４３】
いくつかの実施形態では、複数の細胞は１つ以上の標識を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の標識は蛍光プローブを含む。いくつかの実施形態では、蛍光プローブは、ＣｅｌｌＴｒａｃｅ（商標）またはＣｅｌｌＴｒａｃｋｅｒ（商標）（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｃａｒｌｓｂａｄ，  ＣＡ，  ＵＳＡ）から選択される。いくつかの実施形態では、標識は蛍光タグを含む。いくつかの実施形態では、蛍光タグは、ｍＰｌｕｍ、ｍＣｈｅｒｒｙ、ｔｄＴｏｍａｔｏ、ｍＳｔｒａｗｂｅｒｒｙ、Ｊ−Ｒｅｄ、ＤｓＲｅｄモノマー、ｍＯｒａｎｇｅ、ｍＫＯ、ｍＣｉｔｒｉｎｅ、Ｖｅｎｕｓ、ＹＰｅｔ、ＥＹＦＰ、エメラルドＥＧＦＰ、ＣｙＰｅｔ、ｍＣＦＰｍ、Ｃｅｒｕｌｅａｎ、Ｔ−サファイア、ＧＦＰ、またはＹＦＰである。いくつかの実施形態では、複数の細胞はアフィニティータグを含む。いくつかの実施形態では、アフィニティータグはペプチドである。いくつかの実施形態では、ペプチドは、ｍｙｃタグ、ｃ−ｍｙｃタグ、ＦＬＡＧタグ、Ｈｉｓタグ、ポリヒスチジンタグ、ＨＡタグ、Ｖ５、ＶＳＶＧ、ｓｏｆｔａｇ  １、ｓｏｆｔａｇ  ３、Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｔａｇ、Ｓタグ、イソチオシアン酸フルオレセイン（ＦＩＴＣ）、ジニトロフェニル、トリニトロフェニル、ペリディニンクロロフィルタンパク質複合体、ビオチン、フィコエリトリン（ＰＥ）、ストレプトアビジン、アビジン、西洋わさびペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）、パルミトイル化、ニトロシル化、アルカリホスファターゼ、グルコースオキシダーゼ、グルタチオン−Ｓ−転移酵素（ＧＳＴ）、ＳＵＭＯタグ、チオレドキシン、ポリ（ＮＡＮＰ）、ポリ−Ａｒｇ、カルモジュリン結合タンパク質、ＰｕｒＦフラグメント、ケトステロイドイソメラーゼ、ＰａＰ３．３０、ＴＡＦ１２ヒストンフォールドドメイン（ｈｉｓｔｏｎｅ  ｆｏｌｄ  ｄｏｍａｉｎ）、マルトース結合タンパク質、またはそのフラグメントである。いくつかの実施形態では、複数の細胞は組織バンクからのものである。いくつかの実施形態では、複数の細胞は凍結される、または事前に凍結される。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、ドナー組織から採取または単離される。いくつかの実施形態では、ドナー組織は生きている動物から採取される。いくつかの実施形態では、ドナー組織は、サル、類人猿、ゴリラ、チンパンジー、ウシ、ウマ、イヌ、ネコ、ヤギ、ヒツジ、ブタ、ウサギ、ニワトリ、ターキー、モルモット、ラットまたはマウスに由来する。いくつかの実施形態では、ドナー組織は合成されたものである。いくつかの実施形態では、複数の細胞は生きたヒトドナーから採取される。いくつかの実施形態では、複数の細胞は個体から採取される。いくつかの実施形態では、ドナー組織は死体から採取される。いくつかの実施形態では、複数の細胞は死体から採取される。いくつかの実施形態では、複数の細胞を死体から採取し、該複数の細胞は死後、約１時間未満、約２時間未満、約４時間未満、約６時間未満、約１２時間未満、約２４時間未満、約３６時間未満、約４８時間未満、約７２時間未満に採取される。いくつかの実施形態では、複数の細胞を死体から、死後約７２時間未満で採取する。いくつかの実施形態では、複数の細胞を死体から、死後約２２時間から約７２時間の間に採取する。いくつかの実施形態では、複数の細胞を、単離または採取した後またはその最中に、抗生物質および／または抗真菌剤で処理する。いくつかの実施形態では、抗生物質は、ペニシリン、ストレプトマイシン、アクチノマイシンＤ、アンピシリン、ブラストサイジン、カルベニシリン、セフォタキシム、ホスミドマイシン、ゲンタマイシン、カナマイシン、ネオマイシン、ポリミキシンＢ、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、抗真菌剤は、アンフォテリシンＢ、ナイスタチン、ナタマイシン、またはそれらの任意の組み合わせである。
【００４４】
いくつかの実施形態では、複数の細胞は、単離後およびバイオプリンティング前に、細胞培養培地で増殖または保全される。いくつかの実施形態では、細胞培養培地は、必須栄養素、成長因子、塩、無機質、ビタミン、多血小板血漿、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、特定の成分は、特定のタンパク質の細胞増殖、分化または分泌を向上させるために選択される。いくつかの実施形態では、細胞培養培地は細胞分化剤を含む。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、細胞培養中の別の細胞集団からの上澄みまたは調整培地で培養される。いくつかの実施形態では、複数の細胞を、約１％、約２％、約３％、約５％、約７％、約１０％、または約２０％のＯ２の大気中で培養する。いくつかの実施形態では、細胞を、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％のＣＯ２の大気中で培養する。いくつかの実施形態では、細胞を、約３０℃、約３２℃、約３３℃、約３４℃、約３５℃、約３６℃、約３７℃、約３８℃、約３９℃、約４０℃、または約４２℃の温度で培養する。いくつかの実施形態では、ヒト軟骨細胞を、好ましくはおよそ３７℃、５％のＣＯ２を含む加湿空気で培養し、培地は約４日おきに取り換える。いくつかの実施形態では、複数の細胞が約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約１００％の集合まで成長した時に、それらをバイオプリンティングのために使用する。いくつかの実施形態では、バイオインクは好ましくは約３７℃の温度で保全される。いくつかの実施形態では、複数の細胞はヒト軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、ヒト軟骨細胞が約８０％から９０％の集合へと成長した時に、バイオプリンティングのためにそれらを使用する。いくつかの実施形態では、複数の細胞は、軟骨細胞、線維軟骨細胞、または軟骨形成の前駆体を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数の軟骨形成の前駆体を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数の線維軟骨細胞を含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、軟骨細胞はヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）に由来する（すなわちｈＥＳＣ由来軟骨細胞）。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数のｈＥＳＣ由来軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、胚性幹細胞は、Ｈ９、Ｈ１、Ｈ７またはＳＡ００２などの、市販されているまたは定評のある任意のＥＳＣ細胞株を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞はヒト以外の胚性幹細胞に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨細胞は人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）に由来する（すなわちｉＰＳＣ由来軟骨細胞）。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数のｉＰＳＣ由来軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞は間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数のＭＳＣ由来軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞は、成人の骨髄ＭＳＣではない間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、骨髄由来のＭＳＣではないＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、成人の骨髄由来ＭＳＣではないＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞はｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、ｈＥＳＣ由来ＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞はＨ９  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、Ｈ９  ｈＥＳＣ由来ＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞はＨ１  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、Ｈ１  ｈＥＳＣ由来ＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞はＨ１  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、Ｈ７  ｈＥＳＣ由来ＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞はＳＡ００２  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、ＳＡ００２  ｈＥＳＣ由来ＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞はｉＰＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、ｉＰＳＣ由来ＭＳＣに由来する複数の軟骨細胞を含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、軟骨細胞はＭＳＣ様細胞に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、ＭＳＣ様細胞に由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、ＭＳＣ様細胞は、以下から選択される１つ以上のマーカーを発現する細胞として定義される：ＣＤ４４、ＣＤ１５１、ＳＯＸ５、ＳＯＸ６およびＳＯＸ９。いくつかの実施形態では、ＭＳＣ様細胞の集団は、ＣＤ７３とＣＤ１０５に対して少なくとも８５％陽性である。いくつかの実施形態では、ＭＳＣ様細胞の集団は、ＣＤ７３とＣＤ１０５に対して少なくとも９５％陽性である。いくつかの実施形態では、ＭＳＣ様細胞の集団は、間葉に由来する様々な組織へと多系列分化することができる。いくつかの実施形態では、ＭＳＣ様細胞の集団は、脂肪生成、骨形成、軟骨形成、および筋原性の系列へと分化することができる。いくつかの実施形態では、ＭＳＣ様細胞の集団は、脂肪細胞、軟骨細胞、骨芽細胞および筋細胞に分化することができる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、複数の軟骨形成の前駆体に由来する複数の軟骨細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は複数の軟骨形成の前駆体を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク組成物は、複数の軟骨細胞および複数の軟骨形成の前駆体を含む混合物を含む。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、以下から選択される１つ以上のマーカーを発現する：アグリカン、コラーゲンＩＩ、コラーゲン２Ａ１型、コラーゲンＩＶおよびＳＯＸ９。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は幹細胞（ＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は軟骨細胞に分化する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は軟骨細胞のみに分化することができる。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、軟骨細胞ではない細胞型に分化することはできない。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、肥大した軟骨細胞に分化することはできない。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、脂肪生成系列、骨形成系列、筋原性系列、またはそれらの任意の組み合わせの細胞には分化しない。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、骨芽細胞、骨細胞、破骨細胞、または他任意の種類の骨細胞には分化しない。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、脂肪細胞、単胞性脂肪細胞、多胞性脂肪細胞、または他の任意の種類の脂肪細胞には分化しない。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、筋細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、または他の任意の種類の筋細胞には分化しない。
【００４８】
いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は多能性幹細胞に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体はヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体は、成人の骨髄間葉系幹細胞（ＭＳＣ）ではないＭＳＣに由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体はｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体はＨ９  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体はＨ１  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体はＨ７  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体はＳＡ００２  ｈＥＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体はｉＰＳＣ由来の間葉系幹細胞（ＭＳＣ）に由来する。いくつかの実施形態では、軟骨形成の前駆体の形態は、比較的低い核と細胞質の比率を有し、丸いまたは細長いと記載される。
【００４９】
いくつかの実施形態では、軟骨細胞または軟骨形成の前駆体は成長因子を含む細胞培養に保全される。いくつかの実施形態では、軟骨細胞または軟骨形成の前駆体は、形質転換増殖因子−β３（ＴＧＦ−β３）、塩基性線維芽細胞増殖因子（ｂＦＧＦ）、インスリン様成長因子−１（ＩＧＦ−１）、骨形態形成因子（ＢＭＰ）、血小板由来成長因子（ＰＤＧＦ）、上皮成長因子（ＥＧＦ）、またはそれらの組み合わせを含む細胞培養培地に保全される。いくつかの実施形態では、軟骨細胞または軟骨形成の前駆体は、ＢＭＰ−１、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−７、ＢＭＰ−８ａ、ＢＭＰ−８ｂ、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１５、またはそれらの任意の組み合わせを含む細胞培養培地に保全される。いくつかの実施形態では、軟骨細胞または軟骨形成の前駆体は、ＰＤＧＦＡ、ＰＤＧＦＢ、ＰＤＧＦＣ、ＰＤＧＦＤ、ＰＤＧＦＲＡ、ＰＤＧＦＲＢ、またはそれらの任意の組み合わせを含む細胞培養培地に保全される。いくつかの実施形態では、軟骨細胞または軟骨形成の前駆体は３次元の細胞培養で培養される。いくつかの実施形態では、３次元の培養物は３次元のマトリックスを含む。いくつかの実施形態では、３次元のマトリックスはゲルマトリックスである。いくつかの実施形態では、ゲルマトリックスはＭａｔｒｉｇｅｌ（登録商標）である。いくつかの実施形態では、３次元のマトリックスは、コラーゲン、プロテオグリカン、フィブリン、ヒアルロン酸、ポリＤラクチド、ポリＬラクチド、ポリＤＬラクチド、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ハイドロキシアパタイト、リン酸カルシウム、アテロコラーゲン、フィブリン、アルギン酸塩、寒天培地、および／またはゼラチンを含む。いくつかの実施形態では、３次元のマトリックスはコラーゲンを含む。いくつかの実施形態では、コラーゲンは架橋結合を含まない。いくつかの実施形態では、コラーゲンは可溶性である。いくつかの実施形態では、３次元のマトリックスはプロテオグリカンを含む。いくつかの実施形態では、３次元の培養物はペレット培養物を含む。いくつかの実施形態では、軟骨細胞または軟骨形成の前駆体は、例えば緩やかな遠心分離下で、圧縮またはペレット化された細胞集団として、一緒に濃縮して培養される。
【００５０】
いくつかの実施形態では、バイオインクは複数の幹細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数の多能性幹細胞を含む。いくつかの実施形態では、多能性幹細胞は軟骨細胞に由来する。いくつかの実施形態では、多能性幹細胞は自己由来の軟骨細胞に由来する。いくつかの実施形態では、多能性幹細胞は同種異系の軟骨細胞に由来する。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数の胚性幹細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のヒト以外の胚性幹細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数の人工多能性幹細胞（ｉＰＳＣ）を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣは成人の骨髄ＭＳＣではない。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣは多能性幹細胞由来ではない。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣはｉＰＳＣ由来である。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣはｈＥＳＣ由来である。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣはＨ９  ｈＥＳＣ由来である。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣはＨ１  ｈＥＳＣ由来である。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣはＨ７  ｈＥＳＣ由来である。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣはＳＡ００２  ｈＥＳＣ由来である。いくつかの実施形態では、バイオインクは複数のＭＳＣを含み、該ＭＳＣはＨ１  ｈＥＳＣ由来である。いくつかの実施形態では、先に規定されたように、バイオインクは複数のＭＳＣ様細胞を含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、バイオインクは細胞培養培地を含む。いくつかの実施形態では、細胞培養培地は、平衡塩類、ダルベッコ変法イーグル培地、ダルベッコ変法イーグル培地／ハムＦ−１２混合培地、ハムＦ−１０培地、ハムＦ−１２培地、イーグル最小必須培地、Ｍｅｄｉｕｍ  １９９、ＲＰＭＩ−１６４０培地、Ａｍｅｓ’Ｍｅｄｉａ、ＢＧＪｂ培地（Ｆｉｔｔｏｎ−Ｊａｃｋｓｏｎ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、クリック培地、ＣＭＲＬ−１０６６培地、フィッシャー培地、グラスゴー最小必須培地（ＧＭＥＭ）、イスコフ改変ダルベッコ培地（ＩＭＤＭ）、Ｌ−１５培地（Ｌｅｉｂｏｖｉｔｚ）、マッコイ５Ａ改変培地、ＮＣＴＣ培地、Ｓｗｉｍ’ｓ  Ｓ−７７培地、Ｗａｙｍｏｕｔｈ培地、ウィリアムＥ培地、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、細胞培養培地は生体血清を含む。いくつかの実施形態では、血清は、ウシ胎仔血清、ウシ胎児血清、胎児ヤギ血清またはウマ血清である。いくつかの実施形態では、細胞培養培地の生体血清含量は、約０．５％ｖ／ｖ、約１％ｖ／ｖ、約２％ｖ／ｖ、約５％ｖ／ｖ、約１０％ｖ／ｖ、約１５％ｖ／ｖ、約２０％ｖ／ｖ、約５０％ｖ／ｖ、約９９％ｖ／ｖ、約１００％ｖ／ｖである。いくつかの実施形態では、細胞培養培地は緩衝薬を含む。いくつかの実施形態では、緩衝薬は、ＭＥＳ、ＡＤＡ、ＰＩＰＥＳ、ＡＣＥＳ、ＭＯＰＳＯ、ＭＯＰＳ、ＢＥＳ、ＴＥＳ、ＨＥＰＥＳ、ＤＩＰＳＯ、セトアミドグリシン、ＴＡＰＳＯ、ＰＯＰＳＯ、ＨＥＰＰＳＯ、ＨＥＰＰＳ、トリシン、グリシンアミド、ビシンまたはＴＡＰＳから選択される。
【００５２】
いくつかの実施形態では、バイオインクは成長因子を含む。いくつかの実施形態では、成長因子は、アドレノメデュリン（ＡＭ）、アンジオポエチン（Ａｎｇ）、自己分泌型細胞運動刺激因子、骨形成因子（ＢＭＰ）、脳由来神経栄養因子（ＢＤＮＦ）、コロニー刺激因子（ＣＳＦ）、上皮成長因子（ＥＧＦ）、エリトロポイエチン（ＥＰＯ）、塩基性線維芽細胞増殖因子（ｂＦＧＦ）、グリア細胞株由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）、顆粒球コロニー刺激因子（Ｇ−ＣＳＦ）、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（ＧＭ−ＣＳＦ）、成長分化因子−９（ＧＤＦ９）、肝細胞増殖因子（ＨＧＦ）、肝臓癌由来成長因子（ＨＤＧＦ）、インスリン、インスリン様成長因子（ＩＧＦ）、移動刺激因子、ミオスタチン（ＧＤＦ−８）、神経成長因子（ＮＧＦ）および他のニューロトロフィン、血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、トロンボポイエチン（ＴＰＯ）、形質転換増殖因子アルファ（ＴＧＦ−α）、形質転換増殖因子ベータ（ＴＧＦ−β）、腫瘍壊死因子アルファ（ＴＮＦ−α）、血管内皮細胞増殖因子（ＶＥＧＦ）、胎盤増殖因子（Ｐ１ＧＦ）、ウシ胎児ソマトトロピン（ＦＢＳ）、ＩＬ−１、ＩＬ−２、ＩＬ−３、ＩＬ−４、ＩＬ−５、ＩＬ−６、ＩＬ−７、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態では、バイオインクはＴＧＦ−β１とｂＦＧＦを含む。
【００５３】
いくつかの実施形態では、バイオインクは細胞外マトリックスの成分を含む。いくつかの実施形態では、細胞外マトリックス成分は、構造タンパク質、特殊タンパク質、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）、プロテオグリカンまたはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、構造タンパク質はコラーゲン、エラスチンおよびフィブリリンを含む。いくつかの実施形態では、コラーゲンは、Ｉ型コラーゲン、ＩＬ型コラーゲン、ＩＩＩ型コラーゲン、ＩＶ型コラーゲン、Ｖ型コラーゲン、ＶＩ型コラーゲン、ＶＩＩ型コラーゲン、ＶＩＩＩ型コラーゲン、ＩＸ型コラーゲン、Ｘ型コラーゲン、ＸＩ型コラーゲン、ＸＩＩ型コラーゲン、ＸＩＩＩ型コラーゲン、ＸＩＶ型コラーゲン、ＸＶ型コラーゲン、ＸＶＩ型コラーゲン、ＸＶＩＩ型コラーゲン、ＸＶＩＩＩ型コラーゲン、ＸＩＸ型コラーゲン、ＸＸ型コラーゲン、ＸＸＩ型コラーゲン、ＸＸＩＩ型コラーゲン、ＸＸＩＩＩ型コラーゲン、ＸＸＩＶ型コラーゲン、ＸＸＶ型コラーゲン、ＸＸＶＩ型コラーゲン、ＸＸＶＩＩ型コラーゲン、ＸＸＶＩＩＩ型コラーゲン、ＸＸＩＸ型コラーゲン、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、特殊タンパク質は、フィブロネクチン、ラミニン、フィブリノゲン、テネイシン、トロンボスポンジン、インテグリン、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、グリコサミノグリカンは反復二糖単位を含む。いくつかの実施形態では、二糖単位は、改変された糖およびヘキスロン酸を含む。いくつかの実施形態では、改変された糖は、Ｎ−アセチルガラクトサミン（ＧａｌＮＡｃ）、Ｎ−アセチルグルコサミン（ＧｌｃＮＡｃ）またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ヘキスロン酸はグルクロン酸（グルコン酸）またはイズロネート（ＩｄＡ）を含む。いくつかの実施形態では、グリコサミノグリカンは、ヒアルロン酸、デルマタン硫酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、ヘパリン硫酸およびケラチン硫酸を含む。いくつかの実施形態では、グリコサミノグリカンはコアタンパク質に連結し、プロテオグリカンを形成する。いくつかの実施形態では、コアタンパク質はセリン（Ｓｅｒ）およびトレオニン（Ｔｈｒ）残留物に富む。いくつかの実施形態では、プロテオグリカンは、グルクロン酸（ＧｌｃＡ）残留物、２つのガラクトース（Ｇａｌ）残留物およびキシロース（Ｘｙｌ）残留物を含む四糖類リンカーを含む。いくつかの実施形態では、細胞外マトリックスは、ヒト、ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ、チンパンジー、サル、ラット、ブタ、マウス、ウサギ、または合成反応に由来する。
【００５４】
いくつかの実施形態では、バイオインクは合成高分子、天然高分子、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、バイオインクはゲルである。いくつかの実施形態では、ゲルはバイオゲルまたはヒドロゲルである。いくつかの実施形態では、合成高分子は、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ＰＥＧマクロマ、ポリエチレングリコールメタクリル酸（ＰＥＧＭＡ）、ポリエチレンジメタクリラート（ＰＥＧＤＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリル酸（ＰＨＥＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ＰＥＧラクチド、ＰＥＧグリコリド、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、ゲルはＰＥＧＤＭＡヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、ＰＥＧＤＭＡポリマーは１０％ｗ／ｖヒドロゲルである。いくつかの実施形態では、ＰＥＧＤＭＡポリマーは２０％ｗ／ｖヒドロゲルである。いくつかの実施形態では、ゲルは合成高分子を含まない。いくつかの実施形態では、ＰＥＧマクロマは、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アリルエーテル、マレイミド、ビニルスルホン、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）エステル、およびビニルエーテル基などの反応性鎖端を含む。いくつかの実施形態では、ＰＥＧのアルコール鎖端は、塩基の存在下において酸塩化物（例えば塩化アクリ、塩化メタクリロイル）を使用してエステル化される。いくつかの実施形態では、ＰＥＧ鎖端は、２−クロロエチルビニルエーテルまたは臭化アリルなどのハロゲン化アルキルでの反応によって基本条件下でエーテル化される。いくつかの実施形態では、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、ビニルスルホン、マレイミド、ビニルエーテルおよびアリルエーテルは、段階成長ネットワーク形成または重合が可能である。いくつかの実施形態では、マクロマの重合は、レドックス生成ラジカル（例えば過硫酸アンモニウムおよびＴＥＭＥＤ）、または光で生成されたラジカルを使用して開始される。いくつかの実施形態では、天然高分子は、アルギン酸塩、セルロース、ゼラチン、ペクチン、キトサン、パラフィン、アガロース、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、バイオインクはＭａｔｒｉｇｅｌ（登録商標）を含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、合成高分子または天然高分子は、架橋を可能にする修飾を含む。いくつかの実施形態では、架橋を可能にする修飾は、メタクリル化である。いくつかの実施形態では、バイオインクはメタクリル化コラーゲンを含む。いくつかの実施形態では、バイオインクはメタクリル化ヒアルロン酸を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクはメタクリル化細胞外マトリックスのタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、合成高分子または天然高分子は機能分子を含む。いくつかの実施形態では、機能分子は生物活性タンパク質または薬物を含む。いくつかの実施形態では、合成高分子または天然高分子は、細胞粘着を促進するペプチド、増殖を促進するペプチド、または分化を促進するペプチドを含む。いくつかの実施形態では、細胞粘着を促進するペプチドはアルギニル−グリシル−アスパラギン酸（ＲＧＤ）である。いくつかの実施形態では、合成高分子または天然高分子は生分解性結合を含む。いくつかの実施形態では、生分解性結合は、マトリックスメタロプロテアーゼ（ＭＭＰ）感受性結合またはアグリカナーゼ感受性結合である。
【００５６】
いくつかの実施形態では、バイオインクは追加の薬剤を含む。いくつかの実施形態では、追加の薬剤は、サリチル酸、カルボン酸、脂質または脂肪酸、界面活性剤、デンプン、パラフィン、シリカ、グリセリンまたはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、脂質または脂肪酸は、パルミチン酸、オレイン酸、リノレン酸、ω−３脂肪酸またはそれらの組み合わせを含む。
【００５７】
いくつかの実施形態では、バイオインクは生化学因子を含む。いくつかの実施形態では、生化学因子は、抗凝血剤、アルブミン、セレン、アミノ酸、ビタミン、ホルモン、無機質、またはそれらの任意の組み合わせから選択される。いくつかの実施形態では、バイオインクはタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、タンパク質は、キナーゼ、ホルモン、サイトカイン、ケモカイン、抗炎症性因子、炎症促進性因子、アポトーシス因子、またはステロイドである。いくつかの実施形態では、バイオインクは酵素を含む。いくつかの実施形態では、酵素は、プロテアーゼ、コラゲナーゼ、ヌクレアーゼ、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、プロテアーゼは、セリンプロテアーゼ、トレオニンプロテアーゼ、システインプロテアーゼ、アスパラギン酸プロテアーゼ、グルタミン酸プロテアーゼ、メタロプロテアーゼ、エキソペプチダーゼ、エンドペプチダーゼ、トリプシン、キモトリプシン、ペプシン、パパイン、エラスターゼ、カルボキシペプチダーゼ、アミノペプチダーゼ、トロンベース、プラスミン、カテプシン、またはヘビ毒である。
【００５８】
いくつかの実施形態では、バイオインクは治療薬を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は、抗生物質および／または抗真菌剤から選択される。いくつかの実施形態では、抗生物質は、ペニシリン、ストレプトマイシン、アクチノマイシンＤ、アンピシリン、ブラストサイジン、カルベニシリン、セフォタキシム、ホスミドマイシン、ゲンタマイシン、カナマイシン、ネオマイシン、ポリミキシンＢ、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、抗真菌剤は、アンフォテリシンＢ、ナイスタチン、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、治療薬は抗炎症性治療薬から選択される。いくつかの実施形態では、抗炎症性治療薬は非ステロイド性の抗炎症性治療薬である。いくつかの実施形態では、非ステロイド性の抗炎症性治療薬はシクロオキシゲナーゼ（ＣＯＸ）阻害剤である。いくつかの実施形態では、ＣＯＸ阻害剤は、ＣＯＸ１阻害剤、ＣＯＸ２阻害剤、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態では、抗炎症性の治療薬はステロイドを含む。いくつかの実施形態では、ステロイドはグルココルチコイドである。いくつかの実施形態では、グルココルチコイドはデキサメタゾンである。
【００５９】
いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織欠損の近位に光源を配置する工程を含む。いくつかの実施形態では、光源はレーザーである。いくつかの実施形態では、光源はランプである。いくつかの実施形態では、光源は焦点範囲に光を発する。いくつかの実施形態では、光源はあるパターンで光を発する。いくつかの実施形態では、光のパターンはバイオインクを架橋結合する。いくつかの実施形態では、該方法は、架橋結合されなかったバイオインクを取り除く洗浄工程を含む。いくつかの実施形態では、光源は内視鏡に接続される。いくつかの実施形態では、光源は、４００ｎｍから７００ｎｍの可視波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源はＵＶ光を発する。いくつかの実施形態では、ＵＶ光は、ＵＶ−Ａ光、ＵＶ−Ｂ光、またはＵＶ−Ｃ光を含む。いくつかの実施形態では、ＵＶＡ光は、３１５ｎｍから４００ｎｍの光の波長を含む。いくつかの実施形態では、ＵＶ−Ｂ光は、２８０ｎｍから３１５ｎｍの光の波長を含む。いくつかの実施形態では、ＵＶ−Ｃ光は、１００ｎｍから２８０ｎｍの光の波長を含む。いくつかの実施形態では、光源はＬＥＤである。
【００６０】
いくつかの実施形態では、バイオインクは光重合性である。いくつかの実施形態では、バイオインクは光分解性である。いくつかの実施形態では、バイオインクは光により放出される因子を含む。いくつかの実施形態では、光により放出される因子は、細胞、成長因子、プロテアーゼ、リガンド、ホルモン、細胞外マトリックス、サイトカイン、抗炎症性因子、炎症促進性因子、接着分子、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態では、光により放出される因子は、バイオプリントされた組織（例えば血管）の特徴を形成するために使用される。いくつかの実施形態では、バイオインクは分解性のエステル結合を伴うＰＥＧを含む。いくつかの実施形態では、バイオインクは、バイオインクまたは細胞外マトリックスの成分に付着する因子を含む。いくつかの実施形態では、因子は、ゲルまたは細胞外マトリックスの成分に因子を付着させる結合の加水分解または酵素性分解によって放たれる。いくつかの実施形態では、因子は、ゲル成分または細胞外マトリックスの加水分解または酵素性分解によって放たれる。いくつかの実施形態では、因子は、酵素によってゲル成分または細胞外マトリックスから放出される。いくつかの実施形態では、酵素は内部組織欠損に存在する。いくつかの実施形態では、放出される因子は治療薬または成長因子である。いくつかの実施形態では、成長因子は、放出に際して血管新生を誘発する。
【００６１】
＜バイオインク構築物＞
バイオインク構築物が本明細書において提供され、該バイオインク構築物は、本明細書に開示される方法およびシステムによって製造される。
【００６２】
いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は複数のバイオインク層を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は生きた組織である。
【００６３】
いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は、２次元の細胞培養物中の各細胞と比較したグリコサミノグリカンの増加、および／または２次元の細胞培養中の細胞と比較したプロテオグリカンの増加を有する。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物の平均細胞生存率は、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％である。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物の平均細胞生存率は約９０％である。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物の平均細胞生存率は約１００％である。
【００６４】
いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は複数のバイオインク層を含む。いくつかの実施形態では、それぞれのバイオインク層は１つ以上の細胞を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク層は２つ以上の細胞を含む。いくつかの実施形態では、複数のバイオインク層は内部組織欠損上または欠損内に印刷される。いくつかの実施形態では、内部組織欠損はヒトにある。いくつかの実施形態では、内部組織欠損は動物にある。いくつかの実施形態では、複数のバイオインク層は隣接している。いくつかの実施形態では、各バイオインク層の１つ以上の細胞は、隣接するバイオインク層の１つ以上の細胞に隣接している。いくつかの実施形態では、バイオインク層は同じ大きさである。いくつかの実施形態では、バイオインク層は各々独立して適切な大きさである。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、または１００以上のバイオインク層を含む。いくつかの実施形態では、複数のバイオインク層の各層の厚さは独立して、約１０μｍ、約１２μｍ、約１４μｍ、約１６μｍ、約１８μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１２５μｍ、約１５０μｍ、約１７５μｍ、約２００μｍ、約２２５μｍ、約２５０μｍ、約２７５μｍ、約３００μｍ、約３２５μｍ、約３５０μｍ、約３７５μｍ、約４００μｍ、約４２５μｍ、約４５０μｍ、約５００μｍ、約５２５μｍ、約５５０μｍ、約５７５μｍ、約６００μｍ、約６２５μｍ、約６５０μｍ、約６７５μｍ、約７００μｍ、約７２５μｍ、約７５０μｍ、約７７５μｍ、約８００μｍ、約８２５μｍ、約８５０μｍ、約８７５μｍ、約９００μｍ、約９２５μｍ、約９５０μｍ、約９７５μｍ、または約１ｍｍである。いくつかの実施形態では、複数のバイオインク層の各層または構築物の生きた組織の厚さは独立して、その最も薄い先端において、約１０μｍ未満、約１２μｍ未満、約１４μｍ未満、約１６μｍ未満、約１８μｍ未満、約２０μｍ未満、約２２μｍ未満、約２４μｍ未満、約２６μｍ未満、約２８μｍ未満、または約３０μｍ未満である。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は、組織を囲むことによって血管形成される。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は無血管である。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は、組織を囲むことによって血管形成されることはない。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は軟骨を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物は実質的に軟骨から成る。いくつかの実施形態では、軟骨の含水率は、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約７２％、約７４％、約７５％、約７６％、約７７％、約７８％、約７９％、約８０％、約８１％、約８２％、約８３％、約８４％、約８５％、約８７％、または約９０％よりも大きい。いくつかの実施形態では、軟骨の含水率は約８０％である。
【００６５】
＜バイオプリンティングシステム＞
本明細書に開示されるバイオインク構築物を製造するためのバイオプリンティングシステムが、本明細書に提供される。さらに、これらのバイオプリンティングシステムは、本明細書に開示されるバイオプリンティング法を行なうために使用され得る。バイオプリンティングシステムは、本願の全体にわたって記載されるように、本明細書に開示される様々なバイオインク組成物と共に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるシステムは生体組成物送達システムである。いくつかの実施形態では、システムは、バイオプリンター、制御システム、表示画面、ロボットアーム、光源、センサー、内視鏡、３次元スキャナーまたはそれらの組み合わせを含む。
【００６６】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、外科手術中の、手術移植材料の配置と配向、バイオインク沈着、およびバイオインク構築物形成の精度および正確さを向上させる。いくつかの実施形態では、システムは所望の領域に印刷するのみであり、より安全な外科手術を保証する。いくつかの実施形態では、手術移植材料はバイオインク構築物である。いくつかの実施形態では、手術移植材料は、本明細書に記載される方法によって製造された半月の移植組織である。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、組織切除、バイオインクの沈着、またはバイオインク構築物の位置付けを含む外科手術中の調整が可能である。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、外科手術中に使用される場合、外科手術後の患者の回復時間を改善する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、外科手術中に使用される場合、患者が外科手術後に耐えしのぶ痛みの量を減らす。
【００６７】
＜バイオプリンター＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムはバイオプリンターを含む。いくつかの実施形態では、バイオプリンターはプリントヘッドを含む。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは針、伸長したシリンダ、流体線、印刷ノズル（図５Ａ）、または複数の印刷ノズル（図５Ｂ）を含む。いくつかの実施形態では、バイオプリンターは第二のプリントヘッドを含む。いくつかの実施形態では、プリントヘッドはロボットアームに取り付けられている。いくつかの実施形態では、複数のプリントヘッドが複数のロボットアームに取り付けられている。いくつかの実施形態では、ロボットアームはプリントヘッドを誘導する。いくつかの実施形態では、ロボットアームはバイオプリンターを誘導する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを配置する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを配置する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、湾曲面または複雑面の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを配置する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置にバイオプリンターを配置する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置にバイオプリンターを配置する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、湾曲面または複雑面の近位またはそれに接する位置にバイオプリンターを配置する。
【００６８】
いくつかの実施形態では、バイオプリンターのサイズは、患者の皮膚の切開を通じてバイオプリンターを患者に挿入することを可能にする。いくつかの実施形態では、プリントヘッドのサイズは、患者の皮膚の切開を通じてプリントヘッドを患者に挿入することを可能にする。いくつかの実施形態では、ノズルの直径は、患者の皮膚の切開を通じてノズルを患者に挿入することを可能にする。いくつかの実施形態では、複数のノズルの直径は、患者の皮膚の切開を通じて複数のノズルを患者に挿入することを可能にする。いくつかの実施形態では、針の直径は、患者の皮膚の切開を通じて針を患者に挿入することを可能にする。
【００６９】
いくつかの実施形態では、バイオプリンターのサイズは、低侵襲手術中に患者の皮膚の切開を通じてバイオプリンターを患者に挿入することを可能にし、切開の長さは約１ｍｍから約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、プリントヘッドのサイズは、低侵襲手術中に患者の皮膚の切開を通じてプリントヘッドを患者に挿入することを可能にし、切開の長さは約１ｍｍから約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、針の直径は、低侵襲手術中に患者の皮膚の切開を通じて針を患者に挿入することを可能にし、切開の長さは約１ｍｍから約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、ノズルの直径は、低侵襲手術中に患者の皮膚の切開を通じてノズルを患者に挿入することを可能にし、切開の長さは約１ｍｍから約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、複数のノズルの直径は、低侵襲手術中に患者の皮膚の切開を通じて複数のノズルを患者に挿入することを可能にし、切開の長さは約１ｍｍから約５ｍｍである。
【００７０】
いくつかの実施形態では、バイオプリンターのサイズは、患者の皮膚の切開を通じてバイオプリンターを患者に挿入することを可能にする。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約５ｍｍから約１０ｍｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約１ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約２ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約３ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約４ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約５ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約６ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約７ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約８ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約９ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約１０ｍｍから約５０ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約２０ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約３０ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約４０ｍｍである。いくつかの実施形態では、患者の皮膚の切開の長さは、約５０ｍｍである。
【００７１】
いくつかの実施形態では、プリントヘッドは複数の印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは整列して配される。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは独立して制御および作動される。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルはバイオインクの個々の液滴を排出するために作動される。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは、バイオインクの個々の液滴を同時に排出する。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは、特定の順序で個々の液滴を排出する。いくつかの実施形態では、複数のノズルは、湾曲面および複雑面に順応する性能を有する様々な構成で配される（図１Ａ−１Ｆ）。
【００７２】
いくつかの実施形態では、プリントヘッドはバイオインクを格納する。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは、１００μｌ、２００μｌ、３００μｌ、４００μｌ、５００μｌ、６００μｌ、７００μｌ、８００μｌ、９００μｌ、１ｍｌ、２ｍｌ、３ｍｌ、４ｍｌ、５ｍｌ、６ｍｌ、７ｍｌ、８ｍｌ、９ｍｌ、１０ｍｌ、２０ｍｌ、３０ｍｌ、４０ｍｌ、５０ｍｌ、６０ｍｌ、７０ｍｌ、８０ｍｌ、９０ｍｌ、１００ｍｌ、２００ｍｌ、３００ｍｌ、４００ｍｌ、または５００ｍｌのバイオインクを格納する。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは使い捨てである。
【００７３】
いくつかの実施形態では、プリントヘッドは少なくとも５つの印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは約６−２０の印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは１０、１２または１６の印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは、約５、約１０、約１５、約２０、約２５、約３０、約３５、約４０、約４５、約５０、約５５、約６０、約６５、約７０、約７５、約８０、約８５、約９０、約９５、または約１００の印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの直径は、約５μｍ、約１０μｍ、約１５μｍ、約２０μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、約４０μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約５５μｍ、約６０μｍ、約６５μｍ、約７０μｍ、約７５μｍ、約８０μｍ、約８５μｍ、約９０μｍ、約９５μｍ、約１００μｍ、約１０５μｍ、約１１０μｍ、約１１５μｍ、約１２０μｍ、約１２５μｍ、約１３０μｍ、約１３５μｍ、約１４０μｍ、約１４５μｍ、または約１５０μｍである。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの直径は約１２０μｍである。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの直径は約１２０μｍより小さい。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの直径は１２０μｍより大きい。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは改変されたインクジェットのプリントヘッドである。いくつかの実施形態では、インクジェットのプリントヘッドは熱インクジェットプリントヘッドである。いくつかの実施形態では、インクジェットのプリントヘッドは圧電気インクジェットプリントヘッドである。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは改変されたカスタムプリントヘッドである。いくつかの実施形態では、プリントヘッドはバイオプリンティングのために製造されたカスタムプリントヘッドである。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは改変されたレーザープリントヘッドである。
【００７４】
いくつかの実施形態では、印刷ノズルは印刷ノズルの１つの行に配置される。いくつかの実施形態では、印刷ノズルは印刷ノズルの２つの行に配置される。いくつかの実施形態では、印刷ノズルは、印刷ノズルの約３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５または５０の行に配置される。いくつかの実施形態では、印刷ノズルは、１０、１２または１６の印刷ノズルの２つの行に配置される。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの各行は、同数の印刷ノズルを有する。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの１つ以上の行は、１つ以上の他の行からの異なる数の印刷ノズルを有する。いくつかの実施形態では、行の長さは行のＹ軸として記載される。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの行における印刷ノズル間のＹ軸間隔は、約５マイクロメートルから約５００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの行における印刷ノズル間のＹ軸間隔は、約５マイクロメートルから約２００マイクロメートル、約５マイクロメートルから約１００マイクロメートル、約５０マイクロメートルから約２００マイクロメートル、約１マイクロメートルから約５０マイクロメートル、または約２００マイクロメートルから約４００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの行における印刷ノズル間のＹ軸間隔は、約２００マイクロメートルから約４００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの行の間の間隔は、約５マイクロメートルから約５００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの行の間の間隔は、約５マイクロメートルから約２００マイクロメートル、約５マイクロメートルから約１００マイクロメートル、約５０マイクロメートルから約２００マイクロメートル、約１マイクロメートルから約５０マイクロメートル、または約２００マイクロメートルから約４００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの行の間の間隔は、約２００マイクロメートルから約４００マイクロメートルである。１０の印刷ノズルが２つの行に配置されるいくつかの実施形態では、印刷ノズル間のＹ軸間隔は、約２０ｄｐｉ、約３０ｄｐｉ、約４０ｄｐｉ、約６０ｄｐｉ、約７０ｄｐｉ、約８０ｄｐｉ、約９０ｄｐｉ、約１００ｄｐｉ、約１１０ｄｐｉ、約１２０ｄｐｉ、約１３０ｄｐｉ、約１４０ｄｐｉ、約１５０ｄｐｉ、約１６０ｄｐｉ、約１７０ｄｐｉ、約１８０ｄｐｉ、約１９０ｄｐｉ、約２００ｄｐｉ、約２５０ｄｐｉ、または約３００ｄｐｉである。１０の印刷ノズルが２つの行に配置されるいくつかの実施形態では、印刷ノズル間のＹ軸間隔は約１５０ｄｐｉである。いくつかの実施形態では、行の間の間隔は、約２００ｇｍ、約２２０ｇｍ、約２４０ｇｍ、約２６０ｇｍ、約２８０ｇｍ、約３００ｇｍ、約３２０ｇｍ、約３４０ｇｍ、約３６０ｇｍ、約３８０ｇｍ、約４００ｇｍ、約４２０ｇｍ、約４５０ｇｍ、または約５００ｇｍである。いくつかの実施形態では、行の間の間隔は約３４０ｇｍである。１２の印刷ノズルが２つの行に配置されるいくつかの実施形態では、印刷ノズル間のＹ軸間隔は、約２０ｄｐｉ、約３０ｄｐｉ、約４０ｄｐｉ、約６０ｄｐｉ、約７０ｄｐｉ、約８０ｄｐｉ、約９０ｄｐｉ、約１００ｄｐｉ、約１１０ｄｐｉ、約１２０ｄｐｉ、約１３０ｄｐｉ、約１４０ｄｐｉ、約１５０ｄｐｉ、約１６０ｄｐｉ、約１７０ｄｐｉ、約１８０ｄｐｉ、約１９０ｄｐｉ、約２００ｄｐｉ、約２５０ｄｐｉ、または約３００ｄｐｉである。１２の印刷ノズルが２つの行に配置されるいくつかの実施形態では、印刷ノズル間のＹ軸間隔は約１８０ｄｐｉまたは１４１μｍである。いくつかの実施形態では、行の間の間隔は、約２００μｍ、約２２０μｍ、約２４０μｍ、約２６０μｍ、約２８０μｍ、約３００μｍ、約３２０μｍ、約３４０μｍ、約３６０μｍ、約３８０μｍ、約４００μｍ、約４２０μｍ、約４５０μｍ、または約５００μｍである。いくつかの実施形態では、行の間の間隔は約３００μｍである。１６の印刷ノズルが２つの行に配置されるいくつかの実施形態では、印刷ノズル間のＹ軸間隔は、約２０ｄｐｉ、約３０ｄｐｉ、約４０ｄｐｉ、約６０ｄｐｉ、約７０ｄｐｉ、約８０ｄｐｉ、約９０ｄｐｉ、約１００ｄｐｉ、約１１０ｄｐｉ、約１２０ｄｐｉ、約１３０ｄｐｉ、約１４０ｄｐｉ、約１５０ｄｐｉ、約１６０ｄｐｉ、約１７０ｄｐｉ、約１８０ｄｐｉ、約１９０ｄｐｉ、約２００ｄｐｉ、約２５０ｄｐｉ、約３００ｄｐｉ、約３２０ｄｐｉ、約３４０ｄｐｉ、約３６０ｄｐｉ、約３８０ｄｐｉ、約４００ｄｐｉ、約４５０ｄｐｉ、または約５００ｄｐｉである。１６の印刷ノズルが２つの行に配置されるいくつかの実施形態では、印刷ノズル間のＹ軸間隔は約３００ｄｐｉまたは８４μｍである。いくつかの実施形態では、行の間の間隔は、約２００μｍ、約２２０μｍ、約２４０μｍ、約２６０μｍ、約２８０μｍ、約３００μｍ、約３２０μｍ、約３４０μｍ、約３６０μｍ、約３８０μｍ、約４００μｍ、約４２０μｍ、約４５０μｍ、または約５００μｍである。いくつかの実施形態では、行の間の間隔は約２３０μｍである。
【００７５】
いくつかの実施形態では、プリントヘッドは印刷ノズルの構成を含む。いくつかの実施形態では、印刷ノズルの構成は並行印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、該構成は平行ではない印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、該構成は一点に集まる印刷ノズルを含む（図１Ａおよび１Ｄ）。いくつかの実施形態では、該構成は広がっていく印刷ノズルを含む（図１Ｂおよび１Ｅ）。いくつかの実施形態では、印刷ノズルは、内部組織欠損の上のレベルに、またはその欠損に位置づけられる。いくつかの実施形態では、内部組織欠損に対する印刷ノズルの近接性を増加または減少させるように、レベルを変化させる（図１Ｃおよび１Ｆ）。いくつかの実施形態では、該構成は、すべての印刷ノズルのレベルが同じ平面にある印刷ノズルを含む（図１Ｃおよび１Ｆ）。いくつかの実施形態では、該構成は、１つ以上の印刷ノズルのレベルが同じ平面にない印刷ノズルを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の構成が組み合わされる。いくつかの実施形態では、複数のノズルが特定の形状で配置される（図２Ａ−２Ｅ）。
【００７６】
いくつかの実施形態では、印刷ノズルの構成は印刷ノズルを含み、印刷ノズルの配向は測定基準単位である。いくつかの実施形態では、印刷ノズルは、約２ピコリットルから約２２０ピコリットルの、プリントヘッドから排出されたバイオインクの滴量を可能にする。いくつかの実施形態では、バイオインクの滴下は、約１ｐＬ、約２ｐＬ、約５ｐＬ、約１０ｐＬ、約１５ｐＬ、約２０ｐＬ、約２５ｐＬ、約３０ｐＬ、約３５ｐＬ、約４０ｐＬ、約４５ｐＬ、約５０ｐＬ、約５５ｐＬ、約６０ｐＬ、約６５ｐＬ、約７０ｐＬ、約７５ｐＬ、約８０ｐＬ、約８５ｐＬ、約９０ｐＬ、約９５ｐＬ、約１００ｐＬ、約１０５ｐＬ、約１１０ｐＬ、約１１５ｐＬ、約１２０ｐＬ、約１２５ｐＬ、約１３０ｐＬ、約１３５ｐＬ、約１４０ｐＬ、約１４５ｐＬ、約１５０ｐＬ、約１５５ｐＬ、約１６０ｐＬ、約１６５ｐＬ、約１７０ｐＬ、約１７５ｐＬ、約１８０ｐＬ、約１８５ｐＬ、約１９０ｐＬ、約１９５ｐＬ、約２００ｐＬ、約２５０ｐＬ、約３００ｐＬ、約５００ｐＬ、または約１ｎＬである。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは、１インチ（ｄｐｉ）当たり少なくとも約１００ドットの解像度を有する。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは、少なくとも約１５０ｄｐｉ、少なくとも約２００ｄｐｉ、少なくとも約３００ｄｐｉ、少なくとも約４００ｄｐｉ、少なくとも約５００ｄｐｉ以上、または約１０００ｄｐｉ以上の解像度を有する。いくつかの実施形態では、印刷ノズルは、約１０００Ｈｚ、約１２００Ｈｚ、約１４００Ｈｚ、約１６００Ｈｚ、約１８００Ｈｚ、約２０００Ｈｚ、約２２００Ｈｚ、約２４００Ｈｚ、約２６００Ｈｚ、約２８００Ｈｚ、約３０００Ｈｚ、約３２００Ｈｚ、約３４００Ｈｚ、約３６００Ｈｚ、約３８００Ｈｚ、約４０００Ｈｚ、約４２００Ｈｚ、約４４００Ｈｚ、約４６００Ｈｚ、約５０００Ｈｚ、約５２００Ｈｚ、約５４００Ｈｚ、約５６００Ｈｚ、約５８００Ｈｚ、または約６０００Ｈｚの周波数で発射する。
【００７７】
いくつかの実施形態では、印刷ノズルは同軸ノズルである。いくつかの実施形態では、同軸ノズルは、第１のノズルおよび第２のノズルを含む２つの同心ノズルを含む。いくつかの実施形態では、第１のノズルは内側ノズルであり、および第２のノズルは外側ノズルである。いくつかの実施形態では、第１のノズルと第２のノズルはそれぞれ、第１のバイオインクと第２のバイオインクを排出する。いくつかの実施形態では、第１のノズルと第２のノズルは、異なるバイオインク印刷パラメータを使用してバイオインクを排出する。いくつかの実施形態では、同軸ノズルは、第１のノズル、第２のノズルおよび第３のノズルを含む３つの同心ノズルを含む。いくつかの実施形態では、第１のノズルは内側ノズルであり、第２のノズルは中央ノズルであり、および第３のノズルは外側ノズルである。いくつかの実施形態では、第１のノズル、第２のノズルおよび第３のノズルはそれぞれ、第１のバイオインク、第２のバイオインク、および第３のバイオインクを排出する。いくつかの実施形態では、第１のバイオインク、第２のバイオインク、または第３のバイオインクは、架橋剤を含む。いくつかの実施形態では、第１のバイオインク、第２のバイオインク、または第３のバイオインクは、合成高分子または天然高分子を含む。いくつかの実施形態では、第１のバイオインク、第２のバイオインク、または第３のバイオインクは、複数の細胞を含む。いくつかの実施形態では、第１のノズル、第２のノズル、および第３のノズルは、異なるバイオインクプリンティングパラメータを使用してバイオインクを排出する。いくつかの実施形態では、同心ノズルは、４つ以上の同心ノズルを含む。いくつかの実施形態では、同軸ノズルは、バイオインク構築物に血管を生成するために使用される。
【００７８】
いくつかの実施形態では、バイオプリンターは複数のプリントヘッドを含む。いくつかの実施形態では、複数のプリントヘッドは、第２のプリントヘッド、第３のプリントヘッド、第４のプリントヘッド、第５のプリントヘッド、第６のプリントヘッド、第７のプリントヘッド、第８のプリントヘッド、第９のプリントヘッド、または第１０のプリントヘッドを含む。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは異なるサイズと直径であり、および様々な位置に分配される（図２Ｅ）。いくつかの実施形態では、複数の印刷ノズルは、同軸ノズル、非同軸ノズル、またはそれらの組み合わせを含む。
【００７９】
＜制御システム＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは制御システムを含む。いくつかの実施形態では、制御システムはバイオプリンターに接続される。いくつかの実施形態では、制御システムはバイオプリンターと通信する。いくつかの実施形態では、制御システムは、バイオプリンターとの無線通信を備える。いくつかの実施形態では、制御システムはバイオプリンターのバイオインクプリンティングパラメータを制御する。
【００８０】
いくつかの実施形態では、制御システムはコンピューターシステムを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続された複数のロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、複数のロボットアームは、第２のロボットアーム、第３のロボットアーム、第４のロボットアーム、第５のロボットアーム、第６のロボットアーム、第７のロボットアーム、第８のロボットアーム、第９のロボットアーム、または第１０のロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは任意の方向、および任意の角度に動くことができる。いくつかの実施形態では、ロボットアームには６自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには５自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには４自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには３自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには２自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、印刷が行われる基材に対して任意の角度でバイオプリンターを配置することができる。いくつかの実施形態では、ロボットアームの動きにおける柔軟性の増加は、バイオプリンターが患者に直接印刷することを可能にする。
【００８１】
いくつかの実施形態では、コンピューターシステムは、プリントヘッドのモニタリングまた操作用の、コンピューティングデバイス、マイクロコントローラ、プロセッサー、メモリデバイス、オペレーティングシステム、およびソフトウェアモジュールを含む。いくつかの実施形態では、コンピューターシステムはコンピューティングデバイスを含む。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスはマイクロコントローラである。いくつかの実施形態では、マイクロコントローラは８ビット、１６ビット、または３２ビットのマイクロコントローラである。いくつかの実施形態では、マイクロコントローラは、８０５１マイクロコントローラ、プログラマブルインターフェースコントローラ（ＰＩＣ）、ＡＶＲまたはＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｖｉｒｔｕａｌ  ＲＩＳＣマイクロコントローラ、またはＡＲＭ（登録商標）マイクロコントローラである。
【００８２】
いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスはデスクトップコンピューターまたはラップトップコンピューターである。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスはモバイル機器である。いくつかの実施形態では、モバイル機器はスマートフォンまたはスマートウォッチである。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスはポータブルデバイスである。本明細書の記載によれば、適切なコンピューティングデバイスはさらに、非限定的な例として、ノート型コンピューター、タブレットコンピューター、ネットブックコンピューター、スマートブックコンピューター、サブノートブックコンピューター、ウルトラモバイルＰＣ、ハンドヘルドコンピューター、携帯情報端末、インターネットアプライアンス、スマートフォン、音楽プレーヤー、およびポータブルビデオゲームシステムを含む。多くのモバイルスマートフォンが、本明細書に記載されるシステムでの使用に適している。適切なタブレットコンピューターとして、ブックレット、スレート、およびコンバーチブル型の構成を備えたものがあげられる。適切なポータブルビデオゲームシステムは、非限定的な例として、ニンテンドーＤＳ（商標）およびＳｏｎｙ（登録商標）ＰＳＰ（商標）を含む。
【００８３】
いくつかの実施形態では、コンピューターシステムは、プロセッサーによって実行可能な命令を含むコンピュータープログラム含み、プロセッサーに：１）ロボットアームの動きと位置を制御させ、２）バイオインクプリンティングのパラメータを制御させる、および
３）バイオプリンティングプロセスを制御させる。いくつかの実施形態では、コンピューターシステムは、バイオインクが置かれる基材上の位置へとバイオプリンターを配向することによって、バイオプリンティングプロセスを制御する。
【００８４】
いくつかの実施形態では、コンピューターシステムは、プリントヘッドのモニタリングまた操作用の、プロセッサー、メモリデバイス、オペレーティングシステム、およびソフトウェアモジュールを含む。いくつかの実施形態では、コンピューターシステムはデジタル処理装置を含み、および１つ以上のハードウェア中央処理装置（ＣＰＵ）を含む。さらなる実施形態において、コンピューターシステムは、実行可能な命令を行うように構成されたオペレーティングシステムを含む。いくつかの実施形態では、オペレーティングシステムは、デバイスのハードウェアを制御し、およびアプリケーションの実行のためのサービスを提供するプログラムとデータを含むソフトウェアである。当業者は、適切なサーバーオペレーティングシステムには、非限定的な例として、ＦｒｅｅＢＳＤ、ＯｐｅｎＢＳＤ、ＮｅｔＢＳＤ（登録商標）、リナックス（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ  ＯＳ  Ｘ  Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標）Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）、Ｗｉｏｄｏｗｓ  Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）、およびＮｏｖｅｌｌ（登録商標）ＮｅｔＷａｒｅ（登録商標）が含まれることを認識する。当業者は、適切なパソコンオペレーティングシステムには、非限定的な例として、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ  ＯＳ  Ｘ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、およびＧＮＵ／Ｌｉｎｕｘ（登録商標）などのＵＮＩＸのようなオペレーティングシステムが含まれることを認識する。いくつかの実施形態では、オペレーティングシステムは、クラウドコンピューティングによって提供される。当業者はさらに、適切なモバイルスマートフォンオペレーティングシステムには、非限定的な例として、Ｎｏｋｉａ（登録商標）Ｓｙｍｂｉａｎ（登録商標）ＯＳ、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＯＳ（登録商標）、Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｉｎ  Ｍｏｔｉｏｎ（登録商標）ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ  ＯＳ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ  Ｐｈｏｎｅ（登録商標）ＯＳ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ  Ｍｏｂｉｌｅ（登録商標）ＯＳ、Ｌｉｎｕｘ、およびＰａｌｍ（登録商標）ＷｅｂＯＳが含まれることを認識するだろう。いくつかの実施形態では、コンピューターシステムは記憶装置および／またはメモリデバイスを含む。いくつかの実施形態では、記憶装置および／またはメモリデバイスは、一時的または永久的にデータまたはプログラムを記憶するために使用される１つ以上の物理的な機器である。いくつかの実施形態において、デバイスは揮発性メモリであり、記憶した情報を維持するための電力を必要とする。いくつかの実施形態において、デバイスは不揮発性メモリであり、デジタル処理装置に電力が供給されないときに記憶した情報を保持する。さらなる実施形態において、不揮発性メモリはフラッシュメモリを含む。いくつかの実施形態において、不揮発性メモリは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を含む。いくつかの実施形態において、不揮発性メモリは、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ）を含む。いく��かの実施形態において、不揮発性メモリは、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）を含む。いくつかの実施形態では、デバイスは、非限定的な例として、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ装置、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、およびクラウドコンピューティングベースの記憶装置を含む記憶装置である。いくつかの実施形態では、記憶装置および／またはメモリデバイスは、本明細書に開示されるようなデバイスの組み合わせである。
【００８５】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるコンピューターシステムは、ユーザーインターフェースを含む。いくつかの実施形態において、入力装置はキーボードである。さらなる実施形態において、入力装置はキーパッドである。特定の実施形態では、入力装置は、通信制限（例えば年齢、病気、障害等による）を伴う被験体による使用のための単純化されたキーパッドであり、各キーは色、形状および健康／通信概念に関係する。いくつかの実施形態において、入力装置は、非限定的な例として、マウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、ゲームコントローラ、またはスタイラスを含むポインティングデバイスである。いくつかの実施形態において、入力装置は表示画面であり、それはタッチスクリーンまたはマルチタッチスクリーンである。他の実施形態において、入力装置は、声または他の音声入力を捕らえるマイクロホンである。他の実施形態において、入力装置は、動きまたは視覚入力を捕らえるビデオカメラである。またさらなる実施形態において、入力装置は本明細書に開示されるデバイスの組み合わせである。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムとソフトウェアモジュールは、イントラネットベースである。いくつかの実施形態では、システムとソフトウェアモジュールはインターネットベースである。いくつかの実施形態では、コンピューターシステムはＷｉＦｉまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈのインターフェースを含む。さらなる実施形態では、コンピューターシステムとソフトウェアモジュールはワールド・ワイド・ウェブに基づく。さらなる実施形態では、コンピューターシステムとソフトウェアモジュールはクラウドコンピューティングに基づく。他の実施形態では、コンピューターシステムとソフトウェアモジュールは、非限定的な例としてＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ装置、ＲＡＭ（例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等）、ＲＯＭ（例えばＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）、磁気テープドライブ、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブ、光磁気ドライブ、ソリッドステートドライブ、およびそれらの組み合わせを含むデータストレージ装置に基づく。
【００８６】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、第１のバイオプリンターの位置を制御する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせに沿ってバイオプリンターを移動させる。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせのまわりでバイオプリンターを回転させる。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、ロボット手術システムの一部を含む。いくつかの実施形態では、ロボット手術システムは、Ｍａｋｏのロボット手術システムである。いくつかの実施形態では、ロボットアームは身体部分に連結される。いくつかの実施形態では、身体部分は内部組織欠損を伴う身体部分である。身体部分への連結は、身体部分が再配置される必要があれば、制御システムが身体部分と共に動くことを可能にする。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続された第２のロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、第２のバイオプリンターの位置を制御する（図６）。
【００８７】
いくつかの実施形態では、制御システムはバイオインクプリンティングのパラメータを制御するために構成される。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータは、温度、背圧、１つのノズル当たりの滴下、滴下率の頻度、使用中のノズルの数、発射エネルギー、解像度、粘度、細胞濃度、生理温度、印刷の速度、またはそれらの組み合わせを含む。
【００８８】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、必要としている個体への低侵襲手術中に、内部組織欠損上にバイオインク構築物をバイオプリントすることができる。該システムは、制御システム、内視鏡、表示画面、センサー、光源、３Ｄスキャナー、ロボットアーム、およびプリントヘッドを含むバイオプリンター、を含み得る。
【００８９】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは持ち運び可能である。いくつかの実施形態では、該システムは、手術室内外に移動させられるように構成される。非限定的な例として、該システムは車輪またはカートに据え付けられてもよい。さらに非限定的な例として、該システムは、平均的なユーザーが手で運ぶのに十分小さく、かつ軽くてもよい。
【００９０】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、生きた医療サービス提供者のサービスを必要としない。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書に記載される制御システムは非通信モードを含む。さらなる実施形態では、本明細書に記載される方法は、通信プロトコルが失敗した場合、通信チャネルまたは信号が失敗または失われた場合、または１つ以上の通信プロトコル、チャネルまたは信号が利用不可能な位置にデバイスが配置された場合に、非通信モードで操作される。非通信モードにおいて、生きている遠方の医療サービス提供者は、システムのコンポーネントをモニタリングし、監督し、操作することができない。さらなる例として、いくつかの実施形態では、本明細書に記載される制御システムは、非常モードを含む。非常モードにおいて、いくつかの実施形態では、システムのコンポーネントは、生きているまたは遠方の医療サービス提供者によるモニタリング、監督または操作なしで、自発的に作動する。
【００９１】
いくつかの実施形態では、システムはプログラム可能である。いくつかの実施形態では、制御システムはプログラム可能である。いくつかの実施形態では、コンピューターシステムはプログラム可能である。いくつかの実施形態では、制御システムは、内部組織欠損またはシステムを使用して処置される被験体についての情報によってプログラム可能である。内部組織欠損に関する情報の非限定的な例は、内部組織欠損の形状、サイズディメンション、厚さ、密度または接近度である。
【００９２】
いくつかの実施形態では、医療サービス提供者は、内部組織欠損についての情報をコンピューターシステムにプログラムする。いくつかの実施形態では、医療サービス提供者は、内部組織欠損についての情報をコンピューターシステムに入力する。いくつかの実施形態では、内部組織欠損に関する情報は、内部組織欠損の形状、サイズディメンション、厚さ、密度または接近度を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、病院、ホスピス、ナーシングホーム、緊急ケア診察所、診断ラボなどのヘルスケア施設で、一部または全体として使用される。いくつかの実施形態では、システムは、動物病院、獣医の診察所などの獣医の施設で、一部または全体として使用される。
【００９３】
いくつかの実施形態では、制御システムはバイオインクプリンティングのパラメータを制御する工程を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクプリンティングのパラメータは、温度、背圧、１つのノズル当たりの滴下、滴下率の頻度、使用中のノズルの数、発射エネルギー、解像度、粘度、細胞濃度、生理温度、印刷の速度、またはそれらの組み合わせを含む。
【００９４】
＜表示画面＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは表示画面を含む。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物をバイオプリントするためのシステムは、複数の表示画面を含む。いくつかの実施形態では、表示画面は、コンピューターシステムに動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、バイオインク構築物をバイオプリントするためのシステムは、表示画面への接続を含む。いくつかの実施形態では、表示画面は、内視鏡によって生成された画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、関節の内部構造の画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、低侵襲手術を受けている患者の関節の内部構造の画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、低侵襲手術を受けている患者の膝の内部構造の画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、バイオプリンターによって印刷されたバイオ構築物の画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、低侵襲手術中にバイオプリンターによって印刷されたバイオ構築物の画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、バイオプリンターによって印刷されているバイオ構築物のリアルタイムの画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、低侵襲手術中にバイオプリンターによって印刷されているバイオ構築物のリアルタイム画像を表示する。いくつかの実施形態では、表示画面は、バイオプリンティングプロセスの視覚フィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、表示画面は、バイオプリンティングプロセス中、およびバイオプリンティングプロセス後に、バイオ構築物の構造の精度に関する視覚フィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、表示画面は、バイオプリンターによってバイオプリントされているバイオ構築物の位置のリアルタイムの視覚フィードバックを提供する。
【００９５】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるコンピューターシステムは、ユーザーインターフェースを含む。さらなる実施形態では、ユーザーインターフェースはグラフィックユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を含む。さらなる実施形態では、ユーザーインターフェースはインタラクティブであり、および本明細書に記載のコンピューターシステムおよびバイオプリンターとインタラクトするためのメニューとオプションをユーザーに提示する。さらなる実施形態では、コンピューターシステムは、ユーザーに視覚情報を送る表示画面を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイはブラウン管（ＣＲＴ）である。いくつかの実施形態では、表示画面は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。さらなる実施形態において、ディスプレイは薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）である。いくつかの実施形態において、ディスプレイは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイである。様々なさらなる実施形態において、ＯＬＥＤディスプレイは、パッシブ−マトリクスＯＬＥＤ（ＰＭＯＬＥＤ）またはアクティブ−マトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）のディスプレイである。いくつかの実施形態において、ディスプレイはプラズマディスプレイである。他の実施形態において、ディスプレイはビデオプロジェクターである。いくつかの実施形態では、表示画面は、モバイルデバイススクリーン、コンピュータースクリーン、ポータブルデバイススクリーン、タッチスクリーン、またはマルチタッチスクリーンである。またさらなる実施形態において、ディスプレイは、本明細書に開示されるディスプレイの組み合わせである。
【００９６】
＜ロボットアーム＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは少なくとも１つのロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、コンピューターシステムに動作可能に接続された第２のロボットアームを含む。いくつかの実施形態では、制御システムはロボットアームを制御する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、第２のバイオプリンターの位置を制御する（図６）。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは、ロボットアームの、ユーザー（すなわち外科医）に対して遠位に取り付けられる。いくつかの実施形態では、複数のプリントヘッドは、複数のロボットアームの、ユーザー（すなわち外科医）に対して遠位に取り付けられる。いくつかの実施形態では、プリントヘッドは、ロボットアームのユーザーに対して遠位端に据え付けられる。いくつかの実施形態では、複数のプリントヘッドが、複数のロボットアームの遠位端に据え付けられる。いくつかの実施形態では、ユーザーは、ロボットアームに取り付けられたプリントヘッドが外科手術中に患者に挿入される深度を手動で変更または制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システムは、ロボットアームに取り付けられたプリントヘッドが外科手術中に患者に挿入される深度を手動で制御することができる。いくつかの実施形態では、ロボットアームの遠位端は、患者に最も近いロボットアームの端部である。
【００９７】
いくつかの実施形態では、複数のロボットアームを含むシステムは、外科手術の時間を減らす。いくつかの実施形態では、システムは複数のロボットアームを含み、１つ以上のアームが１つ以上のプリントヘッドを制御し、他方で１つ以上のアームが画像化コンポーネントまたは可視化装置コンポーネントまたは１つ以上のセンサーを制御する。いくつかの実施形態では、複数のプリントヘッドを含むシステムは、外科手術の時間を減らす。いくつかの実施形態では、複数のバイオプリンターを含むシステムは、外科手術の時間を減らす。いくつかの実施形態では、複数のロボットアームを含むシステムは、複数のバイオインクの配置を可能にする。いくつかの実施形態では、複数のプリントヘッドを含むシステムは、複数のバイオインクの配置を可能にする。いくつかの実施形態では、複数のバイオプリンターを含むシステムは、複数のバイオインクの配置を可能にする。いくつかの実施形態では、複数のロボットアームを含むシステムは、１以上のバイオインク組成物を含むバイオインク構築物のバイオプリンティングを可能にする。いくつかの実施形態では、複数のプリントヘッドを含むシステムは、１以上のバイオインク組成物を含むバイオインク構築物のバイオプリンティングを可能にする。いくつかの実施形態では、複数のバイオプリンターを含むシステムは、１以上のバイオインク組成物を含むバイオインク構築物のバイオプリンティングを可能にする。
【００９８】
いくつかの実施形態では、ロボットアームは基部を含む。いくつかの実施形態では、基部は３６０度を回転する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは基部から伸長する。いくつかの実施形態では、ロボットアームはジョイントを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは複数のジョイントを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは１つのジョイントを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは２つのジョイントを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは３つのジョイントを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは４つのジョイントを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは５つのジョイントを含む。いくつかの実施形態では、ロボットアームは６つのジョイントを含む。いくつかの実施形態では、複数のジョイントによって、ロボットアームを約６軸回転させることが可能である。いくつかの実施形態では、複数のジョイントによって、ロボットアームを約５軸回転させることが可能である。いくつかの実施形態では、複数のジョイントによって、ロボットアームを約４軸回転させることが可能である。いくつかの実施形態では、複数のジョイントによって、ロボットアームを約３軸回転させることが可能である。いくつかの実施形態では、ロボットアームは外科医によって手動で回転させられる。いくつかの実施形態では、ロボットアームは制御システムによって自動的に回転させられる。
【００９９】
いくつかの実施形態では、ロボットアームはアクチュエータを含む。いくつかの実施形態では、アクチュエータは回転アクチュエータである。いくつかの実施形態では、アクチュエータは電気アクチュエータである。いくつかの実施形態では、アクチュエータは、直流（ＤＣ）リニアアクチュエータである。いくつかの実施形態では、アクチュエータはモーターから動力を得る。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、ロボットアームの動きに動力を供給するモーターまたは複数のモーターを含む。いくつかの実施形態では、モーターは、交流（Ａ／Ｃ）モーター、直流（ＤＣ）モーター、歯車付ＤＣモーター、ＲＣサーボモーター、ステッパモーター、または産業用サーボモーターである。いくつかの実施形態では、モーターはモーター制御装置によって制御される。いくつかの実施形態では、モーター制御装置は、ブラシ付きＤＣモーターコントローラ、ブラシレスＤＣモーターコントローラ、サーボモーターコントローラまたはステップモータコントローラである。いくつかの実施形態では、モーター制御装置は、制御システムに動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、ロボットアームは制御システムによって制御される。いくつかの実施形態では、モーター制御装置は、コンピューティングシステムに動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、ロボットアームはコンピューティングシステムによって制御される。いくつかの実施形態では、モーター制御装置は、コンピューティング装置に動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、ロボットアームはコンピューティングデバイスによって制御される。いくつかの実施形態では、モーター制御装置は、マイクロコントローラに動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、ロボットアームはマイクロコントローラによって制御される。いくつかの実施形態では、ロボットアームは手動で制御される。いくつかの実施形態では、ロボットアームはユーザーによって制御される。いくつかの実施形態では、ユーザーは、外科手術中のいかなる時においても、ロボットアームを手動で制御することができる。いくつかの実施形態では、ユーザーは、外科手術中のいかなる時においても、ロボットアームの位置を手動で変更または制御することができる。
【０１００】
いくつかの実施形態では、ロボットアームは、バイオプリンターの位置を制御する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせに沿ってバイオプリンターを移動させる。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせのまわりでバイオプリンターを回転させる。いくつかの実施形態では、ロボットアームは任意の方向、および任意の角度に動くことができる。いくつかの実施形態では、ロボットアームには６自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには５自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには４自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには３自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには２自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームには１自由度がある。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、湾曲面または複雑面の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを配置する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、内部組織欠損の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを配置する。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを配置する。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、ロボットアームは、印刷が行われる基材に対して任意の角度でバイオプリンターを配置することができる。いくつかの実施形態では、ロボットアームの動きにおける柔軟性の増加は、バイオプリンターが患者の組織欠損に直接印刷することを可能にする。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、ロボット手術システムの一部を含む。いくつかの実施形態では、ロボット手術システムは、Ｍａｋｏのロボット手術システムである。いくつかの実施形態では、ロボットアームは身体部分に連結される。いくつかの実施形態では、身体部分は内部組織欠損を伴う身体部分である。身体部分への連結は、身体部分が再配置される必要があれば、制御システムが身体部分と共に動くことを可能にする。
【０１０２】
＜光源＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは光源を含む。いくつかの実施形態では、該光源は、内部組織欠損の近位に配置される。いくつかの実施形態では、光源はレーザーである。いくつかの実施形態では、光源はランプである。いくつかの実施形態では、光源は焦点範囲に光を発する。いくつかの実施形態では、光源はあるパターンで光を発する。いくつかの実施形態では、光のパターンはバイオインクを架橋結合する。いくつかの実施形態では、光源はバイオインクを重合する。いくつかの実施形態では、該方法は、架橋結合されなかったバイオインクを取り除く洗浄工程を含む。いくつかの実施形態では、光源は内視鏡に接続される。いくつかの実施形態では、光源はＵＶ光を発する。いくつかの実施形態では、ＵＶ光は、ＵＶ−Ａ光、ＵＶ−Ｂ光、またはＵＶ−Ｃ光を含む。いくつかの実施形態では、ＵＶＡ光は、約３１５ｎｍから約４００ｎｍの光の波長を含む。いくつかの実施形態では、ＵＶ−Ｂ光は、約２８０ｎｍから約３１５ｎｍの光の波長を含む。いくつかの実施形態では、ＵＶ−Ｃ光は、約１００ｎｍから約２８０ｎｍの光の波長を含む。いくつかの実施形態では、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、システムは、バイオインクを刺激する光源を含む。いくつかの実施形態では、システムは、バイオインク中で細胞を刺激する光源を含む。いくつかの実施形態では、システムは、バイオインクの１つ以上の成分を刺激する光源を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクの１つ以上の成分を検出可能である。いくつかの実施形態では、光源によって刺激されるバイオインクの成分は、複数の細胞、タンパク質、細胞接着分子、細胞外マトリックス成分、成長因子、酵素、治療薬、天然高分子、合成高分子、ヒドロゲル、ナノ粒子、生化学的因子、架橋剤、光重合開始剤、追加の薬剤、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、光源によって刺激された複数の細胞は、蛍光プローブ、蛍光タグ、アフィニティータグ、またはペプチドで標識される。いくつかの実施形態では、光源によって刺激された複数の細胞は、複数の軟骨細胞、軟骨形成の前駆体、軟骨前駆体、幹細胞、多能性幹細胞、人工多能性幹細胞、間葉系幹細胞、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、システムは、バイオインク中でタンパク質を刺激するための光源を含む。いくつかの実施形態では、光源によって刺激されたタンパク質は、蛍光プローブ、蛍光タグ、アフィニティータグ、またはペプチドで標識される。いくつかの実施形態では、光源によって刺激されたタンパク質は、自ら蛍光を発する。いくつかの実施形態では、光源によって刺激された自ら蛍光を発するタンパク質は、コラーゲンである。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、光源は、４００ｎｍから７００ｎｍの可視波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約２７０ｎｍから約３７０ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約４８０ｎｍから約５００ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約４８８ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約５４０ｎｍから約５７０ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約５６１ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約５４６ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約６２０ｎｍから約６４０ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約６３３ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約６４０ｎｍから約６６０ｎｍの波長で光を発する。いくつかの実施形態では、光源は、約６４７ｎｍの波長で光を発する。
【０１０５】
＜センサー＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムはセンサーを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは複数のセンサーを含む。いくつかの実施形態では、センサーは、ロボットアームの位置を検出およびモニタリングするように構成される。いくつかの実施形態では、センサーは、バイオプリンターの位置を検出およびモニタリングするように構成される。いくつかの実施形態では、センサーは、プリントヘッドの位置を検出およびモニタリングするように構成される。いくつかの実施形態では、センサーは、ノズルまたは複数のノズルの位置を検出およびモニタリングするように構成される。いくつかの実施形態では、センサーは、針の位置を検出およびモニタリングするように構成される。いくつかの実施形態では、センサーは、光センサー、ロータリエンコーダ、圧電気加速度計、静電容量変位センサー、ジャイロスコープセンサー、圧力センサー、赤外線センサー、線形ポテンショメーター、ストレッチセンサー、ステレオカメラシステム、位置推定システム、光センサー、サーマルセンサー、温度センサー、サーマルカメラ、慣性計測装置（ＩＭＵ）、電流センサー、電圧センサー、磁気センサー、電磁センサー、深度センサー、音響センサー、タッチセンサー、共焦点変位センサー、またはそれらの任意の組み合わせである。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、センサーは、バイオインクの温度を検出する。いくつかの実施形態では、センサーはバイオプリンターから排出されたバイオインクの量を検出する。いくつかの実施形態では、センサーは、ロボットアームのジョイントの回転の度合を検出する。いくつかの実施形態では、センサーは、ロボットアームの並進運動を検出する。いくつかの実施形態では、センサーはバイオプリンターから基材までの距離を検出する。いくつかの実施形態では、センサーはバイオプリンターから組織欠損までの距離を検出する。いくつかの実施形態では、センサーは、基材内の距離を検出する。いくつかの実施形態では、センサーは、組織欠損内部の距離を検出する。いくつかの実施形態では、センサーは制御システムに位置フィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、センサーは、バイオインク構築物の深度を測定する。いくつかの実施形態では、センサーは、組織欠損の深度を測定する。いくつかの実施形態では、センサーは、バイオインク、またはバイオインク構築物の温度を測定する。いくつかの実施形態では、センサーは、組織欠損の温度を測定する。
【０１０７】
＜内視鏡＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは少なくとも１つの内視鏡を含む。いくつかの実施形態では、内視鏡は、内部組織欠損に近接して配置される。いくつかの実施形態では、内視鏡はバイオプリンティングの間に内部組織欠損を視覚化する。いくつかの実施形態では、内視鏡は、関節鏡、気管支鏡、大腸内視鏡、膣鏡、膀胱尿道鏡、膀胱鏡、十二指腸内視鏡、腸鏡、食道胃十二指腸内視鏡、胎児鏡、胃鏡、生殖器鏡（ｇｙｎｏｓｃｏｐｅ）、子宮鏡、腹腔鏡、喉頭鏡、腹腔鏡、直腸Ｓ状結腸鏡、Ｓ状結腸鏡、胸腔鏡または尿管鏡である。いくつかの実施形態では、該システムは、第１の内視鏡、第２の内視鏡、第３の内視鏡、第４の内視鏡、または第５の内視鏡を、内部組織欠損の近位に含む。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、システムは、バイオプリンティング中または後に、バイオインクを検出または視覚化するために、内視鏡を含む。いくつかの実施形態では、システムは、内部組織欠損の画像を提供するように構成された内視鏡を含み、画像は、バイオプリンティングプロセス中にリアルタイムでバイオインク構築物の構造に関するフィードバックを提供するために使用される。いくつかの実施形態では、内視鏡は、バイオプリンティングプロセス中にリアルタイムで、バイオ構築物の構造に関するフィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、システムは、バイオインクの１つ以上の成分を検出または視覚化する内視鏡を含む。いくつかの実施形態では、バイオインクの成分は、複数の細胞、タンパク質、細胞接着分子、細胞外マトリックス成分、成長因子、酵素、治療薬、天然高分子、合成高分子、ヒドロゲル、ナノ粒子、生化学的因子、架橋剤、光重合開始剤、追加の薬剤、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、システムは、バイオインク中の複数の細胞を検出または視覚化するために内視鏡を含む。いくつかの実施形態では、内視鏡によって検出または視覚化された複数の細胞は、蛍光プローブ、蛍光タグ、アフィニティータグ、またはペプチドで標識される。いくつかの実施形態では、内視鏡によって検出または視覚化された複数の細胞は、複数の軟骨細胞、軟骨形成の前駆体、軟骨前駆体、幹細胞、多能性幹細胞、人工多能性幹細胞、間葉系幹細胞、またはそれらの任意の組み合わせである。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、システムは、バイオインク中のタンパク質を検出または視覚化するために内視鏡を含む。いくつかの実施形態では、内視鏡によって検出または視覚化されたタンパク質は、蛍光プローブ、蛍光タグ、アフィニティータグ、またはペプチドで標識される。いくつかの実施形態では、第２の内視鏡によって検出または視覚化されたタンパク質は、自ら蛍光を発する。いくつかの実施形態では、内視鏡によって検出または視覚化された自ら蛍光を発するタンパク質はコラーゲンである。いくつかの実施形態では、自ら蛍光を発するコラーゲンは、Ｉ型コラーゲン、ＩＬ型コラーゲン、ＩＩＩ型コラーゲン、ＩＶ型コラーゲン、Ｖ型コラーゲン、ＶＩ型コラーゲン、ＶＩＩ型コラーゲン、ＶＩＩＩ型コラーゲン、ＩＸ型コラーゲン、Ｘ型コラーゲン、ＸＩ型コラーゲン、ＸＩＩ型コラーゲン、ＸＩＩＩ型コラーゲン、ＸＩＶ型コラーゲン、ＸＶ型コラーゲン、ＸＶＩ型コラーゲン、ＸＶＩＩ型コラーゲン、ＸＶＩＩＩ型コラーゲン、ＸＩＸ型コラーゲン、ＸＸ型コラーゲン、ＸＸＩ型コラーゲン、ＸＸＩＩ型コラーゲン、ＸＸＩＩＩ型コラーゲン、ＸＸＩＶ型コラーゲン、ＸＸＶ型コラーゲン、ＸＸＶＩ型コラーゲン、ＸＸＶＩＩ型コラーゲン、ＸＸＶＩＩＩ型コラーゲン、ＸＸＩＸ型コラーゲン、またはそれらの組み合わせを含む。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、システムは少なくとも第１の内視鏡と第２の内視鏡を含み、第１の内視鏡はバイオプリンティング中またはバイオプリンティング後に第１のバイオインクを検出または視覚化し、および第２の内視鏡はバイオプリンティング中またはバイオプリンティング後に第２のバイオインクを検出または視覚化する。いくつかの実施形態では、第１のバイオインクは第２のバイオインクとは異なる。いくつかの実施形態では、第１のバイオインクと第２のバイオインクは同じである。いくつかの実施形態では、システムは少なくとも第１の内視鏡と第２の内視鏡を含み、第１の内視鏡はバイオプリンティング中またはバイオプリンティング後に第１のバイオインクの成分を検出または視覚化し、および第２の内視鏡はバイオプリンティング中またはバイオプリンティング後に第２のバイオインクの成分を検出または視覚化する。いくつかの実施形態では、システムは少なくとも第１の内視鏡と第２の内視鏡を含み、第１の内視鏡はバイオプリンティング中またはバイオプリンティング後に第１のバイオインクの成分を検出または視覚化し、および第２の内視鏡はバイオプリンティング中またはバイオプリンティング後に第１のバイオインクの成分を検出または視覚化する。いくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分は同じである。いくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分は異なる。いくつかの実施形態では、追加のバイオインクまたはバイオインクの追加の成分を検出または視覚化する追加の内視鏡（例えば第３、第４、第５の内視鏡）がある。
【０１１１】
＜３Ｄスキャナー＞
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステムは３次元（３Ｄ）スキャナーを含む。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは３次元レーザースキャナーである。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは携帯型のレーザースキャナーである。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは３次元のＸ線スキャナーである。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーはパターン投影３次元法である。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーはコンタクト３Ｄスキャナーである。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは調光３Ｄスキャナーである。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは静止３Ｄレーザースキャナーである。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーはタイム・オブ・フライト法３Ｄスキャナーである。いくつかの実施形態では、タイム・オブ・フライト法はレーザー位相シフト３Ｄスキャナーまたはレーザーパルスベースの３Ｄスキャナーである。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、構造的に内視鏡に類似している可撓性の管状の機器に設置される。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、組織欠損に近接して、または接触して配置される。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、骨軟骨欠損に近接して、または接触して配置される。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、軟骨の欠損に近接して、または接触して配置される。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは内部組織欠損をスキャンする。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーはバイオインクをスキャンする。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインク構築物をスキャンする。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、内部組織欠損の点群を生成する。いくつかの実施形態では、点群は、３Ｄスキャナーによって測定され出力された三次元座標系における一連のデータポイントである。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオプリンティングプロセスの前、間、または後に、内部組織欠損の点群を生成する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインクの点群を生成する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインク構築物の点群を生成する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオプリンティングプロセスの前、間、または後に、バイオインクまたはバイオインク構築物の点群を生成する。いくつかの実施形態では、制御システムは、バイオインク構築物を設計するために３Ｄスキャナーによって生成された点群を使用する。いくつかの実施形態では、制御システムは、バイオプリンターを配向するために３Ｄスキャナーによって生成された点群を使用する。いくつかの実施形態では、制御システムは、バイオインクプリンティングのパラメータを判定するために３Ｄスキャナーによって生成された点群を使用する。いくつかの実施形態では、制御システムは、バイオインクまたはバイオインク構築物の空間的、構造的、または幾何学的なフィードバックを提供するために、３Ｄスキャナーによって生成された点群を使用する。いくつかの実施形態では、バイオインクまたはバイオインク構築物の空間的、構造的、または幾何学的なフィードバックは、バイオプリンティングプロセスの前、間、または後に生成される。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオプリンティングプロセス中にリアルタイムで、バイオ構築物の構造に関するフィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオプリンティングプロセス中にリアルタイムで、バイオ構築物の位置に関するフィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオプリンティングプロセス中にリアルタイムで、バイオインクの位置に関するフィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーによって提供されるフィードバックは空間的なフィードバックである。いくつかの実施形態では、空間的なフィードバックはコンピューティングシステムによって計算される。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステムは、バイオプリンティングプロセス中にバイオ構築物の３Ｄスキャンをとるための命令を実行する。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステムは、バイオプリンティングプロセス中に基材または組織欠損の３Ｄスキャンをとるための命令を実行する。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステムは、バイオプリンティングプロセス中にバイオ構築物の３Ｄスキャンをとり、印刷されるバイオ構築物の構造の元の設計と比較し、および両者の構造的な違いを検出する命令を実行する。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステムは、基材または組織欠損の第１の３Ｄスキャンをとり、バイオプリンティングプロセス中に基材または組織欠損の第２の３Ｄスキャンをとり、第１と第２の３Ｄスキャンを比較し、および第１と第２のスキャンの違いを検出する命令を実行する。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインク構築物を設計するために使用される内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインク構築物の形状または構造を決定するために使用される内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者の組織欠損に適合する、または適切な相互関係に調整されるバイオインク構築物を設計するために使用される、内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者に特異的なバイオインク構築物を設計するために使用される内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者の組織欠損の形状または構造に適合するバイオインク構築物を設計するために使用される、内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者の組織欠損の形状または構造を補完するバイオインク構築物を設計するために使用される、内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオプリンターに送信される命令を判定するために制御システムによって使用される内部組織欠損の画像を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインクプリンティングのパラメータを判定するために制御システムによって使用される内部組織欠損の画像を提供する。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインク構築物を設計するために使用される内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインク構築物の形状または構造を決定するために使用される内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者の組織欠損に適合する、または適切な相互関係に調整されるバイオインク構築物を設計するために使用される、内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者に特異的なバイオインク構築物を設計するために使用される内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者の組織欠損の形状または構造に適合するバイオインク構築物を設計するために使用される、内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、患者の組織欠損の形状または構造を補完するバイオインク構築物を設計するために使用される、内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオプリンターに送信される命令を判定するために制御システムによって使用される内部組織欠損の点群を提供する。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナーは、バイオインクプリンティングのパラメータを判定するために制御システムによって使用される内部組織欠損の点群を提供する。
【０１１７】
＜組成物と方法の使用＞
必要としている被験体を処置するための組成物および方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、被験体は熱傷の犠牲者、スポーツ選手または切断患者である。いくつかの実施形態では、被験体は、高齢者、幼児、または青年である。いくつかの実施形態では、被験体は臓器移植を必要としている。いくつかの実施形態では、臓器移植を必要とする被験体は、目、心臓、肺、胃、腸、結腸、膀胱、膵臓、脾臓、子宮、卵巣、前立腺、筋肉、骨、動脈、血管、甲状腺、肝臓または腎臓を必要としている。いくつかの実施形態では、被験体は、自己免疫疾患、心臓血管疾患、オートファジー障害または神経変性疾患を患う。いくつかの実施形態では、神経変性疾患は、パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症（ルー・ゲーリッグ病）または黄斑変性から選択される。いくつかの実施形態では、自己免疫疾患は、多発性硬化症、脳脊髄炎、肝炎、内耳疾患、末梢神経障害または膵炎から選択される。いくつかの実施形態では、被験体は、脳損傷、組織変性、癌、関節炎、変形性関節症、痛風、虫歯または潰瘍を患っている。いくつかの実施形態では、被験体は変形性関節症を患っている。いくつかの実施形態では、被験体はヒトである。いくつかの実施形態では、被験体は動物である。さらなる実施形態では、動物は、所有者、介護者、救助者または獣医の治療下にある。さらなる実施形態では、動物は、無脊椎動物、魚、両生動物、爬虫類、鳥または哺乳動物である。
【０１１８】
必要としている被験体の内部欠損を処置するための組成物および方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、内部組織欠損は、維管束組織、骨軟骨組織、上皮組織、筋組織、腸組織、ニューロン組織、生殖組織、膵臓組織、眼組織、耳、目、角膜、鼻、脳、洞、歯、骨、軟骨、皮膚、食道、気管、胸腺、甲状腺、心臓、血管、肺、隔膜、リンパ節、胸、乳頭、胃、腸、結腸、直腸、膵臓、脾臓、膀胱、腎臓、肝臓、卵巣、子宮、膣、前立腺、陰茎、頚部、脂肪の骨格筋、平滑筋または皮膚から選択された組織または器官の内部または上部に位置する。いくつかの実施形態では、皮膚は、頭部、顔、頚部、肩、胸、腕、手、背中、尻、脚、くるぶし、または脚に位置する。いくつかの実施形態では、該方法は、関節の内部組織欠損を処置する工程を含む。いくつかの実施形態では、関節は、頚部、肩、背中、脊椎、胸、腕、手、肘、手首、指、脚、くるぶし、脚、腰または膝に位置する。いくつかの実施形態では、関節は膝に位置する。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、内部組織欠損は出産時欠損または先天的欠損である。いくつかの実施形態では、内部組織欠損は負傷の結果である。いくつかの実施形態では、負傷は、筋骨格の外傷、スポーツによる負傷、自動車事故、感染症または腫瘍に起因する。いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織欠損を処置する工程を含み、内部組織欠損は、損傷した組織、腐食した組織、病変組織または退化した組織から選択される。いくつかの実施形態では、損傷した組織は、やけど、表皮剥脱、裂傷、病変、切断、骨折、打撲傷、血腫、掻き傷、切り傷、穿刺、感染症、腫瘍、凍傷、酷使または壊死によって損傷を受けた組織から選択される。いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織欠損の特性評価を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、内部組織のＸ線、ＣＡＴ／ＣＴスキャン、ＰＥＴスキャン、ＭＲＩ、超音波、サーモグラフィー、内視鏡検査、Ｘ線撮影または生検を含む。いくつかの実施形態では、該方法は、外科手術の前に内部組織欠損の準備を含む。いくつかの実施形態では、内部組織欠損の準備は、組織の除去、放射線、滅菌、清浄、抗生物質での処置または麻酔薬での処置を含む。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、組織欠損は関節の欠損である。いくつかの実施形態では、組織欠損は軟骨の欠損である。いくつかの実施形態では、軟骨の欠損は、関節軟骨への外傷または損傷の病巣領域である。いくつかの実施形態では、組織欠損は骨軟骨の欠損である。いくつかの実施形態では、骨軟骨欠損は、隣接する軟骨下骨への損傷または外傷と組み合わせた、関節軟骨への損傷または外傷の病巣領域である。いくつかの実施形態では、組織欠損は、膝の組織欠損、腰の組織欠損、肩の組織欠損、くるぶしの組織欠損または肘の組織欠損である。いくつかの実施形態では、組織欠損は骨折した骨である。いくつかの実施形態では、組織欠損は、膝の骨折、腰の骨折、肩の骨折、くるぶしの骨折または肘の骨折である。いくつかの実施形態では、組織欠損は断裂した靱帯である。いくつかの実施形態では、組織欠損は、膝の靱帯断裂、腰の靱帯断裂、肩の靱帯断裂、くるぶしの靱帯断裂または肘の靱帯断裂である。いくつかの実施形態では、組織欠損は断裂した腱である。いくつかの実施形態では、組織欠損は、膝の腱断裂、腰の腱断裂、肩の腱断裂、くるぶしの腱断裂または肘の腱断裂である。いくつかの実施形態では、組織欠損はふくれあがった滑膜である。いくつかの実施形態では、組織欠損は断裂した関節軟骨である。いくつかの実施形態では、組織欠損は半月軟骨の断裂である。いくつかの実施形態では、組織欠損は表面軟骨の断裂である。いくつかの実施形態では、組織欠損は断裂した半月板である。いくつかの実施形態では、組織欠損は膝の骨折である。いくつかの実施形態では、組織欠損は、断裂した前十字靱帯または断裂した後十字靱帯である。いくつかの実施形態では、組織欠損はベーカー嚢胞である。いくつかの実施形態では、組織欠損は唇における裂傷である。
【０１２１】
本開示は、本明細書に列挙される番号の付いた実施形態の論評を通じてさらに理解される。本明細書で熟慮される様々な実施形態は、限定されないが以下の１つ以上、またはそれらの組み合わせを含んでもよい：１．必要としている個体における低侵襲手術中に内部組織欠損にバイオインク構築物をバイオプリントする方法であり、該方法は：ａ．内部組織欠損を視覚化する工程；ｂ．内部組織欠損の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを含むバイオプリンターを配置する工程；および、ｃ．バイオインク層を形成するために内部組織欠損上にプリントヘッドからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、を含む方法。２．バイオインク構築物は複数のバイオインク層を含む、請求項１に記載の方法。３．バイオインク構築物は生きた組織である、請求項１に記載の方法。４．プリントヘッドは針、伸長したシリンダ、流体線、印刷ノズルまたは複数の印刷ノズルを含む、請求項１に記載の方法。５．複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは独立して制御および作動される、請求項４に記載の方法。６．複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは、バイオインクの個々の液滴を排出するために作動される、請求項４に記載。７．複数の印刷ノズルは、個々の液滴を同時に排出する、請求項６に記載の方法。８．複数の印刷ノズルは、特定の順序で個々の液滴を排出する、請求項６に記載の方法。９．プリントヘッドはバイオインクを連続的に排出する、請求項１に記載の方法。１０．バイオインクは、複数の細胞、細胞外マトリックスの成分、合成高分子、天然高分子、架橋剤、光重合開始剤またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。１１．複数の細胞は、軟骨細胞、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、骨髄細網組織線維芽細胞、非上皮線維芽細胞、周皮細胞、骨原性細胞、骨芽細胞、破骨細胞、角化細胞、毛根細胞、毛幹細胞、毛母細胞、外分泌上皮細胞、ホルモン分泌細胞、上皮細胞、神経細胞または感覚細胞、光受容細胞、筋細胞、細胞間マトリックス細胞、血球、心臓血管細胞、内皮細胞、腎臓細胞、肝細胞、膵細胞、免疫細胞、幹細胞、生殖細胞、ナース細胞、間質細胞、星細胞、およびその前駆体から選択された細胞を含む、請求項１０に記載の方法。１２．複数の細胞は、軟骨細胞、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、骨髄細網組織線維芽細胞、非上皮線維芽細胞、周皮細胞、骨原性細胞、骨芽細胞、破骨細胞、およびその前駆体から選択された細胞を含む、請求項１０に記載の方法。１３．複数の細胞は軟骨細胞を含む、請求項１０に記載の方法。１４．細胞外マトリックスの成分は、コラーゲン、エラスチン、フィブリリン、フィブロネクチン、ラミニン、フィブリノゲン、テネイシン、トロンボスポンジン、インテグリン、ヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパリン硫酸、コンドロイチン硫酸、ケラチン硫酸、デルマタン硫酸またはそれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載の方法。１５．合成高分子は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ＰＥＧ大割球、ポリエチレングリコールメタクリル酸塩（ＰＥＧＭＡ）、ポリエチレンジメタクリラート（ＰＥＤＧＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリル酸塩（ＰＨＥＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリル酸塩（ＰＡＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ＰＥＧラクチド、ＰＥＧグリコリドまたはそれらの組み合わせである、請求項１０に記載の方法。１６．天然高分子は、アルギン酸塩、セルロース、ゼラチン、ペクチン、アガロース、キトサンまたはそれらの組み合わせである、請求項１０に記載の方法。１７．架橋剤は、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、カルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、グルタルアルデヒド、ゲニピン、ノルジヒドログアヤレト酸、タンニン酸、プロシアニジン、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）、１−エチル−３−３−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリラート（ＥＧＤＭＡ）、テトラエチレングリコールジアクリレート（ＴＥＧＤＡ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載の方法。１８．バイオインクを重合する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。１９．バイオインクを重合する工程は、バイオインクを架橋結合する工程を含む、請求項１８に記載の方法。２０．バイオインクを架橋結合する工程は、プリントヘッドによって架橋剤をバイオインクに送達する工程を含む、請求項１９に記載の方法。２１．バイオインクを架橋結合する工程は、光源からＵＶ光をバイオインクに適用する工程を含む、請求項１９に記載の方法。２２．バイオインクを架橋結合する工程は、熱をバイオインクに適用する工程を含む、請求項１９に記載の方法。２３．バイオプリンターは第２のプリントヘッドを含む、請求項１に記載の方法。２４．内部組織欠損の近位またはそれに接する位置に、プリントヘッドを含む第２のバイオプリンターを配置する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。２５．第２のバイオインク層を形成するために、内部組織欠損上に第２のバイオプリンターのプリントヘッドから第２のバイオインクを排出する工程をさらに含む、請求項２４に記載の方法。２６．制御システムでバイオプリンターを制御する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。２７．制御システムはコンピューターシステムを含む、請求項２６に記載の方法。２８．制御システムはコンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む、請求項２７に記載の方法。２９．ロボットアームは個体の身体部分に連結される、請求項２８に記載の方法。３０．ロボットアームはバイオプリンターを配置する、請求項２８に記載の方法。３１．Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせに沿ってバイオプリンターを移動させる、請求項３０に記載の方法。３２．Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせのまわりでバイオプリンターを回転させる、請求項３０に記載の方法。３３．制御システムはバイオインクプリンティングのパラメータを制御する、請求項２６に記載の方法。３４．バイオインクプリンティングのパラメータは、温度、背圧、１つのノズル当たりの滴下、滴下率の頻度、使用中のノズルの数、発射エネルギー、解像度、粘度、細胞濃度、生理温度、印刷の速度、またはそれらの組み合わせを含む、請求項３３に記載の方法。３５．内部組織欠損を視覚化する工程は、バイオインクの排出前、排出中、または排出後に行われる、請求項１に記載の方法。３６．内部組織欠損の視覚化は、内部組織欠損を画像化する工程を含む、請求項１に記載の方法。３７．内部組織欠損の近位に内視鏡を配置する工程をさらに含む、請求項１に記載に方法。３８．内視鏡は内部組織欠損を視覚化する、請求項３７に記載の方法。３９．組織の欠損は、損傷した組織、侵食した組織、病変組織、または退化した組織から選択される、請求項１に記載の方法。４０．内部組織欠損は、骨、筋肉、神経、脳、目、膵臓、脾臓、軟骨、甲状腺、脂肪、洞、食道、腎臓、心臓、肺、腸、胃、結腸、直腸、胸、卵巣、子宮、頚部、前立腺、膀胱、または肝臓から選択された内部組織にある、請求項１に記載の方法。４１．内部組織欠損は、血管の欠損、軟骨の欠損、筋肉の欠損、腸の欠損、神経細胞の欠損、生殖の欠損、膵臓の欠損、または目の欠損から選択される、請求項１に記載の方法。４２．内部組織欠損は、軟骨の欠損を含む、請求項１に記載の方法。４３．軟骨の欠損は、膝関節、股関節、肘関節、肩関節、手首関節、脊椎関節、指関節、足首関節、または足関節から選択された関節にある、請求項４２に記載の方法。４４．軟骨の欠損は膝関節にある、請求項４２に記載の方法。４５．軟骨の欠損は骨軟骨の欠損である、請求項４２に記載の方法。４６．必要としている個体における低侵襲手術中に軟骨の欠損にバイオインク構築物をバイオプリントする方法であり、該方法は：ａ．軟骨の欠損を視覚化する工程；ｂ．軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置にプリントヘッドを含むバイオプリンターを配置する工程；およびｃ．バイオインク層を形成するために、軟骨の欠損上にプリントヘッドからバイオインクを排出し、それによってバイオインク構築物を生成する工程、を含む方法。４７．バイオインク構築物は複数のバイオインク層を含む、請求項４６に記載の方法。４８．バイオインク構築物は生きた組織である、請求項４６に記載の彼方法。４９．プリントヘッドは針、伸長したシリンダ、流体線、印刷ノズルまたは複数の印刷ノズルを含む、請求項１に記載の方法。５０．複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは独立して制御および作動される、請求項４９に記載の方法。５１．複数の印刷ノズルの各印刷ノズルは、バイオインクの個々の液滴を排出するために作動される、請求項４９に記載。５２．複数の印刷ノズルは、個々の液滴を同時に排出する、請求項５１に記載の方法。５３．複数の印刷ノズルは、個々の液滴を特定の順序で排出する、請求項５１に記載の方法。５４．プリントヘッドはバイオインクを連続的に排出する、請求項１に記載の方法。５５．バイオインクは、複数の細胞、細胞外マトリックスの成分、合成高分子、天然高分子、架橋剤、光重合開始剤またはそれらの組み合わせを含む、請求項４６に記載の方法。５６．複数の細胞は、軟骨細胞、結合組織線維芽細胞、腱線維芽細胞、骨髄細網組織線維芽細胞、非上皮線維芽細胞、周皮細胞、骨原性細胞、骨芽細胞、破骨細胞、およびその前駆体から選択された細胞を含む、請求項５５に記載の方法。５７．複数の細胞は軟骨細胞を含む、請求項５５に記載の方法。５８．細胞外マトリックスの成分は、コラーゲン、エラスチン、フィブリリン、フィブロネクチン、ラミニン、フィブリノゲン、テネイシン、トロンボスポンジン、インテグリン、ヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパリン硫酸、コンドロイチン硫酸、ケラチン硫酸、デルマタン硫酸またはそれらの組み合わせを含む、請求項５５に記載の方法。５９．合成高分子は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ＰＥＧ大割球、ポリエチレングリコールメタクリル酸塩（ＰＥＧＭＡ）、ポリエチレンジメタクリラート（ＰＥＤＧＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリル酸塩（ＰＨＥＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリル酸塩（ＰＡＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ＰＥＧラクチド、ＰＥＧグリコリドまたはそれらの組み合わせである、請求項５５に記載の方法。６０．天然高分子は、アルギン酸塩、セルロース、ゼラチン、ペクチン、アガロース、キトサンまたはそれらの組み合わせである、請求項５５に記載の方法。６１．架橋剤は、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、カルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、グルタルアルデヒド、ゲニピン、ノルジヒドログアヤレト酸、タンニン酸、プロシアニジン、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）、１−エチル−３−３−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、エチレングリコールジメタクリラート（ＥＧＤＭＡ）、テトラエチレングリコールジアクリレート（ＴＥＧＤＡ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、またはそれらの組み合わせを含む、請求項５５に記載の方法。６２．バイオインクを重合する工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。６３．バイオインクを重合する工程は、バイオインクを架橋結合する工程を含む、請求項４６に記載の方法。６４．バイオインクを架橋結合する工程は、プリントヘッドによって架橋剤をバイオインクに送達する工程を含む、請求項６３に記載の方法。６５．バイオインクを架橋結合する工程は、光源からＵＶ光をバイオインクに適用する工程を含む、請求項６３に記載の方法。６６．バイオインクを架橋結合する工程は、熱をバイ
オインクに適用する工程を含む、請求項６３に記載の方法。６７．バイオプリンターは第２のプリントヘッドを含む、請求項４６に記載の方法。６８．軟骨の欠損の近位またはそれに接する位置に、プリントヘッドを含む第２のバイオプリンターを配置する工程をさらに含む、請求項６７に記載の方法。６９．第２のバイオインク層を形成するために、軟骨の欠損上に第２のバイオプリンターのプリントヘッドから第２のバイオインクを排出する工程をさらに含む、請求項６８に記載の方法。７０．制御システムでバイオプリンターを制御する工程をさらに含む、請求項４６に記載の方法。７１．制御システムはコンピューターシステムを含む、請求項７０に記載の方法。７２．制御システムはコンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む、請求項７１に記載の方法。７３．ロボットアームは個体の身体部分に連結される、請求項７２に記載の方法。７４．ロボットアームはバイオプリンターを配置する、請求項７３に記載の方法。７５．Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせに沿ってバイオプリンターを移動させる、請求項７４に記載の方法。７６．Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせのまわりでバイオプリンターを回転させる、請求項７４に記載の方法。７７．制御システムはバイオインクプリンティングのパラメータを制御する、請求項７１に記載の方法。７８．バイオインクプリンティングのパラメータは、温度、背圧、１つのノズル当たりの滴下、滴下率の頻度、使用中のノズルの数、発射エネルギー、解像度、粘度、細胞濃度、生理温度、印刷の速度、またはそれらの組み合わせを含む、請求項７７に記載の方法。７９．軟骨の欠損を視覚化する工程は、バイオインクの排出前、排出中、または排出後に行われる、請求項４６に記載の方法。８０．軟骨の欠損の視覚化は、軟骨の欠損を画像化する工程を含む、請求項４６に記載の方法。８１．軟骨の欠損の近位に内視鏡を配置する工程をさらに含む、請求項４６に記載に方法。８２．内視鏡は軟骨の欠損を視覚化する、請求項８１に記載の方法。８３．軟骨の欠損は、損傷した組織、侵食した組織、病変組織、または退化した組織から選択される、請求項４６に記載の方法。８４．軟骨の欠損は、膝関節、股関節、肘関節、肩関節、手首関節、脊椎関節、指関節、足首関節、または足関節から選択された関節にある、請求項４６に記載の方法。８５．軟骨の欠損は膝関節にある、請求項４６に記載の方法。８６．軟骨の欠損は骨軟骨の欠損である、請求項４６に記載の方法。８７．必要としている個体の低侵襲手術中に内部組織欠損上にバイオインク構築物をバイオプリントするためのシステムであって、該システムは、制御システム、内視鏡、およびプリントヘッドを含むバイオプリンターを含む、システム。８８．さらに光源を含む、請求項８７に記載のシステム。８９．プリントヘッドは針、伸長したシリンダ、流体線、印刷ノズルまたは複数の印刷ノズルを含む、請求項８７に記載のシステム。９０．バイオプリンターは第２のプリントヘッドを含む、請求項８７に記載のシステム。９１．第２のバイオプリンターをさらに含む、請求項８７に記載のシステム。９２．制御システムはバイオプリンターを制御する、請求項８７に記載のシステム。９３．制御システムはコンピューターシステムを含む、請求項８７に記載のシステム。９４．制御システムはコンピューターシステムに動作可能に接続されたロボットアームを含む、請求項９３に記載のシステム。９５．ロボットアームは身体部分に連結される、請求項９４に記載のシステム。９６．ロボットアームはバイオプリンターを配置する、請求項９４に記載のシステム。９７．Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせに沿ってバイオプリンターを移動させる、請求項９６に記載のシステム。９８．Ｘ、ＹまたはＺ軸、またはそれらの組み合わせのまわりでバイオプリンターを回転させる、請求項９６に記載のシステム。９９．制御システムはバイオインクプリンティングのパラメータを制御する、請求項８７に記載のシステム。１００．バイオインクプリンティングのパラメータは、温度、背圧、１つのノズル当たりの滴下、滴下率の頻度、使用中のノズルの数、発射エネルギー、解像度、粘度、細胞濃度、生理温度、印刷の速度、またはそれらの組み合わせを含む、請求項９９に記載のシステム。１０１．発射エネルギーはパルスエネルギー、パルス幅、パルス間のギャップの長さ、および電圧を含む、請求項１００に記載のシステム。１０２．制御システムはコンピューターシステムに動作可能に接続された第２のロボットアームを含む、請求項９４に記載のシステム。１０３．ロボットアームは第２のバイオプリンターの位置を制御する、請求項１０２に記載のシステム。
【実施例】
【０１２２】
＜実施例１：単一のバイオプリンターにおける単一のプリントヘッドを使用して、外科手術中に膝の軟骨の欠損を修復する＞
１６歳の少年は、繰り返しのスポーツ損傷による膝関節の軟骨の欠損を有している。健康なヒトの関節軟骨を少年から採取し、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）ですすいで殺菌する。殺菌したメスを使用して、無菌状態下で大腿顆および脛骨プラトーから関節軟骨を切除する。採取された軟骨サンプルを細かく刻み、および１５分間３７℃で、０．５ｍｇ／ｍＬのトリプシンで処理する。トリプシン溶液を取り除いた後に、１２時間から１６時間３７℃で、５％のウシ胎児血清を用いて、ＤＭＥＭ中で２ｍｇ／ｍＬのＩＶ型クロストリディウムのコラゲナーゼで軟骨組織を消化させた。遊離されたヒト関節の軟骨細胞を、１Ｘのペニシリンストレプトマイシングルタミン（ＰＳＧ）を補足したＤＭＥＭで３回洗浄し、および細胞の生存率を判定する。単離した軟骨細胞を、単層内での拡張のために、各フラスコにつき５００万細胞で、Ｔ１７５組織培養フラスコに播種し、および１０％の子牛血清およびｌｘＰＳＧを補足したＤＭＥＭで培養する。細胞を、５％のＣＯ２を含む加湿空気で、３７℃においてインキュベートする。培地は４日ごとに交換される。ヒト軟骨細胞は、８０％から９０％の集合に達すると（初代培養で１〜２週間）、（例えばバイオプリンティングへの）使用の準備が整う。バイオプリンティングに使用した全ての細胞は、第１または第２の継代培養である。
【０１２３】
軟骨の欠損を修復する外科手術中、バイオプリンターはロボットアームに取り付けられている。バイオプリンターはシリンジを含む。シリンジは、事前に採取された個体の軟骨細胞を含むバイオインク、およびＭａｔｒｉｇｅｌ（登録商標）などのヒドロゲルを含む。リアルタイムでバイオプリンティングプロセスをモニタリングするために、欠損の近くにさらに内視鏡を配置し、外科医は必要に応じて手動で任意のバイオプリンティングパラメータを調整する。外科医は、バイオプリンターを配置し、続いてバイオプリンティングを開始するために制御システムを従事させる。軟骨細胞とＭａｔｒｉｇｅｌ（登録商標）を含むバイオインクを、軟骨の欠損上に押し出す。
【０１２４】
＜実施例２：単一のバイオプリンターにおける４つのプリントヘッドを使用して、外科手術中に膝の骨軟骨欠損を治療する＞
個体における骨軟骨欠損を修復する外科手術中、バイオプリンターはロボットアームに取り付けられている。バイオプリンターは４つのプリントヘッドを含む。第１のプリントヘッドは事前に採取された個体の軟骨細胞を含む。第２のプリントヘッドは事前に採取された個体の骨芽細胞を含む。第３のプリントヘッドはアルギン酸塩を含む。第４のプリントヘッドは塩化カルシウムを含む。全てのプリントヘッドはインクジェットに基づく印刷を利用し、および骨軟骨欠損から１〜２ｍｍ分離して設定した３００の印刷ノズルを含む。骨芽細胞、アルギン酸塩および塩化カルシウムの組み合わせを、骨軟骨欠損の骨欠損上に印刷する。次に、軟骨細胞、アルギン酸塩および塩化カルシウムの組み合わせを、骨軟骨欠損の軟骨欠損上に印刷する。
【０１２５】
リアルタイムでバイオプリンティングプロセスをモニタリングするために、骨軟骨欠損の近くにさらに内視鏡を配置し、外科医は必要に応じて手動で任意のバイオプリンティングパラメータを調整する。外科医は、バイオプリンターを配置し、続いてバイオプリンティングを開始するために制御システムを従事させる。
【０１２６】
＜実施例３：ＵＶ架橋を使用して、外科手術中に膝軟骨の軟骨の欠損を治療する＞
個体における軟骨の欠損を修復する外科手術中、プリントヘッドを含むバイオプリンターはロボットアームに取り付けられている。精製されたＰＥＧＤＭＡを、１０％ｗ／ｖの濃度へとＰＢＤ中で溶解させる。光重合開始剤Ｉ−２９５９（Ｉｒｇａｃｕｒｅ［登録商標］）を、０．０５ｗ／ｖの最終濃度で加える。バイオインクは、ろ過殺菌されたＰＥＧＤＭＡ溶液に５×１０６細胞／ｍＬで懸濁した、事前に採取した個体の軟骨細胞から構成される。ＵＶランプは内視鏡に取り付けられている。
【０１２７】
プリントヘッドを、欠損から１〜２ｍｍ離して設定する。リアルタイムでバイオプリンティングプロセスをモニタリングするために、欠損の近くに内視鏡を配置し、外科医は必要に応じて手動で任意のバイオプリンティングパラメータを調整する。外科医は、バイオプリンターを配置し、続いてバイオプリンティングを開始するために制御システムを従事させる。バイオインクが排出されると、２８０ｎｍの波長でＵＶランプから発せられるＵＶ光にさらされ、それによってＰＥＤＧＭＡを架橋結合する。
【０１２８】
＜実施例４：ＵＶ架橋結合を使用して、外科手術中に膝の骨軟骨欠損を修復する＞
個体における骨軟骨欠損を修復する外科手術中、２つのプリントヘッドを含むバイオプリンターはロボットアームに取り付けられている。バイオプリンターのプリントヘッドは、欠損から１〜２ｍｍ離して設定した３００の印刷ノズルを含む。第１のプリントヘッドは、事前に採取した個体の軟骨細胞を含むバイオインク、メタクリル化ヒアルロン酸（ＭｅＨＡ）、および光重合開始剤Ｉ−２９５９（Ｉｒｇａｃｕｒｅ［登録商標］）を含む。第２のプリントヘッドは、事前に採取した個体の骨芽細胞を含むバイオインク、メタクリル化ヒアルロン酸（ＭｅＨＡ）、および光重合開始剤Ｉ−２９５９（Ｉｒｇａｃｕｒｅ［登録商標］）を含む。リアルタイムでバイオプリンティングプロセスをモニタリングするために、骨軟骨欠損の近くに内視鏡を配置し、外科医は必要に応じて手動で任意のバイオプリンティングパラメータを調整する。外科医は、バイオプリンターを配置し、続いてバイオプリンティングを開始するために制御システムを従事させる。骨芽細胞を含むバイオインクのいくつかの層を、まず骨軟骨欠損に適用し、続いて軟骨細胞を含むバイオインクのいくつかの層に適用する。内視鏡に取り付けられたＵＶランプは、領域上に２８０ｎｍでＵＶ光を発し、他方でバイオインク構築物が印刷され、それによって構築物を架橋結合する。
【０１２９】
＜実施例５：外科医によって制御されるロボットアームを使用して、外科手術中に膝の骨軟骨欠損を治療する＞
個体における骨軟骨欠損を修復する外科手術中、プリントヘッドを含むバイオプリンターはロボットアームに取り付けられている。リアルタイムでバイオプリンティングプロセスをモニタリングするために、骨軟骨欠損の近くに内視鏡を配置し、外科医は必要に応じて手動で任意のバイオプリンティングパラメータを調整する。外科医は、バイオプリンターを配置し、続いてバイオプリンティングを開始するために制御システムを従事させる。ロボットアームは、プリントヘッドが標的を指している時にのみ印刷し、もし標的領域から遠ざかればオフになる。複数の骨芽細胞を含むバイオインクのいくつかの層を、まず骨軟骨欠損に適用し、続いて複数の軟骨細胞を含むバイオインクのいくつかの層に適用する。各層を印刷する時に、制御システムは適切な細胞型を有するプリントヘッドをオンにする（すなわち、制御システムは、骨層を印刷する時に、骨芽細胞のみを含むバイオインクを装填した第１のプリントヘッドをオンにし、および制御システムは、軟骨層を印刷する時に、軟骨細胞のみを含むバイオインクを装填した第２のプリントヘッドをオンにする）。内視鏡に取り付けられたＵＶランプは、領域上に２８０ｎｍでＵＶ光を発し、他方でバイオインク構築物が印刷され、それによって構築物を架橋結合する。外科医にロボットアームの動きを制御させることによって安全性を高め、およびロボットアームの機械的動作の必要を減らす。プリントヘッドのロボット制御は、細胞が望ましい位置でのみ印刷されることを保証する。
【０１３０】
＜実施例６：コンピューターによって制御されたロボットアームを使用して、外科手術中に膝の骨軟骨欠損を治療する＞
個体における骨軟骨欠損を修復する外科手術中、プリントヘッドを含むバイオプリンターはロボットアームに取り付けられている。リアルタイムでバイオプリンティングプロセスをモニタリングするために、骨軟骨欠損の近くに内視鏡を配置し、外科医は必要に応じて手動で任意のバイオプリンティングパラメータを調整する。外科医は、バイオプリンターを配置し、続いてバイオプリンティングを開始するために制御システムを従事させる。制御システムは、アクチュエータを介してロボットアームの動きを制御し、プリントヘッドが標的を指している場合のみ印刷する。骨芽細胞を含むバイオインクのいくつかの層を、まず骨軟骨欠損に適用し、続いて軟骨細胞を含むバイオインクのいくつかの層に適用する。各層を印刷する時に、制御システムは適切な細胞型を有するプリントヘッドをオンにする（すなわち、制御システムは、骨層を印刷する時に、骨芽細胞のみを含むバイオインクを装填した第１のプリントヘッドをオンにし、および制御システムは、軟骨層を印刷する時に、軟骨細胞のみを含むバイオインクを装填した第２のプリントヘッドをオンにする）。コンピューター化された視覚フィードバックシステムは、印刷されている欠損のリアルタイムの画像化を提供し、および印刷領域または印刷し損ねた領域におけるエラーを考慮するために、ロボットアームの動きとプリントヘッドの発射を制御する。内視鏡に取り付けられたＵＶランプは、領域上に２８０ｎｍでＵＶ光を発し、他方でバイオインク構築物が印刷され、それによって構築物を架橋結合する。ロボットアームの動きを制御する制御システムの存在は、手術前のプランに従っている時の精度を高める。プリントヘッドのロボット制御は、細胞が望ましい位置でのみ印刷されることを保証する。
【０１３１】
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され、記載されたが、そのような実施形態が単なる例として提供されていることは、当業者にとって明白だろう。多くの変形、変化、および置換が、本発明から逸脱することなく、当業者に想到されるであろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代案が、本発明の実施において利用され得ることを理解されたい。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義するものであり、この特許請求の範囲内の方法と構造、およびそれらの同等物がそれに包含されるように意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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