(57)【要約】  本開示は、管腔組織構築物の製造方法に関する。管腔組織構築物の製造方法は、ステップ１：弾性膜を担持体へスリーブ状に取り付けることと、ステップ３：生物学的構築物を弾性膜上にプリントすることと、ステップ５：構築物接着層を生物学的構築物上に形成することと、ステップ７：管腔組織を構築物接着層へ接着させることと、を含む。本開示の管腔組織構築物の製造方法では、プリントされた生物学的構築物が管腔組織の内面に組み付けられて管腔組織構築物を形成し、これにより管腔組織構築物が移植されて長期間経過した後の血栓の再発、管腔の再狭窄、及び同種のものといった問題の発生を回避するのを助け、管腔組織構築物の生物学的信頼性を向上させる。【選択図】  図２８
2021527528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップ１：弾性膜を担持体へスリーブ状に取り付けることと、
ステップ３：生物学的構築物を前記弾性膜上にプリントすることと、
ステップ５：構築物接着層を前記生物学的構築物上に形成することと、
ステップ７：管腔組織を前記構築物接着層へ接着させることと、
を含む、管腔組織構築物製造方法。
【請求項２】
前記ステップ３は、
ステップ３１：少なくとも一つのバイオプリンティングユニットを供給することと、
ステップ３３：プリンティングユニット接着層を前記弾性膜の所定の範囲に形成することと、
ステップ３５：前記バイオプリンティングユニットを前記プリンティングユニット接着層へ接着して生物学的構築物又は前記生物学的構築物の中間構造体を形成することと、
を含む、請求項１に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項３】
前記ステップ３３は、分離培地層を前記弾性膜の所定の範囲に形成し、次いで、前記分離培地層を介して前記プリンティングユニット接着層を前記弾性膜上に形成すること、を含む、請求項２に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項４】
前記ステップ３はさらに、
ステップ３７：プリンティングユニット接着層を前のステップで得られた前記中間構造体上に形成して、プリンティングユニット接着層を含む中間構造体を得ることと、
ステップ３９：前記バイオプリンティングユニットを、前記プリンティングユニット接着層を含む前記中間構造体へ接着させることと、
を含む、請求項２に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項５】
前記ステップ３は、前記ステップ３７及び前記ステップ３９を一回又は複数回繰り返すことを含む、請求項４に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項６】
前記ステップ５は、担持層を前記生物学的構築物の表面に形成し、次いで、前記担持層を介して構築物接着層を前記生物学的構築物上に形成すること、を含む、請求項１に記載の管腔組織構築物製造方法。 
【請求項７】
前記ステップ５は、接着剤を前記生物学的構築物上にプリントして前記構築物接着層を形成することを含む、請求項１に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項８】
前記生物学的構築物は管腔構造体であり、前記担持体は回転棒である、請求項１に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項９】
前記ステップ７は、
前記管腔組織を中空棒の外側へスリーブ状に取り付けることと、
前記構築物接着層がスリーブ状に設けられた前記生物学的構築物の外側に前記中空棒を取り付けることと、
前記管腔組織を前記生物学的構築物の外側に保持しながら前記中空棒を引き抜くことと、
前記管腔組織を前記構築物接着層へ接着させることと、
を含む、請求項１に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項１０】
前記管腔組織を前記構築物接着層へ接着させることは、前記構築物接着層が前記管腔組織の内壁へ付着するように、前記弾性膜を広げて前記生物学的構築物の外径及び前記構築物接着層の外径を大きくすることを含む、請求項９に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項１１】
ガスを前記担持体の内側から前記担持体の表面へ運んで前記弾性膜を広げる、請求項１０に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項１２】
前記担持体を加熱することをさらに含む、請求項１に記載の管腔組織構築物製造方法。
【請求項１３】
前記生物学的構築物の内壁の平面度を検出することをさらに含む、請求項１に記載の管腔組織構築物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１８年６月１９日に出願された、「管腔組織構築物の製造方法」と題された中国特許出願第２０１８１０６２９３１９．９号に基づき、同出願に対する優先権を主張し、その開示の全体が本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は３Ｄバイオプリンティングの技術分野に関し、特に管腔組織構築物（ｌｕｍｅｎ  ｔｉｓｓｕｅ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
先行技術では、一般的な人工血管は、高分子繊維（ナイロンやポリエステルなど）、絹、又は延伸ポリテトラフルオロエチレンから作られる。血管が移植される場合、完全な人工血管を使用して、病変した、又は損傷を受けた血管を置換することができる。病変した、又は損傷を受けた血管を置換するのにそのような人工血管を使用することは臨床的に大きな成果をあげてきたが、血管が移植されて長期間経過した後の血栓の再発及び管腔再狭窄の出現を含む、いまだに解決が難しい問題に直面している。これらの問題の根本的原因は、この人工血管の内面に完全な内皮細胞層が欠如していることである。
【０００４】
加えて、人工血管は半径方向にはほとんど変形できないため、先行技術では外部から人工血管を圧縮してバイオブロックを人工血管の内壁に全体的に一様に、完全に、平滑に付着させることができない。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、
ステップ１：弾性膜（ｅｌａｓｔｉｃ  ｆｉｌｍ）を担持体（ｓｕｐｐｏｒｔ）へスリーブ状に取り付けることと、
ステップ３：生物学的構築物（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ）を弾性膜上にプリントすることと、
ステップ５：生物学的構築物上に構築物接着層（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を形成することと、
ステップ７：管腔組織を構築物接着層へ接着させることと、
を含む管腔組織構築物の製造方法を提供する。
【０００６】
一部の実施形態では、ステップ３は、
ステップ３１：少なくとも一つのバイオプリンティングユニットを供給することと、
ステップ３３：プリンティングユニット接着層を弾性膜の所定の範囲に形成することと、
ステップ３５：バイオプリンティングユニットをプリンティングユニット接着層へ接着して生物学的構築物又は生物学的構築物の中間構造体を形成することと、
を含む。
【０００７】
一部の実施形態では、プリンティングユニット接着層を弾性膜の所定の範囲に形成することは分離培地層（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｍｅｄｉｕｍ  ｌａｙｅｒ）を弾性膜の所定の範囲に形成することを含み、分離培地層があることでプリンティングユニット接着層が弾性膜上に形成される。
【０００８】
一部の実施形態では、ステップ３はさらに、
ステップ３７：プリンティングユニット接着層を前のステップで得られた中間構造体上に形成して、プリンティングユニット接着層を有する中間構造体を得ることと、
ステップ３９：バイオプリンティングユニットをプリンティングユニット接着層を有する中間構造体へ接着させることと、
を含む。
【０００９】
一部の実施形態では、ステップ３はさらに、ステップ３７及びステップ３９を一回又は複数回繰り返すことを含む。
【００１０】
一部の実施形態では、ステップ５は、担持層を生物学的構築物の表面に形成することと、担持層に基づいて構築物接着層を生物学的構築物上に形成することと、を含む。
【００１１】
一部の実施形態では、ステップ５は、接着剤を生物学的構築物上にプリントして構築物接着層を形成することを含む。
【００１２】
一部の実施形態では、生物学的構築物は管腔構造体（ｌｕｍｅｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であり、担持体は回転棒である。
【００１３】
一部の実施形態では、ステップ７は、
管腔組織を中空棒の外側へスリーブ状に取り付けることと、
構築物接着層がスリーブ状に設けられた生物学的構築物の外側に中空棒を取り付けることと、
管腔組織を生物学的構築物の外側に保持しながら中空棒を引き抜くことと、
管腔組織を構築物接着層へ接着させることと、
を含む。
【００１４】
一部の実施形態では、管腔組織を構築物接着層へ接着させることは、構築物接着層が管腔組織の内壁へ付着するように、弾性膜を広げて生物学的構築物の外径及び構築物接着層の外径を大きくすることを含む。
【００１５】
一部の実施形態では、ガスが担持体の内側から担持体の表面へ供給されて、弾性膜を広げる。
【００１６】
一部の実施形態では、生物学的構築物を弾性膜上にプリントすることは、担持体を加熱することをさらに含む。
【００１７】
一部の実施形態では、方法はさらに、生物学的構築物の内壁の平面度を検出することを含む。
【００１８】
それゆえ、上記の技術的方式に基づき、本開示の管腔組織構築物の製造方法では、プリントされた生物学的構築物が管腔組織の内面に組み付けられて管腔組織構築物を形成し、これにより管腔組織構築物が移植されて長期間経過した後の血栓の再発、管腔の再狭窄、及び同種のものといった問題の発生を回避するのを助け、管腔組織構築物の生物学的信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本明細書で説明される図面は、本開示の更なる理解を提供するために使用され、本出願の一部を形成する。本開示の好ましい実施形態及び説明は、本開示を説明するためだけに使用され、本開示を必要以上に制限するものではない。図面において、
【００２０】
【図１】本開示の実施形態の管腔組織構築物の製造方法において採用される管腔組織構築物プリント装置実施形態の全体構造の模式図である。
【図２】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内のノズルアセンブリの全体構造の模式図である。
【図３】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内のノズルアセンブリの内部構造の模式図である。
【図４】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内のスクリューポンプ実施形態の断面構造の模式図である。
【図５】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内のバイオブロックノズル実施形態の断面構造の模式図である。
【図６】図５の丸で囲まれた部分の部分拡大模式図である。
【図７】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内のバイオプリンティングプラットフォームの全体構造の模式図である。
【図８】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内のバイオプリンティングプラットフォームの局所構造の模式図である。
【図９】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内の回転棒の構造の模式図である。
【図１０】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内の加熱部の構造の模式図である。
【図１１】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内で加熱部が回転棒の内側に配置される構造の模式図である。
【図１２】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内の回転部の内部構造の模式図である。
【図１３】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内の締め付け機構の第１実施形態の構造の模式図である。
【図１４】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内の締め付け機構の第１実施形態の構造の、別の視点の模式図である。
【図１５】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内の締め付け機構の第２実施形態の構造の模式図である。
【図１６】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント装置内の締め付け機構の第２実施形態により管腔組織が締め付けられる構造の模式図である。
【図１７】本開示の実施形態の管腔組織構築物プリント方法の生物学的構築物プリントステップの分離培地層を形成するステップにおいて、構築物接着層、及び担持体をスリーブ状に覆う弾性膜の構造の模式図である。
【図１８】本開示の実施形態における生物学的構築物プリントステップでの第１プリント方法のプリント工程の模式図である。
【図１９】本開示の実施形態における生物学的構築物プリントステップでの第２プリント方法のプリント工程の模式図である。
【図２０】本開示の実施形態における生物学的構築物プリントステップにおいて吸引コンポーネントによってバイオプリンティングユニットが掴まれて配置される工程の模式図である。
【図２１】本開示の実施形態における生物学的構築物プリントステップで採用されている生物学的構築物プリント装置の構造の模式図である。
【図２２】本開示の生物学的構築物プリント装置実施形態における駆動位置決めコンポーネントの構造の模式図である。
【図２３】本開示の生物学的構築物プリント装置実施形態における第１ノズルアセンブリの構造の模式図である。
【図２４】本開示の生物学的構築物プリント装置実施形態における第２ノズルアセンブリの構造の模式図である。
【図２５】本開示の生物学的構築物プリント装置実施形態におけるプリンティングユニットキットの構造の模式図である。
【図２６】本開示の生物学的構築物プリント装置実施形態におけるプリンティングユニットキットの、見下ろす視点からの構造の模式図である。
【図２７】本開示の生物学的構築物プリント装置実施形態における回転式生化学分析装置の構造の模式図である。
【図２８】本開示の実施形態の管腔組織構築物の製造方法の工程の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の技術的方式について、以下の図面及び実施形態を用いてさらに詳細に説明する。
【００２２】
本開示の特定の実施態様は、本開示の概念、解決される技術的問題、技術的方式を構成する技術的特徴、及びもたらされる技術的効果の更なる説明を容易にすることが意図されている。これらの実施態様の記載は本開示を制限しないことに留意されたい。加えて、以下に記載される本開示の実施態様に含まれる技術的特徴は、互いに対立していない限りは互いに組み合わせることができる。
【００２３】
本開示において、「生物学的構築物」という用語は、人工的に作られ、細胞を含む２次元又は３次元の構造体を指す。特定の好ましい実施方式では、生物学的構築物は、３次元構築物、組織前駆体、人工組織、又は人工臓器である。
【００２４】
「バイオプリンティングユニット」という用語は、本開示の方法及び装置により生物学的構築物を作成するための基本ユニットを指し、これは多くの分野、例えばバイオプリンティング（３Ｄバイオプリンティングなど）、組織光学、再生医療、及び同種のもので使用することができる。
【００２５】
一部の実施形態では、バイオプリンティングユニットはマイクロカプセルである。
【００２６】
一部の実施形態では、マイクロカプセルはバイオブロックである。
【００２７】
一部の実施形態では、本開示のバイオブロックは、細胞を含む核層であって、
その中で細胞が生長、増殖、分化、又は移動でき、生分解性材料で出来ていて細胞の生命活動に必要な材料を提供する核層と、核層を包含するシェル層であって、外側に置かれ、生分解性材料で出来ていて内部の核層及び細胞に機械的保護を提供するシェル層、という構造及び組成を持つことができて、この構造のバイオブロックは生物学的３Ｄプリンティングで基本ユニットとして使用することができる。
【００２８】
一部の実施形態では、本開示のバイオプリンティングユニットの粒子の大きさは、０．５ｍｍから３ｍｍである。
【００２９】
一部の実施形態では、本開示のバイオプリンティングユニットはゲル状態の粒子であり、本開示の方法及び装置により準備されるバイオプリンティングユニット（バイオブロック）の核層及び／又はシェル層は、ゲル状態でありうる。本開示のバイオプリンティングユニットは、ヒドロゲルを含みうる。
【００３０】
一部の実施形態では、ヒドロゲルは、アルギン酸塩、アガロース、ゼラチン、キトサン、又は他の水溶性ポリマー若しくは親水性ポリマーを含む。
【００３１】
一部の実施形態では、バイオプリンティングユニットは、生理環境の下で（例えば４℃から３７℃の温度で、例えば６〜８のｐＨで）安定構造を有し、一部の実施形態ではバイオブロックである。バイオプリンティングユニットは複数であってもよく、混合物の形態で存在し、それぞれは個別に球形、又は任意の所望の形状（例えば立方体、直方体、六角柱、円柱、又は不規則形状）であってもよい。一部の実施形態では、バイオプリンティングユニットの寸法は、それぞれ個別に２０〜２０００μｍであり、例えば、３０〜１９００μｍ、４０〜１８００μｍ、５０〜１７００μｍ、６０〜１６００μｍ、７０〜１５００μｍ、８０〜１４００μｍ、９０〜１３００μｍ、１００〜１２００μｍ、２００〜１０００μｍ、３００〜８００μｍ、４００〜６００μｍ、１００〜５００μｍである。バイオプリンティングユニットは、それぞれ個別に固体又は半固体、例えばゲル状態でありえる。
【００３２】
バイオプリンティングユニットは混合物の形態で存在しうる。バイオプリンティングユニットは別々のマイクロカプセルでありえる。バイオプリンティングユニットは、容器内に配置しうる。
【００３３】
本明細書で使用される場合、「マイクロカプセル」という用語は、細胞及び生体適合性材料を含む微細構造（例えばミクロンからミリメートルの規模の構造）を指し、細胞は生体適合性材料の内側に封入されている。本開示のマイクロカプセルは、生理環境の下で（例えば４℃から３７℃の温度で、例えば６〜８のｐＨで、例えば生理環境内で流体せん断力を受けて）安定構造を有する。一部の実施形態では、マイクロカプセルは吸引又は絞りの最中に破損しない機械的強度を有する。
【００３４】
本明細書で使用される場合、「組織」という用語は、同じ又は類似の形状で機能的に同じである通常は非細胞性形態の物質（基質、繊維細胞など細胞間物質と呼ばれる）を含む細胞のグループに含まれる細胞集合体を指す。組織は１つ又は複数の種類の細胞を含みうる。
【００３５】
本明細書で使用される場合、「人工組織」という用語は、自然な組織生成又は発達過程により形成されたのではない組織を指す。人工組織は人工的に製造された組織、例えば人工組織前駆体を培養させることで得られる組織でありうる。
【００３６】
本明細書で使用される場合、「人工組織前駆体」という用語は、担持体と複数の本開示のマイクロカプセルとを含む物体であって、少なくとも一つのマイクロカプセルが担持体へ接着されている物体を指す。特定の実施方式では、人工組織前駆体は、担持体と、マイクロカプセルから作られた生物学的構築物を含む。特定の実施方式では、本開示の人工組織前駆体は、培養、誘導、及び同種のものなどの作業ステップの後に人工組織を形成することができる。
【００３７】
本明細書で使用される場合、「接着」という用語は、相対変位が生じないことを意味する。特定の実施方式では、マイクロカプセル又は生物学的構築物は担持体へ接着され、これは、マイクロカプセル又は生物学的構築物が担持体と結合されることを意味する。
【００３８】
本明細書で使用される場合、「担持体」という用語は、特定の形状を有し、マイクロカプセル、又は本開示の人工組織前駆体内でマイクロカプセルに含まれる生物学的構築物へ接着される物体を指す。担持体は、生物学的構築物が担持体へ完全に固定（接着）される対応範囲を提供する。
【００３９】
本明細書で使用される場合、「管腔」という用語は、形状が管状で、中空の内室、例えば、循環管腔、消化管腔、呼吸管腔、泌尿管腔、生殖管腔を有する臓器を指し、例えば、血管、食道、気管、胃、胆管、腸（小腸及び大腸を含み、例えば十二指腸、空腸、回腸、盲腸（虫垂を含む）、上行結腸、右結腸、横行結腸、左結腸、下行結腸、Ｓ状結腸、直腸）、卵管、精管、尿管、膀胱、リンパ管を指す。
【００４０】
本明細書で使用される場合、「人工血管」という用語は、人工的に製造された、略管状の血管代用品を指す。特定の実施方式では、人工血管は、狭窄した血管、閉塞された血管、拡張した血管、損傷した血管、又は変形した血管を再建する、又は矯正するために使用される。特定の実施方式では、人工血管は、本開示の管状人工組織前駆体を培養することで得られる。
【００４１】
本明細書で使用される場合、「生体適合性材料」という用語は、細胞に対して無毒で、宿主（人体など）へ移植された後に宿主に適合し、重大又は重篤な副作用を引き起こさない、例えば宿主（例えばヒト組織）に毒性作用をもたらさない、そして、宿主の免疫拒絶、アレルギー反応、炎症反応などを引き起こさない、材料（及びその分解生成物）を指す。
【００４２】
本明細書で使用される場合、「生分解性材料」という用語は、細胞又は生物により分解、吸収することができる材料を指し、その分解生成物は生体適合性を有する。そのような材料は自然源（例えば、動物や植物）に由来することがある、又は人工的に合成されることがある。
【００４３】
図２８に示されるように、本開示は、
ステップ１：弾性膜を担持体へスリーブ状に取り付けることと、
ステップ３：生物学的構築物を弾性膜上にプリントすることと、
ステップ５：構築物接着層を生物学的構築物上に形成することと、
ステップ７：管腔組織を構築物接着層へ接着させることと、
を含む、管腔組織構築物の製造方法を提供する。
【００４４】
本開示の管腔組織構築物の製造方法は、プリントされた生物学的構築物を管腔組織の内面に組み付けて管腔組織構築物を形成し、これにより管腔組織構築物が移植されて長期間経過した後の血栓の再発、管腔の再狭窄、及び同種のものといった問題の発生を回避するのを助け、管腔組織構築物の生物学的信頼性を向上させる。
【００４５】
本開示の実施形態の管腔組織構築物の製造方法、この製造方法を実行する管腔組織構築物プリント装置又は生物学的構築物プリント装置、及びその動作原理の詳細について、図１〜２８を参照して以下で説明する。
【００４６】
本開示の管腔組織構築物の製造方法は、管腔組織構築物プリント装置により実行することができる。製造方法は、
ステップ１において、弾性膜Ａを担持体（好ましくは回転棒２１１）へ取り付けることと、
ステップ３において、弾性膜Ａ上にバイオブロック注入器１２を用いて生物学的構築物をプリントすることであって、具体的には、バイオブロック容器１２５を用いてバイオプリンティングユニットＣを供給し、プリンティングユニット接着層Ｂを弾性膜Ａの所定の範囲に形成し、医療用接着剤注入器１１（又は試薬注入器）を用いて第１試薬を出力することでプリンティングユニット接着層Ｂを形成し、バイオブロック注入器１２を用いてバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂ上にプリントしてバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ接着させて、これにより生物学的構築物又は生物学的構築物の中間構造体を形成する、プリントすることと、
ステップ５において、医療用接着剤注入器１１を用いて接着剤（医療用接着剤など）を生物学的構築物上にプリントして構築物接着層（医療用接着層など）を形成することと、
ステップ７において、管腔組織を中空棒２３１の外側へスリーブ状に取り付けることと、構築物接着層が形成され設けられた生物学的構築物の外側に中空棒２３１を取り付けることと、管腔組織を生物学的構築物の外側に保持しながら中空棒２３１を引き抜くことと、構築物接着層が管腔組織の内壁へ付着して管腔組織が構築物接着層へ付着するように、弾性膜を広げて生物学的構築物の外径及び構築物接着層の外径を大きくすることと、
を含みうる。
【００４７】
管腔組織構築物プリント装置の好ましい実施形態の詳細な構造について、図１〜１９を参照して以下で説明する。
【００４８】
図１に示されるように、管腔組織構築物プリント装置はノズルアセンブリ１及びバイオプリンティングプラットフォーム２を含み、ノズルアセンブリ１はバイオプリンティングプラットフォーム２を用いて生物学的構築物を管腔組織の内面にプリントする。
【００４９】
この好ましい実施形態において、ノズルアセンブリ１及びバイオプリンティングプラットフォーム２を配置することで、ノズルアセンブリ１はバイオプリンティングプラットフォーム２を用いて生物学的構築物を管腔組織の内面にプリントし、これにより管腔組織が移植されて長期間経過した後の血栓症の再発、管腔の再狭窄といった問題の発生を回避するのを助け、管腔組織の生物学的信頼性を向上させる。
【００５０】
管腔組織は特に人工血管、例えば市販されているゴア社製血管などであり、生物学的構築物は人工血管の内面にプリントされ、これにより人工血管が移植されて長期間経過した後の血栓の発生を回避するのを助ける。
【００５１】
一部の実施形態では、ステップ５は、医療用接着剤を生物学的構築物上にプリントして構築物接着層を形成することを含む。それゆえ、本開示の管腔組織構築物プリント装置の改良された実施形態では、図２及び図３に示されるように、ノズルアセンブリ１は医療用接着剤注入器１１を含む。医療用接着剤注入器１１は、医療用接着剤容器１１１及び医療用接着剤ノズル１１２を含む。医療用接着剤容器１１１は医療用接着剤を収容するのに使用され、医療用接着剤ノズル１１２は医療用接着剤容器１１１へ直接接続される。医療用接着剤容器１１１の上端は空気流路を介して空気ポンプと接続され、真空発生装置が空気流路内に配置されて、非プリント状態の医療用接着剤容器１１１内で陰圧を生成するために使用される。医療用接着剤は優れた流動性を有しているため、非プリント状態では、重力の影響により医療用接着剤はゆっくりと滴り落ちるので、空気流路内に真空発生装置を追加で設けることで一定の陰圧が空気流路内に存在し、陰圧が重力と反対に作用することで、医療用接着剤が大量に滴り落ちることはなくなる。一部の実施形態では、図３に示されるように、医療用接着剤ピストン１１３が医療用接着剤容器１１１の最上部に配置され、医療用接着剤ピストン１１３は空気流路を介して空気ポンプへ接続され、空気ポンプは加圧を行ってインク嚢から医療用接着剤を絞り出し、真空発生装置は空気ポンプと医療用接着剤ピストン１１３の間に設置される。
【００５２】
本開示の管腔組織構築物プリント装置の改良された実施形態では、図２〜４に示されるように、ノズルアセンブリ１はバイオブロック注入器１２を含む。バイオブロック注入器１２は、スクリューポンプ１２１、バイオブロックノズル１２２、及びバイオブロック容器１２５を含む。バイオブロック容器１２５は、バイオインクを収容するのに使用される。バイオインクはバイオプリンティングユニットＣを含み、これは例えば、バイオブロックである。バイオブロック容器１２５の底部の排出口は、接続パイプ１２７及び注入口接続部１２１３を介してスクリューポンプ１２１のバイオブロック注入口１２８と連通している。バイオブロックピストン１２４がバイオブロック容器１２５の最上部に配置される。バイオブロックピストン１２４は空気流路を介して空気ポンプへ接続され、空気ポンプは加圧を行ってバイオインクをバイオブロック容器１２５からスクリューポンプ１２１へと絞り出す。スクリューポンプ１２１は、スクリューポンプ１２１へ入ったバイオブロックをバイオブロックノズル１２２へと絞り出すためのスクリューステータ１２１１及びスクリューロータ１２１２を含む。スクリューステータ１２１１はシリカゲル材料から作られることがある。
【００５３】
バイオブロックの物理的特性により、バイオブロック容器１２５の排出口が比較的小さい場合、バイオブロックは絞り出すことができずに排出口に蓄積され、圧力を大きくしたとしても、バイオブロックは押しつぶされても絞り出すことができず、同様に、バイオブロック容器１２５の排出口の角度設計及び同種のものといった手段を取ったとしても、バイオブロックは絞り出すことができない。しかし、プリントに対する需要のため、バイオブロックを大量に絞り出すことができないということが制限され、一度にほんのわずかなバイオブロックを絞り出すことができて、その結果、バイオブロックをバイオブロック容器１２５からスクリューポンプ１２１へと送ってスクリューポンプ１２１によって絞り出すことができて、スクリューポンプ１２１の排出口は比較的大きいので、毎回絞り出されるバイオブロックの量は使用再拘留よりもさらに大きく、そのため、バイオブロックノズル１２２はスクリューポンプ１２１の排出口に配置される。
【００５４】
図４に示されるように、スクリューステータ１２１１は回転することができず、スクリューロータ１２１２がスクリューステータ１２１１に対して回転し、スクリューロータ１２１２上の溝が空洞を形成し、各空洞はわずかな量のバイオブロックを収容することができて、バイオブロックはスクリューロータ１２１２の回転に伴ってバイオブロックノズル１２２から送出される。本バイオインク材料の物理的特性により、プリントは低温（４℃）で行う必要があり、既存のスクリューポンプ内のスクリューステータはすべてゴム材料を使用しており、ゴム材料は低温で急速に老朽化してプリント中に黒色粉末が現れるようになるので、本開示では、スクリューステータ１２１１は代わりにシリカゲルで作られており、これはプリント中に黒色粉末が現れるのを回避するのに有益である。
【００５５】
バイオブロックがプリントされる際にバイオブロックノズル１２２の前端の排出口（図５で丸で囲まれた部分）での「ハンギングビード」現象（つまり、バイオインクは比較的高い粘度を持つので、バイオブロックは絞り出された直後に滴り落ちることはなく、ノズルの排出口につり下がって、後続のバイオブロックが絞り出されると、滴り落ちていない前のバイオブロックは後続のものと積み重なってノズルの排出口につり下がった大きな液滴を形成し、この大きな液滴の重力が摩擦力よりも大きい場合にこの大きな液滴が滴り落ちる）を回避するため。一方で、改良された実施形態では、図５〜６に示されるように、バイオブロックノズル１２２のプリント用排出端は面取りされており、バイオブロックノズル１２２の面取り部の面取り面とプリント用排出口の中心線の間の内角は１０°から３０°である。一部の実施形態では、この内角は、例えば２０°とすることができる。そのような設計は「ハンギングビード」現象を効果的に回避するのを助ける。他方で、バイオブロックノズル１２２のプリント用排出端の外面の粗さＲａは０．４以下であり、表面平滑性はコーティングする／バイオブロックノズル１２２の外面を研磨することで向上し、これにより、「ハンギングビード」現象をよりうまく回避するのを助ける。
【００５６】
今日使用されているバイオインクは４℃より高い温度で固化する傾向があるため、バイオブロック注入器の使用時温度を４℃に保つ必要があり、一部の実施形態では、図３に示されるように、バイオブロック注入器１２はスクリューポンプ１２１及びバイオブロック容器１２５の背後に設置された半導体冷却板１２６をさらに含み、半導体冷却板１２６は熱伝導によりバイオブロック注入器１２を冷却することができる。一部の実施形態では、図３に示されるように、断熱スリーブ１２９がバイオブロックノズル１２２の外側に配置され、ある程度の隙間が断熱スリーブ１２９とバイオブロックノズル１２２の外側との間に存在し、空気断熱層を形成する。一部の実施形態では、図２に示されるように、スクリューポンプ１２１及びバイオブロック容器１２５は断熱シェル１２３により外側をスリーブ状に覆われ、断熱シェル１２３は箱型カバー及び箱型カバーの外面を覆う断熱綿を含む。断熱綿は、断熱効果を向上させて注入器と環境の間の熱交換を低減させるのに有益である。箱型カバーには、バイオブロック容器１２５内のバイオブロックの収容状態を観察するための透明窓が設けられている。
【００５７】
一部の実施形態では、管腔組織構築物プリント装置はノズルアセンブリ１を移動するための移動アセンブリをさらに含み、ノズルアセンブリ１の全体（バイオブロック注入器１２及び医療用接着剤注入器１１）を垂直方向及び水平方向へ移動させることができて、医療用接着剤注入器１１を独立して持ち上げたり下ろしたりすることができる。ノズルアセンブリ１が初期状態にある場合、バイオブロック注入器１２の排出口の水平位置は医療用接着剤注入器１１の排出口の水平位置の下にあり、移動アセンブリがノズルアセンブリ１を特定の高さへ下ろした後にプリントする際には、バイオブロック注入器１２はバイオブロックを絞り出し、管腔組織のプリントの完了後は、医療用接着剤注入器１１は、医療用接着剤のプリントを実行するために全体がある程度の距離だけ持ち上げられた後に別途下ろされる。
【００５８】
一部の実施形態では、弾性膜Ａの所定の範囲に第１試薬を使ってプリンティングユニット接着層Ｂを形成するために、医療用接着剤注入器１１を使用してプリンティングユニット接着層Ｂを形成することができる。プリンティングユニット接着層Ｂを形成する材料（第１試薬）及び構築物接着層を形成する材料は同じ材料（例えば、いずれも医療用接着剤などの接着剤）であっても、異なる材料であってもよい。２つの材料が異なる場合、試薬貯蔵装置が第１試薬を貯蔵するために設けられることがあり、プリンティングユニット接着層Ｂを形成する場合に、医療用接着剤注入器１１が試薬貯蔵装置と接続されるように切り替えることができて、医療用接着剤注入器１１は、第１試薬をプリントしてプリンティングユニット接着層Ｂを形成するのに使用される。
【００５９】
一部の実施形態では、第１試薬を使って弾性膜Ａの所定の範囲にプリンティングユニット接着層Ｂを形成するために、管腔組織構築物プリント装置には第１試薬を貯蔵するための試薬貯蔵装置及び試薬貯蔵装置と連通する試薬注入器がさらに設けられることがあり、試薬貯蔵装置内の第１試薬は、プリンティングユニット接着層Ｂが形成されるように、試薬注入器を用いて噴霧、プリント、及び同種のことを行うことで弾性膜Ａの所定の範囲へ分散させることができる。構築物形状及び試薬注入器の移動モードについては、医療用接着剤注入器１１の構築物形状及び移動モードを参照してもよい。
【００６０】
第１試薬が粘性のある物質を含みうる場合、又は第２試薬がバイオプリンティングユニットＣの表面に付着しうる場合、第１試薬及び第２試薬は、それ自体は粘性物質を含まないが、相互反応により互いに接着する力を生み出す性質がある。第１試薬については、以下の記述においてさらに詳細に説明される。
【００６１】
一部の実施形態では、ステップ７は、
管腔組織を中空棒の外側へスリーブ状に取り付けることと、
構築物接着層がスリーブ状に設けられた生物学的構築物の外側に中空棒を取り付けることと、
管腔組織を生物学的構築物の外側に保持しながら中空棒を引き抜くことと、
管腔組織を構築物接着層へ接着させることと、
を含む。
【００６２】
それゆえ、本開示の管腔組織構築物プリント装置の改良された実施形態では、図７及び図８に示されるように、バイオプリンティングプラットフォーム２は、プラットフォーム基台、回転部２１、及び回転部２１に対して移動可能な対応部２３を含み、回転部２１は回転棒２１１を含み、回転棒２１１は生物学的構築物をプリントするための担持体として機能し、生物学的構築物を形成するためにバイオブロック及び医療用接着剤を付着させるのに使用され、対応部２３は中空棒２３１及び移動機構２３２を含み、中空棒２３１の外壁は管腔組織を付着させるのに使用され、内部空洞は回転棒２１１及び生物学的構築物を収容するのに使用される。
【００６３】
生物学的構築物が回転棒２１１上で作成された後に、中空棒２３１は移動機構２３２を用いて回転部２１へ向けて移動されて、回転棒２１１及び生物学的構築物が中空棒２３１の内部空洞へと入り、中空棒２３１の外側をスリーブ状に覆う管腔組織は中空棒２３１と共に生物学的構築物の外へと移動され、一部の実施形態では、中空棒２３１の表面は医療用接着剤と金属表面の間の化学反応を回避するのを助けることができるテフロン（登録商標）層がめっきされている。そして中空棒２３１は移動機構２３２を用いて反対方向へ向かって移動され、管腔組織が中空棒２３１から除去されて、生物学的構築物の外面にスリーブ状に配置されてアセンブリが完成し、管腔組織構築物が得られる。
【００６４】
回転棒２１１の外壁は弾性膜で覆われ、生物学的構築物をプリントする際に弾性膜は自然な状態にある、つまり、回転棒２１１の表面を覆い、バイオブロックにより生物学的構築物が弾性膜の表面に形成され、これにより生物学的構築物を除去するのを助ける。
【００６５】
一部の実施形態では、図９に示されるように、回転棒２１１の内部は中空であり、回転棒２１１の外壁には回転棒２１１の内側の空気を排出して弾性膜Ａを下から支えるために内部と連通する通気孔が設けられ、生物学的構築物と管腔組織が組み立てられる際にガスが回転棒２１１へ導入されて、ガスは空気排出口を介して外側へ膨張して弾性膜Ａ（風船が膨らませられるのと同じように描くことができる）を下から支え、弾性膜Ａの表面上の生物学的構築物は弾性膜の膨張とともに外側へと移動して最終的に管腔組織の内壁と接触し、管腔組織の内壁へ接着されて、管腔組織構築物が得られる。この実施態様は動作が単純で実施が容易であり、実現可能性が比較的高いことが実践により示されている。一部の実施形態では、図１２に示されるように、封止リング２１４が回転部２１の内側に配置され、回転棒２１１は封止リング２１４に取り外し可能に接続されて、封止リング２１４の役割は回転棒２１１の内部空洞を封止することであり、その結果、弾性膜Ａを膨らませる工程はより制御可能となる。
【００６６】
一部の実施形態では、生物学的構築物を弾性膜Ａ上にプリントすることは、担持体を加熱することをさらに含む。図１０及び図１１に示されるように、発熱体２１２が回転棒２１１の内側にさらに配置される。発熱体２１２はバイオプリンティングユニット及びプリンティングユニット接着層Ｂの固化を早めて生物学的構築物の作成時間を短くすることができて、発熱体２１２により回転棒の表面温度を３７℃から３８℃に維持することができる。一部の実施形態では、図１１に示されるように、発熱体２１２の対応部２３に近い端部には、回転棒２１１の表面温度がリアルタイムで維持されるように、発熱体２１２の温度を検出する温度検出素子２１３が設けられる。
【００６７】
特定の、又は改良された実施形態では、図１０及び図１１に示されるように、発熱体２１２は互い違いに配置された加熱部２１２１及び間仕切り部２１２３を含む。連結溝２１２２が間仕切り部２１２３の表面に形成される。加熱部２１２１の表面に抵抗線が巻かれ、間仕切り部２１２３の表面には抵抗線は巻かれない。隣接する加熱部２１２１間の抵抗線は連結溝２１２２を通る。加熱部２１２１の直径は、間仕切り部２１２３の直径より小さい。発熱体２１２及び回転棒２１１は隙間嵌めの状態にあり、間仕切り部２１２３の外壁は回転棒２１１の内壁と接触している。間仕切り部を配置する目的は、回転棒２１１の内側で発熱体２１２をスリーブ状に覆うことで抵抗線を保護するためであり、これにより組立中に抵抗線の損傷を回避するのを助ける。
【００６８】
管腔組織を中空棒２３１から除去する方法に関しては、一部の実施形態では、図７に示されるように、バイオプリンティングプラットフォーム２は、管腔組織が中空棒から除去されて生物学的構築物にスリーブ状に接続されるように中空棒２３１が反対方向へ移動される場合に管腔組織を固定する締め付け機構２２をさらに含み、この実施態様は実施が容易であり、比較的高い信頼性を有する。
【００６９】
一部の実施形態では、図１３〜１６に示されるように、締め付け機構２２は第１締め付けブロック２２１、２２１’、及び、相対的に移動可能な第２締め付けブロック２２２、２２２’を含む。図１３及び図１４に示されるように、第１締め付けブロック２２１と第２締め付けブロック２２２の相対移動はガイドレールを設けることで実現することができて、図１５及び図１６に示されるように、第１締め付けブロック２２１’と第２締め付けブロック２２２’の相対移動もねじ−ナット機構を設けることで実現することができる。一部の実施形態では、図１４に示されるように、締め付け機構２２は、第１締め付けブロック２２１と第２締め付けブロック２２２の相対移動を制限するために、第１締め付けブロック２２１の底部及び第２締め付けブロック２２２の底部に配置される複数の制限ブロック２２５をさらに含み、その結果、第１締め付けブロック２２１及び第２締め付けブロック２２２は管腔組織の外壁に接することとなり、管腔組織構築物の組立工程において管腔組織に対するある程度の制限効果を実現することができる。
【００７０】
管腔組織が中空棒２３１から可能な限り除去されることを保証するために、一実施形態では、図１３〜１６に示されるように、締め付け機構２２は、管腔組織が中空棒２３１から除去されるように中空棒２３１が反対方向へ移動された場合に管腔組織の最後端に作用する保持部材２２３、２２３’をさらに含み、これにより管腔組織が中空棒２３１についていくのを防ぐ。保持部材２２３、２２３’は第１締め付けブロック２２１、２２１’及び／又は第２締め付けブロック２２２、２２２’の最後端に配置する、又は第１締め付けブロック及び第２締め付けブロックから独立した形で締め付け機構に直接配置することができる。一部の実施形態では、保持部材２２３は管腔組織の最後端で作用する保持リングと協調的に設けられ、その結果、管腔組織は中空棒２３１からより容易に除去される。一部の実施形態では、図１４に示されるように、締め付け機構２２は、管腔組織を支えるために、第１締め付けブロック２２１の底部及び第２締め付けブロック２２２の底部に配置される支持プラットフォーム２２４をさらに含む。管腔組織を生物学的構築物と合わせる工程において、支持プラットフォーム２２４は管腔組織の底部の外壁にちょうど接して管腔組織に上方への力を与え、これにより管腔組織の落下を回避するのを助ける。
【００７１】
本開示の管腔組織構築物プリント装置の一実施形態では、管腔組織構築物プリント装置は、締め付け機構２２から除去されて落下する管腔組織構築物を受けるために、回転棒２１１の下に配置される液体容器をさらに含む。プリント及び組立の完了後、管腔組織構築物は締め付け機構２２により保持され、回転棒２１１全体が反対方向へ戻されて、管腔組織構築物は液体容器の上方に置かれて締め付け機構２２により支持され、その時点で締め付け機構２２が締め付け力を断って管腔組織構築物が液体容器へと垂直に落下する。そのような設計は、プリント及び組立の完了後に機械的なアーム及び同種のものにより手作業で実行される転写作業工程の間に新たに汚染を持ち込むのを回避する、又は作業工程の間の不適切な作業によるプリントされた血管の内壁への損傷及び同種のことを回避するのに有益であり、最終製品の包装などで好都合である。
【００７２】
本開示の実施形態は、上記の管腔組織構築物プリント装置を利用することで管腔組織構築物の製造方法を実行する。この製造方法では、生物学的構築物をプリントすることは、生物学的構築物のプリント前に回転棒２１１の外壁を弾性膜Ａの層で覆うフィルム被覆工程を含む。生物学的構築物がプリントされる際、弾性膜Ａは自然な状態にある、つまり、回転棒２１１の表面を覆い、バイオプリンティングユニットＣにより生物学的構築物が弾性膜Ａの表面に形成され、これにより生物学的構築物を除去するのが容易になる。
【００７３】
一部の実施形態では、管腔組織を構築物接着層へ接着させることは、構築物接着層が管腔組織の内壁へ確実に付着するように、弾性膜を広げて生物学的構築物の外径及び構築物接着層の外径を大きくすること、すなわちフィルム拡張ステップを含む。一部の実施形態では、ガスが担持体の内側から担持体の表面へ供給されて、弾性膜を広げる。
【００７４】
管腔組織が生物学的構築物の外側にスリーブ状に配置された後に、ガスが弾性膜へ導入されて弾性膜を下から支え、その結果、生物学的構築物が管腔組織の内壁へ付着する。弾性膜の表面上の生物学的構築物は弾性膜の拡張に伴い外側へ移動し、最終的に管腔組織の内壁と接触して、管腔組織の内壁へ接着されて、その結果、生物学的構築物は、全面的に一様に、完全に、平滑に、管腔組織の内壁へ付着して、人工組織前駆体のような管腔組織構築物が得られる。この実施方法は動作が単純で実施が容易であり、実現可能性が比較的高いことが実践により示されている。
【００７５】
本開示の管腔組織構築物プリント装置を使って管腔組織構築物を作成する工程について、図１〜１６に示される実施形態を例として説明する、すなわち、
ステップ１において、弾性膜Ａを回転棒２１１へスリーブ状に取り付ける、
ステップ３において、医療用接着剤注入器１１（又は試薬注入器）を使って第１試薬を弾性膜Ａの所定の範囲にプリントしてプリンティングユニット接着層Ｂを形成し、バイオブロック注入器１２を用いてバイオブロック容器１２５により供給されるバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂ上にプリントしてバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ接着させて、一層のバイオプリンティングユニットＣを有する生物学的構築物のみが必要な場合は、この段階で形成された構造体が生物学的構築物そのものであり、複数のバイオプリンティングユニットＣの層を有する生物学的構築物が必要な場合は、この段階で形成された構造体が生物学的構築物の中間構造体であり、この後に前のステップで得られた中間構造体上にプリンティングユニット接着層Ｂをさらに形成して、プリンティングユニット接着層Ｂを含む中間構造体を得て、続いてバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂを含む中間構造体へ接着し、必要な場合はプリンティングユニット接着層Ｂを中間構造体上に形成するステップ及びその後にバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ接着するステップを一回又は複数回繰り返して、複数のバイオプリンティング接着層Ｃを有する生物学的構築物を形成する。
【００７６】
ステップ５において、医療用接着剤注入器１１を用いて、バイオブロック及び管腔組織を接着する医療用接着剤層を生物学的構築物の表面へ一様に絞り出し、
ステップ７において、生物学的構築物の作成後に、中空棒２３１が回転棒２１１の外側を完全にスリーブ状に覆うまで中空棒２３１が回転棒２１１の方へ移動すると、その時点で管腔組織が生物学的構築物の外側に全面的に配置され、中空棒２３１が回転棒２１１から離れる方向へ移動すると、その時点で管腔組織が中空棒２３１と共に移動するのを締め付け機構２２が防ぎ、最終的に中空棒２３１は回転棒２１１から完全に分離されるが、管腔組織は生物学的構築物の外側に残る。機械的構造の制限により、その時点で管腔組織と生物学的構築物の間に隙間があるはずで、その時点で支持プラットフォーム２２４が管腔組織に上方への力を与え、これにより、重力の影響で管腔組織が下方へ移動することで生物学的構築物と人工血管の間で不均一な付着が起きるのを回避するのを助ける。そして、ガスが回転棒２１１へ導入されて弾性膜を下から支え、その結果、生物学的構築物が管腔組織の内壁へ全面的に付着する。発熱体２１２が加熱を行ってバイオプリンティングユニット及びプリンティングユニット接着層Ｂの固化を早め、最終的に管腔組織構築物が得られて、管腔組織構築物を回転棒２１１から除去することができる。
【００７７】
生物学的構築物がプリントされる際、弾性膜Ａが回転棒の表面を自然な状態で覆い、バイオプリンティングユニットにより生物学的構築物が弾性膜Ａの表面上に形成され、管腔組織構築物の作成が完了した後に弾性膜Ａは回転棒の表面を自然な状態で覆い、その時点で弾性膜Ａの内径は管腔組織構築物の内径よりも小さく、その結果、都合がよいことに管腔組織構築物を除去することができる。
【００７８】
一部の実施形態では、管腔組織構築物の製造方法は、生物学的構築物の内壁の平面度を検出することをさらに含む。プリントされた管腔組織構築物の内壁の平面度を検出する必要があるため、本開示の管腔組織構築物プリント装置の一実施形態では、管腔組織構築物プリント装置は、回転棒２１１の内側を移動可能で生物学的構築物の内壁の平面度を検出するのに使用される光プローブをさらに含み、回転棒２１１は透過性材料からできている。光プローブは回転棒２１１の内側で移動可能な形態で設計されており、回転棒２１１から管腔組織構築物を除去する前に光プローブは動かされ、画像取得ソフトウェアを用いて生物学的構築物の内壁の写真が撮影されてプリントされたバイオブロックの塗膜が完全で平滑であるかどうかが判定され、回転棒２１１の内側の中空構造が構造的な利用率を向上させるのに充分に利用されて、比較的高い実現可能性が得られる。
【００７９】
光プローブが回転棒２１１の内側で移動できるようにする方法については、一部の実施形態では、光プローブは中空棒２３１の内側に固定的に配置され、例えば中空棒２３１は２層の入れ子構造として設計されて、第１層は人工血管をスリーブ状に覆うのに使用され、光プローブが第２層の前端に配置され、回転棒２１１も２層構造で、２層構造の中間層にガスが導入されて弾性膜を下から支え、弾性膜は回転棒２１１の前端は覆わずに回転棒２１１の表面を覆うだけで、これにより光プローブは回転棒２１１へと延びることができる。組立工程の間に、管腔組織が生物学的構築物の表面にスリーブ状に配置され、光プローブも中空棒２３１と共に生物学的構築物の最遠端部へと移動し、管腔組織が除去されると、光プローブも中空棒２３１と共に人口前駆体組織の最前部へと移動し、これにより組立工程の間に平面度の検出が完了する。もちろん、一部の他の改良された実施形態では、光プローブは中空棒２３１の内側に移動可能に配置される、つまり、光プローブは中空棒２３１に対して独立して移動し、平面度の検出も同様に完了することができる。一部の他の改良された実施形態では、光プローブは回転棒２１１の内側に移動可能に配置され、光プローブは、回転棒２１１の内側で一方の端部から他方の端部へと移動して平面度の検出を完了する。
【００８０】
図１〜１６に示される管腔組織構築物プリント装置は、本開示の上記の実施形態における生物学的構築物をプリントするために採用されているが、本明細書で使用される「バイオプリンティング」という用語は、生物由来物質（限定されないが、タンパク質、脂質、核酸、代謝産物などの生体分子、細胞溶液、ゲルを含む細胞、細胞懸濁液、細胞濃縮物、多細胞集合体、多細胞体などの細胞、細胞小器官、細胞膜などの細胞内構造、合成生体分子、生体分子類似体などの生体分子に関連する分子を含む）を利用してプリントを行うことを指す。本明細書で使用される場合、「プリント」という用語は、所定のパターンに従って材料を堆積させる工程を指す。本開示では、バイオプリンティングは自動又は半自動のコンピュータ支援３次元試作装置（バイオプリンタなど）と一致する方法により実現される。しかし、本開示では、「プリント」（例えばバイオプリンティング）は、限定されないが、プリンタ（例えば３Ｄプリンタ又はバイオプリンタ）を使って行われるプリント、自動化された、又は自動化されていない機械的処理（プリンタではない）を使って行われるプリント、（例えばピペットを使って）手作業による配置又は手作業による堆積により行われるプリント、を含む様々な方法により行うことができる。
【００８１】
生物学的構築物の作成の別の２つの実施形態が、図１７〜２８を参照して以下で説明され、最初のものは手作業でバイオプリンティングユニットを掴んで配置することで生物学的構築物を作成するものであり、二つめのものは生物学的構築物プリント装置のプリントにより生物学的構築物を作成するものである。
【００８２】
本開示の生物学的構築物のプリントの一実施形態では、図１７〜１９に示されるように、管腔組織構築物の製造方法において、ステップ３（生物学的構築物プリントステップ）は、
ステップ３１：少なくとも一つのバイオプリンティングユニットＣを供給することと、
ステップ３３：プリンティングユニット接着層Ｂを弾性膜Ａの所定の範囲に形成することと、
ステップ３５：バイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ接着して生物学的構築物又は生物学的構築物の中間構造体を形成すること、すなわち生物学的構築物の一部を少なくとも形成することと、
を含む。
【００８３】
プリンティングユニット接着層Ｂは、接着剤を塗布する、プリントする、などにより形成することができる。
【００８４】
図１７に示される模式的実施形態では、生物学的構築物は管腔構造体であり、担持体は回転棒である。生物学的構築物がプリントされる場合、弾性膜Ａの所定の範囲に第１試薬が塗布されてプリンティングユニット接着層Ｂが形成され、バイオプリンティングユニットＣがプリンティングユニット接着層Ｂへ接着される、つまり、バイオプリンティングユニットＣが弾性膜Ａ上にプリントされる前に弾性膜Ａの所定の範囲にバイオプリンティングユニットＣを接着することができるプリンティングユニット接着層Ｂが塗布されたことで、弾性膜ＡとバイオプリンティングユニットＣの間にプリンティングユニット接着層Ｂを存在させることができて、バイオプリンティングユニットと接着剤が一緒にプリントされる既存の方法におけるバイオプリンティングユニットの領域の一部に接着剤が塗布されないという状況が改善され、バイオプリンティングユニットの一部が滑り落ちる、又は担持体へ落ちるという状態を回避するのを助ける。
【００８５】
比較的高い粘度を有する生体適合性材料及びバイオプリンティングユニットを採用する混合絞り出し方式と比べて、生物学的構築物プリントステップは、プリンティングユニット接着層Ｂ及びバイオプリンティングユニットＣを個々にプリントして別々に配置するということを実現し、これにより混合された材料が絞り出される際の低い流動性、不連続な吐出、及び排出口が簡単に塞がれるという問題を回避するのを助け、プリント工程の間に注入器の機械的外力に打ち勝って比較的高い粘度を有するバイオプリンティングユニットのプリントを実現する際のバイオインク内の細胞への比較的大きな損傷という問題を回避するのを助ける。
【００８６】
生物学的構築物プリントステップにおいて、バイオプリンティングユニットは、バイオプリンティングユニットの細胞体を固定する針を与えることなく接着層を介して担持体へ接着され、これにより針をバイオプリンティングユニット内の細胞体へ刺すことにより引き起こされる損傷を回避するのを助け、これはバイオプリンティングユニットの生物活性を保つのに有益である。さらに、本開示の実施形態では、バイオプリンティングユニットが接着層へ接着される限りはバイオプリンティングユニットの均一性に関する要求は低く、プリントユニット間の間隔はプリント工程内で必要に応じて設定することができて、これにより隣接するバイオプリンティングユニットが互いに押し出してしまうのを回避するのを助ける。加えて、ユーザは実際の状況に応じていつでもバイオプリンティングユニットの分散条件を変えることができて、これはプリントの自由度及び生物学的構築物の適応性を増大させるのに有益であり、粒子の大きさが異なるバイオプリンティングユニットを組み合わせることで種々の生物学的構築物を形成するのに有益である。
【００８７】
バイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ接着することのできる方法に関しては、一部の実施形態では、第１試薬は粘性のある物質を含み、この物質は単独で接着力を生み出すことができて、バイオプリンティングユニットＣは第１試薬の粘度を利用することでプリンティングユニット接着層Ｂへ接着される。生物学的構築物プリントステップの別の実施態様として、第２試薬がバイオプリンティングユニットＣの表面のすべて、又は一部に付着して、バイオプリンティングユニットＣが第１試薬と第２試薬の接触により生じる接着効果によりプリンティングユニット接着層Ｂへ接着される。第１試薬と第２試薬の接触により生じる接着効果は、バイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ非常に確実に安定的に接着するのに比較的優れており、比較的高い実現可能性が得られる。例えば、第１試薬はトロンビンを含み、第２試薬はブリナーゼを含み、第１試薬と第２試薬が互いに接触するとトロンビンとブリナーゼは互いと素早く反応することができて、これによりバイオプリンティングユニットＣの接着と固定が実現される。任意選択で、第１試薬がブリナーゼを含み、第２試薬がトロンビンを含むことで、同様に接着効果が生じる。別の例では、第１試薬は塩化カルシウムを含み、第２試薬はアルギン酸ナトリウムを含み、第１試薬と第２試薬が互いに接触すると塩化カルシウムとアルギン酸ナトリウムは互いと素早く反応することができて、これにより同様の方法でバイオプリンティングユニットＣの接着と固定が実現される。任意選択で、第１試薬がアルギン酸ナトリウムを含み、第２試薬が塩化カルシウムを含むことで、同様に接着効果が生じる。これらの実施態様では、第１試薬及び第２試薬は、それ自体は粘性物質を含まないが、相互反応により互いに接着する力を生み出し、粘性のある物質を使う方法と比べて、より優れた接着効果が得られ、また独立した作業が容易になる。
【００８８】
一部の実施形態では、ステップ３３は、分離培地層Ｄを弾性膜Ａの所定の範囲に形成することと、分離培地層Ｄを介してプリンティングユニット接着層Ｂを弾性膜Ａ上に形成することと、を含む。分離培地層Ｄを形成する目的は、プリントの完了後に生物学的構築物全体を弾性膜Ａから引き離すのを容易にするためである。分離培地層Ｄは、分離培地を塗布及びプリントすることにより形成することができる。
【００８９】
一部の実施形態では、分離培地は温度感受性ヒドロゲルを含む。一方で、温度感受性ヒドロゲルの温度感度により、プリントされた生物学的構築物は弾性膜Ａから容易に、完全に引き離すことができて、他方で、温度感受性ヒドロゲルは、都合の良いことにプリンティングユニット接着層Ｂ及びバイオプリンティングユニットＣを弾性膜Ａへ吸着させて、バイオプリンティングユニットＣが引き離されないことを保証する。
【００９０】
生物学的構築物をプリントする工程において、複数のバイオプリンティングユニットＣの層をプリントすることが必要であり、一部の実施形態では、図１８〜１９に示されるように、生物学的構築物を弾性膜Ａ上にプリントすることはさらに、
ステップ３７：プリンティングユニット接着層Ｂを前のステップで得られた中間構造体上に形成して、プリンティングユニット接着層Ｂを含む中間構造体を得ることと、
ステップ３９：バイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂを含む、得られた中間構造体へ接着させることと、
を含む。
【００９１】
一部の実施形態では、生物学的構築物を弾性膜Ａ上にプリントすることは、ステップ３７及びステップ３９を一回又は複数回繰り返すことをさらに含む。
【００９２】
この実施形態では、前のステップで得られた生物学的構築物の構造体には次にプリントされるバイオプリンティングユニットＣの層を接着するための第１試薬が塗布され、バイオプリンティングユニットＣは、塗布された第１試薬により形成された新しい接着層により接着され、固定される。これを一回又は複数回繰り返して、所定の数の生物学的構築物の層が得られる。
【００９３】
プリントされ成形された生物学的構築物を保護する、又は担持するために、一部の実施形態では、ステップ５は、担持層を生物学的構築物の表面に形成することと、担持層を用いて構築物接着層を生物学的構築物上に形成することと、を含む。担持層は、例えば成形材料又は担持用材料を噴霧する、又はプリントすることで、形成することができる。
【００９４】
上記の実施形態では、生物学的構築物は管腔状構造体であり、一部の実施形態では担持体は回転棒２１１である。生物学的構築物プリントステップは、管腔状構造体のプリントに特に適している。生物学的構築物プリントステップは、回転棒が回転する際にプリントされたバイオプリンティングユニットが滑り落ちる、又は落ちるのを防ぐことができて、これにより正確なプリント及び配置をどのように実現するかという問題をよりうまく解決することができる。
【００９５】
管腔状構造体は、例えば血管前駆体であり、成形材料又は担持用材料は生体適合性材料を含み、生体適合性材料は、例えば人工血管材料である。図１８及び図１９に示されるように、生物学的構築物プリントステップを使うプリント工程では、バイオプリンティングユニットＣを順次配列するために、図１８に示される「まず円周配列、次に直線配列」する配置方法を選択することができる、又は、図１９に示される「まず直線配列、次に円周配列」する配置方法も選択することができる。
【００９６】
生物学的構築物を作成する方法については、連続プリント法を選択することができる、つまり、プリント注入器（バイオブロック注入器１２など）がバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層へ継続的にプリント及び噴霧するのに使用される、あるいは他の形態を採用することもできる。例えば、図２０に示される、掴んで配置するプリント形態を採用することができる。図２０に示される、掴んで配置するプリント形態は、手動モードに対して適用可能であり、また生物学的構築物プリント装置へも適用可能である。
【００９７】
図２０に示される実施形態では、手動モードを採用する場合、ステップ３（生物学的構築物プリントステップ）は、
ステップ３１：バイオブロック容器に少なくとも一つのバイオプリンティングユニットＣを供給することと、
ステップ３３：プリンティングユニット接着層Ｂを回転棒へスリーブ状に取り付けられた弾性膜Ａの所定の範囲に形成することと、
ステップ３５：バイオブロック容器からバイオプリンティングユニットＣを吸引コンポーネント３１５を使って手作業で吸引して、吸引コンポーネント３１５をプリンティングユニット接着層Ｂの位置へ移動させてバイオプリンティングユニットＣを放出してバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ接着し、バイオプリンティングユニットＣの層がプリンティングユニット接着層Ｂに形成されるまでバイオプリンティングユニットＣを複数回吸引、接着して、生物学的構築物又は生物学的構築物の中間構造体を形成すること、すなわち、生物学的構築物の一部を少なくとも形成することと、
を含む。
【００９８】
この手作業で掴んで配置する配置方法は、一方では、正確なプリント及び配置の問題を解決することができて、プリンティングユニット間の間隔はプリント工程内で必要に応じて設定することができて、これにより隣接するバイオプリンティングユニット間で互いに押し出してしまうのを回避するのを助ける。他方で、従来のプリント方法のプリント工程における、ノズルが塞がれること、バイオブロックの不均一な配置、及び同種のことに関する問題を回避するのは有益である。一部の実施形態では、各吸引コンポーネント３１５は一度にただ一つのバイオプリンティングユニットＣを吸引し、その結果、バイオプリンティングユニットＣの正確な配置がうまく実現され、バイオプリンティングユニットＣは接着するためのプリンティングユニット接着層Ｂに一つずつ配置されて、これにより生物学的構築物の高精度なプリント及び製造が実現される。
【００９９】
バイオプリンティングユニットＣの吸引及び放出を実現する方法に関しては、一部の実施形態では、吸引コンポーネント３１５を使って液体をあらかじめ吸引して吸引コンポーネント３１５の吸引用端部に液膜を形成することと、吸引コンポーネント３１５を使ってバイオプリンティングユニットＣを吸引して吸引コンポーネント３１５の吸引用端部にバイオプリンティングユニットＣを保持し、バイオプリンティングユニットＣを液膜と接触させることと、が含まれる。
【０１００】
この実施形態では、吸引コンポーネント３１５へあらかじめ吸引された液体は吸引コンポーネント３１５の吸引用端部（この実施形態での吸引コンポーネントはピペットガンであり、吸引用端部は具体的にはピペットガンの開口であり、他の実施形態ではピペット、ビュレット、注射器、及び同種のものも使用してよい）を湿らせることができて、その結果、吸引コンポーネント３１５の吸引用端部に液膜が形成され、吸引コンポーネント３１５がバイオプリンティングユニットＣを吸引し続ける場合に吸引用端部とバイオプリンティングユニットＣが直接接触するのを回避するのに液膜は有益であり、これにより、バイオプリンティングユニットＣの形状及び生物活性が吸引用端部との剛な接触により損傷を受けたり破壊されるのが防止される。さらに、吸引用端部とバイオプリンティングユニットＣは液膜により分離することができるので、吸引用端部の吸引ポートの直径よりも小さい大きさの粒子を有するバイオプリンティングユニットＣであっても液膜と陰圧の作用を受けて吸引ポートに保持することができて、それゆえ、液膜を供給することでバイオプリンティングユニットＣに対する非吸引式粒子取得方法の微粒子サイズ要件を効果的に満たすとともにこの非吸引式粒子取得方法の適用範囲を拡げることもできるので、結果として、軽度の損傷を前提としてより多くの仕様の、より多くの種類のバイオプリンティングユニットＣを操作することができる。比較的小さな大きさの粒子を有するバイオプリンティングユニットＣに含まれる細胞の数は比較的小さく、栄養供給に対する需要は比較的小さいので、液膜を使って比較的小さな大きさの粒子を有するバイオプリンティングユニットＣの非吸引式取得を実現することは、プリント工程の間にバイオプリンティングユニットＣの生物活性をより良く保つのにも有益であり、最終的により良い生物活性のある生物学的構築物を得るのを助ける。
【０１０１】
その上、吸引用端部にあらかじめ形成された液膜は、後で吸引されるバイオプリンティングユニットＣに対して誘引効果をもたらすことができて、その結果、バイオプリンティングユニットＣは陰圧を受けるだけでなく、液膜の表面張力も受ける。一方で、これにより吸引コンポーネント３１５に印加される陰圧を低減することができて、吸引に対する技術的要求を低くすることができて、成功確率を増大させて、バイオプリンティングユニットＣへの吸引力により引き起こされる損傷を少なくすることもできる。他方で、液膜は、バイオプリンティングユニットＣが吸引用端部の吸引ポートによりしっかりと保持されるようにすることもできて、したがって吸引工程での堅さが向上し、移動工程の間にバイオプリンティングユニットＣをピペットの開口へしっかりと保持することができて、バイオプリンティングユニットＣは落下しにくいので、移動工程の安定性及び信頼性が向上する。別の態様では、液膜があることでバイオプリンティングユニットＣは、吸い出されてから設定されたプリント位置へ配置されるまでずっと液体環境に保持することができて、液体環境はバイオプリンティングユニットＣが生物活性を保つのに重要な因子であるので、液膜を配置することで、バイオプリンティングユニットＣは移動工程の間であってもなおも良好な活性を保つことができて、したがってバイオプリンティングの成功率が上昇する。
【０１０２】
一部の実施形態では、吸引コンポーネント３１５によりあらかじめ吸引される液体は第２試薬を含み、バイオプリンティングユニットＣが液膜と接触することで、第２試薬がバイオプリンティングユニットＣのすべて、又は一部に確実に付着するようになり、バイオプリンティングユニットＣは第１試薬と第２試薬の接触により生じる接着効果によりプリンティングユニット接着層Ｂへ接着される。第２試薬を吸引コンポーネント３１５によりあらかじめ吸引された液体へ追加することで、第２試薬を吸引工程の間にバイオプリンティングユニットＣへ付着させることができて、その結果、バイオプリンティングユニットＣが掴まれる前にバイオプリンティングユニットＣの表面のすべて、又は一部に第２試薬を塗布する必要はなく、これによりプリント工程を簡素化して、比較的高い実現可能性を実現することができる。
【０１０３】
一部の実施形態では、吸引コンポーネント３１５はプリンティングユニット接着層Ｂの近くへ移動されて、吸引コンポーネント３１５の吸引用端部からプリンティングユニット接着層Ｂへと落ちるバイオプリンティングユニットＣを放出するために吸引コンポーネント３１５が使用され、したがってバイオプリンティングユニットＣはその自重を利用することでプリンティングユニット接着層Ｂへ落ちることができて、これにより吸引コンポーネント３１５の吸引用端部とプリンティングユニット接着層Ｂの接触により引き起こされる、プリンティングユニット接着層Ｂ及びバイオプリンティングユニットＣの損傷を少なくすることができる。
【０１０４】
本開示の実施形態の生物学的構築物の製造方法は、前述の管腔組織構築物プリント装置を使うことで実現することができて、また、生物学的構築物プリント装置を利用することでも実現することができて、プリントされた生物学的構築物は管腔組織へ組み付けられて、最終的に管腔組織構築物を形成する。
【０１０５】
図１７〜２８に示される実施形態では、ステップ３（生物学的構築物プリントステップ）は、
ステップ３１：プリンティングユニットキット３０４に少なくとも一つのバイオプリンティングユニットＣを供給することと、
ステップ３３：第１塗布コンポーネント３２１を使うことで担持体３２９（例えば回転棒）をスリーブ状に覆う弾性膜Ａの所定の範囲に第１試薬を塗布してプリンティングユニット接着層Ｂを形成することと、
ステップ３５：バイオプリンティングユニットＣがプリンティングユニット接着層Ｂへ接着されて生物学的構築物又は生物学的構築物の中間構造体を形成するように、配置機構（例えばプリント注入器）を使うことでバイオプリンティングユニットＣをバイオプリンティングユニット接着層Ｂ上へ配置することと、
を含む。
【０１０６】
生物学的構築物プリント装置の好ましい実施形態では、図１７〜２８に示されるように、生物学的構築物プリント装置は、担持体３２９、第１塗布コンポーネント３２１、及び配置機構を含み、第１塗布コンポーネント３２１を使用して担持体３２９をスリーブ状に覆う弾性膜Ａの所定の範囲に第１試薬を塗布してプリンティングユニット接着層Ｂを形成させることができて、配置機構を使用してバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂ上に配置して、バイオプリンティングユニットＣがプリンティングユニット接着層Ｂへ接着されて生物学的構築物又は生物学的構築物の中間構造体が確実に形成されるようにすることができる。
【０１０７】
この好ましい実施形態では、担持体３２９、第１塗布コンポーネント３２１、及び配置機構が提供される。担持体３２９はバイオプリンティングユニットＣを担持するために使用され、担持体３２９をスリーブ状に覆う弾性膜Ａの所定の範囲に第１塗布コンポーネント３２１を用いて第１試薬が塗布されてプリンティングユニット接着層Ｂが形成され、バイオプリンティングユニットＣが配置機構によりプリンティングユニット接着層Ｂ上へ配置され、その結果、バイオプリンティングユニットＣがプリンティングユニット接着層Ｂへ接着される、つまり、バイオプリンティングユニットＣが弾性膜Ａ上にプリントされる前に弾性膜Ａの所定の範囲にバイオプリンティングユニットＣを接着することができるプリンティングユニット接着層Ｂが塗布されたことで、弾性膜ＡとバイオプリンティングユニットＣの間にバイオプリンティングユニットＣを接着するプリンティングユニット接着層Ｂを存在させることができて、バイオプリンティングユニットと接着剤が一緒にプリントされる既存の方法におけるバイオプリンティングユニットの一部の領域に接着剤が塗布されないという状態が改善され、バイオプリンティングユニットの一部が滑り落ちる、又は弾性膜Ａへ落ちるという状態を回避するのを助ける。
【０１０８】
比較的高い粘度を有する生体適合性材料及びバイオプリンティングユニットを使用する混合絞り出し方式と比べて、本開示の実施形態の生物学的構築物プリント装置は、プリンティングユニット接着層Ｂ及びバイオプリンティングユニットＣを別々の独立した層にプリント及び配置することができて、これにより混合された材料が絞り出される際の低い流動性、不連続な吐出、及び排出口が簡単に塞がれるという問題を回避するのを助け、プリント工程の間に注入器の機械的外力に打ち勝って比較的高い粘度を有するバイオプリンティングユニットのプリントを実現する際のバイオインク内の細胞への比較的大きな損傷という問題を回避するのを助ける。
【０１０９】
本開示の実施形態の生物学的構築物プリント装置は、プリンティングユニット接着層Ｂを用いてバイオプリンティングユニットＣの弾性膜Ａへの接着を実現し、バイオプリンティングユニットＣ内の細胞体を固定する針を設ける必要はなく、これにより針をバイオプリンティングユニットＣ内の細胞体へ刺すことにより引き起こされる損傷を回避するのを助け、バイオプリンティングユニットＣの生物活性を保つのを助ける。さらに、本開示の実施形態では、バイオプリンティングユニットＣが接着層へ接着される限りはバイオプリンティングユニットの均一性に関する要求は低く、プリンティングユニット間の間隔はプリント工程内で必要に応じて設定することができて、これにより隣接するバイオプリンティングユニットが互いに押し出してしまうのを回避するのを助ける。加えて、ユーザは実際の状態に応じていつでもバイオプリンティングユニットの分散条件を変えることができて、これはプリントの自由度及び生物学的構築物の適応性を増大させるのに有益であり、粒子の大きさが異なるバイオプリンティングユニットを組み合わせることで種々の生物学的構築物を形成するのに有益である。
【０１１０】
本開示の生物学的構築物プリント装置の改良された実施形態では、図１７及び図２３に示されるように、生物学的構築物プリント装置は第２塗布コンポーネント３１６をさらに含み、第２塗布コンポーネント３１６は、担持体３２９をスリーブ状に覆う弾性膜Ａの所定の範囲に分離培地をあらかじめ塗布して分離培地層Ｄを形成するために使用することができて、プリンティングユニット接着層Ｂは分離培地層Ｄを介して弾性膜Ａ上に塗布される。プリンティングユニット接着層Ｂを塗布する前に、担持体３２９をスリーブ状に覆う弾性膜Ａの所定の範囲に第２塗布コンポーネント３１６により分離培地が塗布されて分離培地層Ｄが形成され、分離培地層Ｄに第１塗布コンポーネント３２１によりプリンティングユニット接着層Ｂが塗布され、分離培地層Ｄを塗布する目的は、プリントの完了後に生物学的構築物全体を弾性膜Ａから除去するのを容易にするためである。
【０１１１】
一部の実施形態では、分離培地は温度感受性ヒドロゲルを含み、一方で、温度感受性ヒドロゲルの温度感度により、プリントされた生物学的構築物は弾性膜Ａから容易に、完全に引き離すことができて、他方で、温度感受性ヒドロゲルは、都合の良いことにプリンティングユニット接着層Ｂ及びバイオプリンティングユニットＣを弾性膜Ａへ吸着させて、バイオプリンティングユニットＣが引き離されないことを保証する。
【０１１２】
配置機構の構造形態に関しては、配置機構は従来の連続プリント注入器であってもよく、連続プリント注入器はバイオプリンティングユニットＣのプリンティングユニット接着層Ｂへの噴霧による塗布を実現する。掴んで配置する構造形態を採用してもよく、つまり、一部の実施形態では、配置機構は、バイオプリンティングユニットＣを吸引してプリンティングユニット接着層Ｂの位置へ移動させてバイオプリンティングユニットＣを放出することができる吸引コンポーネント３１５を含み、その結果、バイオプリンティングユニットＣはプリンティングユニット接着層Ｂへ接着される。吸引コンポーネント３１５は掴んで配置する配置方法を実現することができて、一方で、正確なプリント及び配置の問題を解決することができて、プリンティングユニット間の間隔はプリント工程内で必要に応じて設定することができて、これにより隣接するバイオプリンティングユニット間で互いに押し出してしまうのを回避するのを助ける。他方で、従来のプリント方法のプリント工程における、注入器が塞がれること、バイオブロックの不均一な配置、及び同種のことに関する問題を回避するのは有益である。一部の実施形態では、吸引コンポーネント３１５は少なくとも一つの吸引位置を含み、一度にただ一つのバイオプリンティングユニットＣが各吸引位置で吸引され、その結果、バイオプリンティングユニットＣの正確な配置がうまく実現され、バイオプリンティングユニットＣは接着するためのプリンティングユニット接着層に一つずつ配置されて、これにより生物学的構築物の高精度なプリント及び製造が実現される。吸引コンポーネント３１５は１つの吸引位置を含んでもよい、又は複数の吸引位置を含んでもよく、複数の吸引位置は吸引された複数のバイオプリンティングユニットＣをプリンティングユニット接着層Ｂへ同時に放出することができて、これによりプリント効率を向上させてプリント時間を節約するのを助ける。
【０１１３】
吸引コンポーネント３１５がバイオプリンティングユニットＣの吸引及び放出を実現する方法については、一部の実施形態では、図２０〜２３を組み合わせて、吸引コンポーネント３１５は液体をあらかじめ吸引して、液膜を吸引コンポーネント３１５の吸引用端部に形成することができて、バイオプリンティングユニットＣは吸引コンポーネント３１５の吸引用端部で保たれて、吸引コンポーネント３１５により吸引された後に液膜と接触する。この実施形態での吸引コンポーネントはピペットガンであり、吸引用端部は具体的にはピペットガンの開口であり、液膜はピペットガンの開口にガス吸引により形成され、他の実施形態では、液膜の形成はピペット、ビュレット、注射器、及び同種のものを採用することで同様に実現することもできる。吸引コンポーネント３１５へあらかじめ吸引された液体は吸引コンポーネント３１５の吸引用端部を湿らせることができて、その結果、吸引コンポーネント３１５の吸引用端部に液膜が形成され、吸引コンポーネント３１５がバイオプリンティングユニットＣを吸引し続ける場合に、液膜により吸引用端部とバイオプリンティングユニットＣが直接接触するのを回避することができて、これにより、バイオプリンティングユニットＣの形状及び生物活性が吸引用端部との剛な接触により損傷を受けたり破壊されるのが防止される。さらに、液膜は吸引用端部をバイオプリンティングユニットＣから分離することができるので、吸引用端部の吸引ポート直径よりも小さな粒子直径を有するバイオプリンティングユニットＣでさえも液膜と陰圧の作用を受けて吸引ポートに保持することができて、それゆえ、液膜を供給することでバイオプリンティングユニットＣに対する非吸入式微粒子取得方法の粒子サイズ要件を効果的に満たすとともにこの非吸入式微粒子取得方法の適用範囲を拡げることができるので、結果として、軽度の損傷を前提としてより多くの仕様の、より多くの種類のバイオプリンティングユニットＣを操作することができて、バイオプリンティングユニットＣの比較的小さな大きさのため、バイオプリンティングユニットＣに含まれる細胞の数は比較的小さく、栄養供給に対する需要は比較的小さいので、液膜を使って比較的小さな大きさの粒子を有するバイオプリンティングユニットＣの非吸入式取得を実現することは、プリント工程内でバイオプリンティングユニットＣの生物活性をより良く保つのにも有益であり、最終的により良い生物活性のある生物学的構築物を得るのを助ける。
【０１１４】
加えて、吸引用端部にあらかじめ形成された液膜は、後で吸引されるバイオプリンティングユニットＣに対して誘引効果をもたらすことができて、その結果、バイオプリンティングユニットＣは陰圧を受けるだけでなく、同時に液膜の表面張力も受ける。一方で、これにより吸引コンポーネント３１５に必要な陰圧を低減することができて、吸引に対する技術的要求を低くして吸引の成功確率を増大させるだけでなく、バイオプリンティングユニットＣへの吸引力により引き起こされる損傷を少なくすることもできる。他方で、液膜は、バイオプリンティングユニットＣが吸引用端部の吸引ポートによりしっかりと保持されるようにすることもできて、これにより吸引工程での堅さが高められ、移動工程の間にバイオプリンティングユニットＣをピペットの開口へしっかりと保持することができて、バイオプリンティングユニットＣは落下しにくく、移動工程の安定性及び信頼性が向上する。他方で、液膜があることでバイオプリンティングユニットＣを、吸い出されてから設定されたプリント位置へ配置されるまでずっと液体環境に保持することができて、液体環境はバイオプリンティングユニットＣが生物活性を保つのに重要な因子であるので、液膜を配置することで、バイオプリンティングユニットＣは移動工程の間であってもなおも良好な活性を保つことができて、したがってバイオプリンティングの成功率が上昇する。
【０１１５】
吸引コンポーネント３１５と協調して一度にただ一つのバイオプリンティングユニットＣを吸引して高精度なプリントを実現するため、一部の実施形態では、図２１、２５、２６に示されるように、生物学的構築物プリント装置はバイオプリンティングユニットＣを貯蔵するプリンティングユニットキットをさらに含み、プリンティングユニットキット３０４は内部に複数の穴位置３２４が設けられ、各穴位置３２４は一つのバイオプリンティングユニットＣを格納するのに使用される。
【０１１６】
バイオプリンティングユニットＣを正確に捉えるために吸引コンポーネント３１５が正確に位置決めされるように、図１７、２３、２６に示されるように、生物学的構築物プリント装置は、制御機構と、プリンティングユニットキット３０４の内側のバイオプリンティングユニットＣの位置を捕捉するのに使用される視覚システム３１４をさらに含むことがあり、視覚システム３１４は一つのバイオプリンティングユニットＣを捕捉後にフィードバック信号を制御機構へ送ることができて、制御機構は吸引コンポーネント３１５を操作してフィードバック信号に従ってプリンティングユニットキット３０４の内側の対応位置へ移動させてバイオプリンティングユニットＣを吸引し、その後吸引コンポーネント３１５を操作してプリンティングユニット接着層Ｂの位置へ移動させてバイオプリンティングユニットＣを放出する。一部の実施形態では、視覚システム３１４はプリンティングユニットキット３０４内のバイオプリンティングユニットＣの位置の正確な捕捉を容易に実現することができるＣＣＤカメラを含み、位置信号が制御機構へフィードバックされて自動デジタル制御が実現され、これはプリント効率を向上させるのに有益である。
【０１１７】
一部の実施形態では、図２４に示されるように、生物学的構築物プリント装置は生物学的構築物の表面に成形材料又は担持用材料を噴霧するための第３塗布コンポーネント３２０をさらに含み、第３塗布コンポーネント３２０を設けることで、プリントされて成形された生物学的構築物の表面に、プリントされて成形された生物学的構築物を保護する、又は担持する成形材料又は担持用材料が噴霧される。
【０１１８】
上記の実施形態では、生物学的構築物は非管腔状構造体でありえて、その場合は担持体は平面ベースの物体であり、また生物学的構築物は管腔状構造体でありえて、その場合は担持体３２９は回転棒であり、所定の範囲は回転棒の外壁である。本開示の生物学的構築物プリント装置は管腔状構造体をプリントするのに特に適しており、管腔状構造体は例えば血管前駆体であり、成形材料又は担持用材料は生体適合性材料を含む。
【０１１９】
図１８及び図１９に示されるように、本開示の生物学的構築物プリント装置を採用するプリント工程では、バイオプリンティングユニットＣを順次配列するために、図１８に示される「まず円周配列、次に直線配列」する配置方法を選択することができて、「まず直線配列、次に円周配列」する配置方法も同様に選択することができる。
【０１２０】
本開示の生物学的構築物プリント装置の構造及び生物学的構築物のプリント工程について、血管前駆体である管腔状構造体と回転棒である担持体３２９を例として、図２１〜２７に示される実施形態と組み合わせて以下で説明する。
【０１２１】
図２１に示されるように、生物学的構築物プリント装置の主要な構造には、ベース３０１、第１ノズルアセンブリ３０２、第２ノズルアセンブリ３０３、プリンティングユニットキット３０４、回転式生化学分析装置３０５、及び電気キャビネット３０６が含まれる。電気キャビネット３０６は、内部に制御機構が設けられている。図６に示されるように、ベースには直立柱３０７が設けられ、直立柱３０７には格子スケール３０８、ガイドレール３１０、リニアモータ３０９、Ｚ方向移動モジュール３１２、及び第２Ｚ方向移動モジュール３１１が設けられている。Ｚ方向移動モジュール３１２及び第２Ｚ方向移動モジュール３１１は、第１注入器３０２及び第２注入器３０３の持ち上げ制御を行うのに応じて使用される。
【０１２２】
図７に示されるように、第１ノズルアセンブリ３０２は、主に第１固定垂直板３１３、視覚システム３１４、吸引コンポーネント３１５、第２塗布コンポーネント３１６（好ましくは注入器）、第１駆動ガイドレール３１７、及び第１駆動シリンダ３１８を含む。視覚システム３１４、吸引コンポーネント３１５、第２塗布コンポーネント３１６、第１駆動ガイドレール３１７、及び第１駆動シリンダ３１８は、第１固定垂直板３１３を介して直立柱３０７の一方の側に配置される。図２４に示されるように、第２ノズルアセンブリ３０３は、主に第２固定垂直板３１９、第３塗布コンポーネン３２０、第１塗布コンポーネント３２１、第２駆動ガイドレール３２２、及び第２駆動シリンダ３２３を含む。第３塗布コンポーネント３２０、第１塗布コンポーネント３２１、第２駆動ガイドレール３２２、及び第２駆動シリンダ３２３は、第２固定垂直板３１９を介して直立柱３０７の他方の側に配置される。
【０１２３】
図２５及び図２６に示されるように、プリンティングユニットキット３０４は、主にオリフィス板取付け具３２５、オリフィス板、投射光源、駆動モータ３２６、及び第３駆動ガイドレールを含み、オリフィス板はオリフィス板取付け具３２５の内側に設置され、複数の穴位置３２４がオリフィス板の内側に形成されている。投射光源の役割は、視覚システム３１４が光源の影響下でより容易にバイオプリンティングユニットＣを検出できるように投射光を提供することである。図２７に示されるように、回転式生化学分析装置３０５は、主に支持ベース３２８、回転モータ３３０、担持体３２９（回転棒）、及び掻き取り用ロープ３３１を含み、これらは支持ベース３２８の両側に配置される。回転モータ３３０は、プリント位置の調整を容易にするために回転棒を駆動して回転させるのに使用される。掻き取り用ロープ３３１は、第１塗布コンポーネント３２１、第２塗布コンポーネント３１６、及び第３塗布コンポーネント３２０から噴霧された余分な材料液を掻き取るために使用され、これにより閉塞を回避するのを助ける。
【０１２４】
プリント工程の間に、まず第１ノズルアセンブリ３０２がＺ軸に沿って安全な距離まで上方へ移動され、その結果、第２塗布コンポーネント３１６は、下に降ろされた際にベース３０１上の物体にぶつからない。第１駆動シリンダ３１８の作用を受けて、第２塗布コンポーネント３１６は第１駆動ガイドレール３１７に沿って最下部の制限位置まで下へ移動する。リニアモータ３０９の作用を受けて、第１ノズルアセンブリ３０２はガイドレール３１０に沿ってＸ方向へ担持体３２９のプリント範囲まで移動し、プリント範囲は担持体３２９をスリーブ状に覆う弾性膜Ａの所定の範囲と一致する。第１Ｚ方向移動モジュール３１２の制御の下で、第１ノズルアセンブリ３０２はＺ軸に沿ってプリント高さまで下へ移動し、第２塗布コンポーネント３１６は分離培地（温度感受性ヒドロゲル）を排出して分離培地層Ｄを弾性膜Ａ上に形成する。噴霧の完了後に、第２塗布コンポーネント３１６は、第１駆動シリンダ３１８の作用を受けて第１駆動ガイドレール３１７に沿って最上部の制限位置まで上へ移動し、第１ノズルアセンブリ３０２は左側の位置まで戻る。
【０１２５】
次に、第２ノズルアセンブリ３０３は、第１塗布コンポーネント３２１が下に降ろされた際に下にある物体にぶつからないように、Ｚ軸に沿って安全な位置まで上へ移動し、第２駆動シリンダ３２３の作用を受けて、第１塗布コンポーネント３２１は第２駆動ガイドレール３２２に沿って最下部の制限位置まで下へ移動する。リニアモータ３０９の作用を受けて、第２ノズルアセンブリ３０３はガイドレール３１０に沿ってＸ方向へ担持体３２９のプリント範囲まで移動し、第２ノズルアセンブリ３０３は第２Ｚ方向移動モジュール３１１の制御の下でＺ方向へプリント高さまで下方へ移動し、第１塗布コンポーネント３２１は第１試薬を排出して、図１７に示されるプリンティングユニット接着層Ｂを形成する。噴霧の完了後に、第１塗布コンポーネント３２１は、第２駆動シリンダ３２３の作用を受けて第２駆動ガイドレール３２２に沿って最上部の制限位置まで上へ移動し、第２ノズルアセンブリ３０３は右側の位置まで戻る。
【０１２６】
２層の材料（すなわち、プリンティングユニット接着層Ｂ及び分離培地層Ｄ）が弾性膜Ａ上に噴霧された後、バイオプリンティングユニットＣの接着が行われる。まず、視覚システム３１４がバイオプリンティングユニットＣを配置するのに使用される。視覚システム３１４は積み重ねられた物体を認識しないため、各バイオプリンティングユニットＣは積み重ならないように別々の穴位置３２４に配置される必要がある。これはバイオプリンティングユニットＣが準備される際に行われ、これにより各穴位置３２４にただ一つのバイオプリンティングユニットＣが存在することが確実になる。その時点で、視覚システム３１４のカメラレンズの中心は穴位置３２４の円形範囲に位置合わせされ、この範囲内にただ一つのバイオプリンティングユニットＣが存在するので、バイオプリンティングユニットＣを速やかに認識することができて、正確に配置することができる。特定の実装では、プログラムが設定された後に視覚システム３１４のカメラレンズの中心がオリフィス板の左上にある第１穴位置３２４へ位置合わせされ、カメラレンズは駆動モータ３２６により第３駆動ガイドレール３２７に沿ってＹ方向へ移動し、第１ノズルアセンブリ３０２はＸ方向へ移動する。第１ノズルアセンブリ３０２はカメラレンズの上端部と捕捉される物体の間に所定の距離を保つためＺ方向へ移動し、その時点で、バイオプリンティングユニットＣはちょうどカメラの焦点距離の範囲内にあり、この範囲内にはただ一つのバイオプリンティングユニットが存在するので、バイオプリンティングユニットＣの素早い捕捉及び配置が実現される。
【０１２７】
第１ノズルアセンブリ３０２の中心位置が得られたら、制御機構は吸引コンポーネント３１５のＸ座標値及びＹ座標値を自動的に変換する。制御機構の作用を受けて、駆動モータ３２６は第３駆動ガイドレール３２１に沿ってＹ方向へ移動し、第１ノズルアセンブリ３０２はＸ方向へ移動して、吸引コンポーネント３１５が捕捉されたバイオプリンティングユニットＣの中心に確実に位置合わせされるようにする。一方で、第１ノズルアセンブリ３０２がＺ軸に沿って設定された距離まで下方へ移動した後に、図２０に示されるように、吸引コンポーネント３１５の吸引機能が始動されて、バイオプリンティングユニットＣが落下するのを防ぐようにバイオプリンティングユニットＣを吸引する。第１ノズルアセンブリ３０２はＺ方向に沿って安全な位置まで上へ移動し、そして担持体３２９上でバイオプリンティングユニットＣが配置される必要のある位置までＸ方向へ移動する。第１ノズルアセンブリ３０２はＺ軸に沿ってプログラムで設定された高さまで下へ移動し、吸引コンポーネント３１５のガス吹き出し機能が自動的に始動されて、バイオプリンティングユニットが担持体３２９をスリーブ状に覆う弾性膜Ａ上に配置されて、第１バイオプリンティングユニットの配置が完了する。前の動作が繰り返され、第２バイオプリンティングユニットＣが配置される際は、バイオプリンティングユニットＣと配置要求の相違に従って、担持体３２９として機能する回転棒が対応する距離を自動的に移動して弾性膜Ａ上での正確な配置を実現する。同様の方法で、図１８及び図１９に示されるプリントが、回転棒の表面が配列されたバイオプリンティングユニットＣで埋め尽くされるまで繰り返し実現され、バイオプリンティングユニットＣの配置は終了し、第１ノズルアセンブリ３０２は左側の位置へと戻る。
【０１２８】
そして、第２ノズルアセンブリ３０３が移動され、第３塗布コンポーネント３２０がプリント位置まで移動されて、成形材料又は担持用材料（例えば、最外部の層の生体適合性材料）が噴霧されて、生物学的構築物のプリント工程が完了する。
【０１２９】
本明細書で言及される「ステップｎ」は、ステップｎのステップ名を表すに過ぎず、各ステップの順番が明らかに示されていない場合は、各ステップの通し番号及び各ステップの説明の順番はすべて、各ステップでの必要な順番を表しておらず、２つのステップが順に記載された場合は、その２つのステップの間に他のステップは存在しないことがある、あるいは、他のステップをそれらステップの間に配置することもできる。
【０１３０】
本開示は複数の実施形態に言及しているが、異なる実施形態の間に矛盾が起こらない限り、すべての実施形態の技術的特徴を必要に応じて組み合わせる、及び／又は置換することができる。
【０１３１】
上の実施形態を組み合わせることで本開示の実施態様が詳細に説明されるが、本開示は記載された実施態様に限定されない。当業者にとっては、これらの実施態様に対して本開示を逸脱することのない様々な変更、改良、等価な置換、及び変形は、なおも本開示の保護範囲に含まれる。
【図１】
2021527528.tif 000003
【図２】
2021527528.tif 000004
【図３】
2021527528.tif 000005
【図４】
2021527528.tif 000006
【図５】
2021527528.tif 000007
【図６】
2021527528.tif 000008
【図７】
2021527528.tif 000009
【図８】
2021527528.tif 000010
【図９】
2021527528.tif 000011
【図１０】
2021527528.tif 000012
【図１１】
2021527528.tif 000013
【図１２】
2021527528.tif 000014
【図１３】
2021527528.tif 000015
【図１４】
2021527528.tif 000016
【図１５】
2021527528.tif 000017
【図１６】
2021527528.tif 000018
【図１７】
2021527528.tif 000019
【図１８】
2021527528.tif 000020
【図１９】
2021527528.tif 000021
【図２０】
2021527528.tif 000022
【図２１】
2021527528.tif 000023
【図２２】
2021527528.tif 000024
【図２３】
2021527528.tif 000025
【図２４】
2021527528.tif 000026
【図２５】
2021527528.tif 000027
【図２６】
2021527528.tif 000028
【図２７】
2021527528.tif 000029
【図２８】
2021527528.tif 000030
【国際調査報告】
2021527528.tif 000031
2021527528.tif 000032
2021527528.tif 000033
2021527528.tif 000034
2021527528.tif 000035