(57)【要約】  椎間板の代替構成物、生体適合性支持構造体、及び椎間板の代替物と生体適合性支持構造体の作製方法を提供する。椎間板の代替構成物は、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含む生体適合性支持構造体と、バイオインクを含む組織工学的に作製された構成体と、を含み、環状リングは、内面と、外面と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、また生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
椎間板の代替物用の生体適合性支持構造体であって、
生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上、を備え、
前記環状リングが、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を備え、かつ
前記生体適合性材料が、前記生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、生体適合性支持構造体。
【請求項２】
前記環状リングが、約１００μｍ〜約６０００μｍの中間厚さと約１００μｍ〜約２０００μｍの横方向厚さとを有する、請求項１に記載の支持構造体。
【請求項３】
前記第１のプレートと前記第２のプレートが、約１００μｍ〜約１２００μｍの厚さを有する、請求項１又は請求項２に記載の支持構造体。
【請求項４】
前記支持構造体が、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの曲げ弾性率、約０．０２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの弾性率、又は約１ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの引張強度のうちの１つ以上を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項５】
前記支持構造体が、約０．２ＧＰａ〜約１４ＧＰａの曲げ弾性率、約０．８ＧＰａ〜約１４ＧＰａの弾性率、又は約１ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの引張強度のうちの１つ以上を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項６】
前記生体適合性材料が、多糖類、生体適合性ポリマー、ゴム、シリコン、生体適合性金属、生体適合性セラミックス、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアミノ酸、天然及び生体高分子、又はこれらの２つ以上の組み合わせから成る群より選ばれる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項７】
前記生体適合性材料が、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、ＰＤＯ、ポリカプロラクトン、生体再吸収性金属合金、及びこれらの組み合わせから成る群より選ばれる、請求項６に記載の支持構造体。
【請求項８】
前記生体適合性材料が、約１ケ月〜約７年の速度で、分解、吸収、又は再吸収する、請求項７に記載の支持構造体。
【請求項９】
前記環状リングが、対象の椎間板の形状を有するように構成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項１０】
前記環状リングが、約１０μｍ〜約１０，０００μｍの平均サイズを有する１つ以上の開口を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項１１】
前記支持構造体が、前記環状リングの前記第１の平面若しくは前記第２の平面又は前記第１のプレート若しくは前記第２のプレートの平面に接続され、かつそれから遠位に延在する、１つ以上の付属品要素をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項１２】
前記支持構造体が、１つ以上の連結要素をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項１３】
前記１つ以上の連結要素が、前記内面壁の１つの区域から前記内面壁の別の区域へと前記環状リングの断面を接続し、又は前記第１のプレートの平面を前記第２のプレートの平面に接続する、請求項１２に記載の支持構造体。
【請求項１４】
前記１つ以上の連結要素が、ロッド、支柱、ビーム、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせから成る、請求項１３に記載の支持構造体。
【請求項１５】
前記１つ以上の連結装置が、トラス様構造体を形成する、請求項１４に記載の支持構造体。
【請求項１６】
前記トラス様構造体が、ワーレン式トラス、オクテットトラス、プラットトラス、弓弦トラス、キングポストトラス、レンズ形トラス、タウン格子トラス、フィーレンディールトラス、若しくはこれに類するもの、又はこれらの２つ以上の組み合わせを備える、請求項１５に記載の支持構造体。
【請求項１７】
椎間板の代替物用の生体適合性支持構造体を作製するための方法であって、
１つ以上の生体適合性材料の層を基質に堆積させることと、
前記生体適合性材料を架橋することと、
前記生体適合性支持構造体を得るために、オプションとして、前記堆積させるステップ及び架橋するステップを繰り返すこと、を含み、
前記生体適合性支持構造体が、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を備え、
前記環状リングが、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を備え、
前記生体適合性材料が、前記生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、作製方法。
【請求項１８】
前記作製方法が、射出成形、回転成形、ポジティブモールド、ネガティブモールド、除去製造、フライス加工及び機械加工、並びに３次元（３Ｄ）印刷のうちの１つ以上を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記堆積させることが、前記１つ以上の生体適合性材料の層を３次元印刷することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記３Ｄ印刷が、インクジェット印刷、層ごとの印刷、押出印刷、及びバイオプリンティングから成る群より選ばれる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記作製方法が、射出成形を含み、前記射出成形が、
１つ以上の前記生体適合性材料の層を、基質に堆積させることであって、前記基質が前記生体適合性支持構造体の金型である、堆積させることと、
前記生体適合性材料を前記金型に架橋し、かつオプションとして、前記堆積させるステップ及び架橋するステップを繰り返すことと、
前記生体適合性支持構造体を前記金型から取り外すことと、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記生体適合性材料が、多糖類、生体適合性ポリマー、ゴム、シリコン、生体適合性金属、生体適合性セラミックス、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアミノ酸、天然及び生体高分子、又はこれらの２つ以上の組み合わせから成る群より選ばれる、請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記生体適合性材料が、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、ＰＤＯ、ポリカプロラクトン、及びこれらの組み合わせから成る群より選ばれる生体適合性ポリマーである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記生体適合性ポリマーが、約５０℃〜約２５０℃の融点を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記環状リングが、約１００μｍ〜約６０００μｍの中間厚さと約１００μｍ〜約２０００μｍの横方向厚さとを有する、請求項１７〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のプレート及び前記第２のプレートが、約１００μｍ〜約１２００μｍの厚さを有する、請求項１７〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記支持構造体が、対象のＩＶＤの円周形状を有する、請求項１７〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記対象が、ヒトである、請求項１７〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
椎間板の代替構成物であって、
生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を備える、生体適合性支持構造体と、
バイオインクを含む組織工学的に作製された構成体と、を備え、
前記環状リングが、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を備え、かつ
前記生体材料材料が、１重量％〜約１００重量％の量で存在する、構成物。
【請求項３０】
前記環状リングが、約１００μｍ〜約６０００μｍの中間厚さと約１００μｍ〜約２０００μｍの横方向厚さとを有する、請求項２９に記載の構成物。
【請求項３１】
前記第１のプレート及び前記第２のプレートが、約１００μｍ〜約１２００μｍの厚さを有する、請求項２９又は請求項３０に記載の構成物。
【請求項３２】
前記バイオインク構成物が、ヒドロゲルを含む、請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項３３】
前記バイオインクが、ヒドロゲル、アガロース、コラーゲン、キトサン、フィブリン、ヒアルロン酸、カラギーナン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリ（フマル酸プロピレンとエチレングリコールの共重合体）、ポリ（エチレングリコール）とポリ（乳酸）の共重合体、ポリ（ビニルアルコール）、ＫＤＬ１２オリゴペプチド、ポリ（ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のうちの１つ以上、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項３２に記載の構成物。
【請求項３４】
前記バイオインクが、約０．５％（ｗ／ｖ）〜約１０％（ｗ／ｖ）の量で存在するアルギン酸ヒドロゲルを含む、請求項３３に記載の構成物。
【請求項３５】
前記バイオインクが、約５ｍｇ／ｍｌ〜約２００ｍｇ／ｍｌのコラーゲンを含む、請求項２９〜３４のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項３６】
前記コラーゲンが、Ｉ型コラーゲン、ＩＩ型コラーゲン、又はこれらの組み合わせより選ばれる、請求項３５に記載の構成物。
【請求項３７】
前記組織工学的に作製された構成体が、ＩＩ型コラーゲンを含む髄核構造体と、Ｉ型コラーゲンを含む線維輪構造体と、を含む、請求項２９〜３６のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項３８】
前記線維輪構造体が、前記髄核構造体の周りに円周方向に整列される、請求項３７に記載の構成物。
【請求項３９】
前記組織工学的に作製された構成体が、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約５．０×１０７細胞／ｍｌの濃度で存在する細胞の集団をさらに含む、請求項２９〜３８のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項４０】
前記バイオインク構成物が、担体、架橋剤、又はこれらの組み合わせをさらに含む、請求項２９〜３９のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項４１】
前記生体適合性支持構造体の前記環状リングが、前記組織工学的に作製された構成体の軸方向剛性を、約５倍〜約１０，０００倍の剛性に増加する、請求項２９〜４０のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項４２】
前記生体適合性支持構造体の前記第１のプレート又は第２のプレートが、前記組織工学的に作製された構成体の軸方向負荷容量を、約１％〜約１０，０００％増加する、請求項２９〜４１のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項４３】
前記構成物が、約１ｋＮ〜約１０，０００ｋＮの軸圧縮、約０．２ｋＮ〜約１，０００ｋＮのせん断力、又はこれらの組み合わせに耐える、請求項２９〜４２のいずれか１項に記載の構成物。
【請求項４４】
椎間板の代替構成物の作製方法であって
生体適合性支持構造体を作製することであって、
生体適合性材料を基質に堆積させることと、
オプションとして、前記生体適合性材料を架橋することと、
前記生体適合性支持構造体を取得するために、オプションとして、前記堆積させるステップ及びオプションとしての架橋するステップを繰り返すこと、を含む、生体適合性支持構造体を作製することと、
組織工学的に作製された構成体を作製することであって、
バイオインクを、前記生体適合性支持構造体内、又はその周りに堆積させること、
前記組織工学的に作製された構成体を形成するために、前記バイオインクを架橋し、かつオプションとして、前記堆積させるステップ及び架橋するステップを繰り返すことと、を含む、組織工学的に作製された構成体を作製することと、
前記椎間板の代替構成物を硬化することと、を含み、
前記生体適合性支持構造体が、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を備え、
前記環状リングが、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を備え、かつ
前記生体適合性材料が、前記生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、椎間板の代替構成物の作製方法。
【請求項４５】
前記生体適合性支持構造体の前記作製方法が、請求項１７〜２８のいずれか１項に記載の方法である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記組織工学的に作製された構成体の前記作製方法が、射出成形、回転成形、ポジティブモールド、ネガティブモールド、除去製造、フライス加工及び機械加工、並びに３次元（３Ｄ）印刷のうちの１つ以上を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記堆積させることが、前記１つ以上のバイオインクの層を３Ｄ印刷することを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記３Ｄ印刷が、インクジェット印刷、層ごとの印刷、押出印刷、及びバイオプリンティングから成る群より選ばれる、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記組織工学的に作製された構成体の前記作製方法が、射出成形を含み、前記射出成形が、
前記バイオインクを、金型に堆積させることであって、前記金型が前記生体適合性支持構造体を含む、堆積させることと、
前記バイオインクを前記金型に架橋し、かつオプションとして、前記堆積させるステップ及び架橋するステップを繰り返すことと、
前記生体適合性支持構造体を前記金型から取り外すことであって、前記硬化するステップが、前記金型を取り外す前、前記金型を移動した後、又はこれらの組み合わせで生じる、取り外すことと、を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記堆積させることが、線維輪構造体を形成するために、前記１つ以上のバイオインクの層を配置することと、核線維構造体を形成するために、前記１つ以上のバイオインクの層を堆積させることと、をさらに含む、請求項４４〜４９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５１】
前記線維輪構造体及び髄核構造体が、連続的に又は同時に形成される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記椎間板の代替構成物の硬化が、約３４℃〜約３７℃の温度で生じる、請求項４４〜５１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５３】
前記バイオインクが、ヒドロゲル、アガロース、コラーゲン、キトサン、フィブリン、ヒアルロン酸、カラギーナン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリ（フマル酸プロピレンとエチレングリコールの共重合体）、ポリ（エチレングリコール）とポリ（乳酸）の共重合体、ポリ（ビニルアルコール）、ＫＤＬ１２オリゴペプチド、ポリ（ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のうちの１つ以上、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項４４〜５２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５４】
前記バイオインクが、約０．５％（ｗ／ｖ）〜約１０％（ｗ／ｖ）の量で存在するアルギン酸ヒドロゲルを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記バイオインクが、約５ｍｇ／ｍｌ〜約２００ｍｇ／ｍｌのコラーゲンを含む、請求項４４〜５４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５６】
前記コラーゲンが、Ｉ型コラーゲン、ＩＩ型コラーゲン、又はこれらの組み合わせより選ばれる、請求項４４〜５５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５７】
前記堆積させることが、前記髄核構造体を形成するために、ＩＩ型コラーゲンを含む１つ以上のバイオインクの層を堆積させることと、前記線維輪構造体を形成するために、Ｉ型コラーゲンを含む１つ以上のバイオインクの層を堆積させることと、を含む、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５８】
前記バイオインクが、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約５．０×１０７細胞／ｍｌの濃度で存在する細胞の集団をさらに含む、請求項４３〜５６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本出願は、２０１８年９月２７日出願の米国仮特許出願第６２／７３７，９１５号の利益及びそれに対する優先権を主張し、参照によりその全体を本明細書に組み込む。
【０００２】
本技術は、一般的に、椎間板の代替物及びその調製方法に関する。より具体的には、本技術は、生体適合性支持構造体と組織工学的に作製された構成体とを有する椎間板の代替物及び３次元印刷又は射出成形を介した作製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
椎間板は、ヘルニア形成、膨隆、変性、又は外傷により損傷される可能性があり、自然治癒することはない。椎間板の損傷を治癒するための現在の外科的選択肢には、合成椎間板、ケージ、又は椎骨の融合が挙げられる。完全合成椎間板は、定位置に留まり体内に統合される問題に直面し、さらなる手術に至る可能性がある。椎骨の融合は、患者の可動域を抑制し、生活の質を回復するものではない。本技術は、これら及び他の不具合の解消に向けられる。さらに、本技術の椎間板の代替物は、組織工学的に作製された椎間板等の組織工学的に作製された構成体の構造上の完全性を維持する。
【発明の概要】
【０００４】
本技術は、１つの態様において、生体適合性材料構造体の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含む生体適合性支持体と、バイオインクを含む組織工学的に作製された構成体と、を含む、椎間板の代替構成物であって、環状リングが、内面と、外面と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、かつ生体適合性材料が、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、椎間板の代替構成物を提供する。
【０００５】
本技術は、別の態様において、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含む生体適合性支持構造体であって、環状リングが、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、かつ生体適合性材料が、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、生体適合性支持構造体を提供する。
【０００６】
本技術は、関連する態様において、任意の実施形態における本明細書記載のような生体適合性支持構造体の作製方法を提供し、該方法は、生体適合性材料を基質に堆積させることと、オプションとして、堆積された生体適合性材料を架橋することと、生体適合性支持構造体を得るために、オプションとして、堆積ステップ及びオプションとしての架橋ステップを繰り返すことと、を含み、生体適合性支持構造体は、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含み、環状リングは、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、また生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する。
【０００７】
本技術は、さらに別の関連する態様において、生体適合性材料を基質に堆積させること、オプションとして、堆積された生体適合性材料を架橋すること、及び生体適合性支持構造体を得るために、オプションとして、堆積ステップ及びオプションとしての架橋ステップを繰り返すこと、を含む、任意の実施形態における本明細書記載のように生体適合性支持構造体を作製することと；任意の実施形態における本明細書記載のようなバイオインクを生体適合性支持構造体内又はその周りに堆積させること、バイオインクを架橋し、かつ組織工学的に作製された構成体を形成するために、オプションとして、配置ステップ及び架橋ステップを繰り返すこと、及び椎間板の代替構成物を硬化させること、を含む任意の実施形態における本明細書記載のように組織工学的に作製された構成体を作製することと；を含む、椎間板の代替物を作製する方法を提供し、生体適合性支持構造体は、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含み、環状リングは、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、かつ生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、ある実施形態に係る、環状リングを有する生体適合性支持構造体の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ある実施形態に係る、環状リングを有する生体適合性支持構造体の上面図、断面図及び側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、ある実施形態に係る、環状リングを有する生体適合性支持構造体の側面図である。
【図２】図２は、ある実施形態に係る、環状リングを有する生体適合性支持構造体の上面図及び側面図である。
【図３】図３は、ある実施形態に係る、第１（又は第２）のプレートを有する生体適合性支持構造体の上面図及び側面図である。
【図４】図４は、ある実施形態に係る、第１（又は第２）のプレートを有する生体適合性支持構造体の上面図及び側面図である。
【図５】図５は、ある実施形態に係る、第１（又は第２）のプレートと１つ以上の付属品要素とを有する生体適合性支持構造体の上面図、斜視図及び側面図である。
【図６】図６は、ある実施形態に係る、第１のプレートと第２のプレートの平面を接続する付属品要素（すなわち、支柱）を有する第１のプレートと第２のプレートとを有する、生体適合性支持構造体の上面図、側面図及び斜視図である。
【図７】図７は、ある実施形態に係る、椎間板の代替物の上面図、側面図及び斜視図である。
【図８】図８は、ある実施形態に係る、組織工学的に作製された構成体の上面図、側面図及び斜視図である。
【図９】図９は、椎間板の代替物の生体適合性支持構造体と組織工学的に作製された構成体を作製するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
様々な実施形態を、下記に記載する。特定の実施形態は、網羅的な記載として、又は本明細書記載のより広範囲の態様への限定としてのものであることを意図しないことに留意されたい。特定の実施形態に関連して記載される１つの態様は、その実施形態に必ずしも限定されず、また他のいかなる実施形態とともに実施可能である。
【００１０】
本明細書で使用する「約」は、当業者により理解され、この用語を使用する文脈により、ある程度変化するであろう。「約」を使用する文脈を考慮の上、この用語が当業者に明らかでないような使用がある場合、「約」は、当該数字の±１０％の範囲までを意味するであろう。
【００１１】
用語「ａ（一つの）」、「ａｎ（一つの）」及び「ｔｈｅ（その）」、並びに要素を記述する文脈で同様の指示物を使用する場合（特に、以下請求項との関連において）、本明細書で異なる表示がない又は文脈上明らかに矛盾がない限り、単数及び複数の両方を含むものと解釈される。本明細書で列挙される数値の範囲は、本明細書で異なる表示がない限り、該範囲内に含まれる各々別個の数値を個々に指す簡便な方法としてのみ意図し、各別個の数値は、本明細書で個々に記載されるが如く、明細書に組み込まれる。本明細書記載のすべての方法は、本明細書で異なる表示がない又は文脈上明らかに矛盾がない限り、任意の適切な順序で実行可能である。本明細書で提供される、ありとあらゆる実施例、又は例示的な言い回し（例：「〜等」）の使用は、実施形態をよりよく理解させることのみを意図するものであり、それと異なる記載がない限り、本請求項の範囲を限定するものではない。明細書に記載がないものについては、任意の必須として特許請求していない要素を示すものと解釈するべきである。
【００１２】
本明細書で使用する用語「椎間板」は、椎骨を互いに分離する椎間板を指し、衝撃を緩和し、脊柱に伝達される応力と歪みを吸収することで、自然衝撃吸収材として作用する。椎間板の組織は、主に、終板、線維輪及び髄核の３つの領域からなる。線維輪は、稠密でない線維軟骨と移行帯とを囲むＩ型コラーゲン繊維の外縁を有する、頑丈なコラーゲン繊維複合体である。これらのコラーゲン繊維は、円筒層として構成される。繊維は、各層において互いに平行であるが、層間の繊維配向は、３０〜６０度で変化する。この構成は、脊柱にねじり、曲げ、圧縮応力が作用する間、支持を提供する。終板は、椎間板の上面及び下面に存在し、線維輪と連動して作動し、髄核のゲル様マトリックスを椎間板内に収容する。髄核は、プロテオグリカンの軟質マトリックスと、水中で、ランダムに配向されたＩＩ型コラーゲン繊維と、で構成される。プロテオグリカンと水の含有量は、椎間板の中心で最大となり、椎間板の外縁に向かって減少する。これらの構造を効果的に模倣するのに有効な組織は、本明細書記載の方法により作製可能である。これらのコラーゲン繊維は、円筒層として構成される。
【００１３】
用語「生体適合性材料」は、いかなる好ましくない局所又は全身性効果を誘発することもなく、対象の体内で所望の機能を発揮する能力を有する自然源又は合成源由来の材料を指す。本明細書で使用する生体適合性材料はまた、生理学的条件下で、生分解性、生体吸収性、生体再吸収性の材料、又はこれらの２つ以上の組み合わせを指し得る。用語「生分解性」は、通常の環境プロセス及び／又は微生物等の生物の作用により、基本物質に分解可能である材料を指す。用語「生体吸収性」は、生体組織へと吸収可能な材料を指す。用語「生体再吸収性」は、ヒトの体内に設置されると、分解（再吸収）が始まり、徐々に進行組織に置き換わる材料を指す。任意の実施形態において、本明細書で使用する用語「生分解性」、「生体吸収性」及び「生体再吸収性」は、置き換え可能に使用される。
【００１４】
本明細書で使用する「対象」又は「患者」は、本明細書に記載の哺乳動物である。用語「対象」と「患者」は、置き換え可能に使用される。本明細書で使用する用語である哺乳動物は、猫、犬、げっ歯類動物、又は霊長類を含むが、これらに限定されない。哺乳動物は、例えば、本明細書の任意の実施形態において、ヒトである。
【００１５】
用語「ヒドロゲル」又は「ゲル」は、（自然又は合成の）有機ポリマーが、水又は他の溶液の分子を封じ込め、ゲルを形成する、３次元開格子構造体を作成するように固化又は固体化される場合に形成される物質を指す。固体化は、例えば、凝集、凝固、疎水性相互作用、又は架橋により生じる場合がある。ヒドロゲルは、細胞質（すなわち、細胞を含む）又は非細胞の（すなわち、細胞を含有しない）場合がある。細胞を含有するヒドロゲルは、速やかに固体化し、ゲルが固体化するまで、細胞をモールド内に（又は別の固体化ゲルの周り又は内部に）均一に懸濁させる場合がある。ヒドロゲルはまた、例えば、生体適合性である場合もあり、ヒドロゲル内に懸濁された細胞に対し毒性はない。
【００１６】
本明細書で使用する用語「コラーゲン」は、高い引張強度を有し、かつほとんどの多細胞生物内に見られる結合組織の主要タンパク質を指す。コラーゲンは、主要な線維性タンパク質で、さらに、基底膜では非線維性タンパク質である。コラーゲンは、グリシン、プロリン、ヒドロキシプロリン、及びヒドロキシリシンを豊富に含有する。コラーゲンは、体内全体にわたって見出され、少なくとも１２の種類（Ｉ型〜ＸＩＩ型）がある。
【００１７】
本技術の椎間板の代替物
本技術は、１つの態様において、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含む生体適合性支持構造体と、バイオインクを含む組織工学的に作製された構成体と、を含む、椎間板の代替物であって、環状リングは、内面と、外面と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、かつ生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、椎間板の代替物を提供する。
【００１８】
図１Ａは、環状リング１１０を含む、ある実施形態に係る、生体適合性支持構造体１００の斜視図を提供し、環状リングは、内面壁１２０と、外面壁１３０と、第１の平面１４０と、第２の平面１５０とを有する。生体適合性支持構造体１００は、環状リング１１０の内部空洞１７０に対して環状リング１１０の外部生理環境と流体連通する、外面壁１３０から内面壁１２０へと、それを通過して延在する１つ以上の開口１６０をさらに図示する。図１Ｂ及び図１Ｃは、生体適合性支持構造体１００の上面図、断面図、及び側面図を図示する。
【００１９】
図２は、環状リング２１０を含む、ある実施形態に係る、生体適合性構造体２００の上面図及び側面図を提供し、環状リングは、内面壁２２０と、外面壁２３０と、第１の平面２４０と、第２の平面２５０とを有する。生体適合性支持構造体２００は、環状リングの内部空洞２７０に対して、環状リング２１０の外部生理環境と流体連通して、外面壁２３０から内面壁２２０まで、それを通過して延在する１つ以上の開口２６０をさらに図示する。
【００２０】
図３は、第１（又は第２）のプレート３１０を含む、ある実施形態に係る、生体適合性支持構造体３００の上面図及び側面図を提供し、プレートは、第１の平面３２０と第２の平面３３０とを有する。第１（又は第２）のプレート３１０は、第１の平面から第２の平面へと、それを通過して延在する１つ以上の開口３４０を含む。図４は、第１（又は第２）のプレート４１０を含む、ある実施形態に係る、生体適合性支持構造体４００の上面図及び側面図を提供し、プレートは、第１の平面４２０と第２の平面４３０とを有する。第１（又は第２）のプレート４１０は、第１の平面から第２の平面へと、それを通過して延在する１つ以上の開口４４０を含む。第１（又は第２）のプレートは、第１の平面４２０に接続され、かつそれから遠位に延在する、１つ以上の付属品要素４５０をさらに含む。図５は、第１（又は第２）のプレートを含む、ある実施形態に係る、生体適合性支持構造体５００の上面図及び側面図を提供し、プレートは、第１の平面５１０と第２の平面５２０とを有する。第１（又は第２）のプレートは、第１の平面から第２の平面へと、それを通過して延在する、１つ以上の開口５４０を含む。第１（又は第２）のプレートは、第２の平面５２０に接続され、かつそれから遠位に延在する、１つ以上の付属品要素（すなわち、スパイク）５３０をさらに含む。
【００２１】
図６は、第１のプレート６１０と第２のプレート６２０とを含む、ある実施形態に係る、生体適合性支持構造体６００の上面図、斜視図、及び側面図を提供する。第１（又は第２）のプレートは、それを通過して延在する、１つ以上の開口６４０を具備する。第１の及び／又は第２のプレートは、第１のプレート６１０の平面を第２のプレート６２０に接続する、１つ以上の付属品要素（すなわち、支柱）６３０をさらに備える。
【００２２】
図７は、環状リング７１０を含む、ある実施形態に係る、椎間板の代替物７００の上面図、斜視図、及び側面図を提供する。環状リング７１０は、内壁７２０と、外壁７３０と、第１の平面７４０と、第２の平面７５０と、を含む。環状リングは、それを通過して組織工学的に作製された構成体７８０まで延在する、１つ以上の開口７６０をさらに含み、外部生理環境と組織工学的に作製された構成体との間の流体連通を可能にする。
【００２３】
図８は、環状（ＩＶＤ様）形状を有するある実施形態に係る、組織工学的に作製された構成体８００の上面図、斜視図、及び側面図を提供する。
【００２４】
生体適合性支持構造体
本技術は、１つの態様において、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含む、生体適合性支持構造体を提供する。本明細書で使用する「環状リング」は、円形、卵形、又は楕円形状を有するように構成されてもよいリング又はフープ様形状を指す。例えば、本明細書の任意の実施形態において、リング又はフープ様形状は、環状リングの内部を通過して延在する空洞（すなわち、開口部）を含んでもよく、物質（例：栄養物、生物学的老廃物、細胞及び組織物質、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせ）の流れを可能にする。本明細書の任意の実施形態において、環状リングは、対象の椎間板（ＩＶＤ）の円周形状を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、環状リングの１つ以上の部分は、平坦、凹型、凸型、又はこれらの組み合わせであってもよい外形を有してよい。図１Ａ〜図１Ｃは、その１つ以上の部分が凹型および凸型の外形を有する、環状リング１１０を含む、生体適合性支持体１００の実施形態を提供する。
【００２５】
環状リングは、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を含んでもよい。本明細書で使用する「内面壁」は、環状リングの内部空洞に面する任意の点に沿った環状リングの表面を指す。本明細書で使用する「外面壁」は、外部、すなわち環状リングの内部の反対側に面する任意の点に沿った環状リングの表面を指す。本明細書で使用する「平面」は、一般的に、平坦として、又は平坦におかれることが可能として認識される表面を指す。例えば、本明細書の任意の実施形態において、概して平坦な面は、起伏、逸脱、又はきめのある要素（例：こぶ、スパイク、窪み、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせ）を含んでもよい。例えば、ある実施形態において、図１Ａは、環状リング１１０を含む、生体適合性支持構造体１００の斜視図を提供し、環状リングは内面壁１２０と、外面壁１３０と、第１の平面１４０と、第２の平面１５０とを有する。図２は、環状リング２１０を含む、ある実施形態に係る、生体適合性構造体２００の上面図と側面図を提供し、環状リングは、内面壁２２０と、外面壁２３０と、第１の平面２４０と、第２の平面２５０とを有する。
【００２６】
いかなる理論にも束縛されるものではないが、環状リングが、環状リングによる組織工学的に作製された構成体の円周方向の圧縮により、組織工学的に作製された構成体の軸方向の剛性を強化すると考えられる。環状リングによって加えられる円周方向の圧縮が、圧縮力に応答して、組織工学的に作製された構成体の膨らみを防止又はその度合いを低減し、組織工学的に作製された構成体の軸方向剛性を改善する。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体の環状リングは、組織工学的に作製された構成体の軸方向剛性を、その剛性の５倍から剛性の約１０，０００倍まで増加する。例えば、本明細書の任意の実施形態において、軸方向剛性は、約５倍、約１０倍、約２０倍、約３０倍、約４０倍、約５０倍、約６０倍、約７０倍、約８０倍、約９０倍、約１００倍、約２００倍、約３００倍、約４００倍、約５００倍、約１０００倍、約５０００倍、約１０，０００倍、又は前述の数値の任意の２つを含む、かつ／又はその間の任意の範囲だけ増加する場合がある。
【００２７】
本明細書の任意の実施形態において、環状リングの第１の平面と第２の平面は、互いに反対を向き、また環状リングは、平面に直交する中間厚さを有する。例えば、本明細書の任意の実施形態において、環状リングは、約１００μｍ〜約６０００μｍの中間厚さを有する。適切な中間厚さとしては、約１００μｍ、約１５０μｍ、約２００μｍ、約２５０μｍ、約３００μｍ、約３５０μｍ、約４００μｍ、約４５０μｍ、約５００μｍ、約５５０μｍ、約６００μｍ、約６５０μｍ、約７００μｍ、約７５０μｍ、約８００μｍ、約８５０μｍ、約９００μｍ、約９５０μｍ、約１０００μｍ、約１２５０μｍ、約１５００μｍ、約１７５０μｍ、約２０００μｍ、約２２５０μｍ、約２５００μｍ、約２７５０μｍ、約３０００μｍ、約３２５０μｍ、約３５００μｍ、約３７５０μｍ、約４０００μｍ、約４２５０μｍ、約４５００μｍ、約４７５０μｍ、約５０００μｍ、約５２５０μｍ、約５５００μｍ、約５７５０μｍ、約６０００μｍ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲が挙げられるがこれらに限定されない。例えば、本明細書の任意の実施形態において、中間厚さは、約１００μｍ〜約６０００μｍ、約１０００μｍ〜約６０００μｍ、約３０００μｍ〜約６０００μｍ、約４０００μｍ〜約６０００μｍ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲であってもよい。
【００２８】
本明細書の任意の実施形態において、環状リングは、内面壁及び外面壁に直交する横方向厚さを有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、環状リングは、約１００μｍ〜約２０００μｍの横方向厚さを有する。適切な横方向厚さとしては、約１００μｍ、約１５０μｍ、約２００μｍ、約２５０μｍ、約３００μｍ、約３５０μｍ、約４００μｍ、約４５０μｍ、約５００μｍ、約５５０μｍ、約６００μｍ、約６５０μｍ、約７００μｍ、約７５０μｍ、約８００μｍ、約８５０μｍ、約９００μｍ、約９５０μｍ、約１０００μｍ、約１１００μｍ、約１２００μｍ、約１３００μｍ、約１４００μｍ、約１５００μｍ、約１６００μｍ、約１７００μｍ、約１８００μｍ、約１９００μｍ、約２０００μｍ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲が挙げられるがこれらに限定されない。例えば、本明細書の任意の実施形態において、中間厚さは、約１００μｍ〜約２０００μｍ、約３００μｍ〜約１５００μｍ、約５００μｍ〜約１０００μｍ、約７００μｍ〜約１０００μｍ、約５００μｍ〜約７５０μｍ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲であってもよい。本明細書の任意の実施形態において、周壁の内面又は外面は、平坦、凹型、凸方、又はこれらの組み合わせとなるように構成されてもよい。
【００２９】
本明細書の任意の実施形態において、環状リングは、環状リングの外面壁から内面壁まで、それを通過して延在する１つ以上の開口を含んでもよく、物質（例：栄養物、生物学的老廃物、細胞及び組織物質、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせ）の流れを可能にする。１つ以上の開口は、約１０μｍ〜約１０，０００μｍの範囲の平均サイズを有してもよい。図１Ａは、環状リング１１０の内部空洞１７０まで環状リング１１０の外部生理環境と流体連通して、外面壁１３０から内面壁１２０まで、それを通過して延在する１つ以上の開口１６０を有する生体適合性支持構造体１００の実施形態を示す。本明細書の任意の実施形態において、１つ以上の開口の平均サイズは、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００、約２００μｍ、約３００μｍ、約４００μｍ、約５００μｍ、約６００μｍ、約７００μｍ、約８００μｍ、約９００μｍ、約１０００μｍ、約１５００μｍ、約２０００μｍ、約２５００μｍ、約３０００μｍ、約３５００μｍ、約４０００μｍ、約４５００μｍ、約５０００μｍ、約５５００μｍ、約６０００μｍ、約６５００μｍ、約７０００μｍ、約７５００μｍ、約８０００μｍ、約８５００μｍ、約９０００μｍ、約９５００μｍ、約１０，０００μｍ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲を含んでもよいがこれらに限定されない。適切な範囲は、約１０μｍ〜約１０，０００μｍ、約５００μｍ〜約７５００μｍ、約１０００μｍ〜約７０００μｍ、約２０００μｍ〜約５０００μｍ、約３５００μｍ〜約６５００μｍ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲を含む。１つ以上の開口は、任意の形状を有してよく、例えば、１つ以上の開口の形状は、円形、卵形、楕円、多角形、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせであってもよい。本明細書の任意の実施形態において、第１の平面又は第２の平面は、環状リングの第１の平面及び／又は第２の平面に接続され、かつそれから遠位に延在する、１つ以上の付属品要素を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、付属品要素は、スパイク、こぶ、節、支柱、隆起、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。
【００３０】
本明細書の任意の実施形態において、環状リングは、約１ＭＰａ〜約１００ＭＰａのフープ応力に耐える場合がある。例えば、本明細書の任意の実施形態において、環状リングは、約１ＭＰａ、約２ＭＰａ、約３ＭＰａ、約４ＭＰａ、約５ＭＰａ、約６ＭＰａ、約７ＭＰａ、約８ＭＰａ、約９ＭＰａ、約１０ＭＰａ、約１５ＭＰａ、約２０ＭＰａ、約３０ＭＰａ、約４０ＭＰａ、約５０ＭＰａ、約６０ＭＰａ、約７０ＭＰａ、約８０ＭＰａ、約９０ＭＰａ、約１００ＭＰａ、又は前述の任意の２つの数値を含む、及び／若しくはその間の任意の範囲のフープ応力に耐える場合がある。
【００３１】
本明細書の任意の実施形態において、第１のプレート及び第２のプレートは、互いに反対向きの２つの概して平坦な表面と、該平面に概して直交する厚さとを含む、概して平坦な構造を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、第１のプレート及び第２のプレートの平面は、起伏、逸脱、又はきめのある要素（例：こぶ、スパイク、窪み、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせ）を含んでもよい。例えば、ある実施形態において、図３は、第１（又は第２）のプレート３１０を含む、生体適合性支持構造体３００の上面図及び側面図を提供し、プレートは、第１の平面３２０及び第２の平面３３０を有する。本明細書の任意の実施形態において、第１のプレート及び第２のプレートは、約１００μｍ〜約１２００μｍの厚さを有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、第１のプレート及び第２のプレートは、約１００μｍ、約１５０μｍ、約２００μｍ、約２５０μｍ、約３００μｍ、約３５０μｍ、約４００μｍ、約４５０μｍ、約５００μｍ、約５５０μｍ、約６００μｍ、約６５０μｍ、約７００μｍ、約７５０μｍ、約８００μｍ、約８５０μｍ、約９００μｍ、約９５０μｍ、約１０００μｍ、約１０５０μｍ、約１１００μｍ、約１１５０μｍ、約１２００μｍ、又は前述の数値のいずれかを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の厚さを有してもよい。適切な厚さは、約１００μｍ〜約６００μｍ、約２００μｍ〜約６００μｍ、約４００μｍ〜約６００μｍ、約１００μｍ〜約３００μｍ、又は前述の数値のいずれかを含む、及び／若しくはその間の範囲を含むがこれらに限定されない。
【００３２】
第１のプレートと第２のプレートは、それを通過して延在する１つ以上の開口を含んでもよく、物質（例：栄養物、生物学的老廃物、細胞及び組織物質、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせ）の流れを可能にする。１つ以上の開口は、任意の実施形態における本明細書記載のように約１０μｍ〜約１０，０００μｍの範囲の平均サイズを有してもよい。例えば、適切な範囲は、約１０μｍ〜約１０，０００μｍ、約５００μｍ〜約７５００μｍ、約１０００μｍ〜約７０００μｍ、約３５００μｍ〜約６５００μｍ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲を含む。１つ以上の開口は、任意の形状を有してよく、例えば、１つ以上の開口の形状は、円形、卵形、楕円、多角形、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせであってもよい。例えば、図３及び図４は、第１の平面３２０、４２０から第２の平面３３０、４３０へとそれを通過して延在する、１つ以上の開口３４０、４４０を含む、第１（又は第２）のプレート３１０、４１０の上面図を提供する。本明細書の任意の実施形態において、第１のプレート又は第２のプレートの平面は、第１のプレート又は第２のプレートの平面に接続され、かつそれから遠位に延伸する、１つ以上の付属品要素を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、付属品要素は、スパイク、こぶ、節、支柱、隆起、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。本明細書の任意の実施形態において、１つ以上の付属品要素は、第１のプレートを第２のプレートに接続する場合がある。図４は、第１の平面４２０に接続され、かつそれから遠位に延在する、１つ以上の付属品要素４５０を含む、第１（又は第２）のプレート４１０を含む、生体適合性支持構造体を示す。
【００３３】
本明細書の任意の実施形態において、第１のプレート、第２のプレート、又はこれらの組み合わせは、組織工学的に作製された構成体の軸方向負荷容量を、約１％〜約１０，０００％増加し得る。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体の軸方向負荷容量は、約１％〜約１０，０００％、約１％〜約１，０００％、約１％〜約１００％、約１％〜約１０％、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲で増加されてもよい。軸方向負荷容量の適切な増加は、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％、約１５％、約１６％、約１７％、約１８％、約１９％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約１００％、約２００％、約３００％、約４００％、約５００％、約６００％、約７００％、約８００％、約９００％、約１，０００％、約２，０００％、約３，０００％、約４，０００％、約５，０００％、約６，０００％、約７，０００％、約８，０００％、約９，０００％、約１０，０００％、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しく又はその間の任意の範囲を含んでもよいがこれらに限定されない。いかなる理論にも束縛されるものではないが、第１のプレート及び／又は第２のプレートが、圧縮力に応答して、組織工学的に作製された構成体の軸荷重を分散すると考えられる。
【００３４】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートの任意の組み合わせを含んでもよい。例えば、生体適合性支持構造体は、任意の実施形態における本明細書記載のような環状リングのみを含んでもよい。生体適合性支持体は、本明細書の任意の実施形態において、第１のプレートのみを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、環状リングと、第１のプレートと、を含んでもよく、第１のプレートの平面は環状リングの第１の又は第２の平面に接する。例えば、第１のプレートは、第１のプレートが、環状リングの内部空洞の片側を完全又は部分的に覆うように、環状リングの第１の又は第２の平面に接続されてもよい。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、環状リングと、第１のプレートと、第２のプレートと、を含んでもよい。例えば、第１のプレートの平面は、環状リングの第１の平面に接してもよく、第２のプレートの平面は、環状リングの第２の平面に接してもよく、これにより第１の及び第２のプレートは、環状リングの内部空洞の両側を完全又は部分的に覆う。本明細書の任意の実施形態において、第１のプレート及び／又は第２のプレートは、環状リングの第１の及び／又は第２の平面の境界に近接する平面として組み込まれてもよい。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、第１のプレート及び第２のプレートを含んでもよく、第１のプレートと第２のプレートの平面は、組織工学的に作製された構成体に接する。
【００３５】
生体適合性支持構造体は、１つ以上の連結要素を具備してよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、１つ以上の連結要素は、ロッド、支柱、ビーム、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、連結要素は、内面壁の１つの接点から内面壁の別の接点まで環状リングの断面区域を接続してもよい。本明細書の任意の実施形態において、連結要素は、第１のプレートの平面を第２のプレートの平面に接続してもよい。１つ以上の連結要素は、環状リング内又は第１のプレートと第２のプレートとの間でトラス様構造体を形成するように構成されてもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、トラス様構造体は、ワーレン式トラス、オクテットトラス、プラットトラス、弓弦トラス、キングポストトラス、レンズ形トラス、タウン格子トラス、フィーレンディールトラス、若しくはこれに類するもの、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。本明細書の任意の実施形態において、トラス様構造体は、１つ以上の内面又は１つ以上の外面を形成する際に２次元であってもよい。本明細書の任意の実施形態において、トラス様構造体は、支持体の連続体を提供する設計で３次元であってもよい。さらに、１つ以上の連結要素は、第１のプレート又は第２のプレートの平面が接続されてもよく、又は多重同心環状リングが使用されてもよいように、結合されてもよい。
【００３６】
生体適合性支持構造体は、生体適合性材料を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、多糖類、生体適合性ポリマー、ゴム、シリコン、生体適合性金属（例：鋼、コバルトクロム合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、鉄合金、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせ）、生体適合性セラミックス、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアミノ酸、天然及び生体高分子（例：グリコサミノグリカン、セルロース、キトサン、キチン、デキストラン、ゼラチン、コラーゲン、リグニン、ポリアミノ酸、糖タンパク質、エラスチン、ラミニン）、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。任意の実施形態において、生体適合性材料は、生体適合性ポリマーを含んでもよく、例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性ポリマーは、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ（乳酸とグリコール酸との共重合体）（ＰＬＧＡ）、ポリジオキサノン（ＰＤＯ）、ポリカプロラクトン、及びこれらの組み合わせを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性ポリマーは、約５０℃〜約２９０℃の融点を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性ポリマーは、約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、約７０℃、約７５℃、約８０℃、約８５℃、約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃、約１６０℃、約１７０℃、約１８０℃、約１９０℃、約２００℃、約２１０℃、約２２０℃、約２３０℃、約２４０℃、約２５０℃、約２６０℃、約２７０℃、約２８０℃、約２９０℃、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の融点を有してもよい。
【００３７】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、１つ以上の添加物をさらに含んでもよい。例えば、１つ以上の添加物は、架橋剤を含んでもよいがこれに限定されない。
【００３８】
生体適合性材料は、生分解性、生体吸収性、生体再吸収性、又はこれらの組み合わせであってもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、約１ケ月〜約７年の速度で、生理学的条件下で、分解、吸収、又は再吸収し得る。適切な分解、吸収、又は再吸収の速度は、約１ケ月、約２ケ月、約３ケ月、約４ケ月、約５ケ月、約６ケ月、約７ケ月、約８ケ月、約９ケ月、約１０ケ月、約１１ケ月、約１年、約１．５年、約２年、約２．５年、約３年、約３．５年、約４年、約４．５年、約５年、約５．５年、約６年、約６．５年、約７年、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲を含んでもよいがこれらに限定されない。例えば、本明細書の任意の実施形態において、分解、吸収、又は再吸収の速度は、約１ケ月〜約７年、約１ケ月〜約５年、約１ケ月〜約３年、約１ケ月〜約１年、約１ケ月〜約６ケ月、約１ケ月〜約３ケ月を含んでもよい。適切な生分解性、生体吸収性、及び／又は生体再吸収性材料は、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、ＰＤＯ、ポリカプロラクトン、生体再吸収性金属合金、及びこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されないがこれらに限定されない。
【００３９】
生体適合性材料は、約１５００ｍｇ／ｍｌ〜約２５００ｍｇ／ｍｌの密度を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、約１５００ｍｇ／ｍｌ、約１６００ｍｇ／ｍｌ、約１７００ｍｇ／ｍｌ、約１８００ｍｇ／ｍｌ、約１９００ｍｇ／ｍｌ、約２０００ｍｇ／ｍｌ、約２１００ｍｇ／ｍｌ、約２２００ｍｇ／ｍｌ、約２３００ｍｇ／ｍｌ、約２４００ｍｇ／ｍｌ、約２５００ｍｇ／ｍｌ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の密度を有してもよい。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、約１５００ｍｇ／ｍｌ〜約２５００ｍｇ／ｍｌ、約１７５０ｍｇ／ｍｌ〜約２２００ｍｇ／ｍｌ、約２０００ｍｇ／ｍｌ〜約２３００ｍｇ／ｍｌ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の密度を有してもよい。
【００４０】
生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で生体適合性支持構造体内に存在してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体内に存在する生体適合性材料の重量基準の量は、約１％、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％、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲であってもよい。生体適合性支持体中の生体適合性材料の適切な量は、約５％〜約１００％、１０％〜約１００％、約５０％〜約１００％、約５％〜約２０％、約９０％〜約１００％、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲を含むがこれらに限定されない。
【００４１】
生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で生体適合性支持構造体に存在してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体内に存在する生体適合性材料の重量基準の量は、約１％、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％、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくその間の任意の範囲であってもよい。生体適合性支持体中の生体適合性材料の適切な量は、約５％〜約１００％、１０％〜約１００％、約５０％〜約１００％、約５％〜約２０％、約９０％〜約１００％、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲を含むがこれらに限定されない。
【００４２】
生体適合性支持構造体は、組織工学的に作製された構成体の機械的特性を強化することを可能にする機械的特性を有する。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの曲げ弾性率、約０．０２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの弾性率、又は約１ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの引張強度のうちの１つ以上を有してもよい。
【００４３】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの曲げ弾性率を有し得る。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、約０．２ＧＰａ、約０．３ＧＰａ、約０．４ＧＰａ、約０．５ＧＰａ、約０．６ＧＰａ、約０．７ＧＰａ、約０．８ＧＰａ、約０．９ＧＰａ、約１ＧＰａ、約２ＧＰａ、約３ＧＰａ、約４ＧＰａ、約５ＧＰａ、約６ＧＰａ、約７ＧＰａ、約８ＧＰａ、約９ＧＰａ、約１０ＧＰａ、約１１ＧＰａ、約１２ＧＰａ、約１３ＧＰａ、約１４ＧＰａ、約１５ＧＰａ、約１６ＧＰａ、約１７ＧＰａ、約１８ＧＰａ、約１９ＧＰａ、約２０ＧＰａ、約２５ＧＰａ、約３０ＧＰａ、約３５ＧＰａ、約４０ＧＰａ、約４５ＧＰａ、約５０ＧＰａ、約５５ＧＰａ、約６０ＧＰａ、約６５ＧＰａ、約７０ＧＰａ、約７５ＧＰａ、約８０ＧＰａ、約８５ＧＰａ、約９０ＧＰａ、約９５ＧＰａ、約１００ＧＰａ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の曲げ弾性率を有してもよい。適切な曲げ弾性率値は、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａ、約０．２ＧＰａ〜約５０ＧＰａ、約０．２ＧＰａ〜約２５ＧＰａ、約０．２ＧＰａ〜約１５ＧＰａ、約１ＧＰａ〜約１５ＧＰａ、約５ＧＰａ〜約１５ＧＰａ、又はこれらの数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲を含んでもよいがこれらに限定されない。
【００４４】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、約０．０２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの弾性率を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、約０．０２ＧＰａ、０．０４ＧＰａ、約０．０６ＧＰａ、約０．０８ＧＰａ、約０．１ＧＰａ、約０．２ＧＰａ、約０．３ＧＰａ、約０．４ＧＰａ、約０．５ＧＰａ、約０．６ＧＰａ、約０．７ＧＰａ、約０．８ＧＰａ、約０．９ＧＰａ、約１ＧＰａ、約２ＧＰａ、約３ＧＰａ、約４ＧＰａ、約５ＧＰａ、約６ＧＰａ、約７ＧＰａ、約８ＧＰａ、約９ＧＰａ、約１０ＧＰａ、約１１ＧＰａ、約１２ＧＰａ、約１３ＧＰａ、約１４ＧＰａ、約１５ＧＰａ、約１６ＧＰａ、約１７ＧＰａ、約１８ＧＰａ、約１９ＧＰａ、約２０ＧＰａ、約２５ＧＰａ、約３０ＧＰａ、約３５ＧＰａ、約４０ＧＰａ、約４５ＧＰａ、約５０ＧＰａ、約５５ＧＰａ、約６０ＧＰａ、約６５ＧＰａ、約７０ＧＰａ、約７５ＧＰａ、約８０ＧＰａ、約８５ＧＰａ、約９０ＧＰａ、約９５ＧＰａ、約１００ＧＰａ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の弾性率を有してもよい。適切な弾性率値は、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａ、約０．２ＧＰａ〜約５０ＧＰａ、約０．２ＧＰａ〜約２５ＧＰａ、約０．２ＧＰａ〜約１５ＧＰａ、約１ＧＰａ〜約１５ＧＰａ、約５ＧＰａ〜約１５ＧＰａ、又はこれらの数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲を含んでもよいがこれらに限定されない。
【００４５】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、約１ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの引張強度を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、約１ＭＰａ、約２ＭＰａ、約３ＭＰａ、約４ＭＰａ、約５ＭＰａ、約６ＭＰａ、約７ＭＰａ、約８ＭＰａ、約９ＭＰａ、約１０ＭＰａ、約２０ＭＰａ、約２５ＭＰａ、約３０ＭＰａ、約３５ＭＰａ、約４０ＭＰａ、約４５ＭＰａ、約５０ＭＰａ、約５５ＭＰａ、約６０ＭＰａ、約６５ＭＰａ、約７０ＭＰａ、約７５ＭＰａ、約８０ＭＰａ、約８５ＭＰａ、約９０ＭＰａ、約９５ＭＰａ、約１００ＭＰａ、約１５０ＭＰａ、約２００ＭＰａ、約２５０ＭＰａ、約３００ＭＰａ、約３５０ＭＰａ、約４００ＭＰａ、約４５０ＭＰａ、約５００ＭＰａ、約５５０ＭＰａ、約６００ＭＰａ、約６５０ＭＰａ、約７００ＭＰａ、約７５０ＭＰａ、約８００ＭＰａ、約８５０ＭＰａ、約９００ＭＰａ、約９５０ＭＰａ、約１０００ＭＰａ、前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲の引張強度を有してもよい。
【００４６】
組織工学的に作製された構成体
本技術の椎間板の代替物は、バイオインクを含む組織工学的に作製された構成体を含む。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、任意の形状又はサイズを有するように構成されてもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、円形形状、卵形形状、楕円形状、又は多角形形状を有してもよい。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、椎間板（ＩＶＤ）の形状を有してもよい。例えば、ＩＶＤ形状の組織工学的に作製された構成体は、単一で均一な組織工学的に作製された構成体であってもよい。本明細書の任意の実施形態において、ＩＶＤ形状の組織工学的に作製された構成体は、線維輪構造体と、髄核構造体と、を含んでもよく、線維輪構造体は、髄核の周りに円周方向に整列される。本明細書の任意の実施形態において、ＩＶＤ形状の組織工学的に作製された構成体は、線維輪構造体と、髄核構造体と、終板構造体と、を含んでもよく、線維輪構造体は、髄核の周りに円周方向に整列される。任意の実施形態において、本技術の組織工学的に作製された構成体は、対象のＩＶＤの形状を有してもよい。任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、対象の椎骨間（例：ＭＲＩ又はＣＴスキャンで示される、椎骨間）のネガティブスペースの形状を有してもよい。
【００４７】
組織工学的に作製された構成体は、組織工学的に作製された構成体のサイズが、生体適合性支持構造体のサイズより大きく、組織工学的に作製された構成体が、生体適合性支持構造体に部分的又は完全に接するように、構成されてもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、生体適合性支持構造体が、組織工学的に作製された構成体内に完全又は部分的に被包されるように、構成されてもよい。
【００４８】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、組織工学的に作製された構成体のサイズが、生体適合性支持体よりも小さく、組織工学的に作製された構成体が、生体適合性支持構造体により封入され、かつそれに接しないように、構成されてもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、組織工学的に作製された構成体が、環状リングの内面壁に接しないように、生体適合性支持構造体の環状リングにより封入されてもよい。
【００４９】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、組織工学的に作製された構成体が、生体適合性支持構造体の１つ以上の表面により部分的又は完全に封入され、かつそれに接するサイズを有するように、構成されてもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、組織工学的に作製された構成体が、環状リングの内面壁、第１の及び／又は第２のプレートの平面、又はこれらの組み合わせに接触するようなサイズを有するように、構成されてもよい。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、組織工学的に作製された構成体が、環状リングの中間厚さ若しくは横方向厚さ、又は第１のプレート及び／若しくは第２のプレートの円周を越えて延在（又は突出）するように、生体適合性支持構造体の容量を超過するサイズを有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、生体適合性支持構造体の環状リング、第１のプレート、及び／又は第２のプレートのうちの１つ以上の開口を通過して延在（又は突出）してもよい。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、生体適合性支持構造体が、組織工学的に作製された構成体の表面上に置かれてもよく、又は環状リングに接することなく組織工学的に作製された構成体により被包されてもよい第１のプレート及び／又は第２のプレートを含んでもよい、環状リングの第１の及び／又は第２の平面を越えて環状リングの内部空洞を通して延在（又は突出）してもよい。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、生体適合性支持構造体の１つ以上の連結装置を被包するように構成されてもよい。
【００５０】
いかなる理論にも拘束されるものではないが、組織工学的に作製された構成体が、環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上の開口を通して延在（又は突出）するように、生体適合性支持体により封入され、かつ接するように、組織工学的に作製された構成体が構成される場合、これが生体適合性支持構造体と組織工学的に作製された構成体との間に摩擦を生じさせると考えられる。この点について、生じた摩擦により、組織工学的に作製された構成体が生体適合性支持体内にとどまるように、組織工学的に作製された構成体の滑りが防止される。さらに、組織工学的に作製された構成体の突出部分が、椎間板の代替物と椎骨終板との間に摩擦を生成し、これも椎間板の代替物の滑りを防止する場合があるとさらに考えられる。
【００５１】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、適正な機能を可能にするために、機械的特性の特有な組を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、約２ＭＰａ〜約１５ＭＰａの平衡弾性率、約５ｋＰａ〜約２０００ｋＰａの瞬間弾性率、及び約１×１０−１６ｍ２／Ｐａ・ｓ〜約１×１０−８ｍ２／Ｐａ・ｓの透水率のうちのうちの１つ以上を有してもよい。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、約２ＭＰａ〜約１５ＭＰａ、約２ＭＰａ〜約１２ＭＰａ、約２ＭＰａ〜約１０ＭＰａ、約２ＭＰａ〜約８ＭＰａ、約２ＭＰａ〜約６ＭＰａ、約２ＭＰａ〜約４ＭＰａ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の平衡弾性率を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、平衡弾性率は、２ＭＰａ、約２．５ＭＰａ、約３ＭＰａ、約３．５ＭＰａ、約４ＭＰａ、約４．５ＭＰａ、約５ＭＰａ、約５．５ＭＰａ、約６ＭＰａ、約６．５ＭＰａ、約７ＭＰａ、約７．５ＭＰａ、約８ＭＰａ、約８．５ＭＰａ、約９ＭＰａ、約９．５ＭＰａ、約１０ＭＰａ、約１１ＭＰａ、約１２ＭＰａ、約１３ＭＰａ、約１４ＭＰａ、約１５ＭＰａ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲であってもよい。
【００５２】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、約５ｋＰａ〜約２０００ｋＰａ、５ｋＰａ〜約１５００ｋＰａ、約５ｋＰａ〜約１０００ｋＰａ、約５ｋＰａ〜約５００ｋＰａ、約５ｋＰａ〜約１００ｋＰａ、約５ｋＰａ〜約４０ｋＰａ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の瞬間弾性率を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、約５ｋＰａ、約６ｋＰａ、約７ｋＰａ、約８ｋＰａ、約９ｋＰａ、約１０ｋＰａ、約１２ｋＰａ、約１４ｋＰａ、約１６ｋＰａ、約１８ｋＰａ、約２０ｋＰａ、約２２ｋＰａ、約２４ｋＰａ、約ｋＰａ、約２６ｋＰａ、約２８ｋＰａ、約３０ｋＰａ、約３２ｋＰａ、約３４ｋＰａ、約３６ｋＰａ、約３８ｋＰａ、約４０ｋＰａ、約６０ｋＰａ、約８０ｋＰａ、約１００ｋＰａ、約２００ｋＰａ、約３００ｋＰａ、約４００ｋＰａ、約５００ｋＰａ、約６００ｋＰａ、約７００ｋＰａ、約８００ｋＰａ、約９００ｋＰａ、約１０００ｋＰａ、約１１００ｋＰａ、約１２００ｋＰａ、約１３００ｋＰａ、約１４００ｋＰａ、約１５００ｋＰａ、約１６００ｋＰａ、約１７００ｋＰａ、約１８００ｋＰａ、約１９００ｋＰａ、約２０００ｋＰａ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の瞬間弾性率を有してもよい。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、約１×１０−１６ｍ２／Ｐａ・ｓ〜約１×１０−８ｍ２／Ｐａ・ｓ、約１×１０−１３ｍ２／Ｐａ・ｓ〜約９×１０−１０ｍ２／Ｐａ・ｓ、約１×１０−１２ｍ２／Ｐａ・ｓ〜約６×１０−１０、約１×１０−１１ｍ２／Ｐａ・ｓ〜約３×１０−１０ｍ２／Ｐａ・ｓ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／又はその間の任意の範囲の透水率を有してもよい。
【００５３】
組織工学的に作製された構成体は、バイオインクを含んでもよい。用語「バイオインク」は、生体材料由来のインクを指す。例えば、本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、ヒドロゲル（例：アルギン酸ヒドロゲル）、アガロース、コラーゲン、キトサン、フィブリン、ヒアルロン酸、カラギーナン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドとの共重合体、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリ（フマル酸プロピレンとエチレングリコールとの共重合体）、ポリ（エチレングリコール）とポリ（乳酸）との共重合体、ポリ（ビニルアルコール）、ＫＤＬ１２オリゴペプチド、ポリ（ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよいが、これらに限定されない。バイオインクは、温度、ｐＨ、イオン強度、熱、光を含むがこれらに限定されない環境変数の調整、又はカルシウム、マグネシウム、バリウム、コンドロイチン、硫酸塩、カルボジイミド、リボース、リボフラミン、及びトロンビン等の化学架橋剤の添加を通して、制御された架橋速度を有してもよい。組織工学的に作製された構成体用のバイオインクで使用するための適切なヒドロゲルは、２０１０年５月５日出願の米国特許第９，０４４，３３５号（発明の名称：「ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ＴＩＳＳＵＥ−ＥＮＧＩＮＥＥＲＥＤ  ＩＮＴＥＲＶＥＲＴＥＢＲＡＬ  ＤＩＳＣ  ＷＩＴＨ  ＳＥＬＦ−ＡＳＳＥＭＢＬＥＤ  ＡＮＮＵＬＡＲ  ＡＬＩＧＮＭＥＮＴに記載され、その記載内容すべては、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５４】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインクは、アルギン酸ヒドロゲルを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、アルギン酸ヒドロゲルは、約０．５％（ｗ／ｖ）〜約１０％（ｗ／ｖ）の量で存在してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、アルギン酸ヒドロゲルは、約０．５％（ｗ／ｖ）、約０．６％（ｗ／ｖ）、約０．７％（ｗ／ｖ）、約０．８％（ｗ／ｖ）、約０．９％（ｗ／ｖ）、約１．０％（ｗ／ｖ）、約１．５％（ｗ／ｖ）、約２．０％（ｗ／ｖ）、約２．５％（ｗ／ｖ）、約３．０％（ｗ／ｖ）、約３．５％（ｗ／ｖ）、約４．０％（ｗ／ｖ）、約４．５％（ｗ／ｖ）、約５．０％（ｗ／ｖ）、約５．０％（ｗ／ｖ）、約５．５％（ｗ／ｖ）、約６．０％（ｗ／ｖ）、約６．５％（ｗ／ｖ）、約７．０％（ｗ／ｖ）、約７．５％（ｗ／ｖ）、約８．０％（ｗ／ｖ）、約８．５％（ｗ／ｖ）、約９．０％（ｗ／ｖ）、約９．５％（ｗ／ｖ）、約１０．０％（ｗ／ｖ）、又は前述の数値の任意の２つを含む及び／又はその間の任意の範囲の量で存在してもよい。
【００５５】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインクは、コラーゲンを含んでもよい。コラーゲン系材料は、組織工学的に作製された構成体での使用のためには有利である。生物ゲル構成物で使用するためのコラーゲンの採取方法、生物ゲル構成物を使用する３次元構造体を作製する方法、及び３次元印刷システムで使用するための生物ゲル構成物の調製方法は、代理人整理番号第１１３０６６−０１０４号を有する、２０１７年５月２５日出願のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０３４５８２号（発明の名称：３Ｄ  ＰＲＩＮＴＡＢＬＥ  ＢＩＯ  ＧＥＬ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＵＳＥ）に記載され、その記載内容のすべては、背景情報及びそれに明記される方法のために、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５６】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインクは、約５ｍｇ／ｍｌより多い量のコラーゲンを含んでもよい。バイオインク中のコラーゲンの適切な量は、約５ｍｇ／ｍｌ〜約２００ｍｇ／ｍｌを含んでもよいがこれに限定されない。例えば、本明細書の任意の実施形態において、コラーゲンは、約５ｍｇ／ｍｌ、約１０ｍｇ／ｍｌ、約１５ｍｇ／ｍｌ、約２０ｍｇ／ｍｌ、約２５ｍｇ／ｍｌ、約３０ｍｇ／ｍｌ、約３５ｍｇ／ｍｌ、約４０ｍｇ／ｍｌ、約４５ｍｇ／ｍｌ、約５０ｍｇ／ｍｌ、約５５ｍｇ／ｍｌ、約６０ｍｇ／ｍｌ、約６５ｍｇ／ｍｌ、約７０ｍｇ／ｍｌ、約７５ｍｇ／ｍｌ、約８０ｍｇ／ｍｌ、約８５ｍｇ／ｍｌ、約９０ｍｇ／ｍｌ、約９５ｍｇ／ｍｌ、約１００ｍｇ／ｍｌ、約１０５ｍｇ／ｍｌ、約１１０ｍｇ／ｍｌ、約１１５ｍｇ／ｍｌ、約１２０ｍｇ／ｍｌ、約１２５ｍｇ／ｍｌ、約１３０ｍｇ／ｍｌ、約１３５ｍｇ／ｍｌ、約１４０ｍｇ／ｍｌ、約１４５ｍｇ／ｍｌ、約１５０ｍｇ／ｍｌ、約１５５ｍｇ／ｍｌ、約１６０ｍｇ／ｍｌ、約１６５ｍｇ／ｍｌ、約１７０ｍｇ／ｍｌ、約１７５ｍｇ／ｍｌ、約１８０ｍｇ／ｍｌ、約１８５ｍｇ／ｍｌ、約１９０ｍｇ／ｍｌ、約１９５ｍｇ／ｍｌ、約２００ｍｇ／ｍｌ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲の量で存在してもよい。
【００５７】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、Ｉ型コラーゲン、ＩＩ型コラーゲン、又はこれらの組み合わせを有するバイオインクを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体が、線維輪構造体と髄核構造体とを含む場合、線維輪構造体は、Ｉ型コラーゲンを含んでもよく、髄核構造体は、ＩＩ型コラーゲンを含んでもよい。
【００５８】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインクは、任意の実施形態における本明細書記載のような中和剤と細胞培地とをさらに含んでもよい。適切な中和剤は、例えば、弱酸を含有する製剤を含んでもよいがこれに限定されない。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、細胞質であってもよく、又は非細胞であってもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインクは、髄核又は線維輪などの椎間板組織から取得及び／又は単離された生細胞を含んでもよいがこれに限定されない細胞の集団を含有する細胞培地を含んでもよい。細胞培地は、他の生細胞をさらに含んでもよく、例えば、本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、表皮細胞、軟骨細胞及び間葉系幹細胞を形成する他の細胞、ＩＶＤ幹細胞、軟骨、大食細胞、脂肪細胞、真皮細胞、筋細胞、毛包、線維芽細胞、臓器細胞、骨芽細胞、骨細胞及び骨を形成する他の細胞、内皮細胞、粘膜細胞、胸膜細胞、外耳道細胞、鼓膜細胞、腹膜細胞、シュワン細胞、角膜上皮細胞、歯肉細胞、中枢神経系神経幹細胞、気道上皮細胞、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインクは、非細胞であってもよく、バイオインクは、生細胞を含有しない。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体は、組織工学的に作製された構成体が、非細胞であってもよく、又は細胞質であってもよい区域又は構成要素（例：線維輪、髄核、又は終板）を有するように、構成されてもよい。
【００５９】
本明細書の任意の実施形態において、細胞の集団は、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約５．０×１０７細胞／ｍｌの量で存在してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインク内に存在する細胞の量は、約１．０×１０５細胞／ｍｌ、約２．０×１０５細胞／ｍｌ、約３．０×１０５細胞／ｍｌ、約４．０×１０５細胞／ｍｌ、約５．０×１０５細胞／ｍｌ、約６．０×１０５細胞／ｍｌ、約７．０×１０５細胞／ｍｌ、約８．０×１０５細胞／ｍｌ、約９．０×１０５細胞／ｍｌ、約１．０×１０６細胞／ｍｌ、約２．０×１０６細胞／ｍｌ、約３．０×１０６細胞／ｍｌ、約４．０×１０６細胞／ｍｌ、約５．０×１０６細胞／ｍｌ、約６．０×１０６細胞／ｍｌ、約７．０×１０６細胞／ｍｌ、約８．０×１０６細胞／ｍｌ、約９．０×１０６細胞／ｍｌ、約１．０×１０７細胞／ｍｌ、約２．０×１０７細胞／ｍｌ、約３．０×１０７細胞／ｍｌ、約４．０×１０７細胞／ｍｌ、約５．０×１０７細胞／ｍｌ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲を含んでもよい。組織工学的に作製された構成体のバイオインク内に存在する細胞の適切な量は、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約５．０×１０７細胞／ｍｌ、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約１．０×１０７細胞／ｍｌ、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約５．０×１０６細胞／ｍｌ、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約５．０×１０６細胞／ｍｌ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲を含むがこれらに限定されない。
【００６０】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体のバイオインクは、担体又は添加物をさらに含んでもよい。適切な担体は、水、イオン性塩水溶液（例：水酸化ナトリウム）、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）、細胞培地、ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）、ダルベッコ最小必須培地（ＤＭＥＭ）、線維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。適切な添加物は、成長因子と架橋剤を含むがこれらに限定されない。適切な架橋剤は、リボフラビン、リボース、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、グルタルアルデヒド、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミドヒドロクロリド、ゲニピン、キトサン、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない。
【００６１】
椎間板の代替構成物は、本明細書で開示された任意の構成で、組織工学的に作製された構成体と生体適合性支持構造体とをともに含み、かつ改良された機械的特性（すなわち、強度）を備えている。本明細書の任意の実施形態における、椎間板の代替物は、約１ｋＮ〜約１０，０００ｋＮの軸圧縮と約０．２ｋＮ〜約１，０００ｋＮのせん断力に耐える場合がある。例えば、本明細書の任意の実施形態において、本技術の椎間板の代替物は、約１ｋＮ、２ｋＮ、約３ｋＮ、約４ｋＮ、約５ｋＮ、約６ｋＮ、約７ｋＮ、約８ｋＮ、約９ｋＮ、約１０ｋＮ、約２０ｋＮ、約３０ｋＮ、約４０ｋＮ、約５０ｋＮ、約６０ｋＮ、約７０ｋＮ、約８０ｋＮ、約９０ｋＮ、約１００ｋＮ、約２００ｋＮ、約３００ｋＮ、約４００ｋＮ、約５００ｋＮ、約６００ｋＮ、約７００ｋＮ、約８００ｋＮ、約９００ｋＮ、約１０００ｋＮ、約１５００ｋＮ、約２０００ｋＮ、約２５００ｋＮ、約３０００ｋＮ、約３５００ｋＮ、約４０００ｋＮ、約４５００ｋＮ、約５０００ｋＮ、約５５００ｋＮ、約６０００ｋＮ、約６５００ｋＮ、約７０００ｋＮ、約７５００ｋＮ、約８０００ｋＮ、約８５００ｋＮ、約９０００ｋＮ、約９５００ｋＮ、約１０，０００ｋＮ、前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲の軸圧縮に耐える場合がある。適切な軸圧縮の範囲は、約１ｋＮ〜約１０，０００ｋＮ、約１ｋＮ〜約５０００ｋＮ、約１ｋＮ〜約１０００ｋＮ、約１ｋＮ〜約５００ｋＮ、約１ｋＮ〜約１５ｋＮ、約４ｋＮ〜約１０ｋＮ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲を含んでもよいがこれらに限定されない。
【００６２】
本明細書の任意の実施形態において、本技術の椎間板の代替物は、約０．２ｋＮ〜約１，０００ｋＮのせん断力に耐える場合がある。例えば、本明細書の任意の実施形態において、本技術の椎間板の代替物は、約０．２ｋＮ、約０．３ｋＮ、約０．４ｋＮ、約０．５ｋＮ、約０．６ｋＮ、約０．７ｋＮ、約０．８ｋＮ、約０．９ｋＮ、約１．０ｋＮ、約１０ｋＮ、約５０ｋＮ、約１００ｋＮ、約１５０ｋＮ、約２００ｋＮ、約２５０ｋＮ、約３００ｋＮ、約３５０ｋＮ、約４００ｋＮ、約４５０ｋＮ、約５００ｋＮ、約５５０ｋＮ、約６００ｋＮ、約６５０ｋＮ、約７００ｋＮ、約７５０ｋＮ、約８００ｋＮ、約８５０ｋＮ、約９００ｋＮ、約９５０ｋＮ、約１０００ｋＮ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲のせん断力に耐える場合がある。適切なせん断力の範囲は、約０．２ｋＮ〜約１０００ｋＮ、約１ｋＮ〜約５００ｋＮ、約１０ｋＮ〜約１００ｋＮ、約０．２ｋＮ〜約０．９ｋＮ、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の範囲を含むがこれらに限定されない。
方法
【００６３】
本技術は、関連する態様において、任意の実施形態における本明細書記載のような生体適合性支持構造体の作製方法であって、該方法は、生体適合性材料を基質に堆積させること、オプションとして、堆積された生体適合性材料を架橋すること、及び生体適合性支持構造体を得るために、オプションとして、配置ステップ及びオプションとしての架橋ステップを繰り返すことを含み、生体適合性支持構造体は、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含み、環状リングは、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、また生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、方法を提供する。
【００６４】
生体適合性支持構造体の作製方法は、射出成形、回転成形、ポジティブモールド、ネガティブモールド、押出成形、除去下降、フライス加工及び機械加工、並びに３次元（３Ｄ）印刷を含むがこれらに限定されない１つ以上の作製システム又は方法を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、作製方法は、３次元印刷を含んでもよい。適切な３次元印刷方法は、インクジェット印刷、層ごとの印刷、押出印刷、又はバイオプリンティングを含んでもよいがこれらに限定されない。例えば、本明細書の任意の実施形態において、堆積させることは、１つ以上の層の生体適合性材料を堆積させることを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、３次元印刷は、１つ以上の層の生体適合性材料を基質に堆積させること、オプションとして、堆積した生体適合性材料を架橋すること、及びオプションとして、生体適合性支持構造体を得るために、堆積ステップ及びオプションとしての架橋ステップを繰り返すことを含んでもよく、生体適合性支持構造体は、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含み、環状リングは、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、また生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する。
【００６５】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、代理人整理番号第１１３０６６−０１０７号を有する、２０１８年５月２４日出願のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／２０１８／０３４４５７号（発明の名称：ＡＳＥＰＴＩＣ  ＰＲＩＮＴＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＤＵＡＬ  ＡＲＭ−ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ）に記載されるような３次元印刷システムを使用して、任意の実施形態における本明細書記載のような生体適合性材料を使用して作製されてもよく、その記載内容すべては、背景情報及びそれに明記される方法のために、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６６】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体の作製方法は、射出成形を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料を堆積させることは、射出成形を含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、堆積させることは、生体適合性材料を生体適合性支持構造体の金型内に堆積させること、オプションとして、生体適合性材料を金型内で架橋すること、オプションとして、堆積ステップ及びオプションとしての架橋ステップを繰り返すこと、並びに生体適合性支持構造体を金型から取り外すことを含んでもよい。
【００６７】
本明細書の任意の実施形態において、基質は、３Ｄプリンタの表面（例：３Ｄプリンタのビルドプレート）を含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、基質は、射出成形、回転成形、ポジティブモールド、ネガティブモールド、又はこれに類するものうちの１つ以上で使用するのに適切な金型を含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、基質は、除去製造、フライス加工及び機械加工、又はこれに類するものを実行するのに適切な作製装置の表面を含んでもよい。
【００６８】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、架橋される。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、架橋又は重合された生体適合性材料を作製するための架橋条件の対象とされてもよい。適切な架橋条件は、紫外線曝露を含んでもよいがこれに限定されない。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、架橋することを含まなくてもよい。例えば、任意の実施形態において、生体材料は、堆積の後、冷却ステップ、融合ステップ、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【００６９】
本技術の方法において、生体適合性支持構造体の作製方法は、環状リングが、任意の実施形態における本明細書記載のように約１００μｍ〜約６０００μｍの中間厚さと約１００μｍ〜約１０００μｍの横方向厚さとを有し、また第１のプレートと第２のプレートが、任意の実施形態において本明細書に記載されるように約１００μｍ〜約６００μｍの厚さを有するように、１つ以上の生体適合性材料の層を堆積させることを含んでもよい。
【００７０】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体の作製方法は、生体適合性支持構造体が、ＩＶＤの円周形状を有するように、１つ以上の生体適合性材料の層を堆積させることを含んでもよい。例えば、任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、対象のＩＶＤの円周形状を有してもよい。対象又は患者は、典型的にはヒトであって、好ましくは、ＩＶＤ組織の代替及び／又は再生用のインプラントを必要とする。
【００７１】
本技術の方法において、生体適合性材料は、任意の実施形態における本明細書記載のような生体適合性材料を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性材料は、多糖類、生体適合性ポリマー、ゴム、シリコン、生体適合性金属（例：鋼、コバルトクロム合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、鉄合金、若しくはこれに類するもの、又はこれらの組み合わせ）、生体適合性セラミックス、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアミノ酸、天然及び生体高分子（例：グリコサミノグリカン、セルロース、キトサン、キチン、デキストラン、ゼラチン、コラーゲン、リグニン、ポリアミノ酸、糖タンパク質、エラスチン、ラミニン）、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。任意の実施形態において、生体適合性材料は、生体適合性ポリマーを含んでもよく、例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性ポリマーは、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ（乳酸とグリコール酸の共重合体）（ＰＬＧＡ）、ポリジオキサノン（ＰＤＯ）、ポリカプロラクトン、及びこれらの組み合わせを含んでもよい）。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性ポリマーは、約５０℃〜約２９０℃の融点を有してもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、生体適合性ポリマーは、約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、約７０℃、約７５℃、約８０℃、約８５℃、約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃、約１６０℃、約１７０℃、約１８０℃、約１９０℃、約２００℃、約２１０℃、約２２０℃、約２３０℃、約２４０℃、約２５０℃、約２６０℃、約２７０℃、約２８０℃、約２９０℃、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／又はその間の任意の範囲の融点を有してもよい。
【００７２】
本明細書の任意の実施形態において、作製方法から取られた生体適合性支持構造体は、任意の実施形態における本明細書記載のように、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの曲げ弾性率、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの弾性率、又は約１ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの引張強度のうちの１つ以上を有してもよい。
【００７３】
本明細書の任意の実施形態において、該方法は、生体適合性支持構造体を滅菌することをさらに含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、滅菌することは、ガンマ線照射、過酸を用いたインキュベーション、オートクレーブ滅菌、紫外線照射、過酸化物滅菌、超臨界流体処理、及びこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。
【００７４】
本技術は、別の関連する態様において、椎間板の代替物の作製方法であって、生体適合性材料を基質に堆積させること、オプションとして、堆積された生体適合性材料を架橋すること、並びに生体適合性支持構造体を取得するために、オプションとして、堆積ステップ及びオプションとしての架橋ステップを繰り返すことを含む、任意の実施形態における本明細書記載のような生体適合性支持構造体を作製することと；任意の実施形態における本明細書記載のようなバイオインクを生体適合性支持構造体内又はその周りに堆積させること、組織工学的に作製された構成体を形成するために、バイオインクを架橋し、かつオプションとして、堆積ステップ及び架橋ステップを繰り返すこと、及び椎間板の代替構成物を硬化することを含む、任意の実施形態における本明細書記載のような組織工学的に作製された構成体を作製することと；を含む、方法を提供し、生体適合性支持構造体は、生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上を含み、環状リングは、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を含み、かつ生体適合性材料は、生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する。
【００７５】
生体適合性支持構造体の作製方法は、任意の実施形態において本明細書記載の方法を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、１つ以上の作製システム又は方法は、射出成形、回転成形、ポジティブモールド、ネガティブモールド、除去製造、フライス加工及び機械加工、並びに３次元（３Ｄ）印刷を含んでもよいがこれらに限定されない。本明細書の任意の実施形態において、作製方法は、任意の実施形態における本明細書記載のような３次元印刷を含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体の作製方法は、任意の実施形態における本明細書記載のような射出成形を含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、該方法は、任意の実施形態における本明細書記載のような生体適合性材料を架橋することを含んでもよい。
【００７６】
組織工学的に作製された構成体を作製することは、任意の実施形態における本明細書記載のような１つ以上のバイオインクの層を堆積させることを含む。本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体を作製することは、１つ以上の作製システム又は方法を含んでもよく、例えば、本明細書の任意の実施形態において、１つ以上の作製システム又は方法は、射出成形、回転成形、ポジティブモールド、ネガティブモールド、除去製造、フライス加工及び機械加工、並びに３次元印刷を含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、作製方法は、任意の実施形態における本明細書記載のような３次元印刷を含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、堆積することは、３Ｄプリンタを使用して、生体適合性支持構造体内又はその周りに１つ以上のバイオインクの層を配置することと、組織工学的に作製された構成体を得るために、バイオインクを架橋することと、オプションとして、堆積ステップ及び架橋ステップを繰り返すことと、椎間板の代替物を硬化することと、を含んでもよい。
【００７７】
本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体を作製することは、射出成形することを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、堆積させることは、生体適合性支持構造体を収容する金型にバイオインクを堆積させることと、組織工学的に作製された構成体を得るために、バイオインクを金型内で架橋し、かつオプションとして、堆積ステップ及び架橋ステップを繰り返すことと、椎間板の代替物を硬化することを含んでもよく、金型は、硬化ステップの前又は後に取り外されてもよい。本明細書の任意の実施形態において、該方法は、椎間板の代替物の硬化後に、金型を取り外すことを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、該方法は、椎間板の代替物の硬化の前に、金型を取り外すことを含んでもよい。
【００７８】
方法は、任意の実施形態における本明細書記載のような線維輪構造体と髄核構造体とを有する組織工学的に作製された構成体を作製することを含んでもよい。任意の実施形態において、作製方法は、線維輪構造体を形成するために、バイオインクを堆積させること、及び髄核構造体を形成するために、バイオインクを堆積させることを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、該方法は、線維輪構造体と髄核構造体を同時に又は連続的に形成するために、バイオインクを堆積させることを含んでもよい。いくつかの実施形態において、堆積させることは、線維輪構造体と髄核構造体を連続的に形成することを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、堆積させることは、線維輪構造体と髄核構造体を同時に形成することを含んでもよい。
【００７９】
本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、架橋される。例えば、本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、架橋又は重合されたバイオインクを作製するための、架橋条件の対象であってもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、架橋することは、紫外線照射、塩の添加、ｐＨの中和、熱架橋、及びこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【００８０】
椎間板の代替物は、架橋後、硬化ステップを受ける。本明細書の任意の実施形態において、該方法は、約３４℃〜約３７℃の温度で、椎間板の代替物を硬化することを含む。適切な硬化温度は、約３４℃〜約３７℃、約３５℃〜約３７℃、約３６℃〜約３７℃、及び前述の数値の任意の２つを含む、及び／又はその間の任意の範囲を含んでもよいがこれらに限定されない。本明細書の任意の実施形態において、椎間板の代替物は、硬化ステップ中に緩衝液又は細胞培地内に定置されてもよい。本明細書の任意の実施形態において、適切な緩衝液は、リン酸緩衝生理食塩水、塩化ナトリウム溶液、リン酸塩、及びリン酸緩衝液を含むがこれらに限定されない。適切な細胞培地は、血清、無血清培地、ＨＥＰＥＳ、ＤＭＥＭ、ｂＦＧＦ、ＦＢＳ、及びこれに類するもの、又はこれらの組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。本明細書の任意の実施形態において、該方法は、椎間板の代替物を緩衝液及び細胞培地中で硬化することを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、硬化は、約３時間〜約２４時間の期間にわたって生じる場合がある。例えば、本明細書の任意の実施形態において、硬化期間は、約３時間、約４時間、約５時間、約６時間、約７時間、約８時間、約９時間、約１０時間、約１１時間、約１２時間、約１３時間、約１４時間、約１５時間、約１６時間、約１７時間、約１８時間、約１９時間、約２０時間、約２１時間、約２２時間、約２３時間、約２４時間、又は前述の数値の任意の２つを含む、及び／若しくはその間の任意の範囲からであってもよい。
【００８１】
本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、アルギン酸塩、アガロース、コラーゲン、キトサン、フィブリン、ヒアルロン酸、カラギーナン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリ（フマル酸プロピレンとエチレングリコールの共重合体）、ポリ（エチレングリコール）とポリ（乳酸）の共重合体、ポリ（ビニルアルコール）、ＫＤＬ１２オリゴペプチド、ポリ（ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。バイオインクは、温度、ｐＨ、イオン強度、熱、光を含むがこれらに限定されない環境変数の調整、又はカルシウム、マグネシウム、バリウム、コンドロイチン、硫酸塩、及びトロンビンなどの化学架橋剤の添加により、制御された架橋速度を有してもよい。組織工学的に作製された構成体用のバイオインクで使用するための適切なヒドロゲルは、２０１０年５月５日出願の米国特許第９，０４４，３３５号（発明の名称：「ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ＴＩＳＳＵＥ−ＥＮＧＩＮＥＥＲＥＤ  ＩＮＴＥＲＶＥＲＴＥＢＲＡＬ  ＤＩＳＣ  ＷＩＴＨ  ＳＥＬＦ−ＡＳＳＥＭＢＬＥＤ  ＡＮＮＵＬＡＲ  ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」）に記載され、その記載内容すべてを、参照により本明細書に組み込む。
【００８２】
本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、任意の実施形態における本明細書記載のようなアルギン酸ヒドロゲルを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、アルギン酸ヒドロゲルは、約０．５％（ｗ／ｖ）〜約１０％（ｗ／ｖ）の量で存在してもよい。本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、任意の実施形態における本明細書記載のようなコラーゲンを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、約５ｍｇ／ｍｌより多い量のコラーゲンを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、Ｉ型コラーゲン、ＩＩ型コラーゲン、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、組織工学的に作製された構成体の作製方法は、線維輪構造体を形成するために、Ｉ型コラーゲンを含む１つ以上の層のバイオインクを堆積させること、及び髄核構造体を形成するために、ＩＩ型コラーゲンを含む１つ以上の層のバイオインクを堆積させることを含んでもよい。
【００８３】
本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、任意の実施形態における本明細書記載のような中和剤と細胞培地とをさらに含んでもよい。適切な中和剤は、例えば、弱酸を含む製剤を含んでもよいがこれに限定されない。本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、細胞質であってもよく、又は非細胞であってもよい。例えば、本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、髄核又は線維輪などの椎間板組織から取得及び／又は単離された生細胞を含んでもよいがこれに限定されない生細胞を含有する細胞培地を含んでもよい。細胞培地は、他の生細胞をさらに含んでもよく、例えば、本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、表皮細胞、軟骨細胞及び間葉系幹細胞を形成する他の細胞、ＩＶＤ幹細胞、軟骨、大食細胞、脂肪細胞、真皮細胞、筋細胞、毛包、線維芽細胞、臓器細胞、骨芽細胞、骨細胞及び骨を形成する他の細胞、内皮細胞、粘膜細胞、胸膜細胞、外耳道細胞、鼓膜細胞、腹膜細胞、シュワン細胞、角膜上皮細胞、歯肉細胞、中枢神経系神経幹細胞、気道上皮細胞、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、非細胞であってもよく、バイオインクは、生細胞を含まない。
【００８４】
本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、担体又は添加物をさらに含んでもよい。適切な担体は、水、イオン性食塩水溶液（例：水酸化ナトリウム）、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）、細胞培地、ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）、ダルベッコ最小必須培地（ＤＭＥＭ）、線維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）、若しくこれに類するもの、又はそれらの組み合わせを含んでもよいがこれらに限定されない。適切な添加物は、架橋剤を含むがこれに限定されない。適切な架橋剤は、リボフラビン、リボース、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、グルタルアルデヒド、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミドヒドロクロリド、ゲニピン、キトサン、若しくはこれに類するもの、又はそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない。
【００８５】
本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、架橋される。例えば、本明細書の任意の実施形態において、バイオインクは、架橋又は重合されたバイオインク材料を作製するために、架橋条件の対象となる場合がある。
【００８６】
本明細書の任意の実施形態において、生体適合性支持構造体の作製方法は、生体適合性支持構造体が、ＩＶＤの円周形状を有するように、１つ以上の生体適合性材料の層を堆積させることを含んでもよい。例えば、任意の実施形態において、生体適合性支持構造体は、対象のＩＶＤの円周形状を有してもよい。対象又は患者は、典型的にヒトであって、好ましくは、ＩＶＤ組織の代替及び／又は再生用のインプラントを要する。
【００８７】
本明細書の任意の実施形態において、椎間板の代替物は、任意の実施形態における本明細書に記載のように、約１ｋＮ〜約１０，０００ｋＮの軸圧縮、又は約０．２ｋＮ〜約１，０００ｋＮのせん断力のうちの１つ以上に耐える場合がある。
【００８８】
少なくとも１つの実施形態において、本技術の椎間板の代替物の作製方法は、図９に図示するステップに係る方法である。
【００８９】
本発明は、それ故に一般的に記載されて、図示により提供され、かつ本発明を限定する意図を有しない、以下の実施例を参照することで、より容易に理解されるであろう。
【００９０】
特定の実施形態を図示及び記載した一方、当然のことながら、以下の請求項で規定する通りのより広範な態様における技術から逸脱することなく、実施形態内で当業者による変更及び修正が可能である。
【００９１】
本明細書で例示により記載された実施形態は、いかなる要素の記載もない、又は限定が本明細書で特に開示がされていない場合、適切に実施されてもよい。それ故に、例えば、用語「〜を備える」、「〜を含む」等は、拡張的に、かつ限定なしに解釈されるものとする。さらに、本明細書で使用する用語及び表現は、記述語として使用され、限定としては使用されず、このような用語及び表現の使用には、示され、かつ記載される特徴又はその部分の任意の均等物を除外する意図はないが、様々な修正が、特許請求される技術の範囲内で可能であるとみなされる。さらに、用語「〜から本質的になる」は、具体的に列挙される要素と、特許請求される技術の基本的かつ新規な特徴に実質的に影響しない付加的な要素と、を含むものと理解されるであろう。用語「〜からなる」は、特定されない任意の要素を排除する。
【００９２】
本開示は、本出願記載の特定の実施形態に関して限定されない。当業者には明らかなように、多くの修正及び変形は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく可能である。本開示の範囲内で機能的に等価な方法及び構成物は、本明細書に列挙したものに加えて、前述の説明から当業者には明らかであろう。このような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図するものである。本開示は、このような特許請求の範囲が資格を有する均等物の全範囲に加えて、添付の特許請求の範囲の条項にのみ限定される。当然のことながら、本開示は、明らかに変更可能な、特定の方法、試薬、化合物、又は構成物に限定されない。これも当然のことながら、本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態のみを記載する目的のものであって、限定する意図を有しない。
【００９３】
さらに、本開示の特徴又は態様が、マーカッシュ群に関して記載される場合、当業者は、本開示が、任意の個々の部分又はマーカッシュ群の部分のサブグループに関しても、それにより記載されるものとみなすであろう。
【００９４】
当業者が理解する通り、ありとあらゆる目的に対して、特に記載された明細書を提供する点に関して、本明細書で開示される全ての範囲は、ありとあらゆる可能な部分範囲及びその部分範囲の組み合わせも包含する。任意の記載範囲は、同一の範囲を少なくとも等価な２分の１、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１等に分割することを、十分に記載し、かつ可能にするものと容易にみなし得る。非限定の実施例として、本明細書で検討される各範囲は、下部の３分の１、中間の３分の１、及び上部の３分の１等に容易に分割可能である。当業者にも理解される通り、「最大〜」、「少なくとも〜」、「〜を超える」、「〜未満」及びこれに類するものすべての言い回しは、記載の数字を含め、かつ上記で考察したように部分範囲に引き続き分割可能である範囲を指す。最終的に、当業者が理解する通り、範囲は、各個々の部分を含む。
【００９５】
本明細書は多くの特定の実施の詳細を含有する一方、これらは、特許請求項され得るものの範囲を限定するものとして解釈すべきではなく、むしろ特定の実施に特有な特徴の説明として、解釈される。別個の実施の状況における、本明細書記載の特定の特徴もまた、単一の実施において組み合わせで実施可能である。反対に、単一の状況で記載される様々な特徴はまた、複数の実施で別々に、又は任意の適切な部分組み合わせにより、実施可能である。さらに、特徴が、特定の組み合わせにおいて動作すると、上記で記載される場合があって、また当初そのように特許請求されていても、特許請求された組み合わせからの１つ以上の特徴は、場合によっては、該組み合わせから削除することができ、また特許請求される組み合わせは、部分組み合わせ又は部分組み合わせの変形を対象としてもよい。
【００９６】
本明細書で使用する用語「連結した」、「接続した」、及びこれに類するものは、２つの構成要素を互いに直接又は間接的に結合することを意味する。このような結合は、固定（例：永久的）し得、又は移動可能（例：取り外し可能又は解除可能）である。このような結合は、２つの構成要素、又は２つの構成要素及び任意の追加の中間構成要素が、互いに単一の一体物として統合的に形成され、あるいは、２つの構成要素、又は２つの構成要素及び任意の追加の中間構成要素が互いに取付けられることによって達成されてもよい。
【００９７】
本明細書で使用する用語「流動的に連結した」、「流体連通して」、及びこれに類するものは、２つの構成要素又は対象物が、水、空気等の流体が、介在構成要素又は対象物の有無に関わらず、流れてもよい、２つの構成要素又は対象物の間で形成された経路を有することを意味する。流体連通を可能にするための流体連結又は構成の実施例は、配管、チャネル、又は１つの構成要素又は対象物から別の構成要素又は対象物への流体の流れを可能にするための他の任意の適切な構成要素を含み得る。
【００９８】
すべての公報、特許出願、発行済特許、及び本明細書で引用される他の文献は、各個々の公報、特許出願、発行済特許、又は他の文献が、その全体を参照により組み込まれるように特異的に、かつ個々に示されるが如く、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる本文記載の定義は、それらが本開示の定義と齟齬がある限り、除外される。
【００９９】
他の実施形態を、以下の請求項に記載する。
【図１Ａ】
2022500195.tif 000003
【図１Ｂ】
2022500195.tif 000004
【図１Ｃ】
2022500195.tif 000005
【図２】
2022500195.tif 000006
【図３】
2022500195.tif 000007
【図４】
2022500195.tif 000008
【図５】
2022500195.tif 000009
【図６】
2022500195.tif 000010
【図７】
2022500195.tif 000011
【図８】
2022500195.tif 000012
【図９】
2022500195.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月19日(2021.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椎間板の代替物用の生体適合性支持構造体であって、
生体適合性材料の環状リング、第１のプレート、又は第２のプレートのうちの１つ以上、を備え、
前記環状リングが、内面壁と、外面壁と、第１の平面と、第２の平面と、を備え、かつ
前記生体適合性材料が、前記生体適合性支持構造体の約１重量％〜約１００重量％の量で存在する、生体適合性支持構造体。
【請求項２】
前記環状リングが、約１００μｍ〜約６０００μｍの中間厚さと約１００μｍ〜約２０００μｍの横方向厚さとを有する、請求項１に記載の支持構造体。
【請求項３】
前記第１のプレートと前記第２のプレートが、約１００μｍ〜約１２００μｍの厚さを有する、請求項１又は請求項２に記載の支持構造体。
【請求項４】
前記支持構造体が、約０．２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの曲げ弾性率、約０．０２ＧＰａ〜約１００ＧＰａの弾性率、および約１ＭＰａ〜約１０００ＭＰａの引張強度のうちの１つ以上を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項５】
前記生体適合性材料が、多糖類、生体適合性ポリマー、ゴム、シリコン、生体適合性金属、生体適合性セラミックス、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアミノ酸、天然及び生体高分子、又はこれらの２つ以上の組み合わせから成る群より選ばれる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項６】
前記生体適合性材料が、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、ＰＤＯ、ポリカプロラクトン、生体再吸収性金属合金、及びこれらの組み合わせから成る群より選ばれ、前記生体適合性材料が、約１ケ月〜約７年の速度で、分解、吸収、又は再吸収する、請求項５に記載の支持構造体。
【請求項７】
前記環状リングが、対象の椎間板の形状を有するように構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項８】
前記環状リングが、約１０μｍ〜約１０，０００μｍの平均サイズを有する１つ以上の開口を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項９】
前記支持構造体が、前記環状リングの前記第１の平面若しくは前記第２の平面又は前記第１のプレート若しくは前記第２のプレートの平面に接続され、かつそれから遠位に延在する、１つ以上の付属品要素をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の支持構造体。
【請求項１０】
前記支持構造体が、前記内面壁の１つの区域から前記内面壁の別の区域へと前記環状リングの断面を接続し、又は前記第１のプレートの平面を前記第２のプレートの平面に接続する１つ以上の連結要素をさらに含む、請求項９に記載の支持構造体。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の、椎間板の代替物用の生体適合性支持構造体を作製するための方法であって、前記作製方法が、
１つ以上の生体適合性材料の層を基質に堆積させることと、
前記生体適合性材料を架橋することと、
前記生体適合性支持構造体を得るために、オプションとして、前記堆積させるステップ及び架橋するステップを繰り返すこと、を含む、
方法。
【請求項１２】
前記作製方法が、射出成形、回転成形、ポジティブモールドを使用した成形、ネガティブモールドを使用した成形、除去製造、フライス加工及び機械加工、並びに３次元（３Ｄ）印刷のうちの１つ以上を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記堆積させることが、前記１つ以上の生体適合性材料の層を３次元印刷することを含み、前記３Ｄ印刷が、インクジェット印刷、層ごとの印刷、押出印刷、及びバイオプリンティングから成る群より選ばれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記作製方法が、射出成形を含み、前記射出成形が、
１つ以上の前記生体適合性材料の層を、基質に堆積させることであって、前記基質が前記生体適合性支持構造体の金型である、堆積させることと、
前記生体適合性材料を前記金型に架橋し、かつオプションとして、前記堆積させるステップ及び架橋するステップを繰り返すことと、
前記生体適合性支持構造体を前記金型から取り外すことと、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記生体適合性材料が、約５０℃〜約２５０℃の融点を有する生体適合性ポリマーである、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
椎間板の代替構成物であって、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の、椎間板代替用の生体適合性支持構造体と、
バイオインクを含む組織工学的に作製された構成体と、を含む、
椎間板の代替構成物。
【請求項１７】
前記バイオインクが、ヒドロゲル、アガロース、コラーゲン、キトサン、フィブリン、ヒアルロン酸、カラギーナン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリ（フマル酸プロピレンとエチレングリコールの共重合体）、ポリ（エチレングリコール）とポリ（乳酸）の共重合体、ポリ（ビニルアルコール）、ＫＤＬ１２オリゴペプチド、ポリ（ｎ−イソプロピルアクリルアミド）のうちの１つ以上、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項１６に記載の椎間板の代替構成物。
【請求項１８】
前記バイオインクが、約０．５％（ｗ／ｖ）〜約１０％（ｗ／ｖ）の量で存在するアルギン酸ヒドロゲルを含む、請求項１７に記載の椎間板の代替構成物。
【請求項１９】
前記バイオインクが、約５ｍｇ／ｍｌ〜約２００ｍｇ／ｍｌのコラーゲンを含む、請求項１６に記載の椎間板の代替構成物。
【請求項２０】
前記コラーゲンが、Ｉ型コラーゲン、ＩＩ型コラーゲン、又はこれらの組み合わせより選ばれる、請求項１９に記載の椎間板の代替構成物。
【請求項２１】
前記組織工学的に作製された構成体が、ＩＩ型コラーゲンを含む髄核構造体と、Ｉ型コラーゲンを含む線維輪構造体と、を含む、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の椎間板の代替構成物。
【請求項２２】
前記組織工学的に作製された構成体が、約１．０×１０５細胞／ｍｌ〜約５．０×１０７細胞／ｍｌの濃度で存在する細胞の集団をさらに含む、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の椎間板の代替構成物。
【請求項２３】
前記生体適合性支持構造体の前記環状リングが、前記組織工学的に作製された構成体の軸方向剛性を、約５倍〜約１０，０００倍の剛性に増加させ、および／または前記生体適合性支持構造体の前記第１のプレート又は第２のプレートが、前記組織工学的に作製された構成体の軸方向負荷容量を、約１％〜約１０，０００％増加させ、および／または前記構成物が、約１ｋＮ〜約１０，０００ｋＮの軸圧縮、約０．２ｋＮ〜約１，０００ｋＮのせん断力、又はこれらの組み合わせに耐える、請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の椎間板の代替構成物。
【請求項２４】
請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の椎間板の代替構成物の作製方法であって
生体適合性支持構造体を作製することであって、
生体適合性材料を基質に堆積させることと、
オプションとして、前記生体適合性材料を架橋することと、
前記生体適合性支持構造体を取得するために、オプションとして、前記堆積させるステップ及びオプションとしての架橋するステップを繰り返すこと、を含む、生体適合性支持構造体を作製することと、
組織工学的に作製された構成体を作製することであって、
バイオインクを、前記生体適合性支持構造体内、又はその周りに堆積させること、
前記組織工学的に作製された構成体を形成するために、前記バイオインクを架橋し、かつオプションとして、前記堆積させるステップ及び架橋するステップを繰り返すことと、を含む、組織工学的に作製された構成体を作製することと、
前記椎間板の代替構成物を硬化することと、を含む、
椎間板の代替構成物の作製方法。
【請求項２５】
前記椎間板の代替構成物の硬化が、約３４℃〜約３７℃の温度で生じる、請求項２４に記載の方法。
【国際調査報告】
2022500195.tif 000014
2022500195.tif 000015
2022500195.tif 000016
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