ЗАМЕНИТЕЛИ ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
TISSUE AND ORGAN SUBSTITUTES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США с № 62/826 745, поданной 29 марта 2019 г., описание которой в полном объеме включено в данный документ посредством ссылки.
Область техники
Данная технология в целом относится к биологическим заменителям тканей или органов для трансплантатов и имплантатов, а также к способам их получения. Более конкретно, данная технология относится к заменителям тканей и органов, имеющим биосовместимую опорную структуру и тканеинженерную конструкцию, а также к способам их изготовления.
Краткое изложение сущности изобретения
В одном аспекте данная технология предлагает применение заменителя ткани или органа, который включают тканеинженерную конструкцию, содержащую одну или большее количество композиций биокрасок и биосовместимую опорную структуру, которая включает одну или большее количество внешних опор, внутренних опор или их комбинации из биосовместимого материала, при этом указанная композиция имеет трехмерную 3D-форму, и биосовместимый материал присутствует в количестве от около 1% до около 100% по весу биосовместимой опорной структуры.
В родственном аспекте данная технология предлагает способ изготовления композиции для заменителя ткани или органа, который включает изготовление биосовместимой опорной структуры, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления; изготовление тканеинженерной конструкции, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления, включающее нанесение одной или большем количестве композиций биокрасок, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления, в биосовместимую опорную структуру или вокруг нее; сшивание одной или большем количестве композиций биокрасок и, необязательно, повторение этапов нанесения и сшивания для образования тканеинженерной конструкции; и отверждение композиции для заменителя ткани или органа; при этом биосовместимая опорная структура включает одну или большее количество из внешних опор, внутренних опор или их комбинаций из биосовместимого материала, и при этом биосовместимый материал присутствует в количестве от около 1% до около 100% по весу биосовместимой опорной структуры.
Краткое описание графических материалов
Фиг. 1A демонстрирует вид в перспективе композиции для заменителя ткани/органа согласно варианту осуществления данной технологии, которая включает биосовместимую опорную структуру, при этом биосовместимая опорная структура имеет внешнюю опору, частично покрывающую внешние двумерные (2D) поверхности тканеинженерной конструкции, и внутреннюю опору, частично инкапсулированную тканеинженерной конструкцией.
Фиг. 1В демонстрирует вид в перспективе биосовместимой опорной структуры согласно варианту осуществления данной технологии, имеющей внутреннюю опору, соединенную с одной или большем количеством 2D-поверхностей внешней структуры.
Фиг. 1C демонстрирует вид в перспективе внешней опоры, имеющей одно или большее количество отверстий, проходящих через нее от одной 2D-поверхности к противоположной параллельной 2D-поверхности.
Фиг. 1D демонстрирует вид в перспективе внутренней опоры в соответствии с вариантом осуществления данной технологии, имеющей одно или большее количество отверстий, проходящих через них от одной 2D-поверхности к противоположной параллельной 2D-поверхности внутренней опоры, а также имеющей полость.
Фиг. 2A демонстрирует 2D-лист, имеющий одно или большее количество отверстий в соответствии с вариантом осуществления данной технологии.
Фиг. 2B демонстрирует растворимую пресс-форму для формирования внутренней опоры тканеинженерной конструкции в форме уха в соответствии с вариантом осуществления настоящей технологии.
Фиг. 2C демонстрирует 2D пористый лист, термоформованный на пресс-форму внутренней опоры в соответствии с вариантом осуществления данной технологии.
Фиг. 3A демонстрирует внутренний вид пресс-формы, сконфигурированной и сконтурированной для литья под давлением тканеинженерной конструкции в форме уха в соответствии с вариантом осуществления данной технологии.
Фиг. 3В демонстрирует внешний вид пресс-формы, сконфигурированной и сконтурированной для литья под давлением тканеинженерной конструкции в форме уха в соответствии с вариантом осуществления данной технологии.
Как обсуждается ниже, фиг. 4A-4D демонстрируют блок-схемы, изображающие иллюстративные способы изготовления биосовместимой опорной структуры и тканеинженерной конструкции композиции для заменителя ткани или органа.
Фиг. 4A демонстрирует общий типовой способ изготовления композиции для заменителя ткани или органа в соответствии с вариантом осуществления данной технологии.
Фиг. 4В демонстрирует типовой процесс изготовления биосовместимых опорных структур (внешних опор и/или внутренних опор).
Фиг. 4С демонстрирует типовой процесс изготовления тканеинженерной конструкции в соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления.
Фиг. 4D демонстрирует блок-схему типового способа отверждения конструкции в соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления.
Подробное описание изобретения
В данном документе описаны различные варианты осуществления. Следует отметить, что конкретные варианты осуществления не предназначены для исчерпывающего описания или ограничения более широких аспектов, обсуждаемых в данном документе. Один аспект, описанный в связи с конкретным вариантом осуществления, не обязательно ограничен этим вариантом осуществления и может быть реализован на практике с любым другим вариантом (ами) осуществления.
В контексте данного документа термин «около» будет понятным специалистам в данной области техники и будет варьироваться в некоторой степени в зависимости от контекста, в котором он применяется. Если есть варианты применения термина, которые не ясны специалистам в данной области техники, учитывая контекст, в котором он применяется, «около» будет означать до плюс или минус 10% от конкретного термина.
Применение терминов в единственном числе и аналогичных ссылок на единственное число в контексте описания заявленного изобретения (особенно в контексте формулы изобретения) должно толковаться как охватывающее термины и в единственном, и множественном числе, если иное не указано в данном документе или явно не противоречит контексту. Перечисление диапазонов значений в данном документе просто предназначено для того, чтобы служить кратким способом индивидуальной ссылки на каждое отдельное значение, попадающее в этот диапазон, если в настоящем документе не указано иное, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было отдельно указано в настоящем документе. Все способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если иное не указано в данном документе или иное явно не противоречит контексту. Применение любого и всех примеров или иллюстративных формулировок (например, «таких как»), представленных в данном документе, предназначено только для лучшей иллюстрации вариантов осуществления изобретения и не налагает ограничения на объем формулы изобретения, если не заявлено иное. Ни одна формулировка в описании не должна истолковываться как указывающая на какой-либо не заявленный элемент как существенный.
Термин «биосовместимый материал» относится к материалу, полученному из природного или синтетического источника, имеющему способность выполнять свою желаемую функцию в организме субъекта, не вызывая каких-либо нежелательных местных или системных эффектов. В контексте данного документа термин «биосовместимые материалы» может также относиться к материалам, которые являются биоразлагаемыми, биоабсорбируемыми, биорезорбируемыми или комбинацией двух или большего количества из них в физиологических условиях. Термин «биоразлагаемый» относится к материалу, который может быть расщеплен на основные вещества в результате нормальных экологических процессов и/или под действием живых существ, таких как микроорганизмы. Термин «биоабсорбируемый» относится к материалу, способному абсорбироваться живой тканью. Термин «биорезорбируемый» относится к материалу, который при размещении в человеческом теле начинает растворяться (резорбироваться) и медленно замещаться растущей тканью. В контексте данного документа, в любом варианте осуществления термины «биоразлагаемый», «биоабсорбируемый» и «биорезорбируемый» применяются взаимозаменяемо.
В контексте данного документа «субъект» или «пациент» представляет собой млекопитающее, как описано в данном документе. Термин «субъект» и «пациент» могут употребляться взаимозаменяемо. В контексте данного документа термин «млекопитающее» включает, помимо прочего, кошку, собаку, грызуна или примата. Например, в любом варианте осуществления настоящего изобретения млекопитающее является человеком.
Термин «гидрогель» или «гель» относится к веществу, образуемому, когда органический полимер (природный или синтетический) застывает или затвердевает для создания трехмерной структуры с открытой решеткой, которая захватывает молекулы воды или другого раствора с образованием геля. Отверждение может происходить, например, за счет агрегации, коагуляции, гидрофобных взаимодействий или сшивания. Гидрогели могут быть клеточными (то есть содержащими клетки) или бесклеточными (то есть без клеток). Гидрогели, содержащие клетки, могут быстро затвердевать, в результате чего клетки остаются равномерно суспендированными в пресс-форме (или вокруг или внутри другого затвердевшего геля) до тех пор, пока гель не затвердеет. Гидрогели также могут быть биосовместимыми, например, нетоксичными для клеток, суспендированных в гидрогеле.
В контексте данного документа термин «2D-толщина» относится к толщине поперечного сечения внешней опоры или внутренней опоры или элемента опоры (например, ферменного элемента или опоры, подобной ферме) от одной поверхности до противоположной параллельной поверхности опор или опорных элементов.
В контексте данного документа термин «коллаген» относится к основному белку соединительной ткани, который имеет высокую прочность на разрыв и обнаруживается в большинстве многоклеточных организмов. Коллаген является основным волокнистым белком, а также нефибриллярным белком базальных мембран. Он содержит большое количество глицина, пролина, гидроксипролина и гидроксилизина. Коллаген встречается по всему организму и бывает по меньшей мере 12 типов (тип I-XII).
Заменители тканей/органов в соответствии с данной технологией
В одном аспекте данная технология предлагает применение заменителя ткани или органа, который включают тканеинженерную конструкцию, содержащую одну или большее количество композиций биокрасок и биосовместимую опорную структуру, которая включает одну или большее количество внешних опор, внутренних опор или их комбинации из биосовместимого материала, при этом указанная композиция имеет трехмерную 3D-форму, и биосовместимый материал присутствует в количестве от около 1% до около 100% по весу биосовместимой опорной структуры.
Фиг. 1A демонстрирует вид в перспективе композиции 100 для заменителя ткани/органа в соответствии с вариантом осуществления данной технологии, которая включает биосовместимую опорную структуру 110, при этом биосовместимая опорная структура имеет внешнюю опору 120, частично покрывающую внешние двумерные 2D-поверхности тканеинженерной конструкции 140 и внутреннюю опору 130, частично инкапсулированную тканеинженерной конструкцией 140.
Фиг. 1B демонстрирует вид в перспективе биосовместимой опорной конструкции 110 в соответствии с вариантом осуществления данной технологии, имеющей внутреннюю опору 140, соединенную с одной или большим количеством 2D-поверхностей внешней конструкции 120. Фиг. 1С демонстрирует вид в перспективе внешней опоры 120, имеющей одно или большее количество отверстий 150, проходящих насквозь от одной 2D-поверхности к противоположной параллельной 2D-поверхности. Фиг. 1D демонстрирует вид в перспективе внутренней опоры 130 в соответствии с вариантом осуществления данной технологии, имеющей одно или большее количество отверстий 160, проходящих насквозь от одной 2D-поверхности к противоположной параллельной 2D-поверхности внутренней опоры, и имеющей полости 170.
Тканеинженерная конструкция
Заменитель ткани/органа в соответствии с данной технологией включает конструкцию, созданную с помощью тканевой инженерии, которая включает одну или большее количество композиций биокрасок. В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь любую подходящую форму или размер. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь индивидуализированную 3D-структуру различных форм и размеров для ряда клинических применений, например, лицевые или черепно-лицевые применения, искусственная хрящевая ткань или их комбинации. В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь форму органа или ткани субъекта. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения орган или ткань выбирают из уха, носа, мениска, суставного хряща или сердечного клапана. В одном варианте осуществления данного изобретения указанным органом является ухо. Фиг. 1A демонстрирует вариант осуществления тканеинженерной конструкции 140, имеющей форму человеческого уха, в которой ушная раковина частично покрыта внешней опорой 120 в соответствии с вариантом осуществления данной технологии, а профилированные участки тканеинженерной конструкции «в форме уха» частично инкапсулируют внутреннюю опору 130.
В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная система может иметь 3D-структуру на основе компьютерной 3D-модели. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения компьютерная модель может включать 3D контралатеральный орган или ткань субъекта. В любом варианте осуществления данного изобретения субъектом является млекопитающее (например, кошка, собака, грызун или примат). В любом варианте осуществления данного изобретения субъектом является человек. Компьютерная 3D-модель может быть получена с помощью инструментов 3D-изображения. Пригодные инструменты 3D-визуализации включают, помимо прочего, клиническую компьютерную томографию (КТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ), лазерное сканирование, 3D-камеры или комбинации любых двух или большего количества из них.
Тканеинженерная конструкция может быть сконфигурирована таким образом, что размер указанной тканеинженерной конструкции больше, чем размер биосовместимой опорной конструкции, при этом тканеинженерная конструкция частично или полностью контактирует с биосовместимой опорной структурой. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может быть сконфигурирована так, что внутренние опоры биосовместимой опорной структуры полностью или частично инкапсулированы внутри указанной тканеинженерной конструкции.
В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может быть сконфигурирована так, что размер указанной тканеинженерная конструкции меньше, чем биосовместимой опоры, при этом указанная тканеинженерная конструкция полностью или частично покрыта и/или заключена во внешние опоры биосовместимой опорной конструкции. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество 2D внешних поверхностей тканеинженерной конструкции могут быть покрыты и/ или заключены внешней опорой биосовместимой опорной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь размер, превышающий возможности внешней опоры биосовместимой опорной конструкции, так что тканевая конструкция выступает (или выдается) за пределы внешней 2D-поверхности внешней опоры. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может выступать (или выдаваться) в одно или большее количество отверстий внешней опоры биосовместимой опорной конструкции.
-16
2
-8
2
В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может включать уникальный набор механических свойств, обеспечивающих ее надлежащее функционирование. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь одну или большее количество из следующих характеристик: модуль равновесия от около 2 кПа до около 2 МПа, мгновенный модуль от около 20 кПа до около 20 МПа и гидравлическая проницаемость от около 1x10 м/Па·с до около 1x10 м/Па·с. В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь модуль равновесия от около 2 кПа до около 2 МПа, от около 2 кПа до около 1,5 МПа, от около 2 кПа до около 1 МПа, от около 2 кПа до около 800 кПа, от около 2 кПа до около 600 кПа, от около 2 кПа до около 400 кПа или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения модуль равновесия может составлять 2 кПа, около 10 кПа, около 25 кПа, около 50 кПа, около 100 кПа, около 200 кПа, около 300 кПа, около 400 кПа, около 500 кПа, около 600 кПа, около 700 кПа, около 800 кПа, около 900 кПа, около 1 МПа, около 1,1 МПа, около 1,2 МПа, около 1,3 МПа, около 1,4 МПа, около 1,5 МПа, около 1,6 МПа, около 1,7 МПа, около 1,8 МПа, около 1,9 МПа, около 2 МПа или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
-16
2
-8
2
-13
2
-10
2
-12
2
-10
-11
2
-10
2
В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь мгновенный модуль от около 20 кПа до около 20 МПа, от 50 кПа до около 15 МПа, от около 100 кПа до около 10 МПа, от около 500 кПа до около 8 МПа, от около 1 МПа до около 5 МПа или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь мгновенный модуль около 20 кПа, около 40 кПа, около 60 кПа, около 80 кПа, около 100 кПа, около 200 кПа, около 300 кПа, около 400 кПа, около 500 кПа, около 600 кПа, около 700 кПа, около 800 кПа, около 900 кПа, около 1 МПа, около 2 МПа, около 3 МПа, около 4 МПа, около 5 МПа, около 6 МПа, около 7 МПа, около 8 МПа, около 9 МПа, около 10 МПа, около 11 МПа, около 12 МПа, около 13 МПа, около 14 МПа, около 15 МПа, около 16 МПа, около 17 МПа, около 18 МПа, около 19 МПа, около 20 МПа или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь гидравлическую проницаемость от около 11 x 10 м/ПА·с до около 1 x 10 м/ПА·с, от около 1 x 10 м/ПА·с до около 9 x 10м/ПА·с, от около 1 x 10 м/ПА·с до около 6 x 10, от около 1 x 10 м/ПА·с до около 3 x 10 м/ПА·с или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
Тканеинженерная конструкция может включать одну или большее количество композиций биокрасок. Термин «биокраска» или «композиция биокрасок» относится к краске, полученной из биоматериала. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биокраски могут включать, помимо прочего, гидрогель (например, альгинатный гидрогель), гиалуроновую кислоту, эластин, ламинин, агарозу, коллаген, хитозан, фибрин, гиалуроновую кислоту, каррагинан, полиэтиленоксид, полипропиленоксид, сополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида, гидроксипропилметилцеллюлозу, сополимер пропиленфумарата и этиленгликоля, поли(этиленгликоль)-со-поли(молочную кислоту), поли(виниловый спирт), олигопептиды KDL12, поли(н-изопропилакриламид) или комбинации двух или большего количества из них. Биокраска может иметь контролируемую скорость сшивания за счет регулирования переменных окружающей среды, включая, помимо прочего, температуру, pH, ионную силу, тепло, УФ-свет или добавление химических сшивающих агентов, таких как кальций, магний, барий, хондроитин, сульфат, карбодиимиды, рибоза, рибофлавин и тромбин. Пригодные гидрогели для применения в биокрасках для тканеинженерных конструкций описаны в патенте США № 9044335 под названием «COMPOSITE TISSUE-ENGINEERED INTERVERTEBRAL DISC WITH SELF-ASSEMBLED ANNULAR ALIGNMENT», поданном 5 мая 2010 г., полное содержание которого включено в данный документ посредством ссылки.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок тканеинженерной конструкции могут включать альгинатный гидрогель. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения альгинатный гидрогель может присутствовать в количестве от около 0,5% (мас./об.) до около 10% (мас./об.). Например, в любом варианте осуществления данного изобретения альгинатный гидрогель может присутствовать в количестве около 0,5% (мас./об.), около 0,6% (мас./об.), около 0,7% (мас./об.), около 0,8% (мас./об.), около 0,9% (мас./об.), около 1,0% (мас./об.), около 1,5% (мас./об.), около 2,0% (мас./об.), около 2,5% (мас./об.), около 3,0% (мас./об.), около 3,5% (мас./об.), около 4,0% (мас./об.), около 4,5% (мас./об.), около 5,0% (мас./об.), около 5,0% (мас./об.), около 5,5% (мас./об.), около 6,0% (мас./об.), около 6,5% (мас./об.), около 7,0% (мас./об.), около 7,5% (мас./об.), около 8,0 % (мас./об.), около 8,5% (мас./об.), около 9,0% (мас./об.), около 9,5% (мас./об.), около 10,0% (мас./об.) или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок тканеинженерной конструкции могут включать коллаген. Материалы на основе коллагена являются предпочтительными для применения их в тканеинженерных конструкциях. Способы сбора коллагена для применения в композициях биогелей, способы создания 3D-структур с применением композиций биогелей и способы приготовления композиций биогелей для применения в системах 3D-печати описаны в заявке PCT с серийным номером PCT/US2017/034582 под названием «3D PRINTABLE BIO GEL AND METHOD OF USE», поданной 25 мая 2017 г. и имеющей номер патентного реестра 113066-0104, все содержание которой включено в данное описание посредством ссылки для ознакомления со справочной информацией и изложенными в ней способами.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок тканеинженерной конструкции могут включать коллаген в количестве более чем около 5 мг/мл. Пригодные количества коллагена в биокрасках могут включать, помимо прочего, от около 5 мг/мл до около 200 мг/мл. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения коллаген может присутствовать в количестве около 5 мг/мл, около 10 мг/мл, около 15 мг/мл, около 20 мг/мл, около 25 мг/мл, около 30 мг/мл, около 35 мг/мл, около 40 мг/мл, около 45 мг/мл, около 50 мг/мл, около 55 мг/мл, около 60 мг/мл, около 65 мг/мл, около 70 мг/мл , около 75 мг/мл, около 80 мг/мл, около 85 мг/мл, около 90 мг/мл, около 95 мг/мл, около 100 мг/мл, около 105 мг/мл, около 110 мг/мл, около 115 мг/мл, около 120 мг/мл, около 125 мг/мл, около 130 мг/мл, около 135 мг/мл, около 140 мг/мл, около 145 мг/мл, около 150 мг/мл, около 155 мг/мл, около 160 мг/мл, около 165 мг/мл, около 170 мг/мл, около 175 мг/мл, около 180 мг/мл, около 185 мг/мл, около 190 мг/мл, около 195 мг/мл , около 200 мг/мл или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может включать одну или большее количество композиций биокрасок, содержащих коллаген I типа, коллаген III типа, коллаген IV типа, другие фибриллярные коллагены или их комбинацию.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок тканеинженерной конструкции могут дополнительно включать нейтрализатор и клеточную среду, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. Пригодные нейтрализаторы могут включать, помимо прочего, составы, содержащие, например, слабую кислоту. В любом варианте осуществления данного изобретения указанная тканеинженерная конструкция может быть клеточной или бесклеточной. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биокраски тканеинженерной конструкции могут включать клеточную среду, содержащую популяцию клеток, которые могут включать, помимо прочего, живые клетки, полученные и/или выделенные из ткани субъекта. Клеточная среда может дополнительно включать другие живые клетки; например, в любом варианте осуществления данного изобретения биокраски могут включать эпидермальные клетки, хондроциты и другие клетки, которые образуют мезенхимальные стволовые клетки, стволовые клетки, полученные из жировой ткани, хрящ, макрофаги, адипоциты, дермальные клетки, мышечные клетки, волосяные фолликулы, фибробласты, клетки органов, остеобласты, остеоциты и другие клетки, которые образуют кости, эндотелиальные клетки, клетки слизистой оболочки, плевральные клетки, клетки слухового прохода, клетки барабанной перепонки, перитонеальные клетки, шванновские клетки, эпителиальные клетки роговицы, клетки десны, нейрональные стволовые клетки центральной нервной системы, эпителиальные клетки трахеи или комбинации двух или большего количества из них.
5
7
5
5
5
5
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6
6
6
6
6
7
7
7
7
7
5
7
5
7
5
6
5
6
В любом варианте осуществления данного изобретения популяция клеток может присутствовать в количестве от около 1,0 x 10 клеток/мл до около 5,0 x 10 клеток/мл. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения количество клеток, присутствующих в биокрасках тканеинженерной конструкции, может включать около 1,0 x 10 клеток/мл, около 2,0 x 10 клеток/мл, около 3,0 x 10 клеток/мл, около 4,0 x 10 клеток/мл, около 5,0 x 10 клеток/мл, около 6,0 x 10 клеток/мл, около 7,0 x 10 клеток/мл, около 8,0 x 10 клеток/мл, около 9,0 x 10 клеток/мл, около 1,0 x 10 клеток/мл, около 2,0 x 10 клеток/мл, около 3,0 x 10 клеток/мл, около 4,0 x 10 клеток/мл, около 5,0 x 10 клеток/мл, около 6,0 x 10 клеток/мл, около 7,0 x 10 клеток/мл, около 8,0 x 10 клеток/мл, около 9,0 x 10 клеток/мл, около 1,0 x 10 клеток/мл, около 2,0 x 10 клеток/мл, около 3,0 x 10 клеток/мл, около 4,0 x 10 клеток/мл, около 5,0 x 10 клеток/мл, или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные количества клеток, присутствующие в биокрасках тканеинженерной конструкции, включают, помимо прочего, от около 1,0 x 10 клеток/мл до около 5,0 x 10 клеток/мл, от около 1,0 x 10 клеток/мл до около 1,0 x 10 клеток/мл, от около 1,0 x 10 клеток/мл до около 5,0 x 10 клеток/мл, от около 1,0 x 10 клеток/мл до около 5,0 x 10 клеток/мл или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок тканеинженерной конструкции может быть бесклеточной, если биокраски не содержат живых клеток. В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может быть сконфигурирована так, что указанная тканеинженерная конструкция имеет области или компоненты, которые могут быть бесклеточными или клеточными. Например, тканеинженерная конструкция может включать в себя объем композиции биокрасок, полностью или частично инкапсулированный во внутренней опоре, отделяющей объем композиции биокрасок от других частей тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения объем инкапсулированной композиции биокрасок может отличаться от объема неинкапсулированных биокрасок тканеинженерной конструкции. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения указанная тканеинженерная конструкция может включать в себя множество объемов одинаковых или разных композиций биокрасок, инкапсулированных двумя или большим количеством внутренних опор. В данном изобретении, конструкция, тканеинженерная конструкция включает множество композиций биокрасок.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок тканеинженерной конструкции могут дополнительно включать носители или добавки. Пригодные носители могут включать, помимо прочего, воду, водные растворы ионных солей (например, физиологический солевой раствор), фосфатный буферный раствор (PBS), клеточную среду, фетальную бычью сыворотку (FBS), минимальную необходимую среду Дульбекко (DMEM), фактор роста фибробластов (bFGF) и т.п. или их комбинации. Пригодные добавки включают, помимо прочего, факторы роста и сшивающие агенты. Пригодные сшивающие агенты включают, помимо прочего, рибофлавин, рибозу, полиэтиленгликоль (PEG), глутаральдегид, 1-этил-3- (3-диметиламинопропил)-карбодиимид гидрохлорид, генипин, хитозан и т.п. или их комбинации.
Биосовместимая опорная структура
Настоящая технология предлагает биосовместимую опорную структуру, которая включает в себя одну или большее количество внешних опор, внутренних опор или их комбинацию из биосовместимого материала. Фиг. 1B демонстрирует вариант осуществления биосовместимой опорной конструкции 110, имеющей внешнюю опору 120 и внутреннюю опору 130, при этом внутренняя опора соединена с одной или большим количеством 2D-поверхностей внешней опоры. В контексте данного документа термин «внешние опоры» относится к одному или большему количеству структурных компонентов, адаптированным к различным 2D или 3D-формам и размерам и сконфигурированным для применения в качестве экзоскелетной структуры, покрывающей одну или большее количество поверхностей тканеинженерной конструкции. Фиг. 1С демонстрирует внешнюю опору 120, сконфигурированную так, чтобы покрывать раковину тканеинженерной конструкции в форме уха. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения внешняя опора может полностью инкапсулировать в себе тканеинженерную конструкцию, так что внешняя опора будет полностью покрывать внешние поверхности тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения внешняя опора может частично покрывать одну или большее количество внешних поверхностей тканеинженерной конструкции. Фиг. 1С демонстрирует вариант осуществления внешней опоры 120, частично покрывающей раковину тканеинженерной конструкции в форме человеческого уха 140. В любом варианте осуществления данного изобретения внешняя опора может включать одну или большее количество полостей (то есть отверстий) для обеспечения потока материалов (например, питательных веществ, биологических продуктов жизнедеятельности, клеточных и тканевых материалов, например, растущих сосудистых и нервных структур, или т.п. или их комбинаций), при этом в указанной полости находится тканеинженерная конструкция.
В контексте данного документа термин «внутренняя опора» относится к одному или большему количеству структурных компонентов, адаптированных к различным 2D или 3D-формам и размерам и сконфигурированных так, чтобы служить внутренней каркасной структурой, которая полностью или частично инкапсулирована тканеинженерной конструкцией. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может быть полностью инкапсулирована тканеинженерной конструкцией, так что никакая часть внутренней опоры не выходит за пределы 2D внешних поверхностей тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может быть частично инкапсулирована тканеинженерной конструкцией, так что одна или большее количество частей внутренней опоры выходят за пределы одной или большего количества двухмерных внешних поверхностей тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может быть соединена с одной или большим количеством двумерных поверхностей внешней опоры и размещена от них дистально. В любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может включать одну или большее количество полостей (то есть отверстий) для обеспечения потока материалов (например, питательных веществ, биологических продуктов жизнедеятельности, клеточных и тканевых материалов, например, растущих сосудистых и нервных структур или тому подобное, или их комбинаций), при этом указанная полость может включать в себя объем композиции биокрасок, таких же или отличных от биокрасок, не находящейся в полости. Фиг. 1D демонстрирует внутреннюю опору 130, имеющую полость 170.
В любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может иметь 2D или 3D-форму, так что она занимает объем пространства внутри тканеинженерной конструкции, меньший, чем общий объем тканеинженерной конструкции. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения внешняя опора может частично покрывать одну или большее количество внешних поверхностей тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может полностью или частично разрушаться, абсорбироваться или рассасываться с образованием одной или большего количества полостей, каналов или их комбинаций в тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество полостей и/или каналов могут выходить за пределы одной или большего количества 2D внешних поверхностей тканеинженерной конструкции. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения полость и/или канал могут проходить через них, так что одна 2D внешняя поверхность тканеинженерной конструкции находится в гидравлическом сообщении с другой 2D внешней поверхностью тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество полостей и/или каналов могут выходить за пределы одной 2D внешней поверхности тканеинженерной конструкции, так что отсутствует жидкостная связь с другой 2D внешней поверхностью тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество полостей и/или каналов могут быть заполнены или способствовать потоку материалов (например, питательных веществ, биологических продуктов жизнедеятельности, клеточных и тканевых материалов и т.п., или их комбинаций).
В любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может быть сконфигурирована для полного или частичного инкапсулирования объема композиции биокрасок внутри тканеинженерной конструкции. В данном изобретении внутренние опоры образуют один или большее количество отдельных карманов полностью или частично инкапсулированной композиции биокрасок внутри тканеинженерной конструкции. Например, объем композиции биокрасок, инкапсулированный внутренней опорой, может быть таким же или отличаться от объема композиции биокрасок, неинкапсулированного внутренней опорой. В любом варианте осуществления данного изобретения объем инкапсулированной композиции биокрасок может отличаться от объема неинкапсулированных биокрасок тканеинженерной конструкции.
Не ограничиваясь теорией, считается, что внешняя опора и/или внутренняя опора усиливают жесткость тканеинженерной конструкции. Кроме того, внешняя и/или внутренняя опора может дополнительно усиливать модуль сжатия, модуль упругости, жесткость на изгиб и прочность на сдвиг. Это может ограничить искажение формы при внешнем сжатии путем удержания биоматериала. Например, опоры добавляют к осевой жесткости и жесткости при изгибе, а также к другим механическим свойствам, описанным в данном документе, тканеинженерным конструкциям, обеспечивая в некоторых случаях более жесткий материал внутри, а для внешних опор это достигается с минимальным применением материала за счет увеличения момента инерции поперечного сечения. В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество внешних опор, внутренних опор или их комбинаций биосовместимой опорной конструкции повышают значение одной или большего количества из следующих характеристик: осевая жесткость и жёсткость на сгибание, модуль сжатия, модуль упругости, жесткость на изгиб и прочность на сдвиг тканеинженерной конструкции в около 5-10 000 раз. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения осевая жесткость и жёсткость на сгибание, модуль сжатия, модуль упругости, жесткость на изгиб и прочность на сдвиг могут быть увеличены в около 5 раз, в около 10 раз, в около 20 раз, в около 30 раз, в около 40 раз, в около 50 раз, в около 60 раз, в около 70 раз, в около 80 раз, в около 90 раз, в около 100 раз, в около 200 раз, в около 300 раз, в около 400 раз, в около 500 раз, в около 1000 раз, в около 5000 раз, в около 10000 раз или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения еще одна внешняя опора, внутренняя опора или их комбинации имеют двумерную 2D-толщину, подходящую для достижения желаемых механических свойств, таких как модуль упругости при изгибе биосовместимой опоры или придания тканеинженерной конструкции желаемых механических свойств при растяжении, сжатии и изгибе, а также нагрузочной мощности. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения внешние опоры или внутренние опоры имеют 2D-толщину от около 10 мкм до около 2000 мкм. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения внешние опоры или внутренние опоры могут иметь 2D-толщину около 10 мкм, около 20 мкм, около 30 мкм, около 40 мкм, около 50 мкм, около 60 мкм, около 70 мкм, около 80 мкм, около 90 мкм, около 100 мкм, около 150 мкм, около 200 мкм, около 250 мкм, около 300 мкм, около 350 мкм, около 400 мкм, около 450 мкм, около 500 мкм, около 550 мкм, около 600 мкм, около 650 мкм, около 700 мкм, около 750 мкм, около 800 мкм, около 850 мкм, около 900 мкм, около 950 мкм, около 1000 мкм, около 1050 мкм, около 1100 мкм, около 1150 мкм, около 1200 мкм, около 1250 мкм, около 1300 мкм, около 1350 мкм, около 1400 мкм, около 1450 мкм, около 1500 мкм, около 1550 мкм, около 1600 мкм, около 1650 мкм, около 1700 мкм, около 1750 мкм, около 1800 мкм, около 1850 мкм, около 1900 мкм, около 1950 мкм, около 2000 мкм или в любом диапазоне, включающем любые из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные 2D-толщины включают, помимо прочего, значения от около 10 мкм до около 2000 мкм, от около 10 мкм до около 1500 мкм, от около 10 мкм до около 1000 мкм, от около 10 мкм до около 500 мкм, или находятся в любом диапазоне, включая любые из предыдущих значений и/или значения между ними.
В любом варианте осуществления данного изобретения внешние опоры или внутренние опоры могут включать одно или большее количество отверстий, проходящих через них от одной 2D-поверхности к противоположной параллельной поверхности внешней опоры и/или внутренней опоры, обеспечивающих поток материалов (например, питательных веществ, биологических продуктов жизнедеятельности, клеточных и тканевых материалов и т.п. или их комбинаций). Фиг. 1C демонстрирует внешнюю опору 120, имеющую одно или большее количество отверстий 150, а фиг. 1D демонстрирует внутреннюю опору, имеющую одно или большее количество отверстий 160. одно или большее количество отверстий могут иметь средний размер в диапазоне от около 1 мкм до около 10 000 мкм. В любом варианте осуществления данного изобретения средний размер одного или большего количества отверстий может включать, помимо прочего, около 1 мкм, около 5 мкм, около 10 мкм, около 20 мкм, около 30 мкм, около 40 мкм, около 50 мкм, около 1 мкм, около 5 мкм, около 10 мкм, около 20 мкм, около 30 мкм, около 40 мкм, около 50 мкм, около 60 мкм, около 70 мкм, около 80 мкм, около 90 мкм, около 100 мкм, около 200 мкм, около 300 мкм, около 400 мкм, около 500 мкм, около 600 мкм, около 700 мкм, около 800 мкм, около 900 мкм, около 1000 мкм, около 1500 мкм, около 2000 мкм, около 2500 мкм, около 3000 мкм, около 3500 мкм, около 4000 мкм, около 4500 мкм, около 5000 мкм, около 5500 мкм, около 6000 мкм, около 6500 мкм, около 7000 мкм, около 7500 мкм, около 8000 мкм, около 8500 мкм, около 9000 мкм, около 9500 мкм, около 10 000 мкм или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные диапазоны включают от около 1 мкм до около 10 000 мкм, от около 5 мкм до около 7500 мкм, от около 10 мкм до около 7000 мкм, от около 20 мкм до около 5000 мкм, от около 35 мкм до около 2500 мкм, или находятся в любом диапазоне, включая любые из предыдущих значений и/или значения между ними. Одно или большее количество отверстий могут иметь любую форму; например, форма одного или большего количества отверстий может быть круглой, овальной, эллиптической, многоугольной и т.п. или их комбинациями.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество поверхностей внешней опоры и/или внутренней опоры могут включать в себя один или большее количество выступающих элементов, соединенных с одной или большим количеством 2D-поверхностей внешней опоры и/или внутренней опоры и продолжающихся дистально от них. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения выступающие элементы могут включать в себя, помимо прочего, шипы, узелки, узлы, распорки, гребни и т.п. или их комбинации.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может включать любую комбинацию внешних опор и/или внутренних опор. Например, биосовместимая опорная структура может включать только одну или большее количество внешних опор, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. Биосовместимая опора в любом варианте осуществления данного изобретения может включать только одну или большее количество внутренних опор. В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может включать в себя одну или большее количество внешних опор и одну или большее количество внутренних опор. Например, часть внутренней опоры может быть соединена с 2D-поверхностью внешней опоры. В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может включать в себя внешнюю опору и внутреннюю опору, при этом одна или большее количество внешних опор не соединяются или не контактируют с одной или большим количеством внутренних опор.
Биосовместимая опорная структура может включать биосовместимый материал. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может включать, помимо прочего, полисахариды, биосовместимые полимеры, каучук, кремний, биосовместимые металлы (например, сталь, кобальт-хромовые сплавы, титан, титановые сплавы, магний, магниевые сплавы, цинк, цинковые сплавы, сплавы железа и т.п. или их комбинации), биосовместимую керамику, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, полиаминокислоты, природные и биополимеры (например, гликозаминогликаны, целлюлоза, хитозан, хитин, декстраны, желатин, коллаген, лигнины, полиаминокислоты, гликопротеины, эсластин, ламинины) или комбинации двух или большего количества из них. В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может включать биосовместимые полимеры; например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимые полимеры могут включать полилактиды (PLA), полигликолидную кислоту (PGA), сополимер лактида и гликолида (PLGA), полидиоксанон (PDO), поликапролактоны и их комбинации.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый полимер может иметь температуру плавления от около 50°C до около 290°C. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый полимер может иметь температуру плавления около 50°C, около 55°C, около 60°C, около 65°C, около 70°C, около 75°C, около 80°C. C, около 85°C, около 90°C, около 95°C, около 100°C, около 110°C, около 120°C, около 130°C, около 140°C, около 150°C, около 160°C, около 170°C, около 180°C, около 190°C, около 200°C, около 210°C, около 220°C, около 230°C, около 240°C, около 250°C, около 260°C, около 270°C, около 280°C, около 290°C или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может дополнительно включать одну или большее количество добавок. Например, одна или большее количество добавок могут включать, помимо прочего, сшивающие агенты.
Биосовместимый материал может быть биоразлагаемым, биоабсорбируемым, биорезорбируемым или их комбинацией. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может разлагаться, абсорбироваться или резорбироваться в физиологических условиях со скоростью от около 1 недели до около 7 лет. Пригодные скорости разложения, абсорбции или резорбции могут включать, помимо прочего, около 1 недели, около 2 недель, около 3 недель, около 1 месяца, около 2 месяцев, около 3 месяцев, около 4 месяцев, около 5 месяцев, около 6 месяцев, около 7 месяцев, около 8 месяцев, около 9 месяцев, около 10 месяцев, около 11 месяцев, около 1 года, около 1,5 года, около 2 лет, около 2,5 лет, около 3 лет, около 3,5 лет, около 4 лет, около 4,5 лет, около 5 лет, около 5,5 лет, около 6 лет, около 6,5 лет, около 7 лет, или быть в диапазонах, включающих и/или находящихся между любыми двумя из предыдущих значений. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения скорость разложения, абсорбции или резорбции может включать от около 1 недели до около 7 лет, от около 1 недели до около 5 лет, от около 1 недели до около 3 лет, от около 1 недели до около 1 года. от около 1 недели до около 6 месяцев, от около 1 недели до около 3 месяцев. Пригодные биоразлагаемые, биоабсорбируемые и/или биорезорбируемые материалы включают, помимо прочего, PLA, PGA, PLGA, PDO, поликапролактоны, биорезорбируемые сплавы металлов и их комбинации.
В любом варианте осуществления данного изобретения внутренняя опора может быть биоматериалом, отличным от материала внешней опоры. Например, внутренняя опора может быть биоматериалом, скорость разложения, абсорбции или резорбции которого отличается от скорости материала внешней опоры. В любом варианте осуществления данного изобретения биоматериал внутренней опоры имеет более длительную скорость разложения, абсорбции или резорбции, чем материал внешней опоры. В любом варианте осуществления данного изобретения биоматериал внутренней опоры имеет меньшую скорость разложения, абсорбции или резорбции, чем материал внешней опоры.
Когда материал представляет собой или включает биополимер, белок, гликопротеин (например, как указано выше), концентрация этого компонента может составлять от около 1000 мг/мл до около 2500 мг/мл. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может присутствовать в концентрации около 1000 мг/мл, около 1100 мг/мл, около 1200 мг/мл, около 1300 мг/мл, около 1400 мг/мл, около 1500 мг/мл. мг/мл, около 1600 мг/мл, около 1700 мг/мл, около 1800 мг/мл, около 1900 мг/мл, около 2000 мг/мл, около 2100 мг/мл, около 2200 мг/мл, около 2300 мг/мл. мл, около 2400 мг/мл, около 2500 мг/мл или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может присутствовать в концентрации от около 1500 мг/мл до около 2500 мг/мл, от около 1750 мг/мл до около 2200 мг/мл, от около 2000 мг/мл до около 2300 мг/мл или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
Биосовместимый материал может присутствовать в биосовместимой опорной структуре в количестве от около 1 до 100% от веса биосовместимой опорной структуры. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения количество биосовместимого материала, присутствующего по весу в биосовместимой опорной структуре, может составлять около 1%, около 5%, около 10%, около 15%, около 20%, около 25%, около 30%, около 35%, около 40%, около 45%, около 50%, около 55%, около 60%, около 65%, около 70%, около 75%, около 80%, около 85%, около 90%, около 95% или находиться в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные количества биосовместимого материала в биосовместимой опорной структуре включают, помимо прочего, от около 5% до около 100%, от 10% до около 100%, от около 50% до около 100%, от около 5% до около 20%, от около 90% до около 100% или находятся в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
Биосовместимая опорная структура обладает механическими свойствами, позволяющими поддерживать механические свойства тканеинженерной конструкции. В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может иметь одну или большее количество из следующих характеристик: модуль упругости при изгибе от около 0,2 ГПа до около 100 ГПа, модуль упругости от около 0,02 ГПа до около 100 ГПа или предел прочности на разрыв от около 1 МПа до около 1000 МПа.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может иметь модуль упругости при изгибе от около 0,2 ГПа до около 100 ГПа. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может иметь модуль упругости при изгибе около 0,2 ГПа, около 0,3 ГПа, около 0,4 ГПа, около 0,5 ГПа, около 0,6 ГПа, около 0,7 ГПа, около 0,8 ГПа, около 0,9 ГПа, около 1 ГПа, около 2 ГПа, около 3 ГПа, около 4 ГПа, около 5 ГПа, около 6 ГПа, около 7 ГПа, около 8 ГПа, около 9 ГПа, около 10 ГПа, около 11 ГПа, около 12 ГПа, около 13 ГПа, около 14 ГПа, около 15 ГПа, около 16 ГПа, около 17 ГПа, около 18 ГПа, около 19 ГПа, около 20 ГПа, около 25 ГПа, около 30 ГПа, около 35 ГПа, около 40 ГПа, около 45 ГПа, около 50 ГПа, около 55 ГПа, около 60 ГПа, около 65 ГПа, около 70 ГПа, около 75 ГПа, около 80 ГПа, около 85 ГПа, около 90 ГПа, около 95 ГПа, около 100 ГПа или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные значения модуля упругости при изгибе могут включать, помимо прочего, от около 0,2 ГПа до около 100 ГПа, от около 0,2 ГПа до около 50 ГПа, от около 0,2 ГПа до около 25 ГПа, от около 0,2 ГПа до около 15 ГПа, от около 1 ГПа до около 15 ГПа. ГПа, от около 5 до около 15 ГПа или диапазоны, включающие любые два из предыдущих значений, и/или быть могут в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может иметь модуль упругости от около 0,02 ГПа до около 100 ГПа. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может иметь модуль упругости около 0,02 ГПа, 0,04 ГПа, около 0,06 ГПа, около 0,08 ГПа, около 0,1 ГПа, около 0,2 ГПа, около 0,3 ГПа, около 0,4 ГПа, около 0,5 ГПа, около 0,6 ГПа, около 0,7 ГПа, около 0,8 ГПа, около 0,9 ГПа, около 1 ГПа, около 2 ГПа, около 3 ГПа, около 4 ГПа, около 5 ГПа, около 6 ГПа, около 7 ГПа, около 8 ГПа, около 9 ГПа, около 10 ГПа, около 11 ГПа, около 12 ГПа, около 13 ГПа, около 14 ГПа, около 15 ГПа, около 16 ГПа, около 17 ГПа, около 18 ГПа, около 19 ГПа, около 20 ГПа, около 25 ГПа, около 30 ГПа, около 35 ГПа, около 40 ГПа, около 45 ГПа, около 50 ГПа, около 55 ГПа, около 60 ГПа, около 65 ГПа, около 70 ГПа, около 75 ГПа, около 80 ГПа, около 85 ГПа, около 90 ГПа, около 95 ГПа, около 100 ГПа или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные значения модуля упругости могут включать, помимо прочего, от около 0,2 ГПа до около 100 ГПа, от около 0,2 ГПа до около 50 ГПа, от около 0,2 ГПа до около 25 ГПа, от около 0,2 ГПа до около 15 ГПа, от около 1 ГПа до около 15 ГПа. ГПа, от около 5 до около 15 ГПа или диапазоны, включающие любые два из предыдущих значений, и/или могут быть могут в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может иметь предел прочности на разрыв от около 1 МПа до около 1000 МПа. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может иметь предел прочности на разрыв около 1 МПа, около 2 МПа, около 3 МПа, около 4 МПа, около 5 МПа, около 6 МПа, около 7 МПа, около 8 МПа, около 9 МПа, около 10 МПа, около 20 МПа, около 25 МПа, около 30 МПа, около 35 МПа, около 40 МПа, около 45 МПа, около 50 МПа, около 55 МПа, около 60 МПа, около 65 МПа, около 70 МПа, около 75 МПа, около 80 МПа, около 85 МПа, около 90 МПа, около 95 МПа, около 100 МПа, около 150 МПа, около 200 МПа, около 250 МПа, около 300 МПа, около 350 МПа, около 400 МПа, около 450 МПа, около 500 МПа, около 550 МПа, около 600 МПа, около 650 МПа, около 700 МПа, около 750 МПа, около 800 МПа, около 850 МПа, около 900 МПа, около 950 МПа, около 1000 МПа или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
Композиция для заменителя ткани или органа включает тканеинженерную конструкцию и биосовместимую опорную структуру, взятых вместе, в любой конфигурации, как описано в данном документе, и обладает улучшенными механическими свойствами (например, прочностью).
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество внешних опор, внутренних опор или их комбинации биосовместимой опорной конструкции могут увеличивать нагрузочную мощность тканеинженерной конструкции от около 1% до около 10000%. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения нагрузочнаая мощность тканеинженерной конструкции может быть увеличена от около 1% до около 10000%, от около 1% до около 1000%, от около 1% до около 100%, от около 1% до около 10% или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные значения увеличения нагрузочной мощности могут включать, помимо прочего, около 1%, около 2%, около 3%, около 4%, около 5%, около 6%, около 7%, около 8%, около 9%, около 10%, около 11%, около 12%, около 13%, около 14%, около 15%, около 16%, около 17%, около 18%, около 19%, около 20%, около 30%, около 40% , около 50%, около 60%, около 70%, около 80%, около 90%, около 100%, около 200%, около 300%, около 400%, около 500%, около 600%, около 700%, около 800%, около 900%, около 1000%, около 2000%, около 3000%, около 4000%, около 5000%, около 6000%, около 7000%, около 8000%, около 9000%, около 10000% или могут находится в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
Композиция заменителя ткани или органа, в любом варианте осуществления данного изобретения, может выдерживать сжатие от около 1 кН до около 10000 кН и усилие сдвига от около 0,2 кН до около 1000 кН. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения композиция заменителя ткани или органа по данной технологии может выдерживать сжатие около 1 кН, 2 кН, около 3, кН, около 4 кН, около 5 кН, около 6 кН, около 7 кН, около 8 кН, около 9 кН, около 10 кН, около 20 кН, около 30 кН, около 40 кН, около 50 кН, около 60 кН, около 70 кН, около 80 кН, около 90 кН, около 100 кН, около 200 кН, около 300 кН, около 400 кН, около 500 кН, около 600 кН, около 700 кН, около 800 кН, около 900 кН, около 1000 кН, около 1500 кН, около 2000 кН, около 2500 кН, около 3000 кН, около 3500 кН, около 4000 кН, около 4500 кН, около 5000 кН, около 5500 кН, около 6000 кН, около 6500 кН, около 7000 кН, около 7500 кН, около 8000 кН, около 8500 кН, около 9000 кН, около 9500 кН, примерно 10 000 кН, или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные диапазоны сжатия могут включать, помимо прочего, от около 1 кН до около 10000 кН, от около 1 кН до около 5000 кН, от около 1 кН до около 1000 кН, от около 1 кН до около 500 кН, от около 1 кН до около 15 кН, от около 4 кН до около10 кН, или диапазоны, включающие любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения композиция для заменителя ткани или органа по данной технологии может выдерживать усилие сдвига от около 0,2 кН до около 1000 кН. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения композиция заменителя ткани или органа по данной технологии может выдерживать усилие сдвига, которое может составлять около 0,2 кН, около 0,3 кН, около 0,4 кН, около 0,5 кН, около 0,6 кН, около 0,7 кН, около 0,8 кН, около 0,9 кН, около 1,0 кН, около 10 кН, около 50 кН, около 100 кН, около 150 кН, около 200 кН, около 250 кН, около 300 кН, около 350 кН, около 400 кН, около 450 кН, около 500 кН, около 550 кН , около 600 кН, около 650 кН, около 700 кН, около 750 кН, около 800 кН, около 850 кН, около 900 кН, около 950 кН, около 1000 кН или может находится в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные диапазоны усилия сдвига включают, помимо прочего, от около 0,2 кН до около 1000 кН, от около 1 кН до около 500 кН, от около 10 кН до около 100 кН, от около 0,2 кН до около 0,9 кН или находятся в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
Способы
Данная технология предлагает способ изготовления композиции заменителя ткани или органа, который включает изготовление биосовместимой опорной структуры, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления; изготовление тканеинженерной конструкции, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления, включающее: нанесение одной или большего количества композиций биокрасок, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления, в биосовместимую опорную структуру или вокруг нее; сшивание одной или большего количества композиций биокрасок и, необязательно, повторение этапов нанесения и сшивания для образования тканеинженерной конструкции; и отверждение композиции заменителя ткани или органа; при этом биосовместимая опорная структура включает одну или большее количество из внешних опор, внутренних опор или их комбинаций из биосовместимого материала, и при этом биосовместимый материал присутствует в количестве от около 1% до около 100% по весу биосовместимой опорной структуры.
Фиг. 4A представляет блок-схему 400, демонстрирующую вариант осуществления способа изготовления композиции заменителя ткани или органа. Способ включает изготовление биосовместимых опорных структур (процесс 401), изготовление тканеинженерной конструкции (процесс 402) и отверждение тканеинженерной конструкции (процесс 403). Каждый из процессов (например, подпроцессов, подпрограмм или этапов) 401, 402 и 403 обсуждается ниже со ссылкой на фиг. 4B-4D.
Способ изготовления биосовместимой опорной конструкции может включать в себя одну или большее количество производственных систем или способов, включая, помимо прочего, термоформование, литье под давлением, ротационное формование, положительные пресс-формы, отрицательные пресс-формы, экструзию, субтрактивное производство, резку, лазерную резку, сверление, водоструйную резку, штамповку, прямую термосную резку, химическое травление, селективное термосное плавление, процессы погружения, нанесение покрытия распылением, селективное электростатическое покрытие, фрезерование и механическую обработку, трехмерную 3D-печать или комбинации двух или большего количества указанных способов. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения способ изготовления может включать трехмерную печать. Пригодные способы 3D-печати могут включать, помимо прочего, струйную печать, послойную печать, экструзионную печать или биопечать. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения нанесение может включать нанесение одного или большего количества слоев биосовместимого материала. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения 3D-печать может включать: нанесение одного или большего количества слоев биосовместимого материала на подложку; необязательно сшивание осажденного биосовместимого материала; и необязательно повторение этапов нанесения и необязательного сшивания для получения биосовместимой опорной структуры; при этом полученная биосовместимая опорная структура включает одну или большее количество из внешних опор, внутренних опор или их комбинаций из биосовместимого материала, и при этом биосовместимый материал присутствует в количестве от около 1% до около 100% по весу биосовместимой опорной структуры.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура может быть изготовлена с применением биосовместимых материалов, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления, с помощью систем 3D-печати, как описано в заявке PCT с серийным номером PCT/2018/034457 под названием «ASEPTIC PRINTER SYSTEM INCLUDING DUAL ARM-MECHANISM», поданной 24 мая 2018 г. и имеющей номер патентного реестра 113066-0107, все содержание которой включено в данный документ посредством ссылки для получения справочной информации и описания способов, изложенных в ней.
В любом варианте осуществления данного изобретения способ изготовления биосовместимой опорной конструкции может включать литье под давлением. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения нанесение может включать нанесение биосовместимого материала в пресс-форму биосовместимой опорной структуры; необязательно сшивание биосовместимого материала в пресс-форме и необязательно повторение этапов нанесения и необязательного сшивания; а также удаление биосовместимой опорной конструкции из пресс-формы. В любом варианте осуществления данного изобретения указанная пресс-форма может быть растворимой или нерастворимой, например, из полимера, металла или биоматериала. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения указанная пресс-форма может быть растворимой, так что пресс-форма растворяется с образованием внутренней полости в одной или большем количестве внешних опор, внутренних опор или их комбинациях. В любом варианте осуществления данного изобретения указанная пресс-форма может представлять собой растворимый материал в гранулированной форме, такой как песок, порошок и т.п., или их комбинации. Фиг. 2B демонстрирует растворимую пресс-форму 190 для формирования внутренней опоры для тканеинженерной конструкции в форме уха.
Фиг. 4B представляет блок-схему, относящаяся к варианту осуществления способа изготовления типовой биосовместимой опоры (процесс 401) для внутренней и/или внешней опоры.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления данного изобретения процесс 401 включает в себя выбор одной из внутренних или внешних опор для изготовления. После определения изготовления внутренней опоры (этап 410) типовой процесс изготовления включает в себя формирование 2D-листа биосовместимого материала (этап 411), термоформование 2D-листа на пресс-форму (этап 412), удаление пресс-формы (этап 413), и сшивание биосовместимого материала для получения внутренней опоры (этап 414).
Как дополнительно продемонстрировано на фиг. 4B, после определения изготовления внешней опоры (этап 420) типовой процесс изготовления включает в себя нанесение биосовместимого материала посредством 3D-печати или литья под давлением (этап 421), сшивание биосовместимого материала (этап 422) и отделение внешней опоры от подложки или пресс-формы (например, пресс-формы для литья под давлением) (этап 423).
По меньшей мере, в одном варианте осуществления данного изобретения для изготовления внешней опоры типовая методика включает нанесение биосовместимого материала посредством процесса осаждения сплавленным способом, с помощью 3D-принтера или литья под давлением и, необязательно, сшивание биосовместимого материала для формирования внешней опоры. Для изготовления внутренней опоры, типовая методика включает нанесение биосовместимого материала для формирования 2D-листа, термоформование 2D-листа на растворимой пресс-форме, растворение пресс-формы и, необязательно, сшивание биосовместимого материала для образования внутренней опоры.
Кроме того, по меньшей мере, в одном варианте осуществления данного изобретения технология изготовления тканеинженерной конструкции может включать нанесение биокрасок с использованием 3D-биопринтера и может дополнительно включать размещение биосовместимой опорной структуры на подложке (например, на рабочей поверхности для биопечати) и нанесение биокрасок посредством печати на опорную структуру и/или вокруг нее для получения указанной тканеинженерной конструкции в форме уха. Как дополнительно обсуждается в данном документе, указанный способ может включать нанесение биокрасок с применением метода формования и может включать размещение биосовместимой опорной структуры внутри формы тканеинженерной конструкции (например, пресс-формы, имеющей конфигурацию уха) и нанесение одного или большего количества слоев биологических красок на пресс-форму.
Кроме того, способ изготовления тканеинженерной конструкции в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения может включать процесс отверждения. Процесс отверждения может включать помещение конструкции в ванну со средой (например, при около 37°C) и отверждение в течение ночи (например, в течение около 12 часов) для 3D печатных конструкций; или помещение пресс-формы в ванну со средой, извлечение конструкции из пресс-формы через пару часов (например, через 2 часа) и отверждение конструкции в течение ночи для конструкций, полученных литьем под давлением.
В любом варианте осуществления данного изобретения способ изготовления биосовместимой опорной структуры может включать термоформование. Способ термоформования может включать любые пригодные известные способы термоформования, такие как способы, пригодные для термоформования пористого и/или непористого 2D-листа. Такие способы термоформования могут включать нагрев 2D-листа и вакуумирование на пресс-форме или нагрев 2D-листа и формование с применением опозитивной и негативной пресс-формы.
Например, в любом варианте осуществления данного изобретения термоформование включает приведение в контакт 2D-листа биосовместимого материала с подложкой, при этом подложка включает одну или большее количество пресс-форм, сформированных для образования одной или большего количества внешних опор, внутренних опор или их комбинаций; нагревание 2D-листа биосовместимого материала для термоформования 2D-листа в соответствии с формой одной или нескольких форм для получения одной или большего количества внешних опор, внутренних опор или их комбинаций; и удаление одной или большего количества внешних опор, внутренних опор или их комбинаций из пресс-формы. В любом варианте осуществления данного изобретения термоформование может дополнительно включать повторение одного или большего количества из следующих процессов: приведения в контакт, нагревания и удаления одной или большего количества пресс-форм для получения желаемой формы одной или большего количества внешних опор, внутренних опор или их комбинаций. Фиг. 2С демонстрирует 2D пористый лист, термоформованный на пресс-форму внутренней опоры.
В любом варианте осуществления данного изобретения 2D-лист может быть изготовлен из 3D печатных, формованных, тканых или трикотажных волокон. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения 2D-лист может быть 3D печатным волокном с применением описанных в данном документе способов 3D-печати. В любом варианте осуществления данного изобретения 2D-лист может быть пористым или непористым. В любом варианте осуществления данного изобретения пористый 2D-лист может включать в себя одно или большее количество отверстий, имеющих средний размер в диапазоне от около 1 мкм до около 10000 мкм, как описано в данном документе в любом варианте осуществления данного изобретения. Одно или большее количество отверстий могут иметь любую форму; например, форма одного или большего количества отверстий может быть круглой, овальной, эллиптической, многоугольной и т.п. или их комбинациями. Фиг. 2A продемонстрирован 2D лист 180, имеющий одно или большее количество отверстий в соответствии с вариантом осуществления данной технологии.
В любом варианте осуществления данного изобретения волокна могут иметь диаметр от около 10 мкм до около 2000 мкм. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения внешние опоры или внутренние опоры могут иметь 2D-толщину около 10 мкм, около 20 мкм, около 30 мкм, около 40 мкм, около 50 мкм, около 60 мкм, около 70 мкм, около 80 мкм, около 90 мкм, около 100 мкм, около 150 мкм, около 200 мкм, около 250 мкм, около 300 мкм, около 350 мкм, около 400 мкм, около 450 мкм, около 500 мкм, около 550 мкм, около 600 мкм, около 650 мкм, около 700 мкм, около 750 мкм, около 800 мкм, около 850 мкм, около 900 мкм, около 950 мкм, около 1000 мкм, около 1050 мкм, около 1100 мкм, около 1150 мкм, около 1200 мкм, около 1250 мкм, около 1300 мкм, около 1350 мкм, около 1400 мкм, около 1450 мкм, около 1500 мкм, около 1550 мкм, около 1600 мкм, около 1650 мкм, около 1700 мкм, около 1750 мкм, около 1800 мкм, около 1850 мкм , около 1900 мкм, около 1950 мкм, около 2000 мкм или могут находится в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. Пригодные значения 2D-толщины включают, помимо прочего, значения от около 10 мкм до около 2000 мкм, от около 10 мкм до около 1500 мкм, от около 10 мкм до около 1000 мкм, от около 10 мкм до около 500 мкм, или находятся в любом диапазоне, включая любые из предыдущих значений и/или в их пределах.
В любом варианте осуществления данного изобретения подложка может включать поверхность 3D-принтера (например, рабочую поверхность 3D-принтера). В любом варианте осуществления данного изобретения указанная подложка может включать пресс-форму, пригодную для применения в одном или большем количестве из следующих способов: литье под давлением, ротационное формование, положительные пресс-формы, отрицательные пресс-формы и т.п. В любом варианте осуществления данного изобретения указанная подложка может включать поверхность производственного устройства, пригодного для выполнения субтрактивного производства, фрезерования и механической обработки или тому подобного. В любом варианте осуществления данного изобретения указанная подложка может представлять собой пресс-форму, имеющую 3D-форму тканеинженерной конструкции.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал является сшитым. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может быть подвергнут условиям сшивания для получения сшитого или полимеризованного биосовместимого материала. Пригодные условия сшивания могут включать, помимо прочего, УФ-облучение. В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый материал может не включать сшивание. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения после осаждения биоматериал может включать этап охлаждения, этап сплавления и т.п. или их комбинации.
В способе по данной технологии, способ изготовления биосовместимой опорной структуры может включать нанесение одного или большего количества слоев биосовместимого материала таким образом, чтобы одна или большее количество внешних опор и/или внутренних опор имели 2D-толщину от около 10 мкм до около 2000 мкм, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления.
В способе по данной технологии, биосовместимый материал может включать биосовместимый материал, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимый полимер может иметь температуру плавления от около 50°C до около 290°C, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления.
В любом варианте осуществления данного изобретения биосовместимая опорная структура, полученная способом изготовления, может иметь одну или большее количество из следующих характеристик: модуль упругости при изгибе от около 0,2 ГПа до около 100 ГПа, модуль упругости от около 0,2 ГПа до около 100 ГПа или предел прочности при растяжении от около 1 МПа до около 1000 МПа, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления.
В любом варианте осуществления данного изобретения указанный способ может дополнительно включать стерилизацию биосовместимой опорной структуры. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения стерилизация может включать, помимо прочего, гамма-облучение, инкубацию с надуксусной кислотой, автоклавирование, УФ-облучение, пероксидную стерилизацию, обработку сверхкритической жидкостью и т.п. или их комбинации.
Изготовление тканеинженерной конструкции включает нанесение одного или большего количества слоев одной или большего количества композиций биокрасок, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. В любом варианте осуществления данного изобретения изготовление тканеинженерной конструкции может включать в себя одну или большее количество систем или способов изготовления; например, в любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество производственных систем или способов могут включать литье под давлением, ротационное формование, положительные пресс-формы, отрицательные пресс-формы, субтрактивное производство, фрезерование и механическую обработку, а также 3D-печать. В любом варианте осуществления данного изобретения указанный способ изготовления может включать 3D-печать, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения нанесение может включать нанесение одного или большего количества слоев одной или большего количества композиций биокрасок на биосовместимую опорную структуру или вокруг нее с помощью 3D-принтера; сшивание одной или большего количества композиций биокрасок и, необязательно, повторение этапа нанесения и сшивания для получения тканеинженерной конструкции; и отверждение композиции заменителя ткани или органа.
Фиг. 4С демонстрирует процесс 402 изготовления тканеинженерной конструкции в соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления. Процесс 402 может включать применение по меньшей мере одного 3D-принтера для печати биосовместимой опорной конструкции (этап 430). Процесс дополнительно включает в себя размещение биосовместимой опорной структуры на подложке (например, на рабочей поверхности) (этап 431) и нанесение биокрасок на биосовместимую опорную структуру и/или вокруг нее (этап 432).
В любом варианте осуществления данного изобретения изготовление тканеинженерной конструкции может включать литье под давлением. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения нанесение может включать нанесение одной или большего количества композиций биокрасок в пресс-форму, содержащую биосовместимую опорную структуру; сшивание одной или большего количества композиций биокрасок в форме и, необязательно, повторение этапов нанесения и сшивания для получения тканеинженерной конструкции; и отверждение композиции заменителя ткани или органа, при этом пресс-форма может быть удалена до или после этапа отверждения. В любом варианте осуществления данного изобретения указанный способ может включать удаление пресс-формы после отверждения композиции заменителя ткани или органа. В любом варианте осуществления данного изобретения указанный способ может включать удаление пресс-формы до отверждения композиции заменителя ткани или органа. Фиг. 3А демонстрирует внутренний вид пресс-формы 191, сконфигурированной и сконтурированной для литья под давлением тканеинженерной конструкции в форме уха и имеющей половинки 191, 192 в качестве первой и второй частей пресс-формы. Часть 192 пресс-формы включает первую полость 194, а часть 193 пресс-формы включает вторую полость 195. Фиг. 3В демонстрирует внешний вид пресс-формы 191, сконфигурированной и сконтурированной для литья под давлением тканеинженерной конструкции в форме уха.
Как обсуждалось выше, фиг. 4C изображает процесс 402 изготовления тканеинженерной конструкции в соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления. В определенных вариантах осуществления данного изобретения процесс 402 включает изготовление тканеинженерной конструкции посредством литья под давлением (этап 440). Указанный процесс может дополнительно включать размещение биосовместимой опорной структуры в пресс-форме (этап 441) и нанесение биокрасок в пресс-форму (этап 442).
В любом варианте осуществления данного изобретения биокраски являются сшитыми. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения биокраски могут быть подвергнуты условиям сшивания для получения сшитых или полимеризованных биокрасок. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения сшивание может включать УФ-облучение, добавление солей, нейтрализацию pH, термическое сшивание и т.п. или их комбинации.
Композиция заменителя ткани или органа подвергается этапу отверждения после сшивания. В любом варианте осуществления данного изобретения указанный способ включает отверждение композиции заменителя ткани или органа, при температуре от около 4°C до около 50°C. Пригодные температуры отверждения могут включать, помимо прочего, от около 4°C до около 50°C, от около 15°C до около 45°C, от около 30°C до около 40°C, от около 34°C до около 37°C, от около 35°C до около 37°C, от около 36°C до около 37°C или могут находиться в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах. В любом варианте осуществления данного изобретения композиция заменителя ткани или органа может быть помещена в буферный раствор или клеточную среду во время этапа отверждения. В любом варианте осуществления данного изобретения пригодные буферные растворы включают, помимо прочего, забуференный фосфатом физиологический солевой раствор, раствор хлорида натрия, фосфатсодержащие растворы, фосфатный буферный раствор, сбалансированный солевой раствор Хенкса и буфер MES. Пригодная клеточная среда может включать, помимо прочего, сыворотку, бессывороточную среду, HEPES, DMEM и т.п. или их комбинации, дополненные bFGF, FBS, аскорбатом и т.п. или их комбинациями. В любом варианте осуществления данного изобретения указанный способ может включать отверждение композиции заменителя ткани или органа в буферном растворе и клеточной среде. В любом варианте осуществления данного изобретения отверждение может происходить в течение от около 3 часов до около 24 часов. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения может происходить в течение около 3 часов, около 4 часов, около 5 часов, около 6 м, около 7 часов, около 8 часов, около 9 часов, около 10 часов, около 11 часов, около 12 часов, около 13 часов, около 14 часов, около 15 часов, около 16 часов, около 17 часов, около 18 часов, около 19 часов, около 20 часов, около 21 часов, около 22 часов, около 23 часов, около 24 часов или в любом диапазоне, включающем любые два из предыдущих значений, и/или в их пределах.
Фиг. 4D демонстрирует блок-схему процесса в соответствии с вариантом осуществления. В частности, продемонстрирован процесс 403 отверждения тканеинженерной конструкции. В соответствии с вариантом осуществления, процесс 403 включает помещение конструкции в ванну со средой (этап 451) и предоставление возможности конструкции отвердеть в течение достаточного периода времени (этап 452).
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут включать, помимо прочего, альгинат, агарозу, коллаген, хитозан, фибрин, гиалуроновую кислоту, ламинин, эластин, каррагинан, оксид полиэтилена, сополимер полиэтиленоксида и полипропилена, гидроксипропилметилцеллюлозу, сополимер пропиленфумарата и этиленгликоля, поли(этиленгликоль)-со-поли(молочную кислоту), поли(виниловый спирт), олигопептиды KDL12, поли (n-изопропилакриламид) или комбинации двух или большего количества из них. Одна или большее количество композиций биокрасок могут иметь контролируемую скорость сшивания за счет регулирования переменных окружающей среды, включая, помимо прочего, температуру, pH, ионную силу, тепло, свет или добавление химических сшивающих агентов, таких как кальций, магний, барий, хондроитин, сульфат и тромбин, рибофлавин, кабодиимиды и тому подобное. Пригодные гидрогели для применения в биокрасках для тканеинженерных конструкций описаны в патенте США № 9044335 под названием «COMPOSITE TISSUE-ENGINEERED INTERVERTEBRAL DISC WITH SELF-ASSEMBLED ANNULAR ALIGNMENT», поданном 5 мая 2010 г., полное содержание которого включено в данный документ посредством ссылки.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок может включать альгинатный гидрогель, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения альгинатный гидрогель может присутствовать в количестве от около 0,5% (мас./об.) до около 10% (мас./об.). В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут включать коллаген, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут включать коллаген в количестве более чем около 5 мг/мл. В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут включать коллаген I типа, коллаген II типа или их комбинацию.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут дополнительно включать нейтрализатор и клеточную среду, как описано в данном документе, в любом варианте осуществления. Пригодные нейтрализаторы могут включать, помимо прочего, составы, содержащие, например, слабую кислоту. В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут быть клеточными или бесклеточными. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут включать клеточные среды, содержащие живые клетки. Клеточная среда может дополнительно включать другие живые клетки; например, в любом варианте осуществления данного изобретения биокраски могут включать эпидермальные клетки, хондроциты и другие клетки, которые образуют мезенхимальные стволовые клетки, стволовые клетки, полученные из жировой ткани, макрофаги, адипоциты, дермальные клетки, мышечные клетки, волосяные фолликулы, фибробласты, клетки органов, остеобласты, остеоциты и другие клетки, которые образуют кости, эндотелиальные клетки, клетки слизистой оболочки, плевральные клетки, клетки слухового прохода, клетки барабанной перепонки, перитонеальные клетки, шванновские клетки, эпителиальные клетки роговицы, клетки десны, нейрональные стволовые клетки центральной нервной системы, эпителиальные клетки трахеи или комбинации двух или большего количества из них. В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут быть бесклеточными, если одна или большее количество композиций биокрасок не содержат живых клеток.
В любом варианте осуществления данного изобретения одна или большее количество композиций биокрасок могут дополнительно включать носители или добавки. Пригодные носители могут включать, помимо прочего, воду, водные растворы ионных солей (например, гидроксид натрия), фосфатный буферный раствор (PBS), клеточную среду, фетальную бычью сыворотку (FBS), минимальную необходимую среду Дульбекко (DMEM), фактор роста фибробластов (bFGF) и т.п. или их комбинации. Пригодные добавки включают, помимо прочего, сшивающие агенты. Пригодные сшивающие агенты включают, помимо прочего, рибофлавин, рибозу, полиэтиленгликоль (PEG), глутаральдегид, 1-этил-3- (3-диметиламинопропил)-карбодиимид гидрохлорид, генипин, хитозан и т.п. или их комбинации.
В любом варианте осуществления данного изобретения изготовление биосовместимой опорной структуры или изготовление тканеинженерной конструкции может происходить последовательно или одновременно.
В любом варианте осуществления данного способа тканеинженерная конструкция может иметь любую подходящую форму или размер. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь индивидуализированную 3D-структуру различных форм и размеров для ряда клинических применений, например, лицевые или черепно-лицевые применения, искусственная хрящевая ткань или их комбинации. В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная конструкция может иметь форму органа или ткани субъекта. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения орган или ткань выбирают из уха, носа, мениска, суставного хряща, трахеи или сердечного клапана. В одном варианте осуществления данного изобретения указанным органом является ухо.
В любом варианте осуществления данного изобретения тканеинженерная система может иметь 3D-структуру на основе компьютерной 3D-модели. Например, в любом варианте осуществления данного изобретения компьютерная модель может включать 3D контралатеральный орган или ткань субъекта. В любом варианте осуществления данного изобретения субъектом является млекопитающее (например, кошка, собака, грызун или примат). В любом варианте осуществления данного изобретения субъектом является человек. Компьютерная 3D-модель может быть получена с помощью инструментов 3D-изображения. Пригодные инструменты 3D-визуализации включают, помимо прочего, клиническую компьютерную томографию (КТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ), лазерное сканирование, 3D-камеры или комбинации любых двух или большего количества из них.
В любом варианте осуществления данного изобретения композиция заменителя ткани или органа может выдерживать одно или большее количество сжатий от около 1 до около 10000 кН или усилия сдвига от около 0,2 до около 1000 кН, как описано в данном документе в любом варианте осуществления.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления данного изобретения способы изготовления композиции заменителя ткани или органа по данной технологии представляют собой способ в соответствии с этапами, проиллюстрированными на фиг. 4A-4D.
Данное изобретение, описанное таким образом в общих чертах, будет легче понять, если обратиться к вышеприведенным примерам, которые приведены в качестве иллюстрации и не предназначены для ограничения данного изобретения.
Несмотря на то, что были проиллюстрированы и описаны определенные варианты осуществления данного изобретения, следует понимать, что в них могут быть внесены изменения и модификации в соответствии с обычными навыками в данной области без отклонения от технологии в ее более широких аспектах, как определено в следующей формуле изобретения.
Варианты осуществления данного изобретения, иллюстративно описанные в данном документе, могут быть соответствующим образом осуществлены на практике в отсутствие какого-либо элемента или элементов, ограничения или ограничений, конкретно неописанных в данном документе. Таким образом, например, термины «состоящий», «включающий», «содержащий» и т.д. следует понимать в широком смысле и без ограничений. Кроме того, примененные в данном документе термины и выражения использовались в качестве терминов описания, а не ограничения, и при использовании таких терминов и выражений нет намерения исключать какие-либо эквиваленты показанных и описанных признаков или их частей, но признается, что возможны различные модификации в пределах объема заявленной технологии. Кроме того, фразу «состоящий по существу из» следует понимать как включающую в себя те элементы, которые конкретно перечисляются, и те дополнительные элементы, которые существенно не влияют на основные и новые характеристики заявленной технологии. Фраза «состоящий из» исключает любой неуказанный элемент.
Настоящее изобретение не должно ограничиваться конкретными вариантами его осуществления, описанными в этой заявке. Многие модификации и вариации могут быть выполнены без отклонения от его сущности и объема, что будет очевидно специалистам в данной области техники. Функционально эквивалентные способы и композиции, входящие в объем данного изобретения, в дополнение к перечисленным в данном документе, будут очевидны специалистам в данной области техники из предшествующих описаний. Предполагается, что такие модификации и изменения входят в объем прилагаемой формулы изобретения. Следовательно, данное изобретение должно быть ограничено только определениями прилагаемой формулы изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, которые относятся к данным пунктам формулы изобретения. Следует понимать, что это изобретение не ограничивается конкретными способами, реагентами, соединениями или композициями, которые, конечно, могут варьироваться. Также следует понимать, что использованная в данном документе терминология предназначена исключительно для описания конкретных вариантов осуществления данного изобретения и не предназначена для ограничения объема изобретения.
Кроме того, если признаки или аспекты данного изобретения описаны в терминах групп Маркуша, специалистам в данной области техники будет понятно, что данное изобретение также таким образом описано в терминах любого отдельного представителя или подгруппы представителей группы Маркуша.
Как будет понятно специалисту в данной области техники, для любых и всех целей, особенно с точки зрения предоставления письменного описания, все диапазоны, описанные в данном документе, также охватывают любые и все возможные поддиапазоны и их комбинации. Любой перечисленный диапазон можно легко распознать как в достаточной мере описывающий и позволяющий разбить один и тот же диапазон, по меньшей мере, на равные половины, трети, четверти, пятые, десятые и т.д. В качестве неограничивающего примера каждый обсуждаемый в данном документе диапазон можно легко разделить на нижнюю треть, среднюю треть и верхнюю треть и т.д. Как также будет понятно специалисту в данной области техники, все термины, такие как «до», «по меньшей мере», «больше чем», «меньше чем» и подобные, включают указанное число и относятся к диапазонам, которые впоследствии могут быть разбиты на поддиапазоны, как описано выше. Наконец, как будет понятно специалисту в данной области техники, диапазон включает каждого отдельного представителя.
Хотя это описание содержит множество конкретных деталей реализации, их не следует рассматривать как ограничения объема заявленных положений, а скорее как описания функций, характерных для конкретных реализаций. Некоторые функции, описанные в этом документе в контексте отдельных реализаций, также могут быть реализованы в комбинации в одной реализации. И наоборот, различные функции, описанные в контексте одной реализации, также могут быть реализованы во множестве реализаций по отдельности или в любой подходящей подкомбинации. Более того, хотя признаки могут быть описаны выше как действующие в определенных комбинациях и даже первоначально заявленные как таковые, один или большее количество признаков заявленной комбинации в некоторых случаях могут быть исключены из комбинации, а заявленная комбинация может быть направлена на подкомбинацию или вариацию подкомбинации.
Термины «спаренный», «соединенный» и т.п., которые могут применяться в данном документе, означают соединение двух компонентов, прямо или косвенно, друг с другом. Такое соединение может быть стационарным (например, постоянным) или подвижным (например, съемным или разъёмным). Такое соединение может быть достигнуто с помощью двух компонентов или двух компонентов и любых дополнительных промежуточных компонентов, сформированных как единое целое друг с другом, или с помощью двух компонентов или двух компонентов и любых дополнительных промежуточных компонентов прикрепленных друг к другу.
Все публикации, заявки на патенты, выданные патенты и другие документы, упомянутые в данном описании, включены в данное описание в качестве ссылки, как если бы каждая отдельная публикация, заявка на патент, выданный патент или другой документ специально и индивидуально указывались для включения в качестве ссылки в полном объеме. Определения, содержащиеся в тексте, включенном посредством ссылки, исключаются в той степени, в которой они противоречат определениям.