管状组织构造和打印方法技术

描述了带有或不带有嵌入式血管系统的3D打印管状构造(诸如肾单位)以及打印管状组织构造的方法。

Tubular structure and printing methods

The 3D printing tubular structure (such as kidney units) with or without an embedded vascular system and a method for printing tubular tissue structures are described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】管状组织构造和打印方法本专利文件根据35U.S.C.§119(e)要求于2015年5月5日提交的临时美国专利申请序列号62/157,286的申请日权益，该专利申请通过引用在此并入。本文中引用的所有专利、专利申请和公开以及其它参考文献通过引用以其整体在此并入。这些公开出版物整体的公开内容通过引用在此并入以更完整地描述本领域技术人员在本文所描述和要求的专利技术之日所了解的技术状态。由联邦资助的研究或开发本专利技术是在国家科学基金会EAGER授予的合同号CMMI-1548261的政府支持下完成的。政府对本专利技术具有一定的权利。
技术介绍
本公开大体上涉及组织工程学，更具体而言，涉及制造包括嵌入式血管系统和/或管的管状组织构造。根据需要产生三维(3D)血管组织的能力能够在组织工程学、药物筛选、毒理学、3D组织培养和器官修复方面获得科技进步。为产生模拟天然组织的3D工程组织构造并最终产生器官，若干关键组成部分——细胞、胞外基质(ECM)、上皮组织和血管系统——可能需要以复杂的排列方式组装。这些组成部分中的每一种均起到至关重要的作用：细胞是所有活系统的基本单元，ECM提供了结构支持，上皮组织提供了基本文档来自技高网...

【技术保护点】
打印管状组织构造的方法，包括：将一个或多个牺牲单丝沉积在基材之上或之中以形成功能通道图案，每个牺牲单丝包括逃逸墨水和多种预定类型的活细胞，其中每种预定类型的活细胞沿牺牲单丝的长度沉积在不同的预定位置；用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案，去除逃逸墨水以在胞外基质组合物中产生一个或多个功能通道，每种不同预定类型的活细胞的至少一部分在去除逃逸墨水之后留在不同预定位置处，从而形成管状构造。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.05 US 62/157,2861.打印管状组织构造的方法，包括：将一个或多个牺牲单丝沉积在基材之上或之中以形成功能通道图案，每个牺牲单丝包括逃逸墨水和多种预定类型的活细胞，其中每种预定类型的活细胞沿牺牲单丝的长度沉积在不同的预定位置；用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案，去除逃逸墨水以在胞外基质组合物中产生一个或多个功能通道，每种不同预定类型的活细胞的至少一部分在去除逃逸墨水之后留在不同预定位置处，从而形成管状构造。2.如权利要求1所述的方法，其中所述管状组织构造是肾单位或肾单位的管部分。3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述基材是可灌注碎片。4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，将所述管状组织构造与一种或多种生物剂、生物剂梯度、压力和/或氧张力梯度相接触。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物剂、生物剂梯度、压力和/或氧张力梯度还指引管状组织构造的发育、分化和/或功能化。6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述多种预定类型的活细胞包括以下中的至少两种：肾近端小管细胞、髓袢细胞、肾远端小管细胞、集合管细胞、系膜细胞、肾微血管细胞、肾细胞祖源、多能或多效干细胞、其它内皮细胞系和有窗孔肾小球内皮细胞。7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括：将一个或多个牺牲单丝沉积在基材之上或之中以形成互穿的管网络，每个牺牲单丝包括第二逃逸墨水；和去除第二逃逸墨水，从而在管状构造中形成互穿的管网络。8.如权利要求7所述的方法，还包括将活上皮或内皮细胞的悬浮液注入到一个或多个管中。9.如权利要求7-8中任一项所述的方法，其中所述互穿的管网络包括贯穿功能通道图案的血管图案。10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案发生于一个或多个牺牲单丝的沉积过程中，所述一个或多个功能通道图案由此形成同时被嵌入到胞外基质组合物中。11.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案发生于一个或多个牺牲单丝的沉积之后，所述一个或多个功能通道图案由此形成并在用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案的步骤之后嵌入。12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中去除逃逸墨水包括冷却一个或多个牺牲单丝。13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述一个或多个牺牲单丝中的每个在被沉积到基材之上或之中前通过单个打印头挤出。14.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述一个或多个牺牲单丝中的每个通过多个打印头挤出。15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述管状组织构造是肾单位、肠、乳导管、汗腺、结肠、食管、胃、咽鼓管、气道上皮、附睾、曲细精管、尿道、肝胆管、胰管、胆总管、脑脊髓室和导管、腮腺、口腔黏膜、输卵管、输精管或淋巴。16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，还包括将各自包括多个活细胞的一个或多个载有细胞的单丝沉积在基材之上或之中以形成一个或多个组织图案，每个组织图案均包括一种或多种预定细胞类型。17.如权利要求1-16中任一项所述的方法，还包括将各自包括一种或多种胞外基质组分的一个或多个额外单丝沉积在基材之上或之中以形成带有图案的化学上异质的基质。18.如权利要求17所述的方法，其中所述一个或多个额外单丝载有细胞，其中每个均包括一种或多种活细胞类型。19.打印管状组织构造的方法，包括：将一个或多个牺牲单丝沉积在基材之上或之中以形成功能通道图案，每个牺牲单丝包括逃逸墨水和多种预定类型的结合区，其中每种预定类型的结合区沿牺牲单丝的长度沉积在不同预定位置，并且能够结合预定类型的靶细胞；用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案，去除逃逸墨水以在胞外基质组合物中产生一个或多个功能通道，不同预定类型的结合区的至少一部分在去除逃逸墨水之后留在不同预定位置处；和将包括至少一种预定类型的靶细胞的悬浮液注入到功能通道中，其中所述靶细胞结合到相应的预定类型的结合区，从而形成管状构造。20.如权利要求19所述的方法，其中所述基材是可灌注芯片。21.如权利要求19-20中任一项所述的方法，将所述管状组织构造与一种或多种生物剂、生物剂梯度、压力和/或氧张力梯度相接触。22.如权利要求19-21中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物剂、生物剂梯度、压力和/或氧张力梯度还指引管状组织构造的发育、分化和/或功能化。23.如权利要求19-22中任一项所述的方法，其中所述悬浮液包括多种预定类型的靶细胞。24.如权利要求19-23中任一项所述的方法，其中所述管状组织构造是肾单位或肾单位的管部分。25.如权利要求19-24中任一项所述的方法，其中所述预定类型的靶细胞选自肾近端小管细胞、髓袢细胞、肾远端小管细胞、有窗孔肾小球内皮细胞、表达促红细胞生成素的间质纤维母细胞或集合管细胞、系膜细胞、肾微血管细胞、肾细胞祖源、多能或多效干细胞和其它内皮细胞系。26.如权利要求19-25中任一项所述的方法，其中靶细胞的结合区选自抗体、肽、蛋白、DNA、RNA、适配体、纳米颗粒、小分子、化学官能团和细菌。27.如权利要求19-26中任一项所述的方法，其中围绕功能通道图案的胞外基质包含捕获随一个或多个牺牲单丝一起沉积的结合区的预定偶联部分。28.如权利要求27所述的方法，其中所述偶联部分与结合区有化学反应性，从而在去除逃逸墨水之前、之中或之后在接触时局部捕获所述结合区。29.如权利要求19-28中任一项所述的方法，其中所述偶联部分包括原生胞外基质结合区、抗体、肽、蛋白、DNA、RNA、适配体、纳米颗粒、小分子、化学官能团和细菌。30.如权利要求19-29中任一项所述的方法，还包括：将一个或多个牺牲单丝沉积在基材之上或之中以形成互穿的管网络，每个所述牺牲单丝包括第二逃逸墨水；和去除第二逃逸墨水，从而在管状构造中形成互穿的管网络。31.如权利要求30所述的方法，还包括将活上皮或内皮细胞的悬浮液注入到一个或多个管中。32.如权利要求30-31中任一项所述的方法，其中所述互穿的管网络包括贯穿功能通道图案的血管图案。33.如权利要求19-32中任一项所述的方法，其中用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案发生于一个或多个牺牲单丝的沉积过程中，一个或多个功能通道图案由此形成同时被嵌入到胞外基质组合物中。34.如权利要求19-32中任一项所述的方法，其中用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案发生于一个或多个牺牲单丝的沉积过程之后，一个或多个功能通道图案由此形成并在用胞外基质组合物至少部分围绕功能通道图案的步骤之后嵌入。35.如权利要求19-34中任一项所述的方法，其中去除逃逸墨水包括冷却一个或多个牺牲单丝。36.如权利要求19-35中任一项所述的方法，其中所述一个或多个牺牲单丝中的每个在被沉积到基材之上或之中前通过单个打印头被挤出。37.如权利要求19-35中任一项所述的方法，其中所述一个或多个牺牲单丝中的每个在被沉积到基材之上或之中前通过多个打印头被挤出。38.如权利要求19-37中任一项所述的方法，其中所述管状组织构造是肾单位、肠、乳导管、汗腺、结肠、食管、胃、咽鼓管、气道上皮、附睾、曲细精管、尿道、肝胆管、胰管、胆总管、脑脊髓室和导管、腮腺、口腔黏膜、输卵管、输精管或淋巴。39.如权利要求19-38中任一项所述的方法，还包括将各自包括多个活细胞的一个或多个载有细胞的单丝沉积在基材之上或之中以形成一个或多个组织图案，每个组织图案均包括一种或多种预定细胞类型。40.打印的管状组织构造，包括：一个或多个功能通道，其上包括沿功能通道长度的带图案的细胞层，所述带图案的细胞层包括一种或多种类型的活细胞，每种类型的活细胞沿功能通道的不同预定位置就位；和胞外基质组合物，其至少部分围绕一个或多个功能通道。41.如权利要求40所述的打印的管状组织构造，其中所述带图案的细胞层包括至少两种预定类型的多个活细胞，其中所述胞外基质组合物至少部分围绕一个或多个组织图案。42.如权利要求40-41中任一项所述的打印的管状组织构造，还包括位于胞外基质组合物中的血管通道网络。43.如权利要求40-42中任一项所述的打印的管状组织构造，还包括位于胞外基质组合物中的上皮通道的通道或网络。44.如权利要求40-43中任一项所述的打印的管状组织构造，其中所述管状组织构造是肾单位。45.如权利要求40-44中任一项所述的打印的管状组织构造，其中所述带图案的细胞层包括肾近端小管细胞、髓袢细胞、肾远端小管细胞、集合管细胞、系膜细胞、肾微血管细胞、肾细胞祖源、多能或多效干细胞、其它内皮细胞系或有窗孔肾小球内皮细胞，其各自沿肾单位的不同预定位置分布。46.如权利要求40所述的打印管状构造，其中所述管状组织构造是肾单位、肠、乳导管、汗腺、结肠、食管、胃、咽鼓管、气道上皮、附睾、曲细精管、尿道、肝胆管、胰管、胆总管、脑脊髓室和导管、腮腺、口腔黏膜、输卵管、输精管或淋巴。47.带有嵌入式血管系统的打印的管状组织构造，包括：一个或多个功能通道，在该功能通道上包括沿功能通道长度的带图案的细胞层，带图案的细胞层包括一种或多种类型的活细胞，每种类型的活细胞沿功能通道的不同预定位置就位；血管通道网络；和胞外基质组合物，其至少部分围绕一个或多个功能通道和血管通道网络。48.如权利要求47所述的带有嵌入式血管系统的打印的管状组织构造，其中所述带图案的细胞层包括至少两种预定细胞类型的多个活细胞，其中所述胞外基质组合物至少部分围绕一个或多个组织图案。49.如权利要求47-48中任一项所述的带有嵌入式血管系统的打印的管状组织构造，其中所述管状组织构造是肾单位或肾单位的管部分。50.如权利要求47-49中任一项所述的带有嵌入式血管系统的打印的管状组织构造，其中所述带图案的细胞层包括以下中的至少两种：肾近端小管细胞、髓袢细胞、肾远端小管细胞、集合管细胞、系膜细胞、肾微血管细胞、肾细胞祖源、多能或多效干细胞、其它内皮细胞系和有窗孔肾小球内皮细胞。51.如权利要求47所述的带有嵌入式血管系统的打印的管状组织构造，其中所述管状组织构造是肠、乳导管、汗腺、结肠、食管、胃、咽鼓管、气道上皮、附睾、曲细精管、尿道、肝胆管、胰管、胆总管、脑脊髓室和导管、腮腺、口腔黏膜、输卵管、输精管或淋巴。52.打印肾单位的方法，包括：将一个或多个连续的牺牲单丝沉积在基材之上或之中以形成功能通道，每个牺牲单丝包括在牺牲单丝的第一长度上的第一逃逸墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA路易斯，KA霍曼，DB克尔斯基，RL特鲁比，MA斯凯拉斯科特，
申请(专利权)人：哈佛大学的校长及成员们，
类型：发明
国别省市：美国,US