生物墨水调配物、生物打印的角膜微透镜和其应用制造技术

本公开公开了适于使用3D打印机打印的无外源物质生物墨水调配物。所述生物墨水调配物表现出的最佳粘度在1690cP到5300cP的范围内。本公开公开了由所述生物墨水调配物获得的生物打印的角膜微透镜。所公开的所述生物打印的角膜微透镜的最佳厚度在10微米到500微米的范围内，并且表现出的透射率在80％到99％的范围内。本公开还公开了用于制备所述生物墨水调配物以及用于制备所述生物打印的角膜微透镜的方法。另外，本公开公开了使用所述生物打印的角膜微透镜作为植入物来治疗角膜缺损的方法，以治疗所述角膜缺损。所述生物打印的角膜微透镜可以进一步用作用于体外药物测试和疾病建模的模型。模的模型。

Biological ink formulation, bioprinting corneal microlens and their applications

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物墨水调配物、生物打印的角膜微透镜和其应用


[0001]本公开广泛地涉及生物工程化的调配物领域，总体而言，并且公开了一种生物墨水调配物和生物打印微透镜，及其在生物医学领域中的应用。

技术介绍

[0002]在生物体中，器官眼睛代表视觉系统并执行各种光感功能。角膜是眼睛的最外层，表现为透明的膜状组织。角膜的主要功能是帮助聚焦视力，并且角膜在视力方面起重要作用。尽管角膜似乎具有简化的组织结构，但这种组织由多层构成。
[0003]角膜的各层依次是：上皮、鲍曼氏膜(Bowman's membrane)、基质、德斯密氏膜(Descemet'sMembrane)和内皮。这些组织层中的每个组织层包括不同类型的细胞。这种组织的维持依赖于来自房水的泪液的营养物的定期供应。
[0004]角膜可以受创伤、感染以及若干疾病影响，如角膜磨损、角膜营养不良、角膜溃疡、角膜新生血管、福斯氏营养不良(Fuchs'dystrophy)、角膜炎以及圆锥形角膜等。这些病状可以导致暂时或完全失明，并且是世界上失明的主要原因。
[0005]用于治疗角膜疾病的一些常用手术包含激光手术、角膜移植外科手术、前板层角膜成形术、内皮板层角膜成形术以及使用人工角膜。这些治疗涉及角膜的一部分或全部的替换。在进行这些治疗之后，角膜的愈合通常会受到损害，并且因此正在进行研究以寻找更好且有效的替代方案。超过90％的角膜是基质，所述基质是一种由角膜细胞、神经嵴起源的静止间充质细胞维持的高度组织化的透明结缔组织。
[0006]角膜失明是失明的第四主要原因，角膜失明具有多种致病因素，如感染性角膜炎、炎性病症、遗传性角膜上皮
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基质营养不良、退行性病状和创伤诱导的损伤。角膜移植是最常见的治疗方式，其在高成本、移植排斥和临床级尸体供体角膜的需求与供应之间的不平衡方面提出挑战。此外，供体角膜存在批次间差异的问题。因此，迫切需要解决角膜治疗领域的需求，并且本公开解决了与角膜失明和角膜缺损相关的问题。Ulag等人2020；《欧洲聚合物杂志(Euro Pol J.)》2020；133；109744.10.1016/j.eurpolymj.2020.109744公开了人工3D打印角膜，然而，公开的研究没有提供满足令人期望的参数如透射率的人工角膜。因此，需要提供更好的解决方案来解决本领域中普遍存在的这个问题。

技术实现思路

[0007]在本公开的一方面，提供了一种生物墨水调配物，所述生物墨水调配物包括：(a)改性透明质酸，所述改性透明质酸的分子量在30kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内；(b)改性胶原蛋白肽，所述改性胶原蛋白肽的分子量在10kDa到80kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内；以及(c)明胶，所述明胶的bloom值在50到325的范围内，其中明胶相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为0.1mg/ml到150mg/ml，优选地相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为50mg/ml到100mg/ml。
[0008]在本公开的另一方面，提供了一种生物墨水调配物，所述生物墨水调配物包括：
(a)改性透明质酸，所述改性透明质酸的分子量在30kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到75％的范围内；(b)改性胶原蛋白，所述改性胶原蛋白的分子量在200kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到75％的范围内；以及(c)明胶，所述明胶的bloom值在50到325的范围内，其中明胶相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为0.1mg/ml到150mg/ml，优选地相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为50mg/ml到100mg/ml。
[0009]在本公开的另一方面，提供了一种生物墨水调配物，所述生物墨水调配物包括：(a)第一聚合物，所述第一聚合物选自由以下组成的组：改性透明质酸、改性聚乙二醇、改性聚乙烯醇、改性聚(N
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异丙基丙烯酰胺)、改性海藻酸盐、丝以及改性丝；(b)第二聚合物，所述第二聚合物选自由以下组成的组：胶原蛋白肽、改性胶原蛋白肽、胶原蛋白以及改性胶原蛋白；(c)增稠剂，所述增稠剂选自由以下组成的组：明胶、改性纤维素、结冷胶、黄原胶、聚乙二醇、泊洛沙姆、聚乙烯醇和海藻酸盐，其中所述生物墨水调配物的粘度在1690cP到5300cP的范围内。
[0010]在本公开的另一方面，提供了一种用于制备如本文所述的生物墨水调配物的方法，所述方法包括：(a)使分子量在30kDa到300kDa的范围内且取代度在10％到80％的范围内的改性透明质酸和分子量在10kDa到80kDa的范围内且取代度在10％到80％的范围内的改性胶原蛋白肽以及bloom值在50到325的范围内的明胶接触，以获得第一混合物；以及(b)使所述第一混合物与光激活剂接触，以获得所述生物墨水调配物。
[0011]在本公开的另一方面，提供了一种用于制备如本文所述的生物墨水调配物的方法，所述方法包括：(a)使分子量在30kDa到300kDa的范围内且取代度在10％到80％的范围内的改性透明质酸和分子量在200kDa到300kDa的范围内且取代度在10％到80％的范围内的改性胶原蛋白以及bloom值在50到325的范围内的明胶接触，以获得第一混合物；以及(b)使所述第一混合物与光激活剂接触以获得所述生物墨水调配物。
[0012]在本公开的另一方面，提供了一种包括如本文所述的生物墨水调配物的生物打印的角膜微透镜。
[0013]在本公开的另一方面，提供了一种生物打印的角膜微透镜，所述生物打印的角膜微透镜包括：(a)改性透明质酸，所述改性透明质酸的分子量在30kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内，并且相对于所述生物打印的角膜微透镜的重量百分比在0.2％到10％的范围内；(b)改性胶原蛋白肽，所述改性胶原蛋白肽的分子量在10kDa到80kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内，并且相对于所述生物打印的角膜微透镜的重量百分比在1％到25％的范围内；以及(c)明胶，所述明胶的bloom值在50到325的范围内，并且相对于所述生物打印的角膜微透镜的重量百分比在0.01％到15％的范围内。
[0014]在本公开的另一方面，提供了一种生物打印的角膜微透镜，所述生物打印的角膜微透镜包括：(a)改性透明质酸，所述改性透明质酸的分子量在30kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内，并且相对于所述生物打印的角膜微透镜的重量百分比在0.2％到10％的范围内；(b)改性胶原蛋白，所述改性胶原蛋白的分子量在200kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到75％的范围内，并且相对于所述生物打印的角膜微透镜的重量百分比在5％到50％的范围内；以及(c)明胶，所述明胶的bloom值在50到325的范围内，并且相对于所述生物打印的角膜微透镜的重量百分比在0.01％到15％的范围内。
[0015]在本公开的另一方面，提供了一种生物打印的角膜微透镜，所述生物打印的角膜...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生物墨水调配物，其包括：a.改性透明质酸，所述改性透明质酸的分子量在30kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内；b.改性胶原蛋白肽，所述改性胶原蛋白肽的分子量在10kDa到80kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内；以及c.明胶，所述明胶的bloom值在50到325的范围内，其中明胶相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为0.1mg/ml到150mg/ml。2.一种生物墨水调配物，其包括：a.改性透明质酸，所述改性透明质酸的分子量在30kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内；b.改性胶原蛋白，所述改性胶原蛋白的分子量在200kDa到300kDa的范围内并且取代度在10％到80％的范围内；以及c.明胶，所述明胶的bloom值在50到325的范围内，其中明胶相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为0.1mg/ml到150mg/ml。3.一种生物墨水调配物，其包括：a.第一聚合物，所述第一聚合物选自由以下组成的组：改性透明质酸、改性聚乙二醇、改性聚乙烯醇、改性聚(N
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异丙基丙烯酰胺)、改性海藻酸盐、丝以及改性丝；b.第二聚合物，所述第二聚合物选自由以下组成的组：胶原蛋白肽、改性胶原蛋白肽、胶原蛋白以及改性胶原蛋白；c.增稠剂，所述增稠剂选自由以下组成的组：明胶、改性纤维素、结冷胶、黄原胶、聚乙二醇、泊洛沙姆、聚乙烯醇和海藻酸盐，其中所述生物墨水调配物的粘度在1690cP到5300cP的范围内。4.根据权利要求1或3中任一项所述的生物墨水调配物，其中所述改性透明质酸相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为2mg/ml到100mg/ml，并且其中所述改性胶原蛋白肽相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为10mg/ml到250mg/ml。5.根据权利要求4所述的生物墨水调配物，其中所述改性透明质酸相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为31mg/ml到50mg/ml，并且其中所述改性胶原蛋白肽相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为80mg/ml到200mg/ml。6.根据权利要求2或3中任一项所述的生物墨水调配物，其中所述改性透明质酸相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为2mg/ml到100mg/ml，并且其中所述改性胶原蛋白相对于所述生物墨水调配物的浓度范围为0.1mg/ml到100mg/ml。7.根据权利要求1到3中任一项所述的生物墨水调配物，其中所述改性透明质酸选自由甲基丙烯酸酯化透明质酸和硫醇化透明质酸组成的组。8.根据权利要求1或3中任一项所述的生物墨水调配物，其中所述改性胶原蛋白肽选自由硫醇化胶原蛋白肽和甲基丙烯酸酯化胶原蛋白肽组成的组。9.根据权利要求2或3中任一项所述的生物墨水调配物，其中所述改性胶原蛋白选自由硫醇化胶原蛋白和甲基丙烯酸酯化胶原蛋白组成的组。10.根据权利要求1到3中任一项所述的生物墨水调配物，其进一步包括光激活剂，其中所述光激活剂是相对于所述生物墨水调配物浓度在0.005mM到1mM的范围内的伊红，或者所
述光激活剂是相对于所述生物墨水调配物浓度在0.1mM到50mM的范围内的核黄素。11.根据权利要求1到3中任一项所述的生物墨水调配物，其进一步包括选自由以下组成的组的干细胞：人角膜基质干细胞、人角膜缘干细胞、人骨髓源性间充质干细胞、脂肪组织源性间充质干细胞、脐带源性间充质干细胞、华顿氏胶源性间充质干细胞(Wharton jelly
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derived mesenchymal stem cell)、牙髓源性间充质干细胞、胎盘间充质干细胞和诱导性多能干细胞。12.根据权利要求11所述的生物墨水调配物，其中所述干细胞在10万个细胞/毫升所述生物墨水调配物到1亿个细胞/毫升所述生物墨水调配物的范围内。13.根据权利要求1所述的生物墨水调配物，其进一步包括选自由以下组成的组的外泌体：初始间充质干细胞源性外泌体、致敏间充质干细胞源性外泌体和角膜基质干细胞源性外泌体。14.根据权利要求13所述的生物墨水调配物，其中所述致敏间充质干细胞源性外泌体是源自角膜基质干细胞源性条件培养基致敏的间充质干细胞的外泌体。15.根据权利要求13所述的生物墨水调配物，其中所述外泌体的浓度在每毫升所述生物墨水调配物5亿个外泌体到每毫升所述生物墨水调配物250亿个外泌体的范围内。16.根据权利要求1到3中任一项所述的生物墨水调配物，其中所述生物墨水调配物进一步包括：(i)选自由以下组成的组的干细胞：人角膜基质干细胞、人角膜缘干细胞、人骨髓源性间充质干细胞、脂肪组织源性间充质干细胞、脐带源性间充质干细胞、华顿氏胶源性间充质干细胞、牙髓源性间充质干细胞、胎盘间充质干细胞和诱导性多能干细胞；以及(ii)选自由以下组成的组的外泌体：初始间充质干细胞源性外泌体、致敏间充质干细胞源性外泌体和角膜基质干细胞源性外泌体。17.根据权利要求1或2中任一项所述的生物墨水调配物，其中所述生物墨水调配物的粘度在1690cP到5300cP的范围内。18.一种用于制备根据权利要求1所述的生物墨水调配物的方法，所述方法包...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：潘多姆科技私人有限公司，
类型：发明
国别省市：