用于组织再生的3D生物打印支架制造技术

本文公开了用于组织再生植入物的系统，方法，和装置。在一些方面，一种神经组织再生植入物制品包括外部壳体；多个束结构，其被设置在外部壳体的内部区域中，其中每个束结构包括在近侧端和远侧端之间的中空区域，使得束结构被配置为促进和引导轴突沿着在近侧端和远侧端之间的束结构的至少一部分生长；以及沿着外部壳体的多个可形成血管的通路，其中可形成血管的通路被配置为允许血管组织渗入植入物制品，使得植入物制品使营养物，氧气，和/或废物能够经由通过多个可形成血管的通路渗入到植入物制品中的血管组织交换到在多个束结构内的轴突来促进神经再生。突来促进神经再生。突来促进神经再生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于组织再生的3D生物打印支架
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本专利文件要求2019年11月1日提交的标题为“用于组织再生的3D生物打印支架”的美国临时专利申请号62/929,724的优先权和权益。上述专利申请的全部内容通过引用并入本文作为本专利文件公开的一部分。


[0003]本专利文件涉及用于多种生物医学应用的组织构建体或支架。

技术介绍

[0004]组织再生可涉及为医疗目的使用组织支架来形成新的活体组织。
[0005]概述
[0006]本文公开了用于组织再生植入物的系统，方法，制品和组合物，其中在它们的制造过程(例如3D生物打印)中嵌入了例如细胞，纳米颗粒，和/或生物分子或结构之类的功能元件。
[0007]现有的3D生物打印技术只能产生仅由聚合物(即，无细胞)形成的3D打印支架，需要在3D打印后手动将细胞填充到通道中。使用根据本技术实施例的系统和方法，可以使用3D生物打印将一种或多种类型的细胞以限定异质性分布直接嵌入支架中(以模拟细胞组合物，例如原生脊髓组织的细胞组合物)。因此，细胞不仅位于通道内部，还嵌入通道壁和支架核中。
[0008]在一些实施例中，对基于生理信息的(physiologically
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informed)植入物装置进行三维打印来包括为治疗性应用嵌入其中的细胞，以协助修复患者的受损神经，包括中枢神经系统(例如，脊髓)和周围神经(例如，坐骨神经或面神经)。在根据本技术的一些实施例中，被三维打印的植入物装置不包括嵌入其中的细胞。
[0009]在根据本技术的一些实施例中，一种用于神经再生的生物相容性植入物制品包括外部壳体；多个束结构，其被设置在所述外部壳体内的内部区域中，其中所述多个束结构各自包括在近侧端和远侧端之间的中空区域，使得束结构被配置为促进和引导轴突沿着在所述近侧端和所述远侧端之间的所述束结构的至少一部分生长；和沿着所述外部壳体的多个可形成血管的通路，其中所述可形成血管的通路被配置为允许血管组织渗入所述植入物制品，使得所述植入物制品使营养物，氧气，和/或废物能够经由通过所述多个可形成血管的通路渗入到植入物制品中的血管组织交换到在多个束结构内的轴突来促进神经再生。
[0010]在根据本技术的一些实施例中，一种用于神经再生的生物相容性植入物制品包括多个束结构，该多个束结构各自包括一个或多个壁，该一个或多个壁围绕位于束结构近侧端和远侧端的两个开口之间的中空区域，其中所述多个束结构位于所述植入物制品的内部，并通过允许神经细胞的轴突进入束结构的所述中空区域并接触所述束结构的所述一个或多个壁以在所述两个开口之间的方向上生长来促进和引导轴突生长；和多个通道，该多个通道由所述植入物制品的外周上的孔形成，该孔穿过被设置在所述植入物制品内部的所
述束结构中的至少一些，其中所述多个通路被配置为允许血管组织渗入所述植入物制品，使得所述植入物制品使营养物，氧气，和/或废物能够经由通过所述多个通道渗入所述植入物制品的血管组织交换到在所述多个束结构内的所述神经细胞的所述轴突来促进神经组织再生。
[0011]在根据本技术的一些实施例中，一种用于修复横断神经损伤的方法包括(a)在横断神经的至少一个截断端植入植入物制品，其中所述植入物制品包括外部壳体，在所述外部壳体内的内部区域中的多个束结构，和多个可形成血管的通路，以允许宿主血管网络渗入所述植入物制品，该植入物制品使营养物，氧气，和/或废物能够进行交换来促进神经再生；和(b)通过帮助神经纤维从横断神经的至少一个截断端生长到另一条横断神经的至少一个截断端来修复所述横断神经，以桥接所述横断神经之间的间隙。
[0012]本专利文件中描述的主题可以通过提供以下特征中的一个或多个的特定方式实现。
附图说明
[0013]图1A和1B示出了根据在此公开的技术的非功能化基于生理信息的植入物的示例实施例的示意图，其中示出了六角形中空束微结构。
[0014]图2A和2B示出了根据在此公开的技术的功能化基于生理信息的植入物的示例实施例的示意图，其中示出了六角形中空束微结构。
[0015]图3A和3B示出了根据在此公开的技术的异质性非功能化基于生理信息的植入物的示例实施例的示意图，其中示出了六角形中空束微结构，代表白质区域，以及内部蝶形区，代表中枢神经系统的灰质区域。
[0016]图4A和4B示出了根据在此公开的技术的异质性功能化基于生理信息的植入物的示例实施例的示意图，其中示出了六角形中空束微结构，代表白质区域，以及内部蝶形区，代表中枢神经系统的灰质区域。
[0017]图5A和5B示出了根据在此公开的技术的异质性非功能化基于生理信息的植入物的示例实施例的示意图，其中示出了六角形中空的有脊的束微结构，代表白质区域，以及内部蝶形区，代表中枢神经系统的灰质区域。
[0018]图6A和6B示出了根据在此公开的技术的异质性功能化基于生理信息的植入物的示例实施例的示意图，其中示出了六角形中空的有脊的束微结构，代表白质区域，以及内部蝶形区，代表中枢神经系统的灰质区域。
[0019]图7A和7B示出了根据在此公开的技术的异质性功能化基于生理信息的植入物的示例实施例的示意图，其中示出了六角形束微结构，具有限定区域硬度，代表白质区域，以及内部蝶形区，代表中枢神经系统的灰质区域。
[0020]图8示出了描绘在人体尺度(scale)下填充多种脊髓病变形态和病因的示例3D打印支架的一组图像。
[0021]图9示出了描绘多种示例神经植入物设计的一组图像和示意图，包括示例3D打印的真人大小的神经植入物。
[0022]图10示出了植入前，刚植入后，和植入2周后在手术神经修复部位拍摄的示例神经植入物的一组术中照片。
具体实施方式
[0023]目前，修复神经损伤，尤其是脊髓损伤(SCI)，仍然是临床领域最具挑战性的任务之一。根据国家脊髓损伤统计中心(NSCISC)2019年发布的最新报告，美国约有291,000名SCI患者，每年新增17,730例，给患者和护理人员带来了巨大的心理和经济成本。由于SCI造成的不利微环境，受损成人中的轴突缺乏自发性再生。目前还没有临床认可的治疗方法来促进SCI后的轴突再生和功能恢复。
[0024]组织工程方法已成为SCI的一种有希望的治疗策略。常规技术包括将多种细胞和胞间质材料移植到病变部位，从而为轴突再生提供更有利的环境。然而，这些细胞移植不为有方向的轴突生长提供任何引导，造成降低了最优功能恢复可能性的随机轴突朝向。带有线性通道的模板支架也被开发出来，以精确地引导轴突在病变部位线性生长。虽然在线性通道的引导下，伸过病变到达合适的远侧目标的轴突数量显著增加，但是存在反应性细胞层(RCL)和含有包裹支架的胶原的细胞外基质(ECM)，防止再生轴突离开支架通道并到达远侧宿主脊髓。这是体内植入物由于支架材料生物相容性差导致的常见问题。更重要的是，模板方法缺乏灵活性和能力来定制能完美配合(fit)SCI患者的病变部位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于神经再生的生物相容性植入物制品，包括：外部壳体；多个束结构，其被设置在所述外部壳体内的内部区域中，其中所述多个束结构各自包括在近侧端和远侧端之间的中空区域，使得束结构被配置为促进和引导轴突沿着在所述近侧端和所述远侧端之间的所述束结构的至少一部分生长；和沿着所述外部壳体的多个可形成血管的通路，其中所述可形成血管的通路被配置为允许血管组织渗入所述植入物制品，使得所述植入物制品使营养物，氧气，和/或废物能够经由通过所述多个可形成血管的通路渗入到植入物制品中的血管组织交换到在多个束结构内的轴突来促进神经再生。2.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述多个束结构中的每一个的形状包括圆形，三角形，矩形，五角形，六角形，七角形，八角形，椭圆形，或梯形几何形状之一，或任意几何形状。3.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述外部壳体被构造为包括灰质区域和白质区域，该灰质区域和白质区域包括不同的生物材料以模拟生物系统的异质性。4.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述多个束结构中的每一个的直径范围为0.01μm到1,000μm。5.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述可形成血管的通路的直径范围为0.01μm到1000μm。6.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述植入物制品是非功能化的。7.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述植入物制品通过嵌入在所述多个束结构中的至少一些中的功能元件进行功能化。8.根据权利要求7所述的植入物制品，其中所述功能元件包括细胞，生长因子，纳米颗粒，纳米复合物，或其他生物分子中的一种或多种，其中所述功能元件能够进一步协助受损神经的再生。9.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述外部壳体被构造为包括内部蝶形区，以允许所述植入物制品内的活物的中枢神经系统的灰质区域。10.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述多个束结构包括局部硬和软区域，为神经生长提供物理引导提示。11.根据权利要求1所述的植入物制品，其中使用来自磁共振成像(MRI)和计算机断层(CT)扫描的数据来设计所述植入物制品的结构和大小，以产生与神经组织的病变部位完美匹配的特定于患者的且个性化的植入物结构。12.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述植入物制品可由3D打印产生。13.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述植入物制品可使用包括水凝胶，弹性材料，或导电聚合物中一种或多种的生物材料来产生。14.根据权利要求1所述的植入物制品，其中所述多个束结构是中空的，并且还包括沿着所述多个束结构的内部的脊，以促进和引导轴突沿着束结构的至少一部分从近侧端到远侧端生长。15.根据权利要求14所述的植入物制品，其中所述脊的厚度在约0.001μm到约500μm之间。
16.一种用于神经再生的生物相容性植入物制品，包括：多个束结构，该多个束结构各自包括一个或多个壁，该一个或多个壁围绕位于束结构近侧端和远侧端的两个开口之间的中空区域，其中所述多个束结构位于所述植入物制品的内部，并通过允许神经细胞的轴突进入束结构的所述中空区域并接触所述束结构的所述一个或多个壁以在所述两个开口之间的方向上生长来促进和引导轴突生长；和多个通道，该多个通道由所述植入物制品的外周上的孔形成，该孔穿过被设置在所述植入物制品内部的所述束结构中的至少一些，其中所述多个通道被配置为允许血管组织渗入所述植入物制品，使得所述植入物制品使营养物，氧气，和/或废物能够经由通过所述多个通道渗入所述植入物制品的血管组织交换到在所述多个束结构内的所述神经细胞的所述轴突来促进神经组织再生。17.根据权利要求16所述的植入物制品，其中所述多个束结构中的每一个都被构造为形状包括圆形，三角形，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟，魏薇，
申请(专利权)人：爱乐格三D公司，
类型：发明
国别省市：