在该实施例中）多个喷嘴150,材料145在压力下通过所述多个喷嘴150 打印或挤出。在挤出打印机的情况下，例如，液滴160表示挤出的材料145,所述挤出的材料 145用以产生连续聚合物纤维而形成经打印的第一层135。在一个方面，挤出的材料145为 熔融可生物降解的聚合物。
[0027] 另外，影响正在产生的纤维直径的台板移动的速度可进一步取决于所需的直径而 变化。台板速率越慢，绒毛高度积聚越高，因此纤维直径越宽。本领域普通技术人员可控制 发射频率和台板移动的速度，以控制支架纤维中的连续程度，这影响拉伸强度。纤维越连 续，拉伸强度越高。
[0028] 在打印支架纤维的第一层之后，第一凝胶层210可设置于经打印的第一层135上， 如图2A所示。随后，可使用打印机在第一凝胶层210上打印支架纤维的第二层，以形成经 打印的第二层220。之后，第二凝胶层230可设置于经打印的第二层220上。该过程可逐层 重复，直至获得所需构造。在一方面，经打印的第二层220可相对于经打印的第一层135平 行、垂直或交叉取向。即，经打印的第二层22可在经打印的第一层135上平行、垂直、对角 或横向设置，以逐层产生格子结构。
[0029] 任选地，在设置下一层之前，可加热经打印的层，从而以受控的方式使支架纤维沉 入下方的凝胶层中。例如，在一方面，可加热经打印的第一层135,从而使基本凝胶层120在 支架纤维下方局部熔融，这允许在设置第一凝胶层210之前，经打印的第一层135完全或部 分沉入基本凝胶层120中。同样地，可加热经打印的第二层220,从而使第一凝胶层210在 支架纤维下方局部熔融，这允许在设置第二凝胶层230之前，经打印的第二层220完全或部 分沉入第一凝胶层210中。在一个实施例中，可使用激光来选择性加热经打印的层。例如， 可使用激光以通过如下方式增加总体支架强度，以及增加聚合物束强度：将激光施加至打 印层中的两个支架纤维束之间的交叉点（例如两个束彼此交叉的地方），并在交叉点处将 一个支架纤维束局部熔融和熔化至另一个束。再熔融允许聚合物束重新排列。
[0030] 或者，可加热经打印的层，以使支架纤维沉入单个基本凝胶层，所述单个基本凝胶 层足够厚，以涵盖最终支架的所需高度。在打印下一支架纤维层之前，将每个经打印的层加 热并沉入基本凝胶层中。这种示例性层状支架的构造示于图2B中。在a)中，将经打印的 第一层135设置于基本凝胶层120上。在b)中，选择性地加热经打印的第一层135以在支 架纤维下方局部熔融，从而使经打印的第一层135完全或部分沉入基本凝胶层120中。在 c)中，将经打印的第二层220设置于经打印的第一层上。在d)中，选择性地加热经打印的 第二层220以在支架纤维下方局部熔融，从而使经打印的第二层220完全或部分沉入基本 凝胶层120中。该过程可逐层重复，直至获得所需构造。在所需时间时，水溶性基本凝胶层 可以以本领域已知的适于其组成的方式溶解，从而产生最终支架，其中经打印的层结合在 一起而形成所需构造。
[0031] 本教导的另一实施例不于图3的横截面中。如图3所不，将第一牺牲纤维310和 第二牺牲纤维320打印至基本凝胶层300上。然后在第一和第二牺牲纤维310、320之间打 印第一支架纤维330,以形成经打印的第一层。随后，将第一凝胶层340设置于经打印的第 一层上。之后，可将第三和第四牺牲纤维350、360打印至第一凝胶层340上，在第三和第四 牺牲纤维350、360之间打印第二支架纤维370,以形成经打印的第二层。随后，将第二凝胶 层380设置于经打印的第二层上。该过程可逐层重复，直至获得所需构造。在所需时间时， 牺牲纤维以本领域已知的适于其组成的方式溶解。
[0032] 通过使用牺牲纤维产生"安全壁"，可产生更薄的支架纤维。"安全壁"以受限几何 形状限制支架纤维，以防止重力改变聚合物的纵横比。此外，凝胶层协助支撑经打印的支架 纤维，并改进最终支架的总体孔隙率。
[0033] 在一个实施例中，牺牲纤维中的每一个具有约20μπι至约90μπι的宽度，例如约 70 μ m至约90 μ m的宽度。在一方面，牺牲纤维之间的间距为约10 μ m至约50,例如约30 μ m 至约50 μ m。
[0034] 牺牲纤维可为水凝胶或合成可降解聚合物。合成可降解聚合物的例子包括但不限 于聚（羟基乙酸）（PGA)、聚（乳酸）（PLA)、聚（ε-己内酯）（PCL)、聚氯酯、聚（原酸酯） (POE)、聚（酸酐）、它们的共聚物、以及它们的组合。水凝胶的非限制性的例子包括聚（环 氧乙烷）（PEO)、聚（乙烯醇）（PVA)、聚（丙烯酸）（PAA)、琼脂糖、海藻酸盐、壳聚糖、胶原、纤 维蛋白、明胶、透明质酸（HA)、或它们的混合物。优选地，牺牲纤维与支架纤维不相同。在一 个具体实施例中，牺牲纤维为水凝胶或聚（乳酸）和/或其共聚物。
[0035] 支架纤维可为适用于构建组织支架的任何可生物降解的聚合物，包括天然来源的 可降解聚合物或合成可降解聚合物。合成可降解聚合物的例子包括但不限于聚（羟基乙 酸）（PGA)、聚（乳酸）（PLA)、聚（ε -己内酯）（PCL)、聚氯酯、聚（原酸酯）（POE)、聚（酸 酐）、聚乙烯醇（PVA)、酪氨酸衍生的聚碳酸酯、它们的共聚物、以及它们的组合。天然来源 的可降解聚合物包括但不限于胶原、壳聚糖、纤维蛋白、粘多糖、丝心蛋白、琼脂糖、海藻酸 盐、淀粉、以及它们的组合。在一个实施例中，支架纤维为酪氨酸衍生的聚碳酸酯。
[0036] 凝胶层可包括水凝胶、天然来源的可降解聚合物、合成可降解聚合物、或它们的组 合。凝胶层还可包括细胞外基质蛋白质。合成可降解聚合物的例子包括但不限于聚（羟基 乙酸）（PGA)、聚（乳酸）（PLA)、聚（ε -己内酯）（PCL)、聚氯酯、聚（原酸酯）（POE)、聚（酸 酐）、它们的共聚物、以及它们的组合。天然来源的可降解聚合物包括但不限于胶原、壳聚 糖、纤维蛋白、粘多糖、丝心蛋白、琼脂糖、海藻酸盐、淀粉、以及它们的组合。水凝胶的非限 制性的例子包括聚（环氧乙烷）（PEO)、聚（乙烯醇）（PVA)、聚（丙烯酸）（PAA)、琼脂糖、海 藻酸盐、壳聚糖、胶原、纤维蛋白、明胶、透明质酸（HA)、或它们的混合物。
[0037] 在一个具体实施例中，凝胶层包括Geltrex? (加利福尼亚州卡尔斯巴德的生命 技术公司（Life Technologies Corp. ,Carlsbad，CA))或 Matrigel? (马萨诸塞州比勒利 卡的BD生物科学公司（BD Biosciences，Billerica, MA))。在另一具体实施例中，凝胶层 包含聚（乳酸）和/或其共聚物。
【主权项】
1. 一种用于打印三维组织支架的方法，所述方法包括： 使用打印机将支架纤维的第一层打印至基本凝胶基材上；和在经打印的第一层上设置 第一凝胶层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其还包括使用打印机在所述第一凝胶层上打印支架纤 维的第二层；和在经打印的第二层上设置第二凝胶层。
3. 根据权利要求1所述的方法，其还包括从至少一个打印机喷嘴喷射可生物降解的聚 合物的溶液的多个液滴，以在所述经打印的第一层的打印过程中形成至少一个支架纤维， 其中所述多个液滴具有约6至约20cP的粘度； 其中所述多个液滴具有约20至约40达因/cm的表面张力； 其中所述多个液滴具有约14至约25皮升的尺寸； 其中所述多个液滴以约20kHz至约43kHz的发射频率喷射； 其中所述支架纤维包含可生物降解的聚合物的连续液滴。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中在打印所述经打印的第二层之前，加热所述经打 印的第一层以局部熔融所述第一凝胶层。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述基本凝胶基材包括设置于多孔基材上的凝胶 层。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一凝胶层包含水凝胶、天然来源的可降解 聚合物、合成可降解聚合物、或它们的组合。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述合成可降解聚合物选自聚（羟基乙酸） (PGA)、聚（乳酸）（PLA)、聚（ε -己内酯）（PCL)、聚氨酯、聚（原酸酯）（POE)、聚（酸酐）、 聚乙烯醇（PVA)、酪氨酸衍生的聚碳酸酯、它们的共聚物、以及它们的组合。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中所述水凝胶包括MatrigelTM、Gelt rexTM、聚（环氧 乙烷）（PEO)、聚（乙烯醇）（PVA)、聚（丙烯酸）（PAA)、琼脂糖、海藻酸盐、壳聚糖、胶原、纤维 蛋白、明胶、透明质酸（HA)、或它们的混合物。
9. 根据权利要求1所述的方法，其还包括溶解所述凝胶层。
【专利摘要】本发明公开了一种用于打印三维组织支架的方法。一个实施例可包括使用打印机将支架纤维的第一层打印至基本凝胶基材上；和在经打印的第一层上设置第一凝胶层。另一实施例可包括使用打印机将第一和第二牺牲纤维打印至基本凝胶基材上；在所述第一和第二牺牲纤维之间打印第一支架纤维，以形成经打印的第一层；和在所述经打印的第一层上设置第一凝胶层。
【IPC分类】A61L27-16, A61L27-18, A61L27-24, A61L27-50, A61L27-20, A61L27-22
【公开号】CN104667344
【申请号】CN201410669660
【发明人】R·雷顿, D·A·曼特尔
【申请人】施乐公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年11月20日
【公告号】US20150151487