【技術實現步驟摘要】
本公開涉及可植入細胞支架裝置。更詳細而言，本公開涉及通過增材制造形成的可植入細胞支架裝置。相關技術說明植入物通常是被配置成對生物學結構或機制進行恢復、維持、改善或其組合的裝置。典型的植入物裝置設置在體內。但是，也可以將此類裝置設置在體外以用于多種用途，包括藥物測試和生物系統分析。根據器官采購和運輸網絡(于2017年12月訪問)，從2005年到2015年，器官捐獻等待名單上的患者人數從總共90,500名患者增加到總共122,000名患者。同時，每年接收的器官捐獻者總人數始終保持在15,000名捐獻者。在這15,000名接收的捐獻者中，約5,600名捐獻者是活人，其余的9,400名捐獻者已故。自1998年以來，已故捐獻者的總人數有所增加，這是因為已故捐獻者的器官獲取和運輸方案有所改進。然而，器官捐獻等待名單上的患者人數仍然大于美國和全世界的器官捐獻者人數。因此，為了滿足當前和將來所有需要移植的患者的需求，需要進行整體器官制造。此類整體器官制造的方法包括工程改造組織。工程改造組織已經在實驗室中完成了設計，包括工程改造的皮膚、軟骨和血管移植物。盡管在工程改造組織領域中取得了這些進步，但由于將規模從工程改造組織放大到整體器官制造的過程中要克服一些根本性的限制，因此尚未實現整體器官制造。植入物和組織的制造方法無法再現人體組織的幾何形狀、復雜性和壽命。對整體器官進行工程改造的主要限制來自器官內的各種物質輸送機制和生物學特性。在器官系統如有氧呼吸和廢物處理系統中，擴散是主要的物質輸送機制。例如，就有氧呼吸而言，大多數細胞距毛細血管腔的距離在100微米(μm)至200μ
技術介紹
技術實現思路
1、有利地，本公開中詳細描述的細胞支架裝置解決了上文中詳細描述的現有技術中的缺點。
2、本公開的各個方面旨在提供一種用于組織生長的具有分形結構的細胞支架裝置。該裝置包括至少一個通道網絡。該通道網絡包括一個入口和多個通道。該多個通道包括母通道，該母通道具有與入口連通的第一端部和與第一分叉連通的第二端部。該第一分叉形成兩個子通道。每個子通道具有與第一分叉的端部連通的第一端部和與第二分叉連通的第二端部。第二分叉從每個子通道形成兩個孫通道。每個孫通道具有與第二分叉的端部連通的第一端部、以及第二端部。孫通道的該第二端部形成出口，或形成與孫通道連通的第三子通道。孫通道的每次形成都定義分形結構的一代。
3、在一些實施方式中，裝置通過增材制造方法形成。該制造方法選自下組：粘合劑噴射、材料擠出、材料噴射、聚合物噴射(polyjet)、粉末床、片材層壓、vat光聚合或其組合。在一些實施方式中，裝置通過注射成型形成。在又一些實施方式中，裝置通過分層制造形成。在具體實施方式中，分層制造法是選擇性激光燒結或立體光刻。
4、在一些實施方式中，裝置形成為陽模，以使得該裝置的通道由特定制造裝置的打印材料形成。在另一個實施方式中，裝置形成為陰模，以使得該裝置的通道之間的間隙由特定制造裝置的打印材料形成。
5、在一些實施方式中，通道網絡由可吸收或可生物降解的材料形成。在一些實施方式中，通道網絡由不可吸收的材料形成。在又一些實施方式中，通道網絡由不可吸收的材料、可生物降解的材料、可吸收的材料或其組合形成。
6、在一些實施方式中，通道網絡由光學透明或半透明的材料形成。在一些實施方式中，通道網絡由合成聚合物、天然聚合物或其組合形成。在一些實施方式中，通道網絡由選自下組的材料形成：聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚癸二酸甘油酯(pgs)、聚乳酸(pla)、聚-l-乳酸(plla)、聚-d-乳酸(pdla)、聚乙交酯、聚乙醇酸(pga)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(plga)、聚二氧雜環己酮、聚葡糖酸酯、聚乳酸-聚環氧乙烷共聚物、改性纖維素、膠原、聚羥基丁酸酯、聚羥基丙酸、聚磷酸酯、聚(α-羥基酸)、聚己內酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酸酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚縮醛、聚氰基丙烯酸酯、可降解的氨基甲酸酯、脂族聚酯聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、酰基取代的乙酸纖維素、不可降解的聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯基咪唑、氯磺化聚烯烴、聚環氧乙烷、聚乙烯醇、特氟龍尼龍硅、以及形狀記憶材料如聚(苯乙烯-丁二烯)嵌段共聚物、聚降冰片烯、水凝膠、金屬合金、寡聚(ε-己內酯)二醇作為轉換鏈段/寡聚(對二氧雜環己酮)二醇作為物理交聯劑。
7、在一些實施方式中，通道網絡的最小通道的直徑是預定好的。在最小通道之后，每個在前的通道的直徑相對于緊接在后的通道的直徑以第一預定因數增大。
8、在一些實施方式中，通道網絡的入口的直徑是預定好的。在入口之后，每個在后的通道的直徑相對于緊接在前的通道的直徑以第一預定因數減小。
9、在一些實施方式中，第一預定因數由穆雷定律定義：其中do是母通道的直徑，n是子通道的數量，di是第i個子通道的直徑。在一些實施方式中，第一預定因數是小于或等于1的常數，包括但不限于2-1/3或0.5。
10、在一些實施方式中，通道網絡的母通道的長度是預定好的。每個在后的通道的長度相對于緊接在前的通道的長度以第二預定因數減小。在一些實施方式中，第二預定因數是小于或等于1的常數，包括但不限于0.5。
11、在一些實施方式中，最小通道的直徑在5微米(μm)至650μm的范圍內。
12、在一些實施方式中，通道的直徑與長度的比值沿著通道的長度是固定的。在一些實施方式中，直徑與長度的比值在1:4至1:25的范圍內。
13、在一些實施方式中，裝置的總長度在0.1厘米(cm)至30cm的范圍內。在一些實施方式中，裝置的截面為正方形或矩形。在一些實施方式中，每個通道具有均勻的長寬比1:1，包括但不限于圓形截面或正方形截面。在又一些實施方式中，通道網絡至少包括具有第一長寬比的第一截面和具有第二長寬比的第二截面。在一些實施方式中，裝置本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于組織生長的具有分形結構的細胞支架裝置，其中所述裝置包括至少一個通道網絡，該通道網絡包括：
2.如權利要求1所述的支架裝置，其中所述裝置通過增材制造方法形成。
3.如權利要求2所述的支架裝置，其中所述裝置形成為陽模，以形成通道壁。
4.如權利要求2所述的支架裝置，其中所述裝置形成為陰模，以在通道之間形成空隙。
5.如權利要求1-4中任一項所述的支架裝置，其中細胞以天然存在的方式填充裝置的外部。
6.如權利要求1-4中任一項所述的支架裝置，其中細胞以預組裝的方式填充裝置的外部。
7.如權利要求2-6中任一項所述的支架裝置，其中在裝置的制造過程中同時、依次或兩者結合地對細胞進行生物打印。
8.如權利要求2-7中任一項所述的支架裝置，其中增材制造方法選自下組：粘合劑噴射、材料擠出、材料噴射、聚合物噴射、粉末床、片材層壓、以及VAT光聚合。
9.如權利要求1-8中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由可吸收或可生物降解的材料形成。
10.如權利要求1-8中任一項所述的支架裝
11.如權利要求1-8中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由不可吸收的材料、可生物降解的材料、可吸收的材料或其組合形成。
12.如權利要求1-11中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由光學透明或半透明的材料形成。
13.如權利要求1-12中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由合成聚合物、天然聚合物或其組合形成。
14.如權利要求1所述的支架裝置，其中通道網絡由選自下組的材料形成：聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚癸二酸甘油酯(PGS)、聚乳酸(PLA)、聚-L-乳酸(PLLA)、聚-D-乳酸(PDLA)、聚乙交酯、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)、聚二氧雜環己酮、聚葡糖酸酯、聚乳酸-聚環氧乙烷共聚物、改性纖維素、膠原、聚羥基丁酸酯、聚羥基丙酸、聚磷酸酯、聚(α-羥基酸)、聚己內酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酸酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚縮醛、聚氰基丙烯酸酯、可降解的氨基甲酸酯、脂族聚酯聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、酰基取代的乙酸纖維素、不可降解的聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯基咪唑、氯磺化聚烯烴、聚環氧乙烷、聚乙烯醇、特氟龍尼龍硅、以及形狀記憶材料包括聚(苯乙烯-丁二烯)嵌段共聚物、聚降冰片烯、水凝膠、金屬合金、寡聚(ε-己內酯)二醇作為轉換鏈段/寡聚(對二氧雜環己酮)二醇作為物理交聯劑。
15.如權利要求1所述的支架裝置，其中所述裝置通過注射成型形成。
16.如權利要求1所述的支架裝置，其中所述裝置通過分層制造形成。
17.如權利要求16所述的支架裝置，其中分層制造法是選擇性激光燒結或立體光刻。
18.如權利要求1-17中任一項所述的支架裝置，其中：
19.如權利要求1-18中任一項所述的支架裝置，其中：
20.如權利要求19所述的支架裝置，其中最小通道的直徑為5微米即μm至650μm。
21.如權利要求19所述的支架裝置，其中第一預定因數由穆雷定律定義：其中：
22.如權利要求19所述的支架裝置，其中第一預定因數是小于或等于1的常數。
23.如權利要求22所述的支架裝置，其中第一預定因數為2-1/3或0.5。
24.如權利要求1-23中任一項所述的支架裝置，其中：
25.如權利要求24所述的支架裝置，其中第二預定因數是小于或等于1的常數。
26.如權利要求25所述的支架裝置，其中第二預定因數為0.5。
27.如權利要求1-26中任一項所述的支架裝置，其中通道的直徑與長度的比值沿著通道的長度是固定的。
28.如權利要求27所述的支架裝置，其中所述比值為1:4至1:25。
29.如權利要求27所述的支架裝置，其中裝置的特征長度為0.1厘米即cm至30cm。
30.如權利要求27所述的支架裝置，其中裝置的截面為正方形或矩形。
31.如權利要求1-30中任一項所述的支架裝置，其中每個通道和分叉在其中呈現出層流。
32.如權利要求1-31中任一項所述的支架裝置，其中每個通道的截面具有1:1的均一長寬比。
33.如權利要求1-32中任一項所述的支架裝置，其中裝置的總體形態具有可植入的形狀，其中該可植入的形狀在外部類似于要用該裝置替換的構件。
34.如權利要求32所述的支架裝置，其中每個通道的截面為正方形或矩形。<...
【技術特征摘要】
1.一種用于組織生長的具有分形結構的細胞支架裝置，其中所述裝置包括至少一個通道網絡，該通道網絡包括：
2.如權利要求1所述的支架裝置，其中所述裝置通過增材制造方法形成。
3.如權利要求2所述的支架裝置，其中所述裝置形成為陽模，以形成通道壁。
4.如權利要求2所述的支架裝置，其中所述裝置形成為陰模，以在通道之間形成空隙。
5.如權利要求1-4中任一項所述的支架裝置，其中細胞以天然存在的方式填充裝置的外部。
6.如權利要求1-4中任一項所述的支架裝置，其中細胞以預組裝的方式填充裝置的外部。
7.如權利要求2-6中任一項所述的支架裝置，其中在裝置的制造過程中同時、依次或兩者結合地對細胞進行生物打印。
8.如權利要求2-7中任一項所述的支架裝置，其中增材制造方法選自下組：粘合劑噴射、材料擠出、材料噴射、聚合物噴射、粉末床、片材層壓、以及vat光聚合。
9.如權利要求1-8中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由可吸收或可生物降解的材料形成。
10.如權利要求1-8中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由不可吸收的材料形成。
11.如權利要求1-8中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由不可吸收的材料、可生物降解的材料、可吸收的材料或其組合形成。
12.如權利要求1-11中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由光學透明或半透明的材料形成。
13.如權利要求1-12中任一項所述的支架裝置，其中通道網絡由合成聚合物、天然聚合物或其組合形成。
14.如權利要求1所述的支架裝置，其中通道網絡由選自下組的材料形成：聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚癸二酸甘油酯(pgs)、聚乳酸(pla)、聚-l-乳酸(plla)、聚-d-乳酸(pdla)、聚乙交酯、聚乙醇酸(pga)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(plga)、聚二氧雜環己酮、聚葡糖酸酯、聚乳酸-聚環氧乙烷共聚物、改性纖維素、膠原、聚羥基丁酸酯、聚羥基丙酸、聚磷酸酯、聚(α-羥基酸)、聚己內酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酸酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚縮醛、聚氰基丙烯酸酯、可降解的氨基甲酸酯、脂族聚酯聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、酰基取代的乙酸纖維素、不可降解的聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯基咪唑、氯磺化聚烯烴、聚環氧乙烷、聚乙烯醇、特氟龍尼龍硅、以及形狀記憶材料包括聚(苯乙烯-丁二烯)嵌段共聚物、聚降冰片烯、水凝膠、金屬合金、寡聚(ε-己內酯)二醇作為轉換鏈段/寡聚(對二氧雜環己酮)二醇作為物理交聯劑。
15.如權利要求1所述的支架裝置，其中所述裝置通過注射成型形成。
16.如權利要求1所述的支架裝置，其中所述裝置通過分層制造形成。
17.如權利要求16所述的支架裝置，其中分層制造法是選擇性激光燒結或立體光刻。
18.如權利要求1-17中任一項所述的支架裝置，其中：
19.如權利要求1-18中任一項所述的支架裝置，其中：
20.如權利要求19所述的支架裝置，其中最小通道的直徑為5微米即μm至650μm。
21.如權利要求19所述的支架裝置，其中第一預定因數由穆雷定律定義：其中：
22.如權利要求19所述的支架裝置，其中第一預定因數是小于或等于1的常數。
23.如權利要求22所述的支架裝置，其中第一預定因數為2-1/3或0.5。
24.如權利要求1-23中任一項所述的支架裝置，其中：
25.如權利要求24所述的支架裝置，其中第二預定因數是小于或等于1的常數。
26.如權利要求25所述的支架裝置，其中第二預定因數為0.5。
27.如權利要求1-26中任一項所述的支架裝置，其中通道的直徑與長度的比值沿著通道的長度是固定的。
28.如權利要求27所述的支架裝置，其中所述比值為1:4至1:25。
29.如權利要求27所述的支架裝置，其中裝置的特征長度為0.1厘米即cm至30cm。
30.如權利要求27所述的支架裝置，其中裝置的截面為正方形或矩形。
31.如權利要求1-30中任一項所述的支架裝置，其中每個通道和分叉在其中呈現出層流。
32.如權利要求1-31中任一項所述的支架裝置，其中每個通道的截面具有1:1的均一長寬比。
33.如權利要求1-32中任一項所述的支架裝置，其中裝置的總體形態具有可植入的形狀，其中該可植入的形狀在外部類似于要用該裝置替換的構件。
34.如權利要求32所述的支架裝置，其中每個通道的截面為正方形或矩形。
35.如權利要求32所述的支架裝置，其中每個通道的截面是柏拉圖固體的截面。
36.如權利要求1-35中任一項所述的支架裝置，其中通道的每個表面的壁厚是相同的。
37.如權利要求1-36中任一項所述的支架裝置，其中通道的壁厚為5μm至10,000μm。
38.如權利要求1-37中任一項所述的支架裝置，其中通道表面與最近的相鄰通道表面之間的距離為10μm至4cm。
39.如權利要求1-38中任一項所述的支架裝置，其中每個通道及其對應的分叉之間的連接件是線性斜面、平滑凹面斜面、平滑凸面斜面、一個臺階、多個臺階、或異徑管。
40.如權利要求39所述的支架裝置，其中臺階與連接件的前端部、后端部或中間部處的緊接在后的通道的直徑相交。
41.如權利要求39所述的支架裝置，其中連接件配置成包括與通道網絡的每個通道的共面表面齊平的通道網絡中的通道表面。
42.如權利要求1-41中任一項所述的支架裝置，其中每個分叉是圓形飛梭、半圓、c形、t形、u形或v形。
43.如權利要求1-42中任一項所述的支架裝置，其中每個分叉具有至少一個倒角或圓角的邊緣部分。
44.如權利要求42所述的支架裝置，其中每個分叉包括向緊接在前的通道突出的突起。
45.如權利要求44所述的支架裝置，其中突起是半圓、v形、楔形、凹楔形或凸楔形。
46.如權利要求42所述的支架裝置，其中每個分叉包括向緊接在前的通道的凹陷。
47.如權利要求44所述的支架裝置，其中凹陷是半圓、v形、楔形、凹楔形或凸楔形。
48.如權利要求1-47中任一項所述的支架裝置，其中每個分叉與緊接在前的通道正交地分支。
49.如權利要求1-47中任一項所述的支架裝置，其中每個分叉相對于緊接在前的通道以75°至105°的角度分支。
50.如權利要求1-49中任一項所述的支架裝置，其中入口是主入口的一部分。
51.如權利要求1-50中任一項所述的支架裝置，其中孫通道的第二端部與第三分叉連通，由此形成兩個出口。
52.如權利要求1-51中任一項所述的支架裝置，其中入口包括在母通道之后的分叉。
53.如權利要求1-52中任一項所述的支架裝置，其中遞歸地形成第一通道網絡，以使得第一層的出口和第二層的出口合并以形成成對層。
54.如權利要求1所述的支架裝置，其中至少一個通道網絡包括第一通道網絡和第二通道網絡，它們通過它們之...
【專利技術屬性】
技術研發人員：J·P·瓦肯迪，M·J·漢考克，M·S·奧利弗，A·P·斯潘，
申請(專利權)人：通用醫療公司，
類型：發明
國別省市：
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