[发明专利]三维微组织生物打印机

说明书

生物打印机包括一个或多个分配单元。每个分配单元可包括(i)针筒，其包括中空本体和尺寸能在该本体内平移的柱塞，其中所述本体具有出口孔；(ii)致动器，其与柱塞近端接触；(iii)用于移动致动器的控制器；和(iv)喷嘴，其具有限定从喷嘴入口到喷嘴出口的流体通路的壁。喷嘴的入口与针筒本体的出口孔流体联通。喷嘴包括与流体来源以及流体通路流体联通的流体路径。生物打印机可用于制备微组织的方法中，包括将生物墨水从生物打印机的一个或多个分配单元分配到平板上。微组织可包括软骨细胞或肿瘤细胞或肝脏细胞。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月4日提交的美国专利申请62/214,551的优先权。

关于联邦资助研究的声明

不适用。

背景技术

1.发明领域

本发明涉及三维生物打印机，更具体涉及计算机控制的可编程三维(3D)生物打印机，其能以精准控制的微尺度准确XYZ运动和体积为纳升的分配能力建立活微组织。

2.相关领域描述

开发了生物打印机以尝试和克服三维组织打印的挑战。生物打印机通过按滴打印细胞和作为“生物胶水”的材料来构建结构。生物打印机受到因其构建物质的小尺寸以及需要沉积的大量构建单元而固有的低通量的限制。对于各种生物打印应用，存在各种科技。

接触生物打印是一种不含细胞的聚合物打印，被Envisiontec公司的3D生物绘图机所采用。聚合物打印法仅仅用塑料样聚合物打印支架。

活细胞生物打印采用较大尺寸的接触活细胞生物打印。该技术不能打印微组织，因为得到的组织尺寸有数厘米。接触活细胞生物打印只能进行低通量打印。

基于阀的非接触生物打印技术提供了仅细胞的生物打印。见例如，Faulkner-Jones等“用于形成人胚胎干细胞球状聚集物的基于阀门的细胞打印机的开发”(Development of a valve-based cell printer for the formation of humanembryonic stem cell spheroid aggregates)，Biofabrication，5.1(2013)：015013。基于阀的非接触生物打印技术也可提供细胞和水凝胶的生物打印。见例如Moon等，“携带细胞的水凝胶液滴的逐层三维组织外延生长”(Layer by layer three-dimensional tissueepitaxy by cell-laden hydrogel droplets)，Tissue Engineering，C部分：方法16.1(2009)：157-166。Moon等将液滴打印成较大的片状，且其系统仅能产生悬浮在水凝胶内的细胞结构，而不具有组织结构或形态。其他商业打印机不能打印具有与天然组织类似的结构和形态的组织。

空气驱动的分配可提供共轴气流珠粒生成。该技术使用连续的气流，以共轴设置连续分配物质流，其不能控制每个液滴的体积，也不能分配单个液滴。该技术一般一次分配数以千计的液滴，在商业系统中，例如购自Nisco Engineering AG的那些中，材料限于藻酸盐。

在细胞聚集物-非保真3D模式下，细胞聚集物是通过悬滴法产生的，或来自非粘附细胞培养物表面。该技术已被他人用于尝试模拟3D组织，也已有商业产品。然而，这种聚集物仅仅是堆积的两维细胞，没有胞外基质。例如，已显示细胞聚集物的药物抗性机制和两维汇合细胞相同。参见例如Steadman，Kenneth等“聚HEMA球状体并不是难治性实体瘤的药物抗性的适当模型”(PolyHEMA spheroids are an inadequate model for the drugresistance of the intractable solid tumors.)Cell Cycle 7.6(2008):818-829。而且两维细胞培养物并不能重现体内复杂的生物或病理学环境。由于物种差异，动物模型并不能完全模拟人类疾病。