[发明专利]生物打印的半月板植入物及其使用方法

说明书

本文提供半月板植入物组合物以及其制备和使用的方法。本发明的半月板植入物可用于修复和/或替换哺乳动物受试者中受损或患病的半月板组织。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月16日提交的美国临时专利申请序列号62/351,222的提交日期的优先权益，所述申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明提供合成组织结构及其制造和使用方法，所述合成组织结构包括人造半月板植入物，所述植入物包括精确图案化的层，其包含从生物打印机分配的可变合成组织纤维结构。

背景技术

半月板是膝关节最常受损的区域之一，在美国具有每100,000人受伤66例的平均损伤发生率。完全或部分移除半月板缓解急性疼痛，但是在没有适当替换物的情况下，半月板移除可导致膝关节软骨损伤，从而导致骨关节炎(OA)。半月板通常表现出较差的愈合潜力，并且目前可用的半月板替换物选项均不满足这种独特组织的必要承重和生物力学要求，同时还成功地植入到周围组织中以提供半月板损伤的长期解决方案。

组织工程领域长期以来一直试图使用无数材料和方法来制造能够模拟和/或替换活体器官和组织的可行的合成结构。历史上，将细胞和其他生物材料接种到赋予所需结构的预先形成的三维支架中，其中所述支架优选地是可生物降解的或可去除的。参见例如美国专利号6,773,713。然而，尽管有数十年的发展，但这种方法在有效细胞接种和生长方面仍然存在重大挑战，并且所述技术不适用于涉及不同细胞类型的更复杂空间排列的更复杂的生理结构。

最近，3D打印(一种增材制造(AM)形式)已被应用于直接从数字文件创建三维对象，其中所述对象逐层构建以实现所需的三维结构。使3D打印技术适合于产生细胞构建体和组织的最初努力(称为3D生物打印)也集中于支架材料的初始打印，而与细胞材料的直接接种或随后打印无关，这与上述惯例一致。参见，例如美国专利号6,139,574；7,051,654；8,691,274；9,005,972和9,301,925。然而，遗憾的是，通常用于形成现有技术支架的聚合物虽然通常被认为是生物相容的，但在生理学上是不相容的。因此，使用这种方法牺牲了细胞活力，而有利于所需支架的机械稳定性。

特别是在半月板植入物领域中，例如，Bakarich等人描述一种系统，其中将藻酸盐/丙烯酰胺凝胶前体溶液和基于环氧基的UV可固化粘合剂的组合加以组合以形成可打印的基质材料。ACS Appl.Mater.Interfaces 6:15998-16006(2014)。可打印的基质材料用于3D生物打印过程中以单独沉积2D的基质材料层，之后将UV光在所述层上通过一至五分钟以使其固化，然后在顶部沉积另一层。然而，由于丙烯酰胺凝胶和基于环氧基的UV可固化基质组分的非生理性质，在生物打印过程中活细胞不能维持在这种基质材料中，并且所得的支架仍然不利于细胞生长、分化和连通。

还描述可替代的3D生物打印技术，所述技术强调相反的情况，其中牺牲机械结构和打印保真度以有利于细胞活力。这些生物打印系统通过在生物相容性基质内沉积细胞材料来产生合成组织，然后在沉积后交联或以其他方式固化以产生固体或半固体组织结构。参见，例如，美国专利号9,227,339；9,149,952；8,931,880和9,315,043；美国专利公布号2012/0089238；2013/0345794；2013/0164339和2014/0287960。然而，对于所有这些系统，沉积和交联步骤之间的时间延迟总是导致对打印结构的几何形状以及结构的细胞和基质组成缺乏控制。此外，在任何情况下，随后的交联或固化事件通常仍会损害细胞活力。