[发明专利]无菌增材制造系统

说明书

本解决方案包括被设计为满足洁净室要求的3D打印机。可将所述打印机配置为用于3D生物打印。所述打印机可用于创建细胞支架、组织移植物和器官。所述打印机可包括用于打印物品的无菌(或洁净室样)环境。所述打印机可包括将制造过程与外部环境隔离并且可在打印操作之间被灭菌的外壳。该解决方案还包括打印套件，所述打印套件可被独立灭菌并被送入系统的外壳。

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC§119(e)要求2018年4月4日提交的第62/652,757号美国临时专利申请和2017年11月29日提交的第62/592,202号美国临时专利申请的权益。出于所有目的，每个前述申请通过引用并入本文。

背景技术

增材制造或3D打印一般可包括通过一层在另一层之上的方式连续沉积图形化材料层来“打印”物体。增材制造可在称为“生物打印”的过程中生成生物组件或结构，这些组件或结构可包括在所产生的构建体中具有生物学功能的细胞、蛋白质或生长因子。生物打印过程可能需要遵守良好生产规范(GMP)准则，以适用于临床或药物用途。打印材料可以通过打印喷嘴的内腔被挤出。打印材料可以在压力下从打印喷嘴被挤出。在压力下挤出打印材料会导致气溶胶液滴的形成，所述气溶胶液滴会污染打印机周围的环境。生产过程由某些步骤组成，但不限于这些步骤。

发明概述

为了打印临床或药用物质，生物打印过程可能需要符合无菌过程要求并防止交叉污染。本解决方案描述了用于以无菌方式生物打印细胞构建体或器官的系统和方法，该无菌方式基本上防止制造过程中的交叉污染。

在生物打印过程中，可能需要对细胞构建体进行许多测试。所进行的某些测试可能是破坏性的，并可能导致对测试的细胞构建体或其中的细胞的损害。本解决方案生物打印细胞构建体的多个附属物。这些附属物可作为细胞构建体的可移去样品被打印，并且可包含与细胞构建体中所包含的细胞和材料相同的细胞和材料。在预定的时间，可将附属物从细胞构建体移去并对其测试。附属物可用作细胞构建体的代替物(proxy)，并提供对细胞构建体内的细胞的健康和增殖的了解。

本解决方案包括被设计用于满足生物制品或制药应用中的洁净室要求的三维(3D)打印机。可将打印机配置为用于3D生物打印。打印机可用于创建无细胞支架或器官模板、细胞支架、组织移植物和多细胞器官。例如，打印机可用于生成细胞组织，如皮肤、骨骼和软骨，其一般可被称为细胞构建体。这些组织构建体可包括生物组分，如细胞、生长因子、药物或其组合。可以将生物组分与合成或天然聚合物、蛋白质或其他生物相容性材料混合、溶解或共挤出。可以通过在打印过程之前将生物组分混合或供选择地在打印过程之后将生物组分作为涂层或填充物引入，将生物组分包含在生物打印材料，通常为水凝胶中。可将细胞包埋在聚合物混合物中以形成具有生物学功能的细胞构建体、组织移植物或器官。可通过对物体进行喷涂或通过将生物材料渗入到打印的模板中来将细胞或其他生物组分引入打印的支架结构或模板。该打印机还可用于制造定制的药片和药物。

所产生的组织移植物在无菌环境下产生。从临床组织活检分离出哺乳动物(例如人)细胞。分离的细胞可以是原代细胞、祖细胞、干细胞或这些的组合。通过机械方法和/或化学方法破坏细胞外基质或载液以释放细胞来分离细胞。通常将收集的细胞在单层或3D培养物中扩增，直到获得足够的细胞数。根据初始分离细胞产量和应用需求，细胞可以扩增数周。可以在打印前对细胞进行转染或基因编辑以修饰基因组，从而在创建的组织中获得期望的细胞功能。然后可以将这些细胞与天然或合成聚合物混合，制成细胞生物材料混合物。生物聚合物例如但不限于透明质酸、胶原蛋白、明胶、硫酸软骨素、藻酸盐、结冷胶或任何组合可用于制备含细胞的聚合物混合物。合成聚合物如聚乙二醇(PEG)、泊洛沙姆、聚噁唑啉、聚丙二醇、聚(L/D)丙交酯、聚乙醇酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺(polyachrylamide)或这些的组合或嵌段共聚物。例如，藻酸盐和结冷胶的聚合物混合物可用于混合细胞，以形成适合生物打印过程的细胞聚合物混合物。