[发明专利]复杂可植入维生装置的增材制造

说明书

细胞支架装置包括至少一个通道网络，该通道网络包括一个入口和多个通道，该多个通道包括母通道，该母通道具有与入口连通的一个端部和与第一分叉连通的另一个端部，形成两个子通道。每个子通道具有与第一分叉的各端部连通的一个端部和与第二分叉连通的另一个端部，从每个子通道形成两个孙通道。每个孙通道具有与第二分叉的各端部连通的一个端部、以及另一个端部。孙通道的该另一个端部形成出口，或形成与孙通道连通的第三子通道。孙通道的每次形成都定义分形结构的一代。该装置用作为用于接种、生长和维持植入于装置内和/或装置上的细胞的支架。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月25日提交的名为“复杂可植入维生装置的增材制造”的美国临时专利申请号62/676,602的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。

背景技术

技术领域

本公开涉及可植入细胞支架装置。更详细而言，本公开涉及通过增材制造形成的可植入细胞支架装置。

相关技术说明

植入物通常是被配置成对生物学结构或机制进行恢复、维持、改善或其组合的装置。典型的植入物装置设置在体内。但是，也可以将此类装置设置在体外以用于多种用途，包括药物测试和生物系统分析。

根据器官采购和运输网络(于2017年12月访问)，从2005年到2015年，器官捐献等待名单上的患者人数从总共90,500名患者增加到总共122,000名患者。同时，每年接收的器官捐献者总人数始终保持在15,000名捐献者。在这15,000名接收的捐献者中，约5,600名捐献者是活人，其余的9,400名捐献者已故。自1998年以来，已故捐献者的总人数有所增加，这是因为已故捐献者的器官获取和运输方案有所改进。然而，器官捐献等待名单上的患者人数仍然大于美国和全世界的器官捐献者人数。因此，为了满足当前和将来所有需要移植的患者的需求，需要进行整体器官制造。

此类整体器官制造的方法包括工程改造组织。工程改造组织已经在实验室中完成了设计，包括工程改造的皮肤、软骨和血管移植物。尽管在工程改造组织领域中取得了这些进步，但由于将规模从工程改造组织放大到整体器官制造的过程中要克服一些根本性的限制，因此尚未实现整体器官制造。

植入物和组织的制造方法无法再现人体组织的几何形状、复杂性和寿命。对整体器官进行工程改造的主要限制来自器官内的各种物质输送机制和生物学特性。在器官系统如有氧呼吸和废物处理系统中，扩散是主要的物质输送机制。例如，就有氧呼吸而言，大多数细胞距毛细血管腔的距离在100微米(μm)至200μm之间。氧扩散距离极限是细胞与氧源之间的最小距离，取决于细胞耗氧率和氧通过给定组织的扩散率。另外，组织中给定的细胞浓度([Cell])和到组织中心的扩散距离(d)保持平方反比关系 ([Cell]∝1/d²)。当工程改造组织构建体的特征尺寸(例如血管的特征长度)以因数n缩放时，细胞密度的理论极限将以因数n²降低。因此，需要一个内在的血管网络来增加工程改造组织的尺寸并同时保持所需的最小氧扩散距离。

传统的工程改造组织设计包含二维微通道阵列。二维阵列理论上可以应用于整个器官，但是，这些器官自身是三维的，它们各自的血管组织必须反映出这一点。当包括肝细胞在内的细胞在三维支架中发育并放置在毛细血管床附近的机体内时，只有紧靠血管的细胞才能茁壮成长。随着时间的流逝，新血管可能会生长到植入的细胞中，但是，与现有血管相距甚远的细胞在没有即刻供血的情况下将无法健康成长。

因此，在本公开之前，需要能够让复杂细胞在三个维度上生长的多样化细胞支架装置。

在本发明的背景技术中公开的信息仅是为了加深对本发明的一般背景技术的理解，其不应被认为是承认或以任何形式提示该信息形成了本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

有利地，本公开中详细描述的细胞支架装置解决了上文中详细描述的现有技术中的缺点。