[发明专利]自动化生物打印系统

说明书

本发明涉及一种生物打印系统，该生物打印系统用于从其至少一部分由生物粒子(细胞和细胞衍生物)组成的材料制造结构化生物材料，该生物打印系统包括：a)打印组件，所述打印组件包含打印生物学关注对象的至少一个打印头以及至少一个目标；b)供应源，所述供应源用于向所述打印头供应所述生物学关注对象；c)对所述生物学关注对象进行生物打印的装置；d)使所述打印头相对于所述目标移动的装置；其特征在于，所述移动装置由控制所述目标沿六个轴的移动的机器人构成，所述打印头中的至少一者在所述打印阶段期间是固定的。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，所述增材制造使得能够人工地生产生物组织，这被称为“生物打印(bioprinting)”。生物打印在计算机的控制下，通过逐层沉积来依次定位活细胞以及其它生物产品、生物材料、生物化学试剂或生物相容性，以允许对它们进行空间构建，以便开发用于组织工程、再生医学、药物代谢动力学的活组织和器官，并且更广泛地用于生物学研究。

生物打印的主要用途涉及制备合成的活组织以用于实验研究，从而替代从生物(动物和人类两者)中获取的组织，以避免监管和伦理问题。从长远来看，生物打印将允许生产器官以用于移植而没有排斥的风险，所述器官包括表皮、骨骼组织、肾脏的一部分、肝脏、以及其它重要器官、心脏瓣膜、或诸如血管结构之类的中空结构。

通过3D生物打印来制造组织可以分为三个连续的技术步骤：

-用于设计数字模型的预处理，该预处理将定义如何在培养基中制备分化的细胞或干细胞以构成生物墨水，并且然后逐层打印。

-使用各种技术(激光打印、生物喷墨、微挤压等)由打印机自动打印组织。

-所打印的组织的成熟，在该成熟期间，所组合的细胞和生物材料会进化并相互作用，以形成功能性活体组织。

一般原理包括：制备包含生物墨水的源，该生物墨水中结合有各种元素，这些元素可以通过从激活源产生的可控能量供应在容纳目标的方向上被转移，所述激活源例如是激光、机电脉冲或声脉冲，甚或是投影，转移的元素通过增材打印在容纳目标的方向上形成二维矩阵或三维矩阵。各个转移元素在目标上的到达位置由源相对于目标的相对定位来确定。通常，激活源被引导在垂直于转移方向的XY平面上，以便确定各个元素在目标上的位置。

本发明更具体地涉及生物学关注对象(objects of biological interest)从打印源相对于目标的移位，并且更具体地涉及机器人辅助移位。

本发明的目的是将生物学关注对象从源转移到目标，所述生物学关注对象包括(有时是不同类型的)活细胞(例如，多能干细胞或任何其它分化细胞)、以及诸如胶原蛋白之类的生物产品，并且更普遍地是细胞外基质材料。

例如，生物学关注对象可以一起放入流体中，以形成包含生物粒子(诸如，活细胞)的“生物墨水”。然后，制备这些生物墨水并以无菌形式包装这些生物墨水，以便可以在需要时将这些生物墨水用于打印生物组织。

在本专利的意义内，生物打印是指：借助于计算机，通过创建几何结构的方法，对活细胞和其它生物产品进行空间构建，特别是通过生物学关注对象的个体化沉积物形成的层叠，以便开发用于组织工程、再生医学、药物代谢动力学以及更一般地用于生物学研究的活组织和器官。生物打印涉及活细胞和生物材料的逐层同时沉积，以制造活组织，例如，皮肤、心脏瓣膜、软骨、心脏组织、肾脏、肝脏以及其它重要器官或中空结构(诸如，膀胱以及血管结构)的人工结构。

背景技术

在欧洲专利EP3234102中描述了基于被称为“激光诱导向前转移”(LIFT)的技术通过激光来打印生物元素的设备的示例。该设备包括发射激光束的脉冲激光源、用于聚焦和定向激光束的系统、包括至少一种生物墨水的供体介质、以及被定位以容纳从供体介质发射的材料的受体基底。