[发明专利]原位4D生物打印器官的装置、系统及方法

说明书

一种原位4D生物打印器官的装置、系统及其用法，适用于器官部分缺损后组织原位再生，装置包括植入部、联接部、体外部，植入部包括用于塑形缺损组织的支架、喷印生物墨水的微流控部件和智能监测部件，体外部包括用于向植入部提供支持的加注与引流部件、动力装置、控制及通讯单元，植入部可置入体内或安装于体表并连接器官缺损区，体外部按照算法精确分层分时段分区喷印分段式生物墨水到器官缺损区创面，诱导缺损器官再生，从而实现器官缺损区组织原位结构与功能重建。

技术领域

本申请属于医疗技术领域，具体涉及一种原位4D生物打印器官的装置、系统及其用法。

背景技术

器官移植是替代失能器官的有效方案，因供体短缺，绝大多数患者没有机会等到器官移植。另外，因创伤或肿瘤切除部分器官，残留器官的功能不足以完成人体需要，仍要等待器官移植。

3D生物打印器官是解决供体短缺的途径之一，因打印器官的血管、分泌排泄管道构建及移植后器官功能实现等关键技术尚未解决，该技术存在巨大临床转化鸿沟，而创面原位3D生物打印技术修复皮肤缺损，利用人体作为天然生物反应器，具备缩小临床转化鸿沟的潜在优势（Albanna等. Sci Rep. 2019 Feb 12; 9(1): 1856.）。

现有3D生物打印器官技术存在局限性，主要表现为：（1）体外打印的组织器官移植到人体不具备器官功能，甚至移植的组织器官不能存活；（2）体外打印组织器官需要制备大量种子细胞，移植前准备需时较久；（3）在体打印组织器官仅用于皮肤缺损修复，尚不能修复耳鼻等复杂体表器官缺损，更不能修复体内深部器官缺损；（4）在体3D生物打印修复皮肤创面为一次性打印全层皮肤，血管长入较厚的打印全层皮肤需时较久，打印全层皮肤的表层细胞可能因营养不足而失活；（5）体外打印组织器官移植后或在体打印组织器官后，脆弱的打印组织器官缺乏良好的微环境，导致愈合不佳。

因创伤或肿瘤切除部分器官后，借助3D生物打印技术，在残留器官残端原位构建组织再生微环境，按需分层分时段打印，将诱导残留器官组织再生为完整器官，人们可以重获健康。同样的，一个供体器官可分割为多个相对独立的分移植物，每个分移植物移植给一个患者，借助3D生物打印技术，在每个分移植物残端构建组织再生微环境，按需分层分时段打印，将诱导每个分移植物再生为完整器官，从而，让更多患者获得器官移植机会。

发明内容

（一）要解决的技术问题

提供一种便携式体内原位4D生物打印装置，该装置可置入体内或安装于体表并联结器官残端，在器官残端构建组织再生微环境，生物墨水分时分层分区喷印到器官残端创面，从而诱导器官残端组织再生为完整器官。

（二）技术方案。

一方面，本申请的一个实施例提供一种原位4D生物打印器官的装置，其可包括植入部、体外部和联接部，所述植入部用于置入体内或安装于体表并连接器官缺损区、喷印生物墨水和/或人工羊水并诱导缺损器官组织再生，所述体外部用于向植入部提供支持，所述联接部用于连接植入部和体外部。

进一步地，所述植入部可包括器官缺损区支架、微流控管道和监测部件，所述器官缺损区支架至少包括内壁、外壳、多个第一微孔，用于塑形器官缺损区结构；所述微流控管道包括毛细管网、多个第二微孔、第一连接管，用于喷印生物墨水和/或人工羊水；所述监测部件包括传感器，所述传感器包括视觉传感器、近红外传感器、pH传感器、温度传感器、微生物传感器、生物化学传感器中的至少一个或多个的组合，用于采集器官缺损区数据。

优选地，所述器官缺损区支架依据器官缺损区形状尺寸定制，通常选择可降解材料制作，更优地，选择3D打印技术加工制作，3D建模参考器官缺损区和/或健康侧器官影像学数据。

进一步地，所述内壁为缺损区再生器官部分的髓腔，比如大脑脑室、肾脏肾盂肾盏、子宫宫腔、心脏的心房或心室、肺脏的气管支气管，可变换地，无髓腔结构的器官可简化或省却所述内壁，比如脾脏、甲状腺、肾上腺、卵巢、肝脏。