CN113784738A - 组织和器官替代物及其制造方法 - Google Patents

Abstract

组织或器官替代物包含组织工程构建体，该构建体包含一种或多种生物油墨组合物和生物相容性支撑结构。该支撑结构包含生物相容性材料的一个或多个外部支撑物、一个或多个内部支撑物或其组合。该组合物具有三维(3D)形状，并且生物相容性材料以生物相容性支撑结构重量的约1重量％至约100重量％的量存在。

Description

组织和器官替代物及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月29日提交的美国临时申请第62/826,745号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本技术总体上涉及用于移植物和植入物的生物替代组织或器官及其制备方法。更具体地，本技术涉及具有生物相容性支撑结构和组织工程构建体的组织和器官替代物及其制造方法。

发明内容

在一个方面中，本技术提供了一种组织或器官替代物，其包含包含有一种或多种生物油墨组合物的组织工程构建体和生物相容性支撑结构，所述生物相容性支撑结构包含生物相容性材料的一种或多种外部支撑物、内部支撑物或其组合，其中所述组合物具有三维(3D)形状，并且所述生物相容性材料以生物相容性支撑结构的约1重量％至约100重量％的量存在。

在相关的方面中，本技术提供了一种制造组织或器官替代组合物的方法，所述方法包含制造如本文在任何实施例中描述的生物相容性支撑结构；制造如本文在任何实施例中描述的组织工程构建体，包括在生物相容性支撑结构中或在生物相容性支撑结构周围沉积一种或多种如本文在任何实施例中描述的生物油墨组合物；使所述一种或多种生物油墨组合物交联，并且任选地重复沉积步骤和交联步骤，以形成组织工程构建体；以及固化组织或器官替代组合物；其中生物相容性支撑结构包含生物相容性材料的外部支撑物、内部支撑物或其组合中的一种或多种，并且所述生物相容性材料以生物相容性支撑结构的约1重量％至约100重量％的量存在。

附图说明

图1A提供了根据本技术的实施例的包含生物相容性支撑结构的组织/器官替代组合物的透视图，其中生物相容性支撑结构具有部分地覆盖组织工程构建体的外部二维(2D)表面的外部支撑物和部分地被组织工程构建体包封的内部支撑物。

图1B提供了根据本技术的实施例的生物相容性支撑结构的透视图，所述生物相容性支撑结构具有连接至外部结构的一个或多个2D表面的内部支撑物。

图1C提供了具有从一个2D表面延伸穿过其中到相对的平行2D表面的一个或多个孔的外部支撑物的透视图。

图1D提供了根据本技术的实施例的内部支撑物的透视图，该内部支撑物具有从一个2D表面延伸穿过其中到内部支撑物的相对的平行2D表面的一个或多个孔，并且具有空腔。

图2A示出了根据本技术的实施例的具有一个或多个孔的2D片材。

图2B示出了根据本技术的实施例的用于形成耳形组织工程构建体的内部支撑的可溶性模具。

图2C示出了根据本技术的实施例的热成型到内部支撑物的模具上的2D多孔片材。

图3A示出了根据本技术的实施例的模具的内部视图，该模具被构造和成形为用于注射成型耳形组织工程构建体。

图3B示出了根据本技术的实施例的模具的外部视图，该模具被构造和成形为用于注射成型耳形组织工程构建体。

如下所述，图4A-4D显示了流程图，其描绘了用于制造组织或器官替代组合物的生物相容性支撑结构和组织工程构建体的示例性方法。

图4A示出了根据本技术的实施例的用于制造组织或器官替代组合物的一般示例性方法。

图4B示出了用于制造生物相容性支撑结构(外部支撑物和/或内部支撑物)的示例性过程。

图4C示出了根据至少一个实施例的用于制造组织工程构建体的示例性方法。

图4D示出了根据至少一个实施例的固化构建体的示例性方法的流程图。

具体实施方式

下文描述了各种实施例。应该注意的是，特定实施例并不旨在作为详尽的描述或者作为对本文讨论的更广泛方面的限制。结合特定实施例描述的一个方面不一定限于该实施例，而是可以用任何其他实施例来实践。

如本文所使用的，“约”将被本领域普通技术人员理解，并且将根据其使用的上下文在一定程度上变化。如果术语的使用对于本领域普通技术人员来说是不清楚的，鉴于使用该术语的上下文，“约”将意指至多该特定术语的正或负10％。

在描述元件的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)，术语“一(a)”和“一(an)”和“该(the)”以及类似的指代物的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾。除非本文中另有说明，否则本文中数值的范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独数值的简写方法，并且每个单独数值被并入说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。除非本文另有说明或者与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序进行。除非另有说明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明实施例，而不构成对权利要求范围的限制。说明书中的任何语言都不应被解释为将任何未要求保护的元件表示为必要的。

术语“生物相容性材料”是指来源于天然或合成来源的材料，其能够在受试者的体内发挥其期望的功能，而不会引起任何不期望的局部或全身效应。如本文所使用的，生物相容性材料也可以指在生理条件下可生物降解的、可生物吸收的、可生物再吸收的材料，或其两种或更多种的组合。术语“可生物降解的”是指通过正常的环境过程和/或通过生物诸如微生物的作用可以被分解成基本物质的材料。术语“可生物吸收的”是指能够被活组织吸收的材料。术语“可生物再吸收的”指的是当放置在人体内时开始溶解(再吸收)并慢慢被前进的组织替代的材料。如本文所使用的，在任何实施例中，术语“可生物降解的”、“可生物吸收的”和“可生物再吸收的”可互换使用。

如本文所使用的，“受试者”或“患者”是如本文所述的哺乳动物。术语“受试者”和“患者”可以互换使用。如本文所使用的，术语哺乳动物包含但不限于猫、狗、啮齿动物或灵长类动物。例如，在本文的任何实施例中，哺乳动物是人。

术语“水凝胶”或“凝胶”是指当有机聚合物(天然或合成的)凝固或固化以产生三维开放晶格结构时形成的物质，所述结构捕获水或其他溶液的分子以形成凝胶。固化可以通过例如聚集、凝结、疏水相互作用或交联来发生。水凝胶可以是细胞的(即含有细胞)或非细胞的(即没有细胞)。含有细胞的水凝胶可以快速固化，以保持细胞均匀地悬浮在模具中(或在另一个固化的凝胶周围或内部)，直到凝胶固化。水凝胶也可以是生物相容的，例如，对悬浮在水凝胶中的细胞没有毒性。

如本文所使用的，“2D厚度”是指外部支撑物或内部支撑物或支撑物的元件(例如，桁架状支撑物的桁架元件)从支撑物或支撑物元件的一个表面到相对的平行表面的横截面厚度。

如本文所使用的，术语“胶原蛋白”是指结缔组织的主要蛋白质，其具有高拉伸强度，并且已经在大多数多细胞生物中发现。胶原蛋白是一种主要的纤维蛋白，并且它也是基材膜中的非纤维蛋白。它含有丰富的甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸。胶原蛋白遍布全身，并且具有至少12种类型(I-XII型)。

当前技术的组织/器官替代物

在一个方面中，本技术提供了一种组织或器官替代物，其包含包含有一种或多种生物油墨组合物的组织工程构建体和生物相容性支撑结构，所述生物相容性支撑结构包含生物相容性材料的一种或多种外部支撑物、内部支撑物或其组合，其中所述组合物具有三维(3D)形状，并且所述生物相容性材料以生物相容性支撑结构的约1重量％至约100重量％的量存在。

图1A提供了根据本技术的实施例的组织/器官替代组合物100的透视图，所述组合物包含生物相容性支撑结构110，其中生物相容性支撑结构具有部分地覆盖组织工程构建体140的外部二维(2D)表面的外部支撑物120和部分地被组织工程构建体140包封的内部支撑物130。

图1B提供了根据本技术的实施例的生物相容性支撑结构110的透视图，所述生物相容性支撑结构具有连接至外部结构120的一个或多个2D表面的内部支撑物140。图1C提供了外部支撑物120的透视图，该外部支撑物具有一个或多个从一个2D表面延伸穿过其中到相对的平行2D表面的孔150。图1D提供了根据本技术的实施例的内部支撑物130的透视图，该内部支撑物具有一个或多个从内部支撑物的一个2D表面延伸穿过其中到相对的平行2D表面的孔160，并且具有空腔170。

组织工程构建体

本技术的组织/器官替代物包含包含有一种或多种生物油墨组合物的组织工程构建体。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以被配置成具有任何合适的形状或尺寸。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有各种形状和尺寸的定制3D结构，用于许多临床应用，诸如面部或颅面部应用、工程软骨组织或其组合。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有受试者的器官或组织的形状。例如，在本文的任何实施例中，器官或组织选自耳朵、鼻子、半月板、关节软骨或心脏瓣膜。在本文的任何实施例中，器官是耳朵。图1A示出了具有人耳形状的组织工程构建体140的实施例，其中根据本技术的实施例，耳朵的耳轮部分地被外部支撑物120覆盖，并且组织工程“耳形”构建体的轮廓部分将内部支撑物130部分地包封。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有基于3D计算机模型的3D结构。例如，在本文的任何实施例中，基于计算机的模型可以包含受试者的3D对侧器官或组织。在本文的任何实施例中，受试者是哺乳动物(例如，猫、狗、啮齿动物或灵长类动物)。在本文的任何实施例中，受试者是人。基于计算机的3D模型可以通过3D成像工具获得。合适的3D成像工具包含但不限于临床计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描、3D相机或其任意两种或更多种的组合。

组织工程构建体可以被配置成使得组织工程构建体的尺寸大于生物相容性支撑结构的尺寸，其中组织工程构建体部分或完全地与生物相容性支撑结构接触。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以被配置成使得生物相容性支撑结构的内部支撑物完全或部分地被包封在组织工程构建体中。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以被配置成使得组织工程构建体的尺寸小于生物相容性支撑物，其中组织工程构建体被生物相容性支撑体结构的外部支撑物完全或部分地覆盖和/或封闭。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体的一个或多个2D外表面可以被生物相容性支撑结构的外部支撑物覆盖和/或封闭。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有超过生物相容性支撑结构的外部支撑物的容量的尺寸，使得组织工程构建体延伸(或突出)超过外部支撑物的外部2D表面。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以延伸(或突出)穿过生物相容性支撑结构的外部支撑物的一个或多个孔。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以包含一组独特的机械性能以实现其适当的功能。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有约2kPa至约2MPa的平衡模量、约20kPa至约20MPa的瞬时模量和约1x10^-16m²/Pa·s至约1x10^-8m²/Pa·s的透水性。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有约2kPa至约2MPa、约2kPa至约1.5MPa、约2kPa至约1MPa、约2kPa至约800kPa、约2kPa至约600kPa、约2kPa至约400kPa，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的平衡模量。例如，在本文的任何实施例中，平衡模量可以是2kPa、约10kPa、约25kPa、约50kPa、约100kPa、约200kPa、约300kPa、约400kPa、约500kPa、约600kPa、约700kPa、约800kPa、约900kPa、约1MPa、约1.1MPa、约1.2MPa、约1.3MPa、约1.4MPa、约1.5MPa、约1.6MPa、约1.7MPa、约1.8MPa、约1.9MPa、约2MPa，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有约20kPa至约20MPa、50kPa至约15MPa、约100kPa至约10MPa、约500kPa至约8MPa、约1MPa至约5MPa，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的瞬时模量。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有约20kPa、约40kPa、约60kPa、约80kPa、约100kPa、约200kPa、约300kPa、约400kPa、约500kPa、约600kPa、约700kPa、约800kPa、约900kPa、约1MPa、约2MPa、约3MPa、约4MPa、约5MPa、约6MPa、约7MPa、约8MPa、约9MPa、约10MPa、约11MPa、约12MPa、约13MPa、约14MPa、约15MPa、约16MPa、约17MPa、约18MPa、约19MPa、约20MPa，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的瞬时模量。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有约1x10^-16m²/Pa·s至约1x10^-8m²/Pa·s、约1x10^-13m²/Pa·s至约9x10^-10m²/Pa·s、约1x10^-12m²/Pa·s至约6x10^-10、约1x10^-11m²/Pa·s至约3x10^-10m²/Pa·s，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的透水性。

组织工程构建体可以包含一种或多种生物油墨组合物。术语“生物油墨”或“生物油墨组合物”是指源自生物材料的油墨。例如，在本文的任何实施例中，生物油墨可以包含但不限于水凝胶(例如藻酸盐水凝胶)、透明质酸、弹性蛋白、层粘连蛋白、琼脂糖、胶原蛋白、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、角叉菜胶、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-共-聚环氧丙烷、羟丙基甲基纤维素、聚(富马酸丙烯酯-共-乙二醇)、聚(乙二醇)-共-聚(乳酸)、聚(乙烯醇)、KDLl 2寡肽、聚(n-异丙基丙烯酰胺)或其两种或更多种的组合。通过调节环境变量(包含但不限于温度、pH、离子强度、热量、UV光)或添加化学交联剂(诸如，钙、镁、钡、软骨素、硫酸盐、碳二亚胺、核糖、核黄素和凝血酶)，生物油墨可以具有受控的交联速率。用于组织工程构建体的生物油墨的合适的水凝胶在2010年5月5日提交的题为“具有自组装环形排列的复合组织工程椎间盘(COMPOSITE TISSUE-ENGINEERED INTERVERTEBRAL DISC WITHSELF-ASSEMBLED ANNULAR ALIGNMENT)”的美国专利第9,044,335号(其全部内容通过引用并入本文)中描述。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体的一种或多种生物油墨组合物可以包含藻酸盐水凝胶。例如，在本文的任何实施例中，藻酸盐水凝胶可以以约0.5％(w/v)至约10％(w/v)的量存在。例如，在本文的任何实施例中，藻酸盐水凝胶可以以约0.5％(w/v)、约0.6％(w/v)、约0.7％(w/v)、约0.8％(w/v)、约0.9％(w/v)、约1.0％(w/v)、约1.5％(w/v)、约2.0％(w/v)、约2.5％(w/v)、约3.0％(w/v)、约3.5％(w/v)、约4.0％(w/v)、约4.5％(w/v)、约5.0％(w/v)、约5.0％(w/v)、约5.5％(w/v)、约6.0％(w/v)、约6.5％(w/v)、约7.0％(w/v)、约7.5％(w/v)、约8.0％(w/v)、约8.5％(w/v)、约9.0％(w/v)、约9.5％(w/v)、约10.0％(w/v)，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的量存在。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体的一种或多种生物油墨组合物可以包含胶原蛋白。基于胶原蛋白的材料有利于用于组织工程构建体。收获用于生物凝胶组合物的胶原蛋白的方法、使用生物凝胶组合物来制造3D结构的方法以及用于制备用于3D打印系统的生物凝胶组合物的方法在2017年5月25日提交的并且代理人档案号为113066-0104的题为“3D可打印生物凝胶及其使用方法(3D PRINTABLE BIO GEL AND METHOD OF USE)”的PCT申请序列号PCT/US2017/034582中描述，其全部内容据此通过引用并入，作为其中阐述的背景信息和方法。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体的一种或多种生物油墨组合物可以包含大于约5mg/ml的量的胶原蛋白。生物油墨中胶原蛋白的合适的量可以包含但不限于约5mg/ml至约200mg/ml。例如，在本文的任何实施例中，胶原蛋白可以以约约5mg/ml、约10mg/ml、约15mg/ml、约20mg/ml、约25mg/ml、约30mg/ml、约35mg/ml、约40mg/ml、约45mg/ml、约50mg/ml、约55mg/ml、约60mg/ml、约65mg/ml、约70mg/ml、约75mg/ml、约80mg/ml、约85mg/ml、约90mg/ml、约95mg/ml、约100mg/ml、约105mg/ml、约110mg/ml、约115mg/ml、约120mg/ml、约125mg/ml、约130mg/ml、约135mg/ml、约140mg/ml、约145mg/ml、约150mg/ml、约155mg/ml、约160mg/ml、约165mg/ml、约170mg/ml、约175mg/ml、约180mg/ml、约185mg/ml、约190mg/ml、约195mg/ml、约200mg/ml，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的量存在。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以包含一种或多种具有I型胶原蛋白、III型胶原蛋白、IV型胶原蛋白、其他原纤维胶原蛋白或其组合的生物油墨组合物。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体的一种或多种生物油墨组合物可以进一步包含如本文在任何实施例中所述的中和剂和细胞培养基。合适的中和剂可以包含但不限于例如含有弱酸的制剂。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以是细胞的或非细胞的。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体的生物油墨可以包含含有细胞群的细胞培养基，所述细胞群可以包含但不限于从组织受试者获得和/或分离的活细胞。细胞培养基可以进一步包含其他活细胞；例如，在本文的任何实施例中，生物油墨可以包含表皮细胞、软骨细胞和形成间充质干细胞、脂肪来源的干细胞、软骨、巨噬细胞、脂肪细胞、真皮细胞、肌肉细胞、毛囊、成纤维细胞、器官细胞的其他细胞、成骨细胞、骨细胞和其他形成骨骼的细胞、内皮细胞、粘膜细胞、胸膜细胞、耳道细胞、鼓膜细胞、腹膜细胞、雪旺细胞、角膜上皮细胞、牙龈细胞、中枢神经系统神经干细胞、气管上皮细胞，或其两种或更多种的组合。

在本文的任何实施例中，细胞群可以约1.0x10⁵个细胞/ml至约5.0x10⁷个细胞/ml的量存在。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体的生物油墨中存在的细胞的量可以包含约1.0x10⁵个细胞/ml、约2.0x10⁵个细胞/ml、约3.0x10⁵个细胞/ml、约4.0x10⁵个细胞/ml、约5.0x10⁵个细胞/ml、约6.0x10⁵个细胞/ml、约7.0x10⁵个细胞/ml、约8.0x10⁵个细胞/ml、约9.0x10⁵个细胞/ml、约1.0x10⁶个细胞/ml、约2.0x10⁶个细胞/ml、约3.0x10⁶个细胞/ml、约4.0x10⁶个细胞/ml、约5.0x10⁶个细胞/ml、约6.0x10⁶个细胞/ml、约7.0x10⁶个细胞/ml、约8.0x10⁶个细胞/ml、约9.0x10⁶个细胞/ml、约1.0x10⁷个细胞/ml、约2.0x10⁷个细胞/ml、约3.0x10⁷个细胞/ml、约4.0x10⁷个细胞/ml、约5.0x10⁷个细胞/ml，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。组织工程构建体的生物油墨中存在的细胞的合适量包含但不限于约1.0x10⁵个细胞/ml至约5.0x10⁷个细胞/ml、约1.0x10⁵个细胞/ml至约1.0x10⁷个细胞/ml、约1.0x10⁵个细胞/ml至约5.0x10⁶个细胞/ml、约1.0x10⁵个细胞/ml至约5.0x10⁶个细胞/ml，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体的一种或多种生物油墨组合物可以是非细胞的，其中生物油墨不含活细胞。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以被配置成使得组织工程构建体具有可以是非细胞或细胞的区域或组分。例如，组织工程构建体可以包含完全或部分地包封在内部支撑物内的一定体积的生物油墨组合物，该内部支撑物将一定体积的生物油墨组合物与组织工程构建体的其他部分分开。在本文的任何实施例中，包封的生物油墨组合物的体积可以不同于组织工程构建体的未包封的生物油墨。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以包含多个体积的相同或不同的生物油墨组合物，其被两个或更多个内部支撑物包封。在本文中，组织工程构建体包含多种生物油墨组合物。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体的一种或多种生物油墨组合物可以进一步包含载体或添加剂。合适的载体可以包含但不限于水、离子盐水溶液(例如盐水)、磷酸盐缓冲盐水(PBS)、细胞培养基、胎牛血清(FBS)、杜尔贝科最低必需培养基(DMEM)、成纤维细胞生长因子(bFGF)等或其组合。合适的添加剂包含但不限于生长因子和交联剂。合适的交联剂包含但不限于核黄素、核糖、聚乙二醇(PEG)、戊二醛、1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)-碳二亚胺盐酸盐、京尼平、壳聚糖等或其组合。

生物相容性支撑结构

本技术提供了一种生物相容性支撑结构，其包含生物相容性材料的一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合。图1B示出了具有外部支撑物120和内部支撑物130的生物相容性支撑结构110的实施例，其中内部支撑物被连接至外部支撑物的一个或多个2D表面。如本文所使用的，“外部支撑物”是指被定制成各种2D或3D形状和尺寸并被配置为用作覆盖组织工程构建体的一个或多个表面的外骨骼结构的一个或多个结构部件。图1C示出了被配置成覆盖耳形组织工程构建体的耳轮的外部支撑物120。例如，在本文的任何实施例中，外部支撑物可以完全地包封组织工程构建体，使得外部支撑物完全覆盖组织工程构建体的外表面。在本文的任何实施例中，外部支撑物可以部分地覆盖组织工程构建体的一个或多个外表面。图1A示出部分地覆盖人耳形组织工程构建体140的耳轮部分的外部支撑物120的实施例。在本文的任何实施例中，外部支撑物可以包含一个或多个空腔(即，开口)以允许材料(例如，营养物、生物废料、细胞和组织材料，例如生长的血管和神经结构等或其组合)的流动，其中空腔容纳组织工程构建体。

如本文所使用的，“内部支撑物”是指一种或多种结构部件，其被定制成各种2D或3D形状和尺寸并被配置为用作内部骨骼结构，所述内部骨骼结构完全或部分地被组织工程构建体包封。例如，在本文的任何实施例中，内部支撑物可以被组织工程构建体完全包封，使得内部支撑物的任何部分都没有延伸超出组织工程构建体的2D外表面。在本文的任何实施例中，内部支撑物可以被组织工程结构部分地包封，使得内部支撑物的一个或多个部分延伸超出组织工程构建体的一个或多个2D外表面。在本文的任何实施例中，内部支撑物可以连接至外部支撑物的一个或多个2D表面并从所述表面向远侧延伸。在本文的任何实施例中，内部支撑物可以包含一个或多个空腔(即，开口)以允许材料(例如，营养物、生物废料、细胞和组织材料，例如生长的血管和神经结构等或其组合)的流动，其中空腔可以包含与不在空腔中的生物油墨相同或不同的一定体积的生物油墨组合物。图1D示出了具有空腔170的内部支撑物130。

在本文的任何实施例中，内部支撑物可以具有2D或3D形状，使得其占据组织工程构建体内的空间的体积小于组织工程构建体的总体积。例如，在本文的任何实施例中，内部支撑物可以完全或部分地降解、吸收或再吸收，以在组织工程构建体中形成一个或多个空腔、通道或其组合。在本文的任何实施例中，一个或多个空腔和/或通道可以被组织工程构建体完全包封，使得未填充的空腔和/或通道不会延伸超过组织工程构建体的2D外表面。在本文的任何实施例中，一个或多个空腔和/或通道可以延伸超过组织工程构建体的一个或多个2D外表面。例如，在本文的任何实施例中，空腔和/或通道可以延伸穿过其中，使得组织工程构建体的一个2D外表面与组织工程构建体的不同2D外表面流体连通。在本文的任何实施例中，一个或多个空腔和/或通道可以延伸超过组织工程构建体的一个2D外表面，使得与组织工程构建体的不同2D外表面没有流体连通。在本文的任何实施例中，一个或多个空腔和/或通道可以填充有材料(例如，营养物、生物废料、细胞和组织材料等或其组合)或可以允许所述材料的流动。

在本文的任何实施例中，内部支撑物可以被配置为将一定体积的生物油墨组合物完全或部分地包封在组织工程构建体中。在本文中，内部支撑物在组织工程构建体中形成一个或多个完全或部分地包封的生物油墨组合物的独立袋。例如，被内部支撑物包封的生物油墨组合物的体积可以与未被内部支撑物包封的生物油墨组合物相同或不同。在本文的任何实施例中，被内部支撑物包封的生物油墨组合物的体积不同于组织工程构建体的未包封的生物油墨。

不受理论的束缚，据信外部支撑物和/或内部支撑物增强了组织工程构建体的刚度。此外，外部支撑物和/或内部支撑物可以进一步增强压缩模量、拉伸模量、弯曲刚度和剪切强度。它可以通过限制生物材料来限制在外部施加压力时的变形。例如，通过在一些情况下在内部提供更刚性的材料，支撑物增加了如本文所述的组织工程构建体的轴向和弯曲刚度以及其他机械性能，并且对于外部支撑物，由于横截面惯性矩的增加，这是用最少的材料实现的。在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构的一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合将组织工程构建体的轴向和弯曲刚度、压缩模量、拉伸模量、弯曲刚度和剪切强度中的一个或多个增加了5倍至约10,000倍。例如，在本文的任何实施例中，轴向和弯曲刚度、压缩模量、拉伸模量、弯曲刚度和剪切强度可以增加约5倍、约10倍、约20倍、约30倍、约40倍、约50倍、约60倍、约70倍、约80倍、约90倍、约100倍、约200倍、约300倍、约400倍、约500倍、约1000倍、约5000倍、约10,000倍，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。

在本文的任何实施例中，一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合具有二维“2D”厚度，该厚度适于实现期望的机械性能，诸如生物相容性支撑物的弯曲模量或赋予组织工程构建体期望的拉伸、压缩和弯曲机械性能以及负载容量。例如，在本文的任何实施例中，外部支撑物或内部支撑物具有约10μm至约2000μm的2D厚度。例如，在本文的任何实施例中，外部支撑物或内部支撑物可以具有约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约150μm、约200μm、约250μm、约300μm、约350μm、约400μm、约450μm、约500μm、约550μm、约600μm、约650μm、约700μm、约750μm、约800μm、约850μm、约900μm、约950μm、约1000μm、约1050μm、约1100μm、约1150μm、约1200μm、约1250μm、约1300μm、约1350μm、约1400μm、约1450μm、约1500μm、约1550μm、约1600μm、约1650μm、约1700μm、约1750μm、约1800μm、约1850μm、约1900μm、约1950μm、约2000μm，或包含和/或在任何前述值之间的任何范围的2D厚度。合适的2D厚度包含但不限于约10μm至约2000μm、约10μm至约1500μm、约10μm至约1000μm、约10μm至约500μm，或包含和/或在任何前述值之间的范围。

在本文的任何实施例中，外部支撑物或内部支撑物可以包含一个或多个孔，所述孔从一个2D表面延伸穿过其中到外部支撑物和/或内部支撑物的相对的平行表面，从而允许材料(例如，营养物、生物废料、细胞和组织材料等或其组合)的流动。图1C示出了具有一个或多个孔150的外部支撑物120，并且图1D示出了具有一个或多个孔160的内部支撑物。一个或多个孔可以具有在约1μm至约10,000μm的范围内的平均尺寸。在本文的任何实施例中，一个或多个孔的平均尺寸可以包含但不限于约1μm、约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约600μm、约700μm、约800μm、约900μm、约1000μm、约1500μm、约2000μm、约2500μm、约3000μm、约3500μm、约4000μm、约4500μm、约5000μm、约5500μm、约6000μm、约6500μm、约7000μm、约7500μm、约8000μm、约8500μm、约9000μm、约9500μm、约10,000μm，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。合适的范围包含约1μm至约10,000μm、约5μm至约7500μm、约10μm至约7000μm、约20μm至约5000μm、约35μm至约2500μm，或包含和/或在任何两个前述值之间的范围。一个或多个孔可以具有任何形状；例如，一个或多个孔的形状可以是圆形、卵形、椭圆形、多边形等或其组合。

在本文的任何实施例中，外部支撑物和/或内部支撑物的一个或多个表面可以包含连接至外部支撑物和/或内部支撑物的一个或多个2D表面并从所述表面向远侧延伸的一个或多个附属元件。例如，在本文的任何实施例中，附属元件可以包含但不限于尖峰、结节、节点、支柱、脊等或其组合。

在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以包含外部支撑物和/或内部支撑物的任何组合。例如，在任何实施例中，生物相容性支撑结构可以仅包含如本文所述的一个或多个外部支撑物。在本文的任何实施例中，生物相容性支撑物可以仅包含一个或多个内部支撑物。在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以包含一个或多个外部支撑物和一个或多个内部支撑物。例如，内部支撑物的一部分可以连接至外部支撑物的2D表面。在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以包含外部支撑物和内部支撑物，其中一个或多个外部支撑物不与一个或多个内部支撑物连接或不与其接触。

生物相容性支撑结构可以包含生物相容性材料。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性材料可以包含但不限于多糖、生物相容性聚合物、橡胶、硅、生物相容性金属(例如钢、钴铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、锌、锌合金、铁合金等或其组合)、生物相容性陶瓷、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氨基酸、天然和生物聚合物(例如，糖胺聚糖、纤维素、壳聚糖、几丁质、葡聚糖、明胶、胶原蛋白、木质素、聚氨基酸、糖蛋白、弹性蛋白、层粘连蛋白)或其两种或更多种的组合。在任何实施例中，生物相容性材料可以包含生物相容性聚合物；例如，在本文的任何实施例中，生物相容性聚合物可以包含聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯酸(PGA)、聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)、聚二噁烷酮(PDO)、聚己内酯及其组合。

在本文的任何实施例中，生物相容性聚合物可以具有在约50℃至约290℃之间的熔点。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性聚合物可以具有约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃、约95℃、约100℃、约110℃、约120℃、约130℃、约140℃、约150℃、约160℃、约170℃、约180℃、约190℃、约200℃、约210℃、约220℃、约230℃、约240℃、约250℃、约260℃、约270℃、约280℃、约290℃，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的熔点。

在本文的任何实施例中，生物相容性材料可以进一步包含一种或多种添加剂。例如，一种或多种添加剂可以包含但不限于交联剂。

生物相容性材料可以是可生物降解的、可生物吸收的、可生物再吸收的或其组合。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性材料可以在生理条件下以约1周至约7年的速率降解、吸收或再吸收。合适的降解、吸收或再吸收的速率可以包含但不限于约1周、约2周、约3周、约1个月、约2个月、约3个月、约4个月、约5个月、约6个月、约7个月、约8个月、约9个月、约10个月、约11个月、约1年、约1.5年、约2年、约2.5年、约3年、约3.5年、约4年、约4.5年、约5年、约5.5年、约6年、约6.5年、约7年，或包含和/或在任意两个前述值之间的范围。例如，在本文的任何实施例中，降解、吸收或再吸收的速率可以包含约1周至约7年、约1周至约5年、约1周至约3年、约1周至约1年、约1周至约6个月、约1周至约3个月。合适的可生物降解、可生物吸收和/或可生物再吸收的材料包含但不限于PLA、PGA、PLGA、PDO、聚己内酯、可生物再吸收的金属合金及其组合。

在本文的任何实施例中，内部支撑物可以是不同于外部支撑物材料的生物材料。例如，内部支撑物可以是降解、吸收或再吸收的速率不同于外部支撑物的生物材料。在本文的任何实施例中，内部支撑物的生物材料具有比外部支撑物长的降解、吸收或再吸收的速率。在本文的任何实施例中，内部支撑物的生物材料具有比外部支撑物短的降解、吸收或再吸收的速率。

当材料是或包含生物聚合物、蛋白质、糖蛋白(例如，如上所列)时，该组分的浓度可以是约1000mg/ml至约2500mg/ml。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性材料可以以约1000mg/ml、约1100mg/ml、约1200mg/ml、约1300mg/ml、约1400mg/ml、约1500mg/ml、约1600mg/ml、约1700mg/ml、约1800mg/ml、约1900mg/ml、约2000mg/ml、约2100mg/ml、约2200mg/ml、约2300mg/ml、约2400mg/ml、约2500mg/ml，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的浓度存在。在本文的任何实施例中，生物相容性材料可以以约1500mg/ml至约2500mg/ml、约1750mg/ml至约2200mg/ml、约2000mg/ml至约2300mg/ml，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的浓度存在。

生物相容性材料可以以生物相容性支撑结构的约1重量％至100重量％的量存在于生物相容性支撑结构中。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构中生物相容性材料的重量的量可以是约1％、约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。生物相容性支撑物中生物相容性材料的合适的量包含但不限于约5％至约100％、10％至约100％、约50％至约100％、约5％至约20％、约90％至约100％，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。

生物相容性支撑结构具有的机械性能允许其增强组织工程构建体的机械性能。在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以具有约0.2GPa至约100GPa的弯曲模量、约0.02GPa至约100GPa的弹性模量或约1MPa至约1000MPa的拉伸强度中的一种或多种。

在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以具有约0.2GPa至约100GPa的弯曲模量。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以具有约0.2GPa、约0.3GPa、约0.4GPa、约0.5GPa、约0.6GPa、约0.7GPa、约0.8GPa、约0.9GPa、约1GPa、约2GPa、约3GPa、约4GPa、约5GPa、约6GPa、约7GPa、约8GPa、约9GPa、约10GPa、约11GPa、约12GPa、约13GPa、约14GPa、约15GPa、约16GPa、约17GPa、约18GPa、约19GPa、约20GPa、约25GPa、约30GPa、约35GPa、约40GPa、约45GPa、约50GPa、约55GPa、约60GPa、约65GPa、约70GPa、约75GPa、约80GPa、约85GPa、约90GPa、约95GPa、约100Gpa，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的弯曲模量。合适的弯曲模量值可以包含但不限于约0.2GPa至约100GPa、约0.2GPa至约50GPa、约0.2GPa至约25GPa、约0.2GPa至约15GPa、约1GPa至约15GPa、约5GPa至约15GPa，或包含和/或在任何两个这些值之间的范围。

在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以具有约0.02GPa至约100GPa的弹性模量。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以具有约0.02GPa、0.04GPa、约0.06GPa、约0.08GPa、约0.1GPa、约0.2GPa、约0.3GPa、约0.4GPa、约0.5GPa、约0.6GPa、约0.7GPa、约0.8GPa、约0.9GPa、约1GPa、约2GPa、约3GPa、约4GPa、约5GPa、约6GPa、约7GPa、约8GPa、约9GPa、约10GPa、约11GPa、约12GPa、约13GPa、约14GPa、约15GPa、约16GPa、约17GPa、约18GPa、约19GPa、约20GPa、约25GPa、约30GPa、约35GPa、约40GPa、约45GPa、约50GPa、约55GPa、约60GPa、约65GPa、约70GPa、约75GPa、约80GPa、约85GPa、约90GPa、约95GPa、约100GPa，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围的弹性模量。合适的弹性模量值可以包含但不限于约0.2GPa至约100GPa、约0.2GPa至约50GPa、约0.2GPa至约25GPa、约0.2GPa至约15GPa、约1GPa至约15GPa、约5GPa至约15GPa，或包含和/或在任何两个这些值之间的范围。

在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以具有约1MPa至约1000MPa的拉伸强度。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以具有约1MPa、约2MPa、约3MPa、约4MPa、约5MPa、约6MPa、约7MPa、约8MPa、约9MPa、约10MPa、约20MPa、约25MPa、约30MPa、约35MPa、约40MPa、约45MPa、约50MPa、约55MPa、约60MPa、约65MPa、约70MPa、约75MPa、约80MPa、约85MPa、约90MPa、约95MPa、约100MPa、约150MPa、约200MPa、约250MPa、约300MPa、约350MPa、约400MPa、约450MPa、约500MPa、约550MPa、约600MPa、约650MPa、约700MPa、约750MPa、约800MPa、约850MPa、约900MPa、约950MPa、约1000MPa，或包含和/或在任何两个前述值之间的范围的拉伸强度。

组织或器官替代组合物包含以如本文公开的任何构造的组织工程构建体和生物相容性支撑结构一起，并且具有改进的机械性能(例如强度)。

在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构的一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合可以将组织工程构建体的负载容量增加约1％至约10,000％。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体的负载容量可以增加约1％至约10,000％、约1％至约1,000％、约1％至约100％、约1％至约10％，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。负载容量的合适的增加可以包含但不限于约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、约10％、约11％、约12％、约13％、约14％、约15％、约16％、约17％、约18％、约19％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％、约100％、约200％、约300％、约400％、约500％、约600％、约700％、约800％、约900％、约1,000％、约2,000％、约3,000％、约4,000％、约5,000％、约6,000％、约7,000％、约8,000％、约9,000％、约10,000％，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。

在本文的任何实施例中，组织或器官替代组合物可以承受约1kN至约10,000kN的压缩和约0.2kN至约1,000kN的剪切力。例如，在本文的任何实施例中，本技术的组织或器官替代组合物可以承受约1kN、2kN、约3kN、约4kN、约5kN、约6kN、约7kN、约8kN、约9kN、约10kN、约20kN、约30kN、约40kN、约50kN、约60kN、约70kN、约80kN、约90kN、约100kN、约200kN、约300kN、约400kN、约500kN、约600kN、约700kN、约800kN、约900kN、约1000kN、约1500kN、约2000kN、约2500kN、约3000kN、约3500kN、约4000kN、约4500kN、约5000kN、约5500kN、约6000kN、约6500kN、约7000kN、约7500kN、约8000kN、约8500kN、约9000kN、约9500kN、约10,000kN，或包含和/或在任何两个前述值之间的范围的压缩。合适的压缩范围可以包含但不限于约1kN至约10,000kN、约1kN至约5000kN、约1kN至约1000kN、约1kN至约500kN、约1kN至约15kN、约4kN至约10kN，或包含和/或在任何两个前述值之间的范围。

在本文的任何实施例中，本技术的组织或器官替代组合物可以承受约0.2kN至约1,000kN的剪切力。例如，在本文的任何实施例中，本技术的组织或器官替代组合物可以承受约0.2kN、约0.3kN、约0.4kN、约0.5kN、约0.6kN、约0.7kN、约0.8kN、约0.9kN、约1.0kN、约10kN、约50kN、约100kN、约150kN、约200kN、约250kN、约300kN、约350kN、约400kN、约450kN、约500kN、约550kN、约600kN、约650kN、约700kN、约750kN、约800kN、约850kN、约900kN、约950kN、约1000kN，或包含和/或在任何两个前述值之间的范围的剪切力。剪切力的合适范围包含但不限于约0.2kN至约1000kN、约1kN至约500kN、约10kN至约100kN、约0.2kN至约0.9kN，或包含和/或在任何两个前述值之间的范围。

方法

本技术提供了一种制造组织或器官替代组合物的方法，所述方法包含制造如本文在任何实施例中所述的生物相容性支撑结构；制造如本文在任何实施例中所述的组织工程构建体，包括：在生物相容性支撑结构中或在生物相容性支撑结构周围沉积如本文在任何实施例中所述的一种或多种生物油墨组合物；使一种或多种生物油墨组合物交联，并且任选地重复沉积步骤和交联步骤，以形成组织工程构建体；和固化所述组织或器官替代组合物；其中生物相容性支撑结构包含生物相容性材料的外部支撑物、内部支撑物或其组合中的一种或多种，并且所述生物相容性材料以生物相容性支撑结构的约1重量％至约100重量％的量存在。

图4A提供了流程图400，其示出了制造组织或器官替代组合物的方法的一个实施例。所述方法包含制造生物相容性支撑结构(过程401)、制造组织工程构建体(过程402)和固化所述组织工程构建体(过程403)。下面参考图4B-4D讨论每个过程(例如，子过程、子例程或步骤)401、402和403。

制造生物相容性支撑结构的方法可以包含一种或多种制造系统或方法，包含但不限于热成型、注射成型、旋转成型、阳模、阴模、挤出、减法制造、切割、激光切割、钻孔、水射流、冲压、直接保温切割、化学蚀刻、选择性保温熔化、浸渍过程、喷涂、选择性静电涂覆、铣削和机加工、三维(3D)打印，或其两种或更多种的组合。例如，在本文的任何实施例中，制造的方法可以包含3D打印。合适的3D打印方法可以包含但不限于喷墨打印、逐层打印、挤出打印或生物打印。例如，在本文的任何实施例中，沉积可以包含沉积一层或多层生物相容性材料。例如，在本文的任何实施例中，3D打印可以包含：将一层或多层生物相容性材料沉积到基材上；任选地使沉积的生物相容性材料交联；并且任选地重复沉积和任选的交联步骤以获得生物相容性支撑结构；其中生物相容性支撑结构包含生物相容性材料的外部支撑物、内部支撑物或其组合中的一种或多种，并且生物相容性材料以生物相容性支撑结构的约1重量％至约100重量％的量存在。

在本文的任何实施例中，生物相容性支撑结构可以使用3D打印系统使用如本文在任何实施例中描述的生物相容性材料来制造，如在2018年5月24日提交的并且代理人档案号为113066-0107的题为“包含双臂机构的无菌打印机系统(ASEPTIC PRINTER SYSTEMINCLUDING DUAL ARM-MECHANISM)”的PCT申请序列号PCT/2018/034457中所述，其全部内容据此通过引用并入，作为其中阐述的背景信息和方法。

在本文的任何实施例中，制造生物相容性支撑结构的方法可以包含注射成型。例如，在本文的任何实施例中，沉积可以包含将生物相容性材料沉积在生物相容性支撑结构的模具中；任选地在模具中使生物相容性材料交联，并且任选地重复沉积步骤和任选的交联步骤；并从模具中取出生物相容性支撑结构。在本文的任何实施例中，模具可以是可溶的或不可溶的，诸如聚合物、金属或生物材料。例如，在本文的任何实施例中，模具可以是可溶的，使得模具溶解以在一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合中形成内腔。在本文的任何实施例中，模具可以是颗粒形式的可溶性材料，诸如沙子、粉末等或其组合。图2B示出了用于形成耳形组织工程构建体的内部支撑物的可溶性模具190。

图4B提供了与制造用于内部和/或外部支撑物的示例性生物相容性支撑物的方法(过程401)的实施例相关的流程图。

在至少一个实施例中，过程401包含选择用于制造的内部支撑物或外部支撑物之一。在确定制造内部支撑物(步骤410)后，示例性的制造过程包含形成生物相容性材料的2D片材(步骤411)，将2D片材热成型到模具上(步骤412)，移除模具(步骤413)，并使生物相容性材料交联以获得内部支撑物(步骤414)。

如图4B中进一步所示，在确定制造外部支撑物(步骤420)后，示例性的制造过程包含通过3D打印或注射成型来沉积生物相容性材料(步骤421)，使生物相容性材料交联(步骤422)，以及将外部支撑物与基材或模具(例如，注射模具)分离(步骤423)。

在至少一个实施例中，为了制造外部支撑物，示例性的技术包含经由熔融沉积过程、经由3D打印机或注射成型来沉积生物相容性材料，并且任选地使生物相容性材料交联以形成外部支撑物。为了制造内部支撑物，示例性的技术包含沉积生物相容性材料以形成2D片材，将2D片材热成型到可溶性模具上，溶解模具，以及任选地使生物相容性材料交联以形成内部支撑物。

此外，在至少一个实施例中，用于制造组织工程构建体的制造技术可以包含使用3D生物打印机沉积生物油墨，并且可以进一步包含将生物相容性支撑结构放置在基材(例如，生物打印构建板)上，以及通过打印将生物油墨沉积到支撑结构中和/或周围，以获得耳形组织工程构建体。如本文进一步讨论的，所述方法可以包含使用成型方法来沉积生物油墨并且可以包含将生物相容性支撑结构放置在组织工程构建体模具(例如，耳形模具)内，并且将一层或多层生物油墨沉积到模具中。

此外，根据实施例的制造组织工程结构的方法可以包含固化过程。固化过程可以包含将构建体放入培养基浴中(例如，在约37℃下)并固化过夜(例如，持续约12小时)以用于3D打印的构建体；或将模具放入培养基浴中，在几个小时后(例如，持续约2小时)从模具中取出构建体，并将构建体固化过夜以用于注射成型的构建体。

在本文的任何实施例中，制造生物相容性支撑结构的方法可以包含热成型。热成型的方法可以包含任何合适的已知热成型方法，诸如适合于热成型多孔和/或无孔2D片材的方法。此类热成型方法可以包含加热2D片材并抽真空到模具上或者加热2D片材并用阳模和阴模成型。

例如，在本文的任何实施例中，热成型包含使生物相容性材料的2D片材与基材接触，其中基材包含一个或多个被成型以形成一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合的模具；加热生物相容性材料的2D片材以将2D片材热成型为与一个或多个模具的形状一致以获得一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合；以及从模具中取出一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合。在其中的任何实施例中，热成型可以进一步包含重复一个或多个模具的接触、加热和移除中的一个或多个以获得一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合的期望形状。图2C示出了被热成型到内部支撑物的模具上的2D多孔片材。

在本文的任何实施例中，2D片材可以由3D打印的、模制的、机织的或针织的纤维制成。例如，在本文的任何实施例中，2D片材可以是通过本文所述的3D打印方法3D打印的纤维。在本文的任何实施例中，2D片材可以是多孔的或无孔的。在本文的任何实施例中，多孔2D片材可以包含一个或多个平均尺寸在约1μm至约10,000μm范围内的孔，如本文在任何实施例中所述。一个或多个孔可以具有任何形状；例如，一个或多个孔的形状可以是圆形、卵形、椭圆形、多边形等或其组合。图2A示出了根据本技术的实施例的具有一个或多个孔的2D片材180。

在本文的任何实施例中，纤维可以具有约10μm至约2000μm的直径。例如，在本文的任何实施例中，外部支撑物或内部支撑物可以具有约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约150μm、约200μm、约250μm、约300μm、约350μm、约400μm、约450μm、约500μm、约550μm、约600μm、约650μm、约700μm、约750μm、约800μm、约850μm、约900μm、约950μm、约1000μm、约1050μm、约1100μm、约1150μm、约1200μm、约1250μm、约1300μm、约1350μm、约1400μm、约1450μm、约1500μm、约1550μm、约1600μm、约1650μm、约1700μm、约1750μm、约1800μm、约1850μm、约1900μm、约1950μm、约2000μm，或包含和/或在任何前述值之间的任何范围的2D厚度。合适的2D厚度包含但不限于约10μm至约2000μm、约10μm至约1500μm、约10μm至约1000μm、约10μm至约500μm，或包含和/或在任何前述值之间的范围。

在本文的任何实施例中，基材可以包含3D打印机(例如，3D打印机的构建板)的表面。在本文的任何实施例中，基材可以包含适用于注射成型、旋转成型、阳模、阴模等中的一种或多种的模具。在本文的任何实施例中，基材可以包含适合于进行减法制造、铣削和机加工等的制造装置的表面。在本文的任何实施例中，基材可以是具有组织工程构建体的3D形状的模具。

在本文的任何实施例中，生物相容性材料是交联的。例如，在本文的任何实施例中，生物相容性材料可以经受交联条件以产生交联或聚合的生物相容性材料。合适的交联条件可以包含但不限于UV暴露。在本文的任何实施例中，生物相容性材料可以不包含交联。例如，在任何实施例中，在沉积之后，生物材料可以包含冷却步骤、融合步骤等或其组合。

在本技术的方法中，制造生物相容性支撑结构的方法可以包含沉积一层或多层生物相容性材料，使得一个或多个外部支撑物和/或内部支撑物具有如本文在任何实施例中所述的约10μm至约2000μm的2D厚度。

在本技术的方法中，生物相容性材料可以包含如本文在任何实施例中所述的生物相容性材料。在本文的任何实施例中，生物相容性聚合物可以具有如本文在任何实施例中所述的在约50℃至约290℃之间的熔点。

在本文的任何实施例中，从制造方法获得的生物相容性支撑结构可以具有如本文在任何实施例中所述的约0.2GPa至约100GPa的弯曲模量、约0.2GPa至约100GPa的弹性模量，或约1MPa至约1000MPa的拉伸强度中的一种或多种。

在本文的任何实施例中，该方法可以进一步包含对生物相容性支撑结构进行灭菌。例如，在本文的任何实施例中，灭菌可以包含但不限于γ辐射、与过乙酸一起温育、高压灭菌、UV辐射、过氧化物灭菌、超临界流体处理等或其组合。

制造组织工程构建体包含沉积一层或多层如本文在任何实施例中所述的一种或多种生物油墨组合物。在本文的任何实施例中，制造组织工程构建体可以包含一种或多种制造系统或方法；例如，在本文的任何实施例中，一种或多种制造系统或方法可以包含注射成型、旋转成型、阳模、阴模、减法制造、铣削和机加工以及3D打印。在本文的任何实施例中，制造方法可以包含如本文在任何实施例中描述的3D打印。例如，在本文的任何实施例中，沉积可以包含使用3D打印机在生物相容性支撑结构中或在生物相容性支撑结构周围沉积一层或多层一种或多种生物油墨组合物；使一种或多种生物油墨组合物交联，并任选地重复沉积和交联步骤，以获得组织工程构建体；以及固化组织或器官替代组合物。

图4C描绘了根据至少一个实施例的用于制造组织工程构建体的过程402。过程402可以包含利用至少一个3D打印机来打印生物相容性支撑结构(步骤430)。该过程进一步包含将生物相容性支撑结构放置在基材(例如，构建板)上(步骤431)并将生物油墨沉积在生物相容性支撑结构中和/或周围(步骤432)。

在本文的任何实施例中，制造组织工程构建体可以包含注射成型。例如，在本文的任何实施例中，沉积可以包含将一种或多种生物油墨组合物沉积在含有生物相容性支撑结构的模具中；在模具中使一种或多种生物油墨组合物交联，并任选地重复沉积和交联步骤，以获得组织工程构建体；以及固化组织或器官替代组合物，其中可以在固化步骤之前或之后移除模具。在本文的任何实施例中，该方法可以包含在固化组织或器官替代组合物后移除模具。在本文的任何实施例中，该方法可以包含在固化组织或器官替代组合物之前移除模具。图3A示出了模具191的内部视图，该模具被构造和成形为用于注射成型耳形组织工程构建体，并且具有作为第一和第二模具部分的半部191、192。模具部分192包含第一空腔194，并且模具部分193包含第二空腔195。图3B示出了模具191的外部视图，该模具被构造和成形为用于注射成型耳形组织工程构建体。

如上所述，图4C描绘了根据至少一个实施例的用于制造组织工程构建体的过程402。在某些实施例中，过程402包含通过注射成型来制造组织工程构建体(步骤440)。该过程可以进一步包含将生物相容性支撑结构放置在模具中(步骤441)并将生物油墨沉积到模具中(步骤442)。

在本文的任何实施例中，生物油墨是交联的。例如，在本文的任何实施例中，生物油墨可以经受交联条件以产生交联的或聚合的生物油墨。例如，在本文的任何实施例中，交联可以包含UV辐射、盐的添加、pH的中和、热交联等或其组合。

组织或器官替代组合物在交联后经历固化步骤。在本文的任何实施例中，该方法包含在约4℃至约50℃的温度下固化组织或器官替代组合物。合适的固化温度可以包含但不限于约4℃至约50℃、约15℃至约45℃、约30℃至约40℃、约34℃至约37℃、约35℃至约37℃、约36℃至约37℃，以及包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。在本文的任何实施例中，组织或器官替代组合物可以在固化步骤期间被置于缓冲溶液或细胞培养基中。在本文的任何实施例中，合适的缓冲溶液包含但不限于磷酸盐缓冲盐水、氯化钠溶液、含磷酸盐的溶液、磷酸盐缓冲溶液、汉克斯平衡盐溶液和MES缓冲液。合适的细胞培养基可以包含但不限于血清、无血清培养基、HEPES、DMEM等或其组合，其补充有bFGF、FBS、抗坏血酸盐等或其组合。在本文的任何实施例中，该方法可以包含在缓冲溶液和细胞培养基中固化组织或器官替代组合物。在本文的任何实施例中，固化可以在约3h至约24h的时间段内发生。例如，在本文的任何实施例中，固化时间可以为约3h、约4h、约5h、约6h、约7h、约8h、约9h、约10h、约11h、约12h、约13h、约14h、约15h、约16h、约17h、约18h、约19h、约20h、约21h、约22h、约23h、约24h，或包含和/或在任何两个前述值之间的任何范围。

图4D提供了根据实施例的过程的流程图。特别地，示出了固化组织工程构建体的过程403。根据实施例，过程403包含将构建体放置在培养基浴中(步骤451)并允许构建体在足够长的时间段内固化(步骤452)。

在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以包含但不限于藻酸盐、琼脂糖、胶原蛋白、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、层粘连蛋白、弹性蛋白、角叉菜胶、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-共-聚环氧丙烷、羟丙基甲基纤维素、聚(富马酸丙烯酯-共-乙二醇)、聚(乙二醇)-共-聚(乳酸)、聚(乙烯醇)、KDLl 2寡肽、聚(n-异丙基丙烯酰胺)，或其两种或更多种的组合。通过调节环境变量(包含但不限于温度、pH、离子强度、热量、光)或添加化学交联剂(诸如，钙、镁、钡、软骨素、硫酸盐和凝血酶、核黄素、碳二亚胺等)，一种或多种生物油墨组合物可以具有受控的交联速率。用于组织工程构建体的生物油墨的合适的水凝胶在2010年5月5日提交的题为“具有自组装环形排列的复合组织工程椎间盘”的美国专利第9,044,335号(其全部内容通过引用并入本文)中描述。

在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以包含如本文在任何实施例中描述的藻酸盐水凝胶。例如，在本文的任何实施例中，藻酸盐水凝胶可以以约0.5％(w/v)至约10％(w/v)的量存在。在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以包含如本文在任何实施例中描述的胶原蛋白。例如，在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以包含大于约5mg/ml的量的胶原蛋白。在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以包含I型胶原蛋白、II型胶原蛋白或其组合。

在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以进一步包含中和剂和细胞培养基，如本文在任何实施例中所述。合适的中和剂可以包含但不限于例如含有弱酸的制剂。在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以是细胞的或非细胞的。例如，在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以包含含有活细胞的细胞培养基。细胞培养基可以进一步包含其他活细胞；例如，在本文的任何实施例中，生物油墨可以包含表皮细胞、软骨细胞和形成间充质干细胞的其他细胞、脂肪来源的干细胞、巨噬细胞、脂肪细胞、真皮细胞、肌肉细胞、毛囊、成纤维细胞、器官细胞、成骨细胞、骨细胞和形成骨的其他细胞、内皮细胞、粘膜细胞、胸膜细胞、耳道细胞、鼓膜细胞、腹膜细胞、雪旺细胞、角膜上皮细胞、牙龈细胞、中枢神经系统神经干细胞、气管上皮细胞或其两种或更多种的组合。在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以是非细胞的，其中一种或多种生物油墨组合物不含活细胞。

在本文的任何实施例中，一种或多种生物油墨组合物可以进一步包含载体或添加剂。合适的载体可以包含但不限于水、离子盐水溶液(例如氢氧化钠)、磷酸盐缓冲盐水(PBS)、细胞培养基、胎牛血清(FBS)、杜尔贝科最小必需培养基(DMEM)、成纤维细胞生长因子(bFGF)等或其组合。合适的添加剂包含但不限于交联剂。合适的交联剂包含但不限于核黄素、核糖、聚乙二醇(PEG)、戊二醛、1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)-碳二亚胺盐酸盐、京尼平、壳聚糖等或其组合。

在本文的任何实施例中，制造生物相容性支撑结构或制造组织工程构建体可以顺序或同时发生。

在该方法的任何实施例中，组织工程构建体可以被配置成具有任何合适的形状或尺寸。例如，在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有各种形状和尺寸的定制3D结构，用于许多临床应用，诸如面部或颅面部应用、工程软骨组织或其组合。在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有受试者的器官或组织的形状。例如，在本文的任何实施例中，器官或组织选自耳朵、鼻子、半月板、关节软骨、气管或心脏瓣膜。在本文的任何实施例中，器官是耳朵。

在本文的任何实施例中，组织工程构建体可以具有基于3D计算机模型的3D结构。例如，在本文的任何实施例中，基于计算机的模型可以包含受试者的3D对侧器官或组织。在本文的任何实施例中，受试者是哺乳动物(例如，猫、狗、啮齿动物或灵长类动物)。在本文的任何实施例中，受试者是人。基于计算机的3D模型可以通过3D成像工具获得。合适的3D成像工具包含但不限于临床计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描、3D相机或其任意两种或更多种的组合。

在本文的任何实施例中，组织或器官替代组合物可以承受如本文在任何实施例中描述的约1kN至约10,000kN的压缩或约0.2kN至约1,000kN的剪切力中的一种或多种。

在至少一个实施例中，本技术的制造组织或器官替代组合物的方法是根据图4A-4D所示的步骤的方法。

通过参考前述示例，将更容易理解如此概括描述的本发明，这些示例是以说明的方式提供的，并且不旨在限制本发明。

虽然已经图示和描述了某些实施例，但是应当理解，在不脱离如以下权利要求所限定的技术的更广泛方面的情况下，可以根据本领域普通技术在其中进行改变和修改。

本文说明性描述的实施例可以在没有本文没有具体公开的任何一个或多个元件、一个或多个限制的情况下适当地实施。因此，例如，术语“包括”、“包含”、“含有”等应被广泛地解读并且没有限制。另外，本文所采用的术语和表达已被用作描述性而非限制性的术语，并且不旨在使用此类术语和表达来排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物，但是应认识到在要求保护的技术的范围内可以进行各种修改。另外，短语“基本上由……组成”将被理解为包含具体叙述的那些元件和不会实质性地影响所要求保护的技术的基本和新颖特征的那些附加元件。短语“由……组成”不包含未指定的任何元件。

本公开不限于本申请中描述的特定实施例。在不脱离其精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化，这对本领域技术人员来说是显而易见的。除了本文列举的那些之外，在本公开的范围内的功能等同的方法和组合物对于本领域技术人员来说从前面的描述中也将是显而易见的。此类修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。本公开仅受所附权利要求的条款以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围的限制。应理解，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物或组合物，其当然可以变化。也应当理解的是本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在进行限制。

此外，本公开的特征或方面是根据马库什组的情况来描述的，本领域技术人员将认识到，本公开也因此是根据马库什组的任意单个成员或成员的子组来描述的。

如本领域技术人员将理解的，出于任何和所有目的，特别是在提供书面描述的方面，本文公开的所有范围也包含任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围都可以容易地被识别为充分描述并且使得相同的范围被分解为至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性示例，本文讨论的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员还将理解的，所有用语，诸如“最多”、“至少”、“大于”、“小于”等包含所记载的数字，并且指的是可以随后分解成如上所讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包含每个单独的成员。

虽然本说明书含有许多具体的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可以要求保护的范围的限制，而是被解释为对特定实现方式的特征的描述。本说明书中在单独实现方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现方式中组合实现。相反，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现方式中单独实现或者在任何合适的子组合中实现。此外，尽管特征可以在上面被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被这样要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变体。

如本文中可以使用的术语“耦合”、“连接”等是指两个部件直接或间接地相互接合。此类接合可以是固定的(例如，永久的)或移动的(例如，可移除的或可释放的)。此类接合可以通过两个部件或两个部件和任何附加的中间部件彼此一体形成为单个整体来实现，或者通过两个部件或两个部件和任何附加的中间部件彼此连接来实现。

在本说明书中提及的所有出版物、专利申请、发布的专利和其他文件通过引用并入本文，就好像每个单独的出版物、专利申请、发布的专利或其他文件被具体地和单独地指示通过引用以其整体并入。在与本公开中的定义相抵触的程度上，排除通过引用并入的文本中含有的定义。

Claims (61)

1.一种组织或器官替代组合物，包括：

包括一种或多种生物油墨组合物的组织工程构建体；和

生物相容性支撑结构，所述生物相容性支撑结构包括生物相容性材料的一个或多个外部支撑物、一个或多个内部支撑物或其组合；

其中：

所述组合物具有三维(3D)形状；和

所述生物相容性材料以1重量％至约100重量％的量存在。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一种或多种生物油墨组合物包括水凝胶、琼脂糖、胶原蛋白、层粘连蛋白、弹性蛋白、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、角叉菜胶、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-共-聚环氧丙烷、羟丙基甲基纤维素、聚(富马酸丙烯酯-共-乙二醇)、聚(乙二醇)-共-聚(乳酸)、聚(乙烯醇)、KDLl 2寡肽、聚(n-异丙基丙烯酰胺)或其两种或更多种的组合中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述一种或多种生物油墨组合物包括水凝胶。

4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述一种或多种生物油墨组合物包括以约0.5％(w/v)至约10％(w/v)的量存在的藻酸盐水凝胶。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种生物油墨组合物包括约5mg/ml至约200mg/ml的胶原蛋白。

6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述胶原蛋白选自I型胶原蛋白、III型胶原蛋白、IV型胶原蛋白、其他原纤维胶原蛋白或其两种或更多种的组合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的组合物，其中所述组织工程构建体进一步包括以约1.0x10⁵个细胞/ml至约5.0x10⁷个细胞/ml的浓度存在的细胞群。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种生物油墨组合物进一步包括载体、交联剂或其组合。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的组合物，其中所述组织工程构建体呈受试者的器官或组织的形状。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的组合物，其中所述器官或组织选自耳朵、鼻子、半月板、关节软骨或心脏瓣膜。

11.根据权利要求10所述的组合物，其中所述器官是耳朵。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的组合物，其中所述生物相容性材料选自由多糖、生物相容性聚合物、橡胶、硅、生物相容性金属、生物相容性陶瓷、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氨基酸、天然和生物聚合物或其两种或更多种的组合组成的群组。

13.根据权利要求12所述的组合物，其中所述生物相容性材料选自由PLA、PGA、PLGA、PDO、聚己内酯、生物可再吸收性金属合金及其组合组成的群组。

14.根据权利要求13所述的组合物，其中所述生物相容性材料以约1周至约7年的速率降解、吸收或再吸收。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的组合物，其中所述生物相容性支撑结构包括所述一个或多个外部支撑物和所述一个或多个内部支撑物。

16.根据权利要求15所述的组合物，其中所述一个或多个外部支撑物的外部支撑物包括与所述一个或多个内部支撑物的内部支撑物不同或相同的生物相容性材料。

17.根据权利要求16所述的组合物，其中所述内部支撑物以与所述外部支撑物相同或不同的速率降解、吸收或再吸收。

18.根据权利要求1-17中任一项所述的组合物，其中所述外部支撑物具有3D构型，以完全或部分地覆盖所述组织工程构建体的一个或多个表面。

19.根据权利要求1-18中任一项所述的组合物，其中所述外部支撑物具有延伸穿过所述外部支撑物的一个或多个2D表面的一个或多个孔。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的组合物，其中所述内部支撑物被所述组织工程构建体完全或部分包封。

21.根据权利要求1-20中任一项所述的组合物，其中所述内部支撑物与所述外部支撑物的一个或多个2D表面接触。

22.根据权利要求1-21中任一项所述的组合物，其中所述内部支撑物具有2D或3D形状。

23.根据权利要求22所述的组合物，其中所述内部支撑物完全或部分地降解、吸收或再吸收，以在所述组织工程构建体中形成一个或多个空腔、通道或其组合。

24.根据权利要求1-23中任一项所述的组合物，其中所述内部支撑物被配置为完全或部分地包封所述组织工程构建体中的一定体积的生物油墨。

25.根据权利要求1-124中任一项所述的组合物，其中所述外部支撑物具有延伸穿过所述外部支撑物的一个或多个2D表面的一个或多个孔。

26.根据权利要求1-25中任一项所述的组合物，其中所述外部支撑物和内部支撑物具有约10μm至约2000μm的2D厚度。

27.根据权利要求1-26中任一项所述的组合物，其中所述生物相容性支撑结构具有约0.2GPa至约100GPa的弯曲模量、约0.02GPa至约100GPa的弹性模量或约1MPa至约1000MPa的拉伸强度中的一种或多种。

28.根据权利要求1-27中任一项所述的组合物，其中所述一个或多个外部支撑物、所述一个或多个内部支撑物或其组合将所述组织工程构建体的刚度增加约5倍至约10,000倍刚度。

29.根据权利要求1-27中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种外部支撑物、一种或多种内部支撑物或其组合将所述组织工程构建体的负载容量增加约1％至约10,000％。

30.根据权利要求1-29中任一项所述的组合物，其中所述组合物承受约1kN至约10,000kN的压缩、约0.2kN至约1,000kN的剪切力或其组合。

31.一种制造组织或器官替代组合物的方法，包括：

制造生物相容性支撑结构；

制造组织工程构建体，包括：

在所述生物相容性支撑结构中或在所述生物相容性支撑结构周围沉积生物油墨；

使所述生物油墨交联，并任选地重复沉积步骤和交联步骤，以形成所述组织工程构建体；和

固化所述组织或器官替代组合物；

其中：

所述替代组合物具有3D形状；

所述生物相容性支撑结构包括生物相容性材料的一个或多个外部支撑物、一个或多个内部支撑物或其组合；和

所述生物相容性材料以所述生物相容性支撑结构的约1重量％至约100重量％的量存在。

32.根据权利要求31所述的方法，其中制造所述生物相容性支撑结构的方法包括热成型、注射成型、旋转成型、阳模、阴模、减法制造、铣削和机加工、三维(3D)打印及其组合中的一种或多种。

33.根据权利要求31或32所述的方法，其中制造所述生物相容性支撑结构的方法包括：

将一层或多层所述生物相容性材料沉积到基材上；

使所述生物相容性材料交联；

任选地重复所述沉积步骤和交联步骤以获得所述一种或多种外部支撑物、所述一种或多种内部支撑物或其组合；和

将所述基材与所述一个或多个外部支撑物、所述一个或多个内部支撑物或其组合分离。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述沉积包括3D打印所述一层或多层所述生物相容性材料。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述3D打印选自由喷墨打印、逐层打印、挤压打印和生物打印组成的群组。

36.根据权利要求31或32所述的方法，其中制造所述生物相容性支撑结构的方法包括注射成型，其中所述注射成型包括：

将一层或多层生物相容性材料沉积到基材上，其中所述基材是所述一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合的模具；

在所述模具中使所述生物相容性材料交联，并任选地重复所述沉积步骤和交联步骤；和

从所述模具中移除所述一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合。

37.根据权利要求31或32所述的方法，其中所述生物相容性材料是2D片材的形式。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述2D片材由机织或针织的纤维制成。

39.根据权利要求37或38所述的方法，其中所述纤维为具有约10μm至约2000μm的直径。

40.根据权利要求37-39中任一项所述的方法，其中所述2D片材是多孔片材。

41.根据权利要求37-40中任一项所述的方法，其中制造所述生物相容性支撑结构的方法包括热成型，其中所述热成型包括：

使所述生物相容性材料的所述2D片材与基材接触，其中所述基材是所述一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合的模具；

加热所述生物相容性材料的所述2D片材，以将所述2D片材热成型为与所述模具的形状一致，以获得所述一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合；

从所述模具中移除所述一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合。

42.根据权利要求31-41中任一项所述的组合物，其中所述生物相容性支撑结构具有延伸穿过所述一个或多个外部支撑物、内部支撑物或其组合的一个或多个2D表面的一个或多个孔。

43.根据权利要求31-42中任一项所述的方法，其中所述生物相容性材料选自由多糖、生物相容性聚合物、橡胶、硅、生物相容性金属、生物相容性陶瓷、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氨基酸、天然和生物聚合物或其两种或更多种的组合组成的群组。

44.根据权利要求43所述的方法，其中所述生物相容性材料是选自由PLA、PGA、PLGA、PDO、聚己内酯及其组合组成的群组的生物相容性聚合物。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述生物相容性聚合物具有约50℃至约290℃的熔点。

46.根据权利要求31-45中任一项所述的方法，其中所述外部支撑物和所述内部支撑物具有约100μm到约1200μm的2D厚度。

47.根据权利要求31-46中任一项所述的方法，其中制造所述组织工程构建体的方法包括注射成型、旋转成型、阳模、阴模、减法制造、铣削和机加工以及三维(3D)打印中的一种或多种。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述沉积包括3D打印一层或多层生物油墨。

49.根据权利要求48所述的方法，其中所述3D打印选自由喷墨打印、逐层打印、挤压打印和生物打印组成的群组。

50.根据权利要求47所述的方法，其中制造所述组织工程构建体的方法包括注射成型，其中所述注射成型包括：

将所述生物油墨沉积在模具中，其中所述模具含有所述生物相容性支撑结构；

在所述模具中使所述生物油墨交联，并且任选地重复所述沉积步骤和交联步骤以获得所述组织或器官替代组合物；

从所述模具中取出所述组织或器官替代组合物，其中固化步骤发生在取出所述模具之前、取出所述模具之后或其组合。

51.根据权利要求31-50中任一项所述的方法，其中所述方法包括顺序或同时地制造所述生物相容性支撑物和所述组织工程构建体。

52.根据权利要求31-51中任一项所述的方法，其中固化所述组织或器官替代组合物在约4℃至约50℃的温度下发生。

53.根据权利要求31-52中任一项所述的方法，其中所述生物油墨包括水凝胶、琼脂糖、胶原蛋白、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、弹性蛋白、层粘连蛋白、角叉菜胶、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-共-聚环氧丙烷、羟丙基甲基纤维素、聚(富马酸丙烯酯-共-乙二醇)、聚(乙二醇)-共-聚(乳酸)、聚(乙烯醇)、KDLl 2寡肽、聚(n-异丙基丙烯酰胺)或其两种或更多种的组合中的一种或多种。

54.根据权利要求53所述的方法，其中所述生物油墨包括以约0.5％(w/v)至约10％(w/v)的量存在的藻酸盐水凝胶。

55.根据权利要求31-54中任一项所述的方法，其中所述生物油墨包括约5mg/ml至约200mg/ml的胶原蛋白。

56.根据权利要求31-55中任一项所述的方法，其中所述胶原蛋白选自I型胶原蛋白、II型胶原蛋白或其组合。

57.根据权利要求31-56中任一项所述的方法，其中所述生物油墨进一步包括以约1.0x10⁵个细胞/ml至约5.0x10⁷个细胞/ml的浓度存在的细胞群。

58.根据权利要求31-57中任一项所述的方法，其中所述组织工程构建体呈受试者的器官或组织的形状。

59.根据权利要求31-58中任一项所述的方法，其中所述器官或组织选自耳朵、鼻子、半月板、关节软骨或心脏瓣膜。

60.根据权利要求31-59中任一项所述的方法，其中所述器官是耳朵。

61.根据权利要求3所述的组合物，其中一种或多种所述生物油墨组合物包括以约0.5％(w/w)至约10％(w/v)的量存在的透明质酸。

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