JP7312761B2 - インビトロ培養及び移植のための組織構築物の生理学的3dバイオプリンティングのためのバイオガム及び植物性ガムハイドロゲルバイオインク - Google Patents
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Description
[0001] 本出願は、2018年10月25日に出願された米国仮特許出願第62/750,390号及び62/750,417号の開示に依拠し、優先権及び出願日の利益を主張するものであり、それぞれはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
発明の分野
[0002] 本発明は、3Dバイオプリンティング及び機能的組織工学の新たな分野に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、インビトロ培養、移植、組織の発達、並びに薬物スクリーニング及び開発におけるその後の使用のための哺乳動物及びヒト組織構築物のバイオプリンティングで使用可能なバイオインクを構成するために、生体適合性生体材料と組み合わせてバイオガム及び/又は植物性ガムを含む、組成物に関する。
[0003] 3次元(3D)プリンティングプロセスでは、コンピューター支援設計であるCADファイルを使用して、プリンター装置によって層ごとにオブジェクトが製作される。3Dプリンティングは、患者固有の足場を製作するために、多くの科学者たちによって、組織工学で既に成功裏に使用されている。熱可塑性ポリマーで作製された足場は、3Dプリンターを使用して押出成形されている。熱可塑性材料を使用した3Dプリンティングの欠点は、多孔性構造への細胞遊走が制限されているため、細胞播種が困難なことである。3Dバイオプリンティングは、室温又は体温の液体を使用して動作するため、生細胞を処理できる可能性がある。3Dバイオプリンティングの導入は、組織工学及び再生医療の分野に革命をもたらすと期待されており、これにより、好ましくは患者自身の細胞を使用して、生体組織及び器官の再構築が可能となり得る。3Dバイオプリンターは、液体を分注しながら10μmの解像度でC、U、Z方向に移動できるロボットアームである。3Dバイオプリンターは、複数の細胞タイプを配置できるため、複雑な器官の構造を再構築できる。3D組織の階層アセンブリの必要性は、新技術が高度な組織の製作に不可欠であることを考えると、ますます重要になっている。3D細胞プリンティングは、天然組織の微小環境を再現する強力な技術として登場し、事前定義された位置に複数の細胞を正確に沈着させることができる。これらの技術の進歩と並行して、細胞活動を支持する適切な微小環境を提供することのできる適切なバイオインクについての探索が脚光を浴びている。バイオインクは、多くの場合、細胞生存能力及び生物学的活性を維持しながら、プリント適性を付与するために増粘剤と混合された低粘度又は温度感受性生体材料を含む。
[0004] 実施形態によれば、微生物由来のガム(例えば、キサンタンガム)又は植物由来(例えば、植物性)などのバイオガムは、様々な生体材料と組み合わせて増粘剤として利用され、プリンティングノズル及びパラメーターの範囲に互換性のあるプリント可能なバイオインクを製作する。本発明の実施形態は、ヒト組織及び足場の3Dバイオプリンティングにおける使用のための、細胞を伴い又は伴わない、1つの生体材料ベースのハイドロゲル(哺乳動物、植物ベース、又は微生物由来)又は合成ハイドロゲル、及び増粘剤(例えば、キサンタンガム、ジェランガム、デュータンガム、ウェランガム、プルランガム、アカシアガム、タラガム、グルコマンナン、ペクチン、ローカストビーンガム、グアーガム、カラギーナン及びトラガカント)として作用する、1つの微生物、真菌、若しくは植物ベースの、又はそれにより産生された、生体適合性多糖類、の2つのポリマーの組み合わせが、優れたプリント適正並びに改善された細胞機能、生存能力及び生着をもたらすという発見に依存する。
[0118] 添付の図面は、本発明の実施形態の一定の態様を示しており、本発明を限定するために使用されるべきではない。書面による説明とともに、図面は本発明の一定の原理を説明するのに役立つ。
[0134] 用語の定義及び請求の特徴
ヒト組織及び足場の3Dバイオプリンティングにおける使用のための、細胞を伴い又は伴わず、ハイドロゲル及び微生物産生、真菌産生、又は植物産生の多糖類などの生体材料(哺乳動物、植物ベース、合成由来、又は微生物由来)を含む、バイオインク組成物が記載される。バイオインク組成物は、優れたプリント適性及び改善された細胞機能、生存能力並びに生着性を有する。さらに、バイオインク組成物は、補助タンパク質、及び細胞外マトリックス成分、ラミニン、超親和性成長因子及びモルフォゲンを含む成長因子などの他の分子の添加により補完することができる。バイオインク組成物は、細胞適合性である3Dバイオプリンティングパラメーター(例えば、温度、プリント圧力、ノズルサイズ、バイオインクゲル化プロセス)に関する生理学的条件下で使用することができる。哺乳動物、植物、微生物又は合成的に誘導されたハイドロゲルとのバイオガムベース生体材料の組み合わせは、バイオガムを含有しないバイオインクでプリントされた組織と比較して、プリント適正、細胞機能及び生存能力の改善を示した。
Claims (16)
- a.組成物をバイオプリントして、バイオプリントされた組織又は足場を提供することであって、前記組成物が、
1つ以上の微生物、真菌、若しくは植物ベースの、又はそれらにより産生された、バイオガムと、
哺乳動物ベースのハイドロゲル、植物ベースのハイドロゲル、微生物ベースのハイドロゲル、又は合成的に誘導されたハイドロゲルから選択される1つ以上のハイドロゲルと、
を含み、
当該バイオプリントすることが、前記1つ以上のバイオガム及び前記1つ以上のハイドロゲルを、個体由来のヒト細胞と組み合わせる態様で実施され、前記個体の天然組織の微小環境の3D再現として前記バイオプリントされた組織又は足場を形成すること、及び
b.前記バイオプリントされた組織又は足場中の足場又は組織の1つ以上のタンパク質の存在及び/又は量を決定すること、
を含み、
前記バイオプリントされた組織又は足場中の前記足場又は組織の1つ以上のタンパク質の存在及び/又は量が、前記個体の疾患の存在を示すか、又は前記個体が前記個体の疾患の処置への応答を経験したかを示し、
前記組成物が、
前記バイオガムの一つとしてのキサンタンガムと、前記ハイドロゲルの一つとしてのゼラチン又はゼラチン誘導体、又は
前記バイオガムの一つとしてのグルコマンナンと、前記ハイドロゲルの一つとしてのキトサン
を含む、
ヒト個体の疾患を診断又は監視することを補助するための方法。 - a.前記バイオプリントすることの間の温度が4℃から40℃の範囲である;及び/又は
b.前記バイオプリントすることの間のプリント圧力が1から200kPaの範囲である、
請求項1に記載の方法。 - 前記疾患が、肝臓疾患、代謝性疾患、糖尿病、心臓病、腎臓疾患、皮膚欠損、筋肉欠損、骨欠損、骨及び軟部組織肉腫、肺疾患、血管修復、腸疾患、瘻孔、軟骨欠損、網膜欠損、膀胱疾患、前立腺疾患、組織線維症、又は癌から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物中における1つ以上の前記バイオガム:1つ以上の前記ハイドロゲルの重量比(w:w)が、5:95から95:5(w:w)の範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物が、架橋可能な、及び/又は前記組成物のレオロジー特性に寄与する、1つ以上の追加のバイオポリマーを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記1つ以上の追加のバイオポリマーが、1つ以上のアルギン酸塩、ヒアルロン酸及びその誘導体、アガロース及びその誘導体、キトサン、フィブリン、ジェランガム、シルク及びその誘導体、ナノフィブリル化セルロース、ミクロフィブリル化セルロース、結晶ナノセルロース、細菌ナノセルロース、カラギーナン、エラスチン、コラーゲン及びその誘導体、ゼラチン及びゼラチン誘導体、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記バイオプリントすることの間の前記プリント圧力が1から50kPaの範囲である、請求項2に記載の方法。
- 前記バイオプリントすることの間の前記プリント圧力が50から200kPaの範囲である、請求項2に記載の方法。
- 前記バイオガムがグルコマンナンであり、前記組成物中に0.5%から20%(w/v)の範囲の量で存在し、かつ、
前記ハイドロゲルがキトサンであり、前記組成物中に0.5%から10%(w/v)の範囲の量で存在する、
請求項1に記載の方法。 - 前記グルコマンナンと前記キトサンが、それぞれ、0.5%から5%(w/v)の範囲の量で前記組成物中に存在する、請求項9に記載の方法。
- 前記バイオガムがキサンタンガムであり、前記組成物中に0.5%から20%(w/v)の範囲の量で存在し、かつ、
前記ハイドロゲルがゼラチン又はゼラチン誘導体であり、前記組成物中に0.5%から10%(w/v)の範囲の量で存在する、
請求項1に記載の方法。 - 前記組成物が、
前記ゼラチン誘導体として、0.5%から10%(w/v)のゼラチンメタクリロイル、及び
0.5%から5%(w/v)のキサンタンガム
を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記組成物中に前記キサンタンガムが、0.5%から3%(w/v)の範囲の量で存在する、請求項12に記載の方法。
- 前記ゼラチン誘導体がゼラチンメタクリロイルである、請求項11に記載の方法。
- 前記組成物が、一又は複数の光開始剤をさらに含む、請求項12又は14に記載の方法。
- 前記光開始剤が、フリーラジカル光開始剤、カチオン性光開始剤、アニオン性光開始剤、リチウムフェニル-2,4,6-トリメチルベンゾイルホスフィネート、又は1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オンである、請求項15に記載の方法。
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