JP7341502B2 - 水溶性塩粒子を含有する組成物およびそれから作製される多孔性材料 - Google Patents
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Description
本発明の例示の実施形態を、この後で、添付の図面を参照して説明することにする。
臨床的に関係する規模の構造物中に迅速に3Dプリントされ得る塩粒子含有組成物を例示することを超えて、組成物中におけるCuSO4とPLGAとの比を制御することにより、生じる材料構造の機械的、物理的、およびインビトロの生物学的特性を調整することができることが立証された。さらに、成人ヒト間葉系幹細胞(hMSC)が播種されたときに、材料の空孔率が低い3DプリントされたPLGAは貧弱な性能を示したが;一方、高い空孔率のPLGAは、同じ条件下で培養された厳密に同じ細胞系の付着、生存能力、増殖、およびマトリックス合成を高度に支持することが立証されたので、この研究は材料の加工処理および生物学的用途における最終の空孔率の価値を際立たせる。最終的に、このプロセスは、金属、セラミックス、およびグラフェンを含む他の3Dプリントされた機能性材料系中に追加の空孔率を導入することに適用することができることが立証された。
塩組成物の合成および材料の選択
CuSO4のPLGAに対する固体含有物体積比により規定された3種の別個のCuSO4-PLGA組成物を、70:30(70%)、50:50(50%)、および25:75(25%)のCuSO4:PLGAで合成した。明瞭性および命名法の目的のために、今後、25、50、または70%CuSO4と称される、生じた組成物および3Dプリントされたままの材料は、最終的に、塩溶脱(CuSO4の除去)後に、25、50、または70%の「ふわふわした」PLGA(F-PLGA)を生じ、そのことは下に記載される。簡単に説明すると、無水CuSO4粉末を、前に溶解された医学的規格ポリラクチド-co-グリコリド(PLGA;82:18ラクチド対グリコリド)に加えて、ジクロロメタン(DCM;急速に蒸発するもの)、2-ブトキシエタノール(2-Bu;界面活性剤)、およびジブチルフタレート(DBP;可塑剤)を含有する3種溶媒混合物中に懸濁した。受け入れたままの粉末中のCuSO4粒子の大部分は約1~5μmのサイズであったが、より大きい粒子および粒子の凝集塊が存在して(図2A)、そのことは3D-プリンティング中におけるノズル詰まりの尤度を増大させたであろう。詰まりの可能性を軽減するために、受け入れたままのCuSO4粉末を-325メッシュに通して篩い、大きい粒子および凝集塊を除去すると(図2A)、約1~5μm粒子からなる粉末が得られ、粒子の凝集塊は典型的には直径が10μm以下であった。生じた懸濁液を、3D-プリンティングのために適切な低剪断応力粘度(30~35Pa・s)に達するまで、化学用のドラフトチャンバー中で、周期的に手動で撹拌して、周囲条件または穏やかな加熱(<45℃)で過剰のDCMの蒸発により濃縮した。70%CuSO4の組成物は、室温における押出しのために適切な剪断が弱まる挙動を示した(図1A)。合成後、組成物は、直ちに使用されるかまたは必要になるまで、気密なガラス容器中に4℃で貯蔵することができた。
CuSO4組成物は、簡単な室温押出しにより急速に3Dプリントされ得て固体物体となり、製作後直ちに扱うことができ、それらを機械的に安定にするために、乾燥する時間も、いかなる追加の化学的、物理的、または熱的処理も必要とせず(図1B)、任意の他の3D塗料系材料とともに同時3Dプリントされることが可能である。この研究は材料特性を特徴づけることに焦点を当てていたので、図1Bに示されたものと同様な比較的単純な幾何学的形状が、試験するために創出された。しかしながら、これよりもはるかに複雑な幾何学的形状が、直径が200から1000μmの範囲のノズルから100mm/秒を超える直線状の堆積速度で容易に製作され得る。液体様のCuSO4組成物がノズルを離れたときに、大部分の溶媒成分、DCMは、殆ど瞬間的に蒸発して、急速な液体から固体への遷移が起こった。このことが起こったときに、少量の残存DCM、ならびに蒸気圧の非常に低い微量の界面活性剤および可塑剤が、そのときには固体の材料中に残り、新しく堆積された材料が前に堆積された層と接触したときに、PLGAの局所的溶解および急速な沈殿を引き起こした。その結果、3Dプリントされた層の間に殆ど継ぎ目のない融合体が生成した。
より大きい3Dプリントされた物体を含む、0、25、50、および70%CuSO4の単回3Dプリントされた繊維の断面および表面の走査電子顕微鏡写真を図2Bに表示する。このシリーズの顕微鏡写真は、CuSO4含有量が増大するにつれて、3Dプリントされた材料の内部および外部の微細構造は、CuSO4粒子による占有が増大して、ポリマーと塩とを視覚で見分けることが益々困難になったことを示す。しかしながら、全ての事例で、材料の外部の表面は、PLGAの薄い層により占有されているようであり、70%CuSO4組成物では、該層は輪郭が不明確になった。図2Cは、70%CuSO4の切断された、塩が溶脱された繊維の、その独特の多孔性構造を示すSEM像を示す。
それらの微細構造および物理的特性と同様に、3DプリントされたCuSO4およびそれらのF-PLGA対応物の機械的特性は、実質的に、組成に基づいて変化する。図5Aは、乾燥された(洗浄されて凍結乾燥された)および水和した(洗浄されて凍結乾燥されて再水和した)両方の条件における、25、50、および70%CuSO4およびF-PLGA対応物の代表的引張り応力対歪みのプロファイルを示す。図5Aの詳細に示されたものなどの引張り検体は、直接3Dプリントされたものである。総合的な圧縮試験は、これらの材料では実施されなかったが、その主たる理由は、生じるデータおよび分析は、材料自体ではなく、特定の3Dプリントされた幾何学的形状に高度に依存するからである。しかしながら、所望の圧縮試験は、より大きい3Dプリントされたブロックから打ち抜かれた材料の円柱で実施され得る。
最終的に、材料が生物学的用途を意図されているならば、材料は、細胞の接着、生存能力、増殖、およびマトリックス沈着を支持しなければならない。この目的のために、25、50、および70%F-PLGA(およびそれらを0%、純PLGAの歴史的対照と比較する)の細胞適合性を、女性のヒト間葉系幹細胞(hMSC)を、各材料の3Dプリントされたスキャフォールド上に播種することにより試験して、1、7、14、および28日後の細胞の生存能力および数を検査した。hMSCは、それらが、臨床的に重要な細胞のタイプであり、患者骨髄から単離された後の臨床的手順でしばしば使用されるという理由で、選択された。播種のためのスキャフォールドを創出するために、図3Aに示したものなどの大きい5×5cmのシートを、交互に0~90°、0.7mm(支柱の中心から中心までの距離)パターンで、先行してプリントされた平行な層から一つおきの支柱を0.35mmオフセットして、3Dプリントした。このデザインの断面を図4Aに示す。各時点で、各群から1つの試料を可視化して細胞の生存能力について、生死細胞染色および走査レーザー共焦点顕微鏡法を使用して検査した(図6A)。加えて、各材料群について、二本鎖DNA(dsDNA)の平均合計含有量を、各時点で定量した(図6B);ここで、dsDNA含有量は、細胞数と直接対応しており、付近の時点と比較して、細胞数が増大するかまたは減少するかを示すことができる。
したがって、材料中心の3D塗装プロセスが、塩溶脱手法と組み合わされて利用され、3D-プリントされた、物理的、機械的、および生物学的特性の優れた高度に多孔性の、医学的規格のPLGA構造を創出することができることが、さらに立証された。しかしながら、50または70%F-PLGA材料およびスキャフォールドが、いかにインビトロで幹細胞とうまく性能を発揮するかにかかわらず、それらは、やはり純粋に合成された、機能化されていない、非組織特異的ポリエステルである。しかしながら、F-PLGA材料は、高度に吸収性であり、機械的に堅牢であり、取り扱いに関して外科的に使いやすいので、それらは、高い、組織特異的生物活性を有するが、機械的および取り扱い特性が劣る、例えば、液体溶液およびゲルなどの材料のための物理的スキャフォールドとして役立ち得る。これらの材料は、成長因子、薬剤、および細胞を装荷する溶液およびゲルを含み、該ゲルは、天然の、合成の、またはハイブリッドの材料、例えば、なかんずく、ゼラチン、コラーゲンまたはアテロコラーゲン、細胞外マトリックス、アルギン酸塩、キトサン、またはペプチド両親媒性物質などからなり得る。
最終的に、本実施例で記載されたこの空孔を形成する手法を、他の材料系に拡張して、この手法の用途を、医学および組織工学を超えて押し進めることが可能である。この手法が、空孔率を種々の材料系中に導入することに適用され得ることを立証するために、複合体組成物を、CuSO4と以下のもので創出した:ニッケル(Ni)金属、イットリアで安定化されたジルコニア(YSZ)セラミック、およびグラフェン(Gr)、これらは、金属、イオン性、および共有結合固体系の代表的なものである。各化合物の組成物は、30体積%のPLGA、35体積%のCuSO4、および35体積%のNi、YSZ、またはGrからなった。これらの組成物は、最終的に、F-Ni、F-YSZ、またはF-Gr(洗浄後)を製造するために使用された。
3D-プリンティング組成物の合成
CuSO4組成物を、前に確立された方法に基づいて合成した。(エー、イー、ジェイクス、エス、エル、テイラー、エヌ、アール、ゲイセンドルファー、ディー、シー、デュナンド、アール、エヌ、シャー(A.E.Jakus,S.L.Taylor,N.R. Geisendorfer,D.C.Dunand,R.N.Shah)Advanced Functional Materials 2015,25,6985を参照されたい)。簡単に説明すると、作製されるべき組成物の比に基づいた適切な量のPLGA(82:18 ラクチド:グリコリド;密度=1.15g/cm3)コポリマー(Evonik Cyro、米国)を、ジクロロメタン(DCM;Macron Fine Chemicals、米国;1グラムPLGA当たり10mL DCM)に完全に溶解した。別に、DCM、2-ブトキシエタノール(2-Bu;Sigma Aldrich、米国)、およびジブチルフタレート(DBP;Sigma Aldrich、米国)の混合物を20:2:1の比で調製して、それに、予め篩って-325メッシュの粉末にしておいた適切な体積のCuSO4(Alfa Aesar、米国;密度=3.6g/cm3)を懸濁して、数分間混合した。使用されるCuSO4の3.6g毎に0.9gの2-Buおよび0.45gのDBPを利用して、組成物を創出した(使用される3.6gのCuSO4当たり約9gDCMに対応する)。溶解されたPLGAおよびCuSO4粉末懸濁液を、次に物理的に組み合わせて、混合物が均一に見えるまで数分間手動的に撹拌して混合した。生じた予備的組成物を、30から35Pa・sの適切な低剪断粘度に達するまで、定期的な撹拌と合わせて、数時間にわたる周囲条件のDCM蒸発により、化学ドラフトチャンバー中において濃縮した。この粘度の値が、3D-プリンティングのために理想的であり、溶媒トラップを備えたクエット型設備(MCR Rheometer、Paar Physica)を使用して、0から100Paの間の間隔をおいた応力で回転剪断下において測定した。このプロセスを、この研究で使用された全てのCuSO4組成物(固体体積で25、50、および70%、ならびに63.6および35.6%のCuSO4組成物)、ならびに混合されたCuSO4+グラフェン、CuSO4+Ni金属、およびCuSO4+YSZ混合組成物のために利用した。混合された組成物の固体体積含有量は、30%PLGA、35%CuSO4、および、35%のグラフェン粉末(Graphene Labs、米国;横方向の寸法が5~25μm)、ニッケル金属粉末(Alfa Aesar、米国;3~7μm)、またはYSZ(Fuel Cell Materials Inc.、米国;0.9~1.2μm)であった。純粋なPLGA組成物は、この研究のために製作されたのではなく、Jakusらにより記載されたように(エー、イー、ジェイクスら(A.E.Jakus,et al),ACS Nano 2015,9,4636を参照されたい)、以前製作され、3D-プリントされて特徴づけられたものである。最終のCuSO4および化合物の組成物は、直ちに3Dプリントされるかまたは密封されたガラスのジャー中4℃で必要になるまで貯蔵されるかのいずれかであった。
全てのプリントされた構造は、3D-Bioplotter(EnvisionTEC GmbH、ドイツ)を使用して、室温における空気式の注入器押出しにより製作した。CuSO4組成物を、30ccカートリッジ(Nordson EFD、米国)中に注いで、3D-Bioplotterに搭載した。円錐形のプラスチックまたはステンレス鋼の直径が250μmのノズル(Nordson EFD、米国)を、この研究全体を通して利用された試料の大部分を創出するために使用した。410、500、および600μmのノズルを、追加の、非定量的に特徴づけられた試料のために利用した。5層(200μm/層)の5×5cmの正方形を、25、50、および70%CuSO4組成物の各々から、250μmノズルおよび20~40mm/sの直線状のプリント速さを使用して3Dプリントした。前に記載された0~90°オフセットしたデザインを、これらのシートの各々のために内部プリントパターンとして利用した(エー、イー、ジェイクスら(A.E.Jakus,et al.)、Science translational medicine 2016,8,358ral27;エー、イー、ジェイクスら(A.E.Jakus,et al.),ACS Nano 2015,9,4636;およびエー、イー、ジェイクスら(A.E.Jakus,et al.),Journal of Biomedical Materials Research Part A 2017,105Aを参照されたい)。簡単に説明すると、単一の層内で平行な繊維を0.8mm離して(繊維の中心から繊維の中心までの距離)押し出して、所与の層内における繊維間で200~300μmの距離を生じさせた。次の層を同様にプリントしたが、最初の層と直交させた。一つおきの層を、X-Y平面で、前にプリントされた平行な層に対して400μmオフセットしてプリントした。これで、最終的に、細胞の播種およびインビトロにおける研究のために理想的である、ジグザグ配置の、交互に0~90°のパターンを生じた。
3DプリントされたCuSO4の5×5cmシート、ならびに引張り「ドッグボーン(dog bone)」検体を、500mLのビーカー中で200~300mLの70%エタノール中に個々の検体を漬けることにより、洗浄して溶脱した。ビーカーを磁気撹拌プレートに置き、低速で撹拌して、確実に試料を動かし続けた。これを1時間行い、その時点で70%エタノールを新鮮エタノールと交換して、試料をさらに30分間洗浄した。滅菌組織培養フード中で、70%エタノールを滅菌水と置き換えて、滅菌フォイルで覆い、磁気撹拌プレート上でさらに30分間洗浄した。生じた試料を次に数時間、-80℃で凍結して、約24時間凍結乾燥して乾燥試料を得た。CuSO4+グラフェン、CuSO4+Ni、およびCuSO4+YSZも、このプロセスに従って、洗浄し、溶脱して、凍結乾燥した。この研究で記載されたように、エタノール工程の前に水洗工程を用いるこのプロセスの変形を、幾つかの試料について利用して、洗浄プロトコルの材料に対する影響を観た。
プリントされたままのCuSO4材料の空孔率は、前に記載した方法によって決定した(エー、イー、ジェイクスら(A.E.Jakus、et al.),Science translational medicine 2016,8,358ral27;エス、エル、テイラー エー、イー、ジェイクスら(S.L.Taylor,A.E.Jakus et al.),Advanced Engineering Materials 2016,n/a;およびエー、イー、ジェイクスら(A.E.Jakus,et al.),Journal of Biomedical Materials Research Part A 2017,105Aを参照されたい)。簡単に説明すると、各CuSO4タイプの約1mの繊維(250μmノズルで押し出された)を押し出して、捕集し、凍結乾燥した(洗浄されない)。次に繊維を知られた長さの切片に切って質量を測定した。それらの測定された質量とともに、繊維の知られた組成および寸法に基づいて、それらの密度を決定した。この測定された密度を、理論的な固体密度(繊維が空孔率を有しなかったとして所与の材料内におけるCuSO4とPLGAの比に基づく)と比較して、空孔率値を出した。同様なプロセスを、洗浄されたおよび溶脱されたF-PLGA繊維について利用して、全てのCuSO4が除去されたと仮定した(データに基づく妥当な近似)。
1mmの厚さ(5層)、20mmのゲージ長さの「ドッグボーン」検体を各材料から3Dプリントした(前に記載した)。全ての機械的試験はLF Plus機械的試験機(Lloyed Instruments、米国)を使用して実施した。全ての試料は2mm/分の引張り変位の速さで測定した。プリントされたままのCuSO4試料は、機械的試験の前に密封された50mL遠心分離管中で貯蔵した。乾燥試料は凍結乾燥した後直ちに評価した。機械的試験(水和した)の前に、追加の凍結乾燥された試料を水中に30分間漬けた。3つの試料を、各組成物および試料条件について試験した。各試料の弾性モジュラスを、0%の歪みから2%の歪みでずれた直線状勾配に基づいて決定した。3Dプリントされた50%CuSO4/F-PLGA試料に対する圧縮試験は、プリントされたままのもの、洗浄および凍結乾燥されたもの、ならびに洗浄、凍結乾燥されて水和したものの、より大きい1cm3のブロックから打ち抜いた高さ1cm、直径5mmの円柱(前に記載された)に対して実施した。
継代培養2回のヒト女性骨髄由来の間葉系幹細胞(Lonza、Walkersville、メリーランド州、米国)を、製造業者の使用説明書に従ってMSC基礎培地および増殖キット(Lonza)を使用して、継代培養5回まで増殖させた。直径5mmのスキャフォールドを、25、50、および70%のF-PLGAの5×5×0.1cm(前に記載されたように、初期プリントサイズ;5層、0~90°オフセット)のシート(各材料のスキャフォールドn=32枚;4時点の各々について8枚)の各々から打ち抜いた。スキャフォールドは、70%エタノール中で1時間滅菌し、続いて滅菌水中で5分洗浄を3回行ってエタノールを除去した。スキャフォールドを48ウェルのプレートの個々のウェル中に入れた。細胞の播種に先立って、過剰の水を各スキャフォールドから吸引した。各スキャフォールドに、5μLの培地(10%胎児骨血清で改変された1×低グルコースダルベッコ改変イーグル培地)、HEPES緩衝液、l-グルタミン、および10単位の抗生物質(Invitrogen、米国)中に懸濁された20,000個のhMSCを静的に播種した。200μLのこの培地を、各ウェルに対して初期播種の45分後に加えた。全ての細胞が播種された試料を、5%CO2中37℃でインキュベートした。指定された時点で(1、7、14、28日)、各材料群から、撮像(共焦点および走査電子顕微鏡法)のために1試料、dsDNA定量のために4試料、および今後必要な場合に使用するために-80℃で凍結されるべき3試料を取り出した。
共焦点蛍光撮像のために保存された試料を、最初に滅菌リン酸緩衝食塩水(PBS)ですすいで、5×10-3mのカルセインAMおよび5×10-3mの臭化エチジウムホモダイマー(Invitrogen、米国)のPBS溶液中で30分間インキュベートした後、撮像した。Nikon C2+蛍光走査共焦点顕微鏡(Nikon、米国)を使用して、各試料の上部約500μmを通して一連の像を得た。像を、Image Jソフトウェア(NIH)を使用して3D表示に再構成した。
最初にDNAを含まない水中0.02wt%のトリトン-X100(Bio-Rad、米国)溶液1mL中で、45分間室温で超音波処理して細胞を溶解することにより、1、7、14、および28日の時点での各々で特定された試料をDNA定量測定のために調製した。溶解物は、定量を実施するまで-80℃で貯蔵した。細胞溶解物内の二本鎖DNA(dsDNA)を、Quanti-iTTM Picogreen VR dsDNAアッセイキット(Invitrogen、米国)を、製造業者の使用説明書に従って使用して蛍光アッセイにより定量した。
細胞を含まない試料を、走査電子顕微鏡法(SEM;LEO Gemini 1525;3kVの加速電圧)のために、オスミウムプラズマ(Osmium Coater、SPI Supplies)により15nmのオスミウム金属でコーティングすることにより調製した後、撮像した。インビトロ研究からの細胞を含む試料を、生/死染色で撮像した試料から直接調製して、共焦点顕微鏡法を使用して撮像した。共焦点蛍光撮像後直ちに、試料を、滅菌ナノ濾過水中の3wt%のスクロース(Sigma Aldrich、米国)および2wt%のグルタルアルデヒド(Sigma Aldrich、米国)の溶液中で30分間固定して、続いて50%から出発して100%までの規格化されたエタノールで洗浄し、その後試料を、臨界点乾燥させた(Critical Point Dryer、Tousimis Samdri、米国)。次に、試料を15nmのオスミウムでコーティングした後、撮像した(LEO Gemini 1525、米国)。アテロコラーゲンおよびペプチド両親媒性物質ゲルを含有するF-PLGA試料を、規格化されたエタノール洗浄を使用して脱水して、臨界点乾燥させ、上で記載したようにオスミウムでコーティングした後、撮像した。
この実施例では、「超弾性の骨(hyperelastic bone)」(HB)の骨再生能力を、ラットの臨界サイズの頭蓋冠欠損における臨床標準の自家骨と比較する。この実施例では、CuSO4が溶脱された多孔性のF-PLGAスキャフォールドを対照として使用するが、この実施例は、CuSO4が溶脱された多孔性のF-PLGAスキャフォールドが、宿主組織と急速に一体化して、血管新生し、組織形成を助長することができ、埋め込みのために一般的に安全であることを立証する。その上、この実施例から、CuSO4が溶脱された多孔性のF-PLGAスキャフォールドは、改変されてヒドロキシアパタイトなどの生物活性セラミック粒子を含むことができ、その組織成長促進特性が強化されることが理解され得る。
HBを、前に記載されたように、良質な医学のための原則(good medical practices)(GMP)グレードのヒドロキシアパタイト(HA)(Merz North America)およびPLGA(Evonik Cyro)を使用して合成し、特徴づけた(ジェイクスら(Jakus,et al),Sci Transl Med 2016;8:358ral27)。F-PLGAは、硫酸銅(Alfa Aesar)/PLGA(Evonik Cyro)インクから3Dプリントして塩を溶脱除去した製作した。F-PLGAは、3D-プリントされた、ヒドロキシアパタイトを含まない対照として役立った。3D-BioPlotter(Envision TEC、GmbH)を使用して、全ての試料を3Dプリントした。120°で進む空孔パターンを有する、5層厚さ(1層当たり120μm、合計0.6mm)の、各材料の5×5-cmのシートを、200μmのノズルを使用して隣接の平行な繊維間の間隔を250μmにして製造した。5×5cmのシートから、埋め込むための直径8mmのスキャフォールドを、生検パンチを使用して打ち抜き、洗浄して、前に記載されたプロトコル(ジェイクス(Jakus)、2016)に従って滅菌した。
体重が各々約500gの成体の雄のSprague Dawleyラットを、Charles River Laboratories International、Inc.(Wilmington、マサチューセッツ州)から得た。全ての動物の手術手順は、Chicago Animal Care and Use Committeeにおいてイリノイ大学により承認され、確立された指針に従って実施した。ラットは、手順中、一般的麻酔(2%イソフラン/100%O2)下で維持された。定型的滅菌条件下で、冠状縫合とラムダ縫合の間の頭蓋冠を、1.5cmの矢状切開により曝露させた。滅菌正常食塩水を灌水しながら、穿頭器を備えた手持ちのドリルを低速度で使用して、全層の直径8mmの頭蓋冠欠損を創出した(スパイサー、ピー、ピー、 クレトロウ、ジェイ、ディー、 ヤング、エス、 ジャンセン、ジェイ、エー、 カスパー、エフ、ケー、 ミコス、エー、ジー(Spicer,P.P.,Kretlow,J.D.,Young,S.,Jansen,J.A.,Kasper,F.K.,Mikos,A.G.)ラットの臨界サイズの頭蓋冠欠損を使用する骨再生の評価(Evaluation of bone regeneration using the rat critical size calvarial defect.)Nat Protoc 2012;7:1918-1929)。欠損を無作為に以下の研究群に割り振った:(1)空いた欠損(陰性対照)(n=7);(2)自家頭蓋冠骨を埋め込まれた欠損(陽性対照)(n=6);(3)F-PLGAスキャフォールドを埋め込まれた欠損(n=6);および(4)HBスキャフォールドを埋め込まれた欠損(n=10)。骨膜および皮膚を、連続吸収性縫合糸を使用して閉じて、鎮痛のためにブプレノルフィンSR LAB(0.1mg/kg)を皮下投与した。動物を、1ケージ当たり2匹収容して、水および食品に随意に近づけるようにした。ラットを、手術後8週間(n=16)および12週間(n=13)に屠殺した。欠損部位を含有する頭蓋試料を回収して、分析のために10%の中性に緩衝されたホルマリン中で固定した。
(付記)
好ましい実施形態として、上記実施形態から把握できる技術的思想について、以下に記載する。
[項目1]
多孔性材料を形成する方法であって、
(a)材料を形成する工程であって、前記材料が、
ポリマー結合剤、および
固体粒子
を含み、組成物がその固体含有物に基づいて少なくとも約20体積%の固体粒子を含み、前記固体粒子の少なくとも一部が水溶性塩粒子である、工程;
(b)前記材料をアルコール水溶液に曝露する工程であって、前記水溶性塩粒子が水和して体積が増大する、工程;および
(c)前記水和した水溶性塩粒子の少なくとも一部を水に溶解させて、それにより空孔を前記材料中に残す工程を備える方法。
[項目2]
前記水和した水溶性塩粒子の溶解前に、前記材料が、その固体含有物に基づいて少なくとも60体積%の前記固体粒子を含む、項目1に記載の方法。
[項目3]
前記水和した水溶性塩粒子の溶解前に、前記材料が、その固体含有物に基づいて少なくとも60体積%の前記水溶性塩粒子を含む、項目1に記載の方法。
[項目4]
前記多孔性材料が、少なくとも80%の空孔率を有する、項目1に記載の方法。
[項目5]
前記水溶性塩粒子が、銅を含有する無機塩を含む、項目1に記載の方法。
[項目6]
前記水溶性塩粒子がCuSO 4 を含む、項目5に記載の方法。
[項目7]
前記アルコール水溶液が、エタノール、イソプロピルアルコール、またはそれらの混合物を含む、項目1に記載の方法。
[項目8]
前記水溶性塩粒子がCuSO 4 を含む、項目7に記載の方法。
[項目9]
ポリエステルがポリ乳酸-co-グリコール酸である、項目8に記載の方法。
[項目10]
前記ポリマー結合剤がポリエステルを含む、項目1に記載の方法。
[項目11]
前記ポリエステルがポリ乳酸-co-グリコール酸である、項目10に記載の方法。
[項目12]
前記多孔性材料を焼結する工程をさらに含む、項目1に記載の方法。
[項目13]
前記材料を形成する工程が、
組成物を、ノズルを通して押し出して繊維を形成する工程を含み、
前記組成物が、
溶媒、
前記溶媒に可溶であるポリマー結合剤、および
前記溶媒に不溶性である固体粒子を含み、
前記組成物が、その固体含有物に基づいて少なくとも約20体積%の固体粒子を含み、前記固体粒子の少なくとも一部が水溶性塩粒子である、項目1に記載の方法。
[項目14]
前記アルコール水溶液が、エタノール、イソプロピルアルコール、またはそれらの混合物を含む、項目13に記載の方法。
[項目15]
前記水溶性塩粒子がCuSO 4 を含む、項目14に記載の方法。
[項目16]
ポリエステルがポリ乳酸-co-グリコール酸である、項目15に記載の方法。
[項目17]
前記多孔性材料に生体細胞を播種する工程と、前記生体細胞が播種された多孔性材料を、細胞培養培地中で培養する工程とをさらに含む、項目1に記載の方法。
[項目18]
前記多孔性材料中の空孔を液体溶液またはヒドロゲルで埋め戻す工程をさらに含み、前記液体溶液または前記ヒドロゲルが、その中に分散された生体細胞、生物活性因子、またはそれらの組合せを有する、項目1に記載の方法。
[項目19]
多孔性の組織または器官成長材料であって、
少なくとも70%の繊維空孔率を有する1種または複数の多孔性繊維を含む少なくとも1つの層であって、前記1種または複数の多孔性繊維が、生体適合性ポリマー結合剤および銅イオンを含む、少なくとも1つの層;および
前記材料の空孔内の液体溶液またはヒドロゲルであって、前記液体溶液または合成もしくは天然に由来する前記ヒドロゲルが、その中に分散された生体細胞、生物活性因子、ペプチド、タンパク質、またはそれらの組合せを有する、液体溶液またはヒドロゲルを含む材料。
[項目20]
前記多孔性繊維が約1μg/dLから約100μg/dLの範囲内の銅イオン含有量を有する、項目19に記載の材料。
[項目21]
前記多孔性繊維が、前記ポリマー結合剤内に生物活性セラミック粒子をさらに含む、項目19に記載の材料。
[項目22]
前記多孔性繊維が、少なくとも90%の空孔率を有する、項目19に記載の材料。
Claims (23)
- 多孔性材料を形成する方法であって、
固体含有物を有する組成物を形成する工程であって、前記固体含有物が、
少なくとも一部が水溶性塩粒子である固体粒子と、
前記固体粒子を一緒に保つための結合剤として機能するポリマーとを含み、
前記固体粒子が前記固体含有物の少なくとも20体積%である、形成工程;
前記形成工程の後に、前記組成物を塩水和溶液に曝露することにより前記水溶性塩粒子を水和する工程であって、前記水溶性塩粒子は溶解されずに水和によって体積が増大する、水和工程;および
前記水和工程の後に、前記水和した水溶性塩粒子の少なくとも一部を水に溶解させて前記多孔性材料を形成する、溶解工程を備える方法。 - 前記形成工程が、室温で実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物が生物活性因子を含む場合、前記形成工程が、前記生物活性因子が熱に誘発される分解を受けない十分に低い室温で実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記形成工程の後で且つ前記水和工程の前に、前記組成物をノズルを通して押し出す工程であって、前記押し出された組成物が、急速に乾燥して繊維を形成する、押出工程をさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記組成物が生物活性因子を含む場合、前記形成工程および前記押出工程が、前記生物活性因子が熱に誘発される分解を受けない十分に低い室温で実行される、請求項4に記載の方法。
- 前記押出工程が、前記押し出された繊維をプリントされた層に堆積させる、堆積工程をさらに備える、請求項4に記載の方法。
- 前記堆積工程を繰り返して実行することにより、垂直に積み重ねられた複数のプリント層を含むプリントされた3次元物体を形成する工程をさらに備え、
前記堆積工程を繰り返すことが、前に形成されたプリント層の上に次のプリント層を形成することを含むとともに、
前記次のプリント層の各々は、前のプリント層における前記次のプリント層が堆積される面に接着する、請求項6に記載の方法。 - 前記溶解工程の後に、前記多孔性材料を乾燥させて湿気を除去する乾燥工程をさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記溶解工程の後に、前記多孔性材料を焼結する焼結工程をさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔性材料中の空孔を液体溶液またはヒドロゲルで埋め戻す工程をさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記液体溶液または前記ヒドロゲルが、その中に分散された生体細胞、生物活性因子、またはそれらの組合せを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記多孔性材料に生体細胞を播種する工程と、前記生体細胞が播種された多孔性材料を、細胞培養培地中で培養する工程をさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 多孔性材料の形成に使用するための組成物であって、固体含有物を含み、
前記固体含有物が、
固体粒子であって、前記固体粒子の少なくとも一部が拡大可能な水溶性塩粒子であるとともに前記固体粒子の少なくとも一部が水に溶解しない、固体粒子と、
前記固体粒子を一緒に保つための結合剤として機能するポリマーとを含み、
前記固体粒子が、前記固体含有物の少なくとも20体積%であり、
前記拡大可能な水溶性塩粒子が、前記固体粒子の20~80体積%であり、
前記拡大可能な水溶性塩粒子が、塩水和溶液に溶解せずに、前記塩水和溶液に曝露されるときに水和されて、最初の体積と比較して少なくとも10%の体積拡大が可能であり、
拡大した水溶性塩粒子の少なくとも一部が水に溶解することにより前記材料に多孔を残すことが可能である、組成物。 - 前記拡大可能な水溶性塩粒子が、前記塩水和溶液に曝露されるときに、最初の体積と比較して少なくとも20%の体積拡大が可能である、請求項13に記載の組成物。
- 前記拡大可能な水溶性塩粒子が、前記塩水和溶液に曝露されるときに、最初の体積と比較して少なくとも30%の体積拡大が可能である、請求項13に記載の組成物。
- 前記拡大可能な水溶性塩粒子が、前記塩水和溶液に曝露されるときに、最初の体積と比較して少なくとも36%の体積拡大が可能である、請求項13に記載の組成物。
- 前記拡大可能な水溶性塩粒子が、前記固体粒子の40~60体積%である、請求項13に記載の組成物。
- 水に溶解しない前記固体粒子が、共有結合性固体、イオン性固体、および金属性固体からなる群から選択される、請求項13に記載の組成物。
- 前記拡大可能な水溶性塩粒子がCuSO4を含む、請求項13に記載の組成物。
- 前記ポリマーがポリ乳酸-co-グリコール酸(PLGA)を含む、請求項13に記載の組成物。
- 前記固体含有物の70体積%がCuSO 4 である、請求項13に記載の組成物。
- 前記固体含有物が、
30体積%のPLGAと、
35体積%のCuSO4と、
ニッケル(Ni)金属、イットリアで安定化されたジルコニア(YSZ)セラミック、およびグラフェン(Gr)からなる群から選択された35体積%の材料とを含む、請求項13に記載の組成物。 - 請求項13に記載の組成物を作成する方法であって、
前記固体粒子および前記ポリマーを溶媒と混合する工程であって、前記ポリマーが前記溶媒に実質的に可溶であり、前記固体粒子が前記溶媒に溶解しない、混合工程を備える、方法。
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002514253A (ja) | 1997-03-31 | 2002-05-14 | ザ、リージエンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、ミシガン | 開いたポアの生分解性マトリックス |
CN103910901A (zh) | 2014-04-04 | 2014-07-09 | 上海交通大学 | 一种溶浇/淋洗法制备多孔聚乳酸材料的方法 |
JP2017523252A (ja) | 2014-05-15 | 2017-08-17 | ノースウェスタン ユニバーシティ | 3次元印刷のためのインク組成物及び前記インク組成物を使用してオブジェクトを形成する方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS6489486A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Toshiba Corp | Manufacture of porous piezo-electric ceramic material |
JPH0598576A (ja) * | 1991-10-01 | 1993-04-20 | Mitsuya Seisen Kk | 透湿性布帛の製法、これに用いる潜在多孔性樹脂膜およびその多孔質膜、この多孔質膜を有する透湿性布帛 |
KR100355563B1 (ko) | 2000-06-23 | 2002-10-11 | 주식회사 바이오메드랩 | 비등성 혼합물을 이용한 조직공학용 생분해성의 다공성고분자 지지체 및 그의 제조방법 |
GB0605114D0 (en) | 2006-03-14 | 2006-04-26 | Isis Innovation | Fibre-reinforced scaffold |
US20150037385A1 (en) | 2013-08-02 | 2015-02-05 | Northwestern University | Ceramic-containing bioactive inks and printing methods for tissue engineering applications |
US20180273720A1 (en) * | 2015-10-09 | 2018-09-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Particulate mixtures |
-
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-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002514253A (ja) | 1997-03-31 | 2002-05-14 | ザ、リージエンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、ミシガン | 開いたポアの生分解性マトリックス |
CN103910901A (zh) | 2014-04-04 | 2014-07-09 | 上海交通大学 | 一种溶浇/淋洗法制备多孔聚乳酸材料的方法 |
JP2017523252A (ja) | 2014-05-15 | 2017-08-17 | ノースウェスタン ユニバーシティ | 3次元印刷のためのインク組成物及び前記インク組成物を使用してオブジェクトを形成する方法 |
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