KR101983402B1 - 전달 시스템 - Google Patents

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KR101983402B1
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제임스 제이 유
안소니 아탈라
킬 더블유 바인더
모하매드 지 알바나
웨이싱 자오
데니스 다이스
타오 휴
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웨이크 포리스트 유니버시티 헬스 사이언시즈
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Abstract

본 명세서에는, (a) 환자 신체 표면의 맵을 생성하기 위한 데이터를 검출하도록 구성된 광학적 센서; 및 (b) 상기 광학적 센서와 동작적으로 연관되고 그리고 상기 데이터 또는 상기 맵을 기초로 조성물들(선택적으로 세포들 포함)을 환자 신체 표면으로 전달하도록 구성된 분배기를 포함하는 전달 시스템이 제공된다. 또한, 필요에 따라 환자의 환자 신체 표면 상에 조직을 형성하는 방법, 및 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는데 있어서 유용한 방법들, 시스템들 및 컴퓨터 프로그램 제품들도 제공된다.

Description

전달 시스템{DELIVERY SYSTEM}
관련 출원들
본원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서, 2011년 3월 7일자로 출원된 미국 가특허출원 제 61/450,021 호, 2011년 7월 13일자로 출원된 미국 가특허출원 제 61/507,416 호 이익향유를 주장하고, 상기 가특허출원들의 각각의 내용들 전체가 본원에서 참조로서 포함된다.
본원은 2011년 1월 7일자로 출원된 미국 특허출원 제 12/986,812 호로서 2011년 7월 14일자로 공개 번호 제 US 2011/0172611 호로서 공개되고, 그 기재 내용의 전체가 본원에서 참조로서 포함되는 특허출원과 관련된다.
정부 지원에 관한 선언
본 작업은 재생 의학에 관한 군 연구소(Armed Forces Institute for Regenerative Medicine)의 승인 W81XWH-08-2-0032 에 의해서 지원받은 것이다. 미국 정부가 본 발명에서 특정 권리들을 가진다.
본원 발명은 생 세포들(viable cells)을 대상으로 현장에서(in situ) 전달하는 것에 관한 것이다.
미국에서, 화상에 의한 사망률이 약 4.9%이고 그리고 화상을 입은 전체 신체 표면적(TBSA)이 크게 증가하고 있다. 표준 치료법(gold standard of treatment)은 부분층 자가이식(split-thickness autograft)이나, 이러한 기술은 손상되지 않은 피부의 하나 이상의 사이트들을 손상시켜야 한다. 다른 치료 기술들에는 실버 설파다이아진(silver sulfadiazine), INTEGRA®(Johnson and Johnson, Hamburg, Germany; Integra Life Sciences Corporation, NJ), BIOBRANE® (Dow Hickam/Bertek Pharmaceuticals, Sugar Land, TX), TRANSCYTE® (Advanced Tissue Sciences, Inc., La Jolla, CA), 및 동종이계 세포들(allogeneic cells)이 포함된다.
대규모 제조 프로세스들은 표준 크기들의 피부 대체물들의 생산을 필요로 하나, 이러한 표준-크기의 제품들은 불규칙적인 상처들을 적절하게 커버하지 못한다. 또한, 이러한 기술들의 거의 모두가 복수의 외과적 시술들(surgical procedures)을 필요로 하고, 그리고 큰 신체 면적 화상들에 대해서는 이상적이지 못하다.
동종이계 세포 치료법(therapy)은 자가조직 세포 배양(culture) 필요성을 배제할 수 있다. 현재의 전달 기술들은 환자에게 세포들을 스프레잉하는 것 또는 이식에 앞서서 세포들을 가지는 스캐폴드(scaffold)를 시딩하는 것(seeding)을 포함한다. 세포 스프레잉은 자가 섬유 아세포들(fibroblasts) 및 케라틴 생성 세포들로 화상을 치료하기 위해서 이용되나, 현재의 스프레잉 기술의 전달 정확성은 낮다.
이상적인 피부 대체물 이하의 품질들을 가진다: (1) 대체물이 상처 베드(bed)에, 특히 불규칙적인 표면들에 긴밀하게(intimately) 부착되고; (2) 대체물이 비-항원성 미생물 배리어(non-antigenic microbial barrier)를 제공하고; (3) 대체물이 정상적 숙주 복구 메커니즘들(normal host repair mechanisms)에 참여하고; (4) 대체물이 탄성 및 장기간 내구성을 유지하고; (5) 대체물이 부분층 자가이식에 비교할 만한 장기간의 기계적 및 미용적 기능을 나타내고; (6) 대체물이 한 번의 외과적 시술을 필요로 하고; (7) 대체물이 저렴하고; (8) 대체물이 무한한 유통 기간(shelf life)을 가지며; 그리고 (9) 대체물이 최소의 저장 요건들을 필요로 한다.
화상 상처를 입은 환자들뿐만 아니라, 다른 상처들 및 조직 손상이나 질병을 가지는 환자의 요구들을 보다 잘 충족시키는 새로운 치료들이 요구되고 있다.
스캐닝 시스템에 의해서 캡쳐된 환자 신체 표면 데이터를 기초로 환자 신체 표면의 맵을 생성하도록 그리고 분배 시스템을 동작시켜 상기 맵을 기초로 환자 신체 표면으로 세포들 및/또는 조성물들을 전달하게 하는 명령을 생성하도록 구성된 제어 모듈을 포함하는 전달 시스템이 제공된다. 일부 실시예들에서, 전달 시스템은 또한 내부에 저장된 스캐닝 시스템 매개변수들 및/또는 분배 시스템 매개변수들을 포함하는 데이터베이스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전달 시스템은 환자 신체 표면 데이터를 제어 모듈에 의해서 이용하기에 적합한 포맷으로 변환하여 스캐닝 시스템 매개변수들을 기초로 맵을 형성하도록 및/또는 분배 시스템을 동작시켜 분배 시스템 매개변수들을 기초로 세포들 및/또는 조성물들을 전달하게 하는 명령을 포맷하도록 구성된 인터페이스 모듈을 더 포함한다.
또한, 전달 시스템이 제공되고, 상기 전달 시스템은: (a) 환자 신체 표면의 맵을 생성하기 위해서 이용되는 데이터를 검출하도록 구성된 광학적 센서; 및 (b) 상기 광학적 센서와 동작적으로(operatively) 연관되고 그리고 상기 맵을 기초로 세포들 및/또는 조성물들을 환자 신체 표면으로 전달하도록 구성된 분배 시스템을 포함한다. 일부 실시예들에서, 센서 및 분배 시스템(또는 그 일부)은, 그 각각을 공통 지지부 또는 프레임에 연결하는 것에 의해서 서로 연관될 수 있고, 상기 공통 지지부 또는 프레임에는 또한 대상의 환자 신체 표면의 스캐닝을 위한 위치로 대상을 배치하기 위한 대상 지지부(예를 들어, 침대)가 연결될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 광학적 센서가 제거될 수 있고 및/또는 손으로-유지될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 광학적 센서가 3-차원 스캐너를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학적 센서가 적외선 검출기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학적 센서가 레이저 스캐너이다.
일부 실시예들에서, 전달 시스템이: (c) 상기 광학적 센서와 동작적으로 연결된 3-차원 플로터(plotter); 및 (d) 상기 분배 시스템과 동작적으로 연결된 제어기를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 분배 시스템은 조성물(예를 들어, 세포들, 지원 화합물들, 성장 인자들, 이들의 조합들 등을 포함하는 조성물)로 로딩된 하나 이상의 카트릿지들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 카트릿지는 복수의 프린트헤드를 포함하거나 복수의 프린트헤드와 유체 소통한다. 일부 실시예들에서, 프린트헤드들은 세포들 및/또는 조성물들을 전달하도록 구성된 노즐들을 포함한다.
필요에 따라 환자의 환자 신체 표면 상에 조직을 형성하는 방법들이 제공되고, 그러한 방법들은: (a) 3차원 좌표들을 획득하기 위해서 환자 신체 표면을 스캐닝하는 단계; 및 이어서 (b) 상기 좌표들을 기초로 환자의 환자 신체 표면 상으로 생 세포들을 분배하여, 조직을 형성하는, 분배 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 조직이 복수의 층을 가지도록 하기 위해서 분배 단계가 두 차례 이상 순차적으로 실시된다.
광학적 검출기와 동작적으로 연관된 분배 시스템으로 경로를 제공하기 위해서 3차원 광학적 검출기로부터 획득된 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법이 제공되고, 그러한 방법은: 환자 신체 표면의 모델을 형성하기 위해서 광학적 검출기로부터의 환자 신체 표면 데이터를 해석하는 단계; 상기 모델을 환자 신체 표면의 음각 몰드로 변환(transform)시키는 단계로서, 상기 몰드가 복수의 Z-축 층들로 분할되고, 상기 층들은 하나 이상의 조직 층들에 상응하는, 변환시키는 단계; 및 조직 층들의 각각을 환자 신체 표면을 커버하는 일련의 라인들과 중첩배치(overlaying)하는 단계를 포함하고, 상기 라인들은 분배 시스템에 대한 경로를 제공한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법들은 3-차원 광학적 센서로 스캐닝함으로써 환자 신체 표면 데이터를 획득하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 환자 신체 표면 데이터는 상처 표면 데이터(예를 들어, 피부의 상처 표면 데이터)이다.
3차원 광학적 검출기와 동작적으로 연관된 분배 시스템으로의 경로를 제공하기 위해서 광학적 검출기로부터 획득된 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템들이 제공되고, 그러한 시스템은: 환자 신체 표면의 모델을 형성하기 위해서 광학적 검출기로부터의 환자 신체 표면 데이터를 해석하기 위한 수단; 상기 모델을 환자 신체 표면의 음각 몰드로 변환시키기 위한 수단으로서, 상기 몰드가 복수의 Z-축 층들로 분할되고, 상기 층들은 하나 이상의 조직 층들에 상응하는, 변환시키기 위한 수단; 및 조직 층들의 각각을 환자 신체 표면을 커버하는 일련의 라인들과 중첩배치하기 위한 수단을 포함하고, 상기 라인들은 분배 시스템을 위한 경로를 제공한다. 일부 실시예들은 환자 신체 표면 데이터를 획득하기 위한 수단을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 환자 신체 표면 데이터가 상처 표면 데이터(예를 들어, 피부의 상처 표면 데이터)이다.
광학적 검출기와 동작적으로 연관된 분배 시스템으로 경로를 제공하기 위해서 3차원 광학적 검출기로부터 획득된 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품들이 또한 제공되고, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 내부에 임베딩된 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하고, 상기 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드는: 환자 신체 표면의 모델을 형성하기 위해서 광학적 검출기로부터의 환자 신체 표면 데이터를 해석하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드; 상기 모델을 환자 신체 표면의 음각 몰드로 변환시키는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드로서, 상기 몰드가 복수의 Z-축 층들로 분할되고, 상기 층들은 하나 이상의 조직 층들에 상응하는, 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드; 및 조직 층들의 각각을 환자 신체 표면을 커버하는 일련의 라인들과 중첩배치하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드를 포함하고, 상기 라인들은 분배 시스템을 위한 경로를 제공한다. 일부 실시예들에서, 환자 신체 표면 데이터는 상처 표면 데이터(예를 들어, 피부의 상처 표면 데이터)이다.
본원 발명의 전술한 그리고 다른 목적들 및 양태들이 이하에 개진된 상세한 설명 및 본원의 도면들에서 보다 구체적으로 설명된다.
명세서의 일부에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 발명의 실시예들을 묘사하고, 그리고 설명부분과 함께 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 프린트헤드 지지부(10)를 가지는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 전달 시스템(5)의 사시도이다. 이러한 휴대용 실시예는 휘일들(24)을 가지고, 그리고 침대(35)를 가지는 테이블(30) 상에 놓인 대상 위에 배치된다. 프린트헤드 지지부(10)가 Z 축(부재(23)), X 축(부재(22)), 및 Y 축(부재(21)) 주위로 이동할 수 있게 허용하도록 구성된 부재들(23, 22, 21)을 가지는 조작장치(20)에 동작적으로 연결된다. 대상은 침대(35)를 가지는 테이블(30) 상에 놓일 수 있을 것이다. 시스템(5)은 테이블(30)에 부착하기 위한 하나 이상의 록들(locks)(28)을 가질 수 있을 것이다.
도 2는 광학적 센서(11) 및 복수의 프린트헤드(12)를 가지는 일부 실시예들에 따른 프린트헤드 지지부(10)의 저면도이다.
도 3은, 침대(35)를 가지는 테이블(30) 상에 놓인 대상 위쪽에 배치된, 컴퓨터(40)가 부착된 전달 시스템(5)의 대안적인 실시예이다. 커버(60)가 프린트헤드 지지부(10) 위에 제공되어 조작장치(20)의 부분(부재들(22 및 21), 그리고 부재(23)의 상단부)를 커버한다.
도 4는, 테이블(30) 상에 놓인 대상 위에 배치된, 조명(50)이 부착된 전달 시스템(5)의 대안적인 실시예이다.
도 5는 테이블(30) 상에 놓인 대상 위에 배치된, 조작장치 및 프린트헤드 지지부를 커버하는 커버(60) 및 컴퓨터(40)가 부착된 전달 시스템(5)의 대안적인 실시예이다.
도 6은 조작장치(20) 및 프린트헤드 지지부(10) 위의 커버(60) 및 컴퓨터(40)가 부착된 전달 시스템(5)의 대안적인 실시예이다. 상기 시스템(5)은 침대(35)를 가지는 테이블(30)에 부착된다.
도 7은 카메라(11), 적외선 센서들(15), 및 복수의 프린터 카트릿지들(14)이 부착된 프린터 지지부(10)의 전개도이다.
도 8은 프린터 카트릿지(14)의 분해도이다.
도 9는 부상 후 1 내지 4주 사이의 상처 크기의 상당한 차이를 보여주는 바이오프린팅(bioprinting)을 이용하여 피부 복구를 나타내는 실험 결과들의 그래프이다(p<0.05).
도 10은 XYZ 축 주위의 이동을 위한 로봇 아암 타입 조작장치(20)를 가지고, 그리고 프린트헤드 지지부(미도시) 위의 커버(60)를 가지는 전달 시스템(5)의 대안적인 실시예이다. 전달 시스템(5)은 침대(35)를 가지는 테이블(30)에 부착된다.
도 11은 분배 시스템의 성분들을 나타내는 실시예이다. 분리된 저장부들이 캐리어/지원 조성물들(310) 및 가교제(312)를 위해서 제공된다. 세포들 및/또는 조성물들을 포함하는 카트릿지들(14)은, 상기 카트릿지(14)를 캐리어/지원 조성물과 유체 소통하게 연결하는 모터화된 저장 유닛(360)으로 로딩된다. 세포들 및/또는 조성물들은 혼합 챔버(340) 내로 인출되고, 그러한 혼합 챔버 내에서, 목표 사이트로 분배하기에 앞서서, 세포들 및/또는 조성물들이 캐리어/지원 조성물들과 혼합될 수 있다. 캐리어/지원 조성물들 및/또는 가교제들을 분배를 위해 하나 이상의 프린트헤드들(미도시)로 인출하기 위해서, 하나 이상의 펌프들(350)이 제공된다.
도 12는 분배 시스템(201)의 실시예의 개략도이다. 분배 시스템은 카트릿지(14)와 유체 소통하는 캐리어 저장부(310)를 포함하며, 상기 카트릿지는 다시 혼합 챔버(340)와 유체 소통하고, 상기 혼합 챔버 내에서 캐리어 및 카트릿지 내용물들이 프린트헤드(12)를 통한 전달에 앞서서 혼합될 수 있다. 분리된 프린트헤드(12)와 유체 소통하는 분리된 가교제 저장부(312)가 제공되며, 그에 따라 가교제가 혼합된 캐리어 및 카트릿지 내용물들과 동시적으로 전달될 수 있을 것이다.
도 13은 해석장치(110)와 소통하는 스캐닝 시스템(101)의 도면이다.
도 14는 해석장치(210)와 소통하는 분배 시스템(201)의 도면이다.
도 15는 해석장치들(110, 210)과 소통하는 분배 시스템(101) 및 분배 시스템(201)의 도면이다.
도 16은 8주의 기간에 걸친, 미치료의, 단지 매트릭스 치료(matrix only)의, 동종이계 치료의 및 자가이식 치료의 상처 크기, 경축(contracture), 및 상피화(epithelialization)에 대한 데이터를 나타낸 도면이다.
도 17은 상피성(epidermal) 및 진피성(dermal) 층들의 형성을 검출하기 위해서, 미치료의, 단지 매트릭스 치료의, 동종이계 치료의 및 자가이식 치료의 2, 4 및 6 주에서의 상처의 중심으로부터 취한 피부 생체검사들(biopsies)의 H&E 스테이닝(staining)을 도시한다.
세포들 및 조직들을 필요에 따라서 대상으로 전달하는데 있어서 유용한 시스템들, 조성들, 디바이스들 및 방법들이 여기에서 제공되고 이하에서 추가적으로 설명된다. 일부 실시예들에서, 분배 시스템을 포함하는 카트릿지 기반의 세포 전달 시스템이 제공되고, 그러한 분배 시스템은 광학적 센서와 동작적으로 연관된다.
본원 발명의 실시예들이 도시된 첨부 도면들 및 예들을 참조하여 본원 발명의 양태들이 여기에서 설명된다. 그러나, 이러한 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있을 것이고 그리고 여기에서 기술되는 실시예들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 할 것이다. 그보다는, 이러한 개시 내용이 완전하고 완벽해지도록, 그리고 발명의 범위를 당업자에게 완전히 전달하도록, 이러한 실시예들이 제공된다. 전체를 통해서, 유사한 번호들은 유사한 요소들을 지칭한다. 명료함을 위해서, 도면들에서, 특정 라인들, 층들, 성분들, 요소들 도는 특징들의 두께가 과장되어 있을 수 있을 것이다.
여기에서 인용된 모든 미국 특허들의 개시 내용들은, 그들이 여기에서 기술된 개시 내용과 일관성을 가지는 범위에서, 여기에 통합된다. 문맥에서 명확하게 달리 지적하고 있지 않는 한, 발명의 상세한 설명에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 복수 형태들을 포함하도록 의도된 것이다. 또한, 화합물, 투여량(dose), 시간, 온도 등의 양과 같은 측정가능한 값을 언급할 때 여기에서 사용된 바와 같은 "약" 또는 "대략적으로"의 용어들은 특정량의 20%, 10%, 5%, 1%, 0.5%, 또는 심지어 0.1%의 변동치들을 포함하도록 의미된다. 또한, 여기에서 사용된 바와 같이 "및/또는" 또는 "/"은 연관되어 나열된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들뿐만 아니라, 다른 것("or")에서 해석될 때 누락된 조합들을 지칭하고 포함한다.
달리 규정된 바가 없다면, 여기에서 사용된 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들 포함)은 관련 업계의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 이용되는 사전들에서 규정된 것과 같이, 용어들은 명세서 및 관련 분야의 문맥에서의 그들의 의미와 일관되는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하고 그리고, 명백하게 규정되는 바가 없는 경우에, 이상적인 것으로 또는 지나치게 형식적인(formal) 의미로 해석되지 않아야 한다는 것을 추가적으로 이해할 수 있을 것이다. 주지의 기능들 또는 구성들은 간결함 및/또는 명료함을 위해서 구체적으로 설명하지 않을 수 있을 것이다.
본원 발명은 발명의 실시예에 따른 방법들, 장치(시스템들) 및 컴퓨터 프로그램 제품의 흐름도들 및/또는 블록도들을 부분적으로 참조하여 여기에서 설명된다. 흐름도들 및/또는 블록도들의 각각의 블록 및 흐름도들 및/또는 블록도들 내의 블록들의 조합들이 컴퓨터 프로그램 지시어들에 의해서 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램 지시어들은 범용 컴퓨터, 특정 목적의 컴퓨터, 또는 기계를 생산하기 위한 다른 프로그램이 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서로 제공될 수 있을 것이고, 그에 따라, 컴퓨터의 또는 다른 프로그램이 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해서 실행되는 지시어들이 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들 내에서 구체화된 기능들/작용들을 구현하기 위한 수단을 생성할 수 있을 것이다.
하나의 요소가 다른 요소 "상에 놓인(on)", "에 부착된", "에 연결된", "와 커플링된", "와 접촉하는" 등으로서 언급될 때, 그러한 하나의 요소가 다른 요소에 대해서 직접적으로 그 상부에 놓이거나, 부착, 연결, 커플링 또는 접촉할 수 있고 또는 개재된 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 대해서, 예를 들어, "직접적으로 상부에 놓인(directly on)", "직접적으로 부착된", 또는 "직접적으로 연결된", "직접적으로 커플링된", 또는 "직접적으로 접촉하는" 것으로 언급될 때, 개재 요소들이 존재하지 않는다. 또한, 다른 특징부에 "인접하여" 배치된 구조물 또는 특징부에 대한 언급이 인접한 특징부 위의 또는 아래의 중첩 부분들을 가질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
"밑", "아래", 하부" "위", "상부 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들이, 도면들에 도시된 바와 같은 하나의 요소 또는 특징부의 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 설명하기 위한 용이한 묘사를 위해서 여기에서 이용될 수 있을 것이다. 공간적으로 상대적인 용어들은, 도면들에 도시된 배향에 더하여, 사용 또는 동작 중의 디바이스의 다른 배향들을 포함하도록 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 만약 도면들 내의 디바이스들이 반전된다면, 다른 요소들 또는 특징부들의 "밑" 또는 "아래"로서 설명된 요소들이 다른 요소들 또는 특징부들의 "위"에 배행될 것이다. 따라서, "아래"라는 전형적인 용어가 "위" 및 "아래"의 배향 모두를 포함할 수 있다. 디바이스가 달리 배향(90도 회전 또는 다른 배향)될 수 있을 것이고 그리고 여기에서 사용된 공간적으로 상대적인 설명들이 그에 따라 해석된다. 유사하게, 달리 구체적으로 기재된 바가 없는 경우에, "상향", "하향", "수직", "수평" 등의 용어들은 단지 설명을 위해서 여기에서 사용된 것이다.
비록 "제 1", "제 2" 등의 용어들이 여러 가지 요소들을 설명하기 위해서 여기에서 사용되었을 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해서 제한되지 않아야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 용어들은 단지 하나의 요소를 다른 요소로부터 구분하기 위해서 사용된다. 그에 따라, 본원 발명의 교시 내용으로부터 벗어나지 않고도, 이하에서 설명되는 "제 1" 요소가 또한 "제 2" 요소로서 지칭될 수 있을 것이다. 달리 구체적으로 표시한 바가 없다면, 동작들(또는 단계들)의 시퀀스가 청구항들 또는 도면들에서 제시된 순서로 제한되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 프린트헤드 지지부(10)를 상부에 포함하는 전달 시스템(5)이 제공된다. 일부 실시예들에서, 전달 시스템이 휴대성을 위해서 휘일들(24) 상에 제공될 수 있을 것이다. 전달 시스템(5)은, 사용시에, 침대(35)를 가지는 테이블(30) 상에 놓여 있는 대상 위에 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 록킹 메커니즘(28)이 제공되어 전달 시스템(5)을 테이블(30) 및/또는 침대(35)에 대한 정위치(in place)에서 록킹할 수 있을 것이다. 프린트헤드 지지부(10)는, 그러한 프린트헤드 지지부(10)가 Z 축(부재 23), X 축(부재 22), 및 Y 축(부재 21) 주위로 이동할 수 있게 허용하도록 구성된 부재들(23, 22, 21)을 가지는 조작장치(20)에 동작적으로 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 프린트헤드 지지부(10)가 광학적 센서(11) 및 복수의 프린트헤드(12)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 프린트헤드 지지부(10)는 복수의 프린트헤드(12)를 포함하나, 광학적 센서(11)가 분리된 지지부 상에 제공되고 및/또는 존재할 수 있다(미도시).
전달 시스템(5)의 일부 다른 실시예들이 도 3-6에 도시되어 있다. 도 3은 부착된 컴퓨터(40)를 가지는 전달 시스템을, 테이블(30) 상에 놓인 대상 위에 배치된 프린트 지지부(10)와 함께 도시한다. 도 4는 다른 실시예를 도시하고, 그리고 테이블(30) 상에 놓인 대상의 위에 배치된, 부착된 조명(50)을 포함한다. 도 5는, 테이블(30) 상에 놓인 대상 위에 배치된, 프린트헤드 지지부(10) 위의 커버(60) 및 부착된 컴퓨터(40)를 가지는 실시예를 도시한다. 도 6은 프린트헤드 지지부(10) 및 조작장치(20) 위의 커버(60) 및 부착된 컴퓨터(40)를 가지는 전달 시스템(5)의 실시예를 도시한다. 전달 시스템(5)은 테이블(30)에 부착된다.
도 7은 카메라(11), 적외선 센서들(15), 및 복수의 카트릿지들(14)을 가지는 프린트헤드 지지부(10)의 실시예를 도시한다. 도 8은 카트릿지의 하나의 실시예의 분해도를 제공한다.
도 10은 XYZ 축 주위의 이동을 위한 로봇 아암 타입의 조작장치(20)를 가지고, 그리고 프린트헤드 지지부(미도시) 위의 커버(60)를 가지는 전달 시스템(5)의 실시예를 도시한다. 전달 시스템(5)은 침대(35)를 가지는 테이블(30)에 부착된다.
도 11은 분배 시스템의 성분들의 실시예를 도시한다. 독립적인 저장부들이 캐리어/지원 조성물들(310) 및 가교제(312)를 위해서 제공된다. 모터화될(motorized) 수 있는 저장 유닛(360)이 제공되고, 그 저장 유닛 내에는 세포들 및/또는 조성물들을 포함하는 복수의 카트릿지(14)가 로딩될 수 있을 것이다. 당업계에 공지된 임의의 적절한 록킹 메커니즘을 이용하여, 카트릿지들(14)이 일부 실시예들에 따라서 캐리어/지원 조성물과 유체 소통하도록 록킹될 수 있다. 제 1 및 제 2 펌프(350)가 캐리어/지원 조성물들 및 가교제 각각을 하나 이상의 분배용 프린트헤드들(미도시)로 인출하도록 제공된다. 카트릿지(14) 내의 세포들 및/또는 조성물들이 제 1 펌프(350)에 의해서 혼합 챔버(340) 내로 인출되고, 상기 혼합 챔버 내에서는, 목표 사이트로 분배하기에 앞서서, 세포들 및/또는 조성물들이 저장부(310) 내에서 유지되는 캐리어/지원 조성물들과 혼합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 재순환 유동을 허용하는 방식으로, 예를 들어, 세포 용액이 캐리어(미도시)와 계속적으로 혼합되게 하는 방식으로 세포들 및/또는 조성물들이 연결될 수 있을 것이다.
도 12는 카트릿지(14)에 연결된 캐리어 저장부(310)를 가지는 분배 시스템(201)의 실시예의 개략도를 도시하며, 상기 캐리어 저장부는 다시 혼합 챔버(340)로 연결되고, 상기 혼합 챔버 내에서는 캐리어 및 카트릿지 내용물들이 프린트헤드(12)를 통한 전달에 앞서서 혼합될 수 있다. 분리된 프린트헤드(12)에 연결될 수 있는 분리된 가교제 저장부(312)가 제공되며, 그에 따라 가교제가 혼합된 캐리어 및 카트릿지 내용물들과 동시적으로 전달될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 혼합 챔버에서 혼합되는 캐리어 및 카트릿지 내용물들을 혼합 챔버(340) 내로 인출하기 위해서 펌프(미도시)가 제공될 수 있을 것이다. 혼합된 내용물들이 이제 프린트헤드(12)로 인출되고 그리고 목표 사이트로 전달된다.
이제 다시 도 11을 참조하면, 일부 실시예들에서, 카트릿지(14)가 적어도 하나의 입력 포트(140) 및 적어도 하나의 출력 포트(141)를 가진다. 분리된 저장부(310)가, 카트릿지(14)의 입력 포트(140) 내로 피팅(fit)되도록 구성된 커넥터들(315)을 가질 수 있을 것이다.
록킹 메커니즘이 하나 이상의 커넥터들(315)을 카트릿지(14)에 부착할 수 있을 것이고 그리고 연결부들이 느슨하게 파괴되는(break loose) 것을 방지하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 다음 카트릿지(14)로 이동할 때, 분배 시스템은 록킹된 연결부들을 해제하고 그리고 저장 유닛(360)을 다음의 선택된 카트릿지(14)로 회전시킨다. 당업계에 공지된 임의의 적합한 록킹 메커니즘들이 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 나사산형(threaded) 록, 핀-타입 록 등이 이용될 수 있을 것이다. Ward에게 허여된 미국 특허 제 1,662,482 호 및 Greenwald 등에게 허여된 미국 특허 제 4,119,237 호 참조.
분배 시스템 성분들의 각각은, 저장부들(310 및 312) 및 저장 유닛(360)의 크기에 따라서, 시스템 상의 임의 개소에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 분배 시스템 성분들 중 하나 이상이 조작장치(20) 상에 장착된다. 일부 실시예들에서, 보다 큰 성분들(예를 들어, 저장부들, 펌프들, 저장 유닛)이 프레임에 장착될 수 있을 것인 반면, 보다 작은 성분들이 조작장치(20) 상으로 장착될 수 있을 것이다.
본원 발명의 양태는, 여기에서 설명된 바와 같은 장치를, 필요에 따라서 대상 내의 상처(예를 들어, 화상부들, 찰과상들, 열상들(laceration), 베인 상처, 욕창들(pressure sores), 자창들(puncture wounds), 관통상들, 총상들, 충돌 부상들 등)를 치료하기 위한 것과 같은 조직 생성 방법에서 이용하는 것이며, 그러한 방법에서 세포들 및/또는 조성물들이 조직을 생성하기 위해서 또는 상처를 치료하기 위해서 효과적인 양으로 도포된다.
따라서, 일부 실시예들에서, 장치가 세포들 및/또는 조성물들 상으로 환자 신체 표면 상으로 분배하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 여기에서 사용된 바와 같은 "신체 표면"은 하나 이상의 신체 부분들 또는 일부의 노출된 조직들을 지칭하고, 상기 노출된 조직들은 여기에서 설명된 바와 같은 광학적 검출기에 의해서 검출될 수 있고, 그리고 몸통, 가슴, 복부, 어깨, 등, 엉덩이, 목, 머리, 안면, 뺨, 입술, 눈썹, 두피, 귀, 턱, 팔, 팔꿈치, 손, 손가락, 다리, 무릎, 발, 발가락, 등을 포함할 수 있으나, 그러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 그러한 표면은 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20, 또는 50 cm2 내지 100, 120, 150, 200, 250, 500, 750 또는 1000 cm2 의 표면적을 가질 수 있을 것이다.
본원 발명으로 치료될 수 있는 상처의 예들에는 화상 상처들이 포함된다. 화상 상처들은 열, 화학물질들, 태양광, 전기, 복사선 등으로부터 초래될 수 있는 조직 손상이다. 열에 의해서 유발된 화상들, 또는 열적 화상들이 가장 일반적이다. 화학물질 화상은 열적인 화상들과 유사하다. 비록 화상 상처들이 피부에서 가장 빈번하게 발생되는 경향이 있으나, 다른 신체 구조물들이 영향을 받을 수 있을 것이다. 예를 들어, 심각한 화상은 지방, 근육 또는 뼈까지 침투할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 이러한 조직들 중 하나에 상응하는 세포들이, 예를 들어, 필요에 따라 또는 희망에 따라, 자연 조직들과 흡사한 층상(layer-by-layer) 도포로, 상처 사이트들로 전달될 수 있을 것이다.
당업계에 공지된 바와 같이, 상처들은 손상의 깊이에 의해서 특성화될 수 있을 것이다. 예를 들어, 화상의 정도가 손상된 조직들의 깊이에 따라서, 1도, 2도, 및 3도 화상으로 특성화된다. 1-도 화상에서, 피부의 상단부 층(상피)만이 손상된다. 2-도 화상에서, 피부의 중간 층(진피)이 손상된다. 마지막으로, 가장 심각한 타입인, 3-도 화상에서, 손상이 피부 내부의(지방) 층에 영향을 미칠 정도로 충분히 깊다. 유사하게, 피부의 욕창들이 스테이지 I(적색, 피부 파괴 없음, 압력 제거시에 홍반(erythema)이 희미해지지 않는다), 스테이지 II(중단된 상피(disrupted epidermis), 종종 진피 내로의 침투가 있다), 스테이지 III(진피의 손상), 및 스테이지 IV(피하(subcutaneous) 조직이 노출된다)로서 특성화된다.
욕창 상처들에서, 국소적인 모세관들의 압력-유도형 수축(constriction)은 영향을 받은 피부에서의 허혈(ischemia)을 초래한다. 유사하게, 화상 상처는 연관된 모세관 혈전생성(thrombosis)으로 인해서 허혈 상태가 된다. 당뇨성 궤양(diabetic ulcer)은 관류가 좋지 못한(poorly perfused) 상처의 다른 예가 된다. 혈액이 상처 치료의 통상적인 과정에 도움이 되도록 용이하게 이용될 수 없는 이러한 타입들의 상처의 경우에, 일부 실시예들에서, 여기에서 제공된 바와 같은 세포들 및/또는 조성물들의 도포에 앞서서, 죽은 및/또는 손상된 조직이 제거된다(좌멸 괴사 조직 제거술(debridement)).
일부 실시예들에서, 조성물들이 감염 위험 감소를 위해서 항균제를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 조성물들이 통증 완화를 위한 무통제들(analgesics) 및 마취제들(anesthetics), 계면활성제들, 소염제들(anti-inflammatory agents) 등을 포함할 수 있을 것이다. Miller 에게 허여된 미국 특허 제 6,562,326 호 참조. 저온(예를 들어, 저온수, 얼음 등) 치료 및 영향받은 구역의 상승(elevation)과 같은 종창(swelling) 완화 방법이 또한 이용될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에 따라서, 디바이스가 개방형 상처들 및 폐쇄형 상처들 모두에 대해서 이용될 수 있을 것이다. 폐쇄형 상처들의 경우에, 내시경 시술들을 포함하는, 외과적인 수단을 통해서, 스캐너 및/또는 분배 디바이스가 상처 사이트에 접근하도록 허용될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 세포들 및/또는 조성물들의 재도포가 필요에 따라서 실시될 수 있을 것이다. 박테리아를 제거하기 위한 세척 및 괴사성 파편들을 제거하기 위한 좌멸 괴사 조직 제거술이 또한 치료의 과정 중에 보장될 수 있을 것이다. 좌멸 괴사 조직 제거술을 보조하기 위해서 상처 가피(eschar)를 연성화하기 위해, 가습 크림 또는 연고(ointment)의 도포가 이용될 수 있을 것이다.
A. 분배기
일부 실시예들에서, 세포들, 단백질들, 지원 재료들, 이들의 조합들 등이 프린터 및/또는 다른 분배기 또는 분배 시스템으로 전달된다. 여기에서 사용된 바와 같은 "분배기" 또는 "분배 시스템"은 세포들 및/또는 조성물들을 목표 사이트로 전달하는 기능을 하는 디바이스이다. 일부 실시예들에서, 분배 시스템 내의 세포들 및/또는 조성물들이 목표 사이트 위에 배치된 프린트헤드 또는 노즐을 통해서 또는 목표 사이트에 걸친 미리 결정된 경로를 따라서 전달된다.
여기에서 사용된 바와 같은 "프린팅"은, 예를 들어, 액적(droplet) 마다 0.5 내지 500 마이크로리터, 또는 5 내지 100 마이크로리터, 또는 10 내지 75 마이크로리터의 작은 부피들을 가지는 세포들 및/또는 조성물들의 액적들을 전달하는 것을 지칭한다. 일부 실시예들에서, 액적들은, 액적마다 0.5 내지 500 피코리터, 또는 5 내지 100 피코리터, 또는 10 내지 75 피코리터 범위의 부피를 가진다. 프린팅은, 예를 들어, 여기에서 설명되는 바와 같이 수정된 프린트 헤드들을 가지는 표준형 프린터들을 이용하여 실시될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 프린팅은 약 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 또는 200 ㎛의 해상도(resolution)까지의 세포들 및/또는 조성물들의 정밀한 전달을 제공할 수 있다. 프린팅은 또한 층상 제조(layer-by-layer fabrication) 제조를 이용하여 특정의 목표 사이트들로 특정 세포들을 전달할 수 있다. 그러한 층상 제조는, 일부 실시예들에서, 필요에 따라서 대상에서 현장 방식으로(in situ) 실시될 수 있고, 그리고 정밀하게 배열된 복수의 세포 타입들을 포함할 수 있을 것이다. 이는, 세포들이 큰 구역에 걸쳐서 무작위로 도포되는 세포 시딩 또는 스프레잉 기술들과 대비된다.
일부 실시예들에서, 스프레이 또는 스트림과 같은 다른 분배기들을 이용하여 목표 사이트들로 세포들 및/또는 조성물들이 전달된다. 그러나 전달은 세포들 및/또는 조성물들을 목표 사이트로 연속적으로 전달할 수 있게 허용하고, 이는 세포들 및/또는 조성물들을 목표 사이트로 도포하기 위해서 필요한 시간을 감소시키는 역할을 할 수 있을 것이다. 또한, Warren 등에게 허여된 미국 특허 제 6,986,739 호를 참조할 수 있을 것이다.
스트림 분배의 일부 실시예들에서, 프린트헤드가 목표 사이트 위에 있을 때 전달 펌프들이 활성화되고 그리고, 희망에 따라서, 사이트에 걸친 동일한 또는 변동되는(varying) 폭들을 가지는 라인들로 세포들 및/또는 조성물들을 전달할 수 있다. 예를 들어, 0.001 내지 10 cm, 또는 0.01 내지 1 cm, 또는 0.1 내지 0.5 cm의 라인들이 일부 실시예들에 따라서 제공될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 분배기가 프린터 또는 스프레이 또는 스트림과 같은 다른 분배 시스템 모두를 포함할 수 있을 것이다. 그러한 시스템에서, 스프레이 또는 스트림이 보다 빠르나 덜 정밀한 목표 사이트에 대한 세포들 및/또는 조성물들의 전달을 위해서 이용될 수 있는 한편, 프린터는 보다 느리나 보다 정밀한 목표 사이트에 대한 세포들 및/또는 조성물들의 전달을 위해서 이용될 수 있을 것이다.
여기에서 사용된 바와 같이, "프린트헤드"는, 세포들 및/또는 조성물들의 액적들, 스프레이들 또는 스트림들을 목표 사이트로 도포하는 프린터 또는 다른 분배 디바이스의 일부이다. 일부 실시예들에서, 프린트헤드는 그에 부착된 하나 이상의 노즐들을 포함하고, 상기 노즐들을 통해서 세포들 및/또는 조성물들이 분배 시스템으로부터 목표 사이트로 통과된다.
여기에서 사용된 바와 같은 "카트릿지"는, 세포들 및/또는 조성물들을 내부에서 유지할 수 있고, 그리고 하나 이상의 노즐들 및/또는 하나 이상의 프린트헤드들과 유체 소통하는 저장용기 또는 저장부를 지칭한다. 카트릿지가 통상적인 잉크젯 카트릿지에서와 같은 단일 유닛 내의 저장부 및 프린트헤드를 포함할 수 있고, 또는 저장부 및 노즐이 분리된 유닛들 내에 위치되면서도 (예를 들어, 튜빙과 같은 커넥터의 이용을 통해서) 서로 유체 소통되도록 연결된다. 일부 실시예들에서, 카트릿지가 0.5 mL 내지 25 mL, 또는 1 mL 내지 15 mL, 또는 5 mL 내지 10 mL 부피를 유지할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 세포 타입들 및/또는 조성물들이 개별적인 카트릿지 내로 로딩된다. "조성물들"이 세포들, 캐리어들(예를 들어, 히드로겔들), 지원 재료들, 가교제들, 단백질들과 같은 고분자들, 시토킨들, 성장 인자들 등, 또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있을 것이다. 또한, 조성물들이 산소 발생 생체재료들을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, PCT 공보 WO 2008/124126 참조.
일부 실시예들에서, 조성물들이 카트릿지 보다 더 큰 컨테이너(예를 들어, 저장부) 내에서 제공될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 컨테이너가 5 mL 내지 5 L, 또는 10 mL 내지 1 L, 또는 15 mL 내지 500 mL의 조성물(예를 들어, 캐리어, 지원 재료들, 가교제들 등) 부피를 유지할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 하나의 프린트헤드가 하나의 카트릿지에 연결되는 표준형 잉크젯 프린팅과 대조적으로, 각각의 카트릿지가 복수의 노즐들 및/또는 프린트헤드들에 연결되도록 구성될 수 있을 것이다. 이는, 치료의 필요성에 부합될 수 있는 임의적인 프린트헤드 구성들을 허용한다. 이는 또한 시스템의 처리량(throughput)을 증대시키고 그리고 세정 유체의 카트릿지를 프린트헤드들에 부착함으로써 신속한 살균 방법을 제공한다.
일부 실시예들에서, 프린트헤드들이 압력-기반의 노즐들을 포함한다. 일부 실시예들에 따른 압력-기반의 전달 시스템은 프린터 또는 다른 분배기가 환자 위에서 안전 거리를 유지하도록 그리고 다양한 신체 타입들을 수용하도록 허용한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "압력-기반의" 전달 시스템은 3개의 성분들 즉: 압력 공급원, 재료 저장부들, 및 전달 메커니즘을 이용한다.
일부 실시예들에서, 전달 메커니즘은 일련의 전압 동작형 잉크젯 밸브들이다. 압력 공급원이 저장부에 동작적으로 연결되고, 상기 저장부는 전달 메커니즘과 유체 소통한다. 일부 실시예들에서, 가스(예를 들어, 공기 더하기 CO2, 등)가 압력 공급원에 의해서 저장부 내의 빈 공간으로 펌핑되고, 상기 압력 공급원은 다시 저장부 내의 재료(세포들 및/또는 조성물들)를 전달 메커니즘 내로 구동시킨다.
일부 실시예들에서, 프린트헤드가 DC 솔레노이드 잉크젯 밸브를 구비한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 또는 몇 개의, 세포용 저장부들이 잉크젯 밸브에 연결된다. 일부 실시예들에서, 세포들 및/또는 조성물들이 공압에 의해서 저장부들로부터 밸브 또는 노즐로 공급될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 분배기는 2-차원적인(X-Y) 또는 3-차원적인(XYZ) 플로터(예를 들어, 스텝 모터들에 의해서 구동된다)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 프린트헤드가 X-Y-Z 플로터 상에 장착되어, 목표 사이트 상으로의 세포들의 정밀한 침착(deposition)을 허용할 수 있을 것이다. 프린트헤드 아래에 XYZ 플로터를 배치하는 것이 제어기에 의해서 제어될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제어기는 컴퓨터 상에 로딩된 소프트웨어로부터 배치 정보를 획득한다. 일부 실시예들에서, 소프트웨어는 목표 이미지를 4-바이트 프로토콜로 변환하고, 그러한 프로토콜은 특정 잉크젯 밸브들을 활성화시키기 위해서 그리고 X-Y-Z 위치를 조정하기 위해서 이용된다.
현장형 프린팅의 상황에서, 압력-기반의 시스템은, 잉크젯 카트릿지들에 대비하여, 일부 실시예들에서 바람직할 수 있는데, 이는 그러한 시스템이 저장부와 전달 메커니즘을 분리시키기 때문이다. 통상적인 잉크젯 카트릿지는 단일 유닛 내에 저장부 및 전달 메커니즘을 포함한다. 만약 저장부 및 전달 메커니즘이 고장난다면, 전체 유닛이 고장 상태가 된다. 또한, 잉크젯 카트릿지들이 프린팅에 앞서서 충진되고 밀봉되어야 한다. 만약 잉크젯 카트릿지가 세포들로 충진된다면, 카트릿지의 실패는 해당 카트릿지 내에 포함된 모든 세포들의 손실을 의미한다. 여기에서 개시된 전달 시스템들의 실시예들은 이러한 2가지 문제들 모두를 해결한다. 저장부 및 전달 메커니즘은 각각의 성분의 고장의 경우에 개별적으로 교체될 수 있다. 재료는, 필요할 때에만, 전달 메커니즘으로 펌핑되고, 그에 따라 전달 메커니즘의 고장은 저장부 내의 모든 재료의 손실을 초래하지 않을 것이다.
또한, 일부 실시예들에서, 압력-기반의 시스템이 막힌 밸브들의 검출 및 세정 방법을 제공할 수 있다. 압력 센서를 밸브의 단부에 배치함으로써, 전달 압력이 인가된 압력과 비교될 수 있다. 만약 2개의 압력들 사이의 차이가 특정 문턱값 보다 크다면, 밸브가 막힌것이다. 밸브의 출력을 폐기물 저장부로 재지향시키고 큰 분출(burst) 압력을 인가하여, 밸브를 시험하고(try) 세정할 수 있을 것이다. 만약 세정 프로세스가 실패한다면, 전달 시스템이 이러한 것을 검출하고 그리고 해당 밸브의 이용 없이 프린팅을 계속할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 분배기는 내부 펌프들에 의해서 제공되는 압력에 의해서 구동된다. 일부 실시예들에서, 펌프들이 세포들 및/또는 조성물들을 하나 이상의 카트릿지로부터 챔버 내로 인출한다. 챔버는, 목표 사이트로의 분배에 앞서서, 독립적인 카트릿지들 내에서 유지되는 세포들 및/또는 조성물들의 혼합을 허용하도록 구성될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 혼합된 재료를 분배용 프린트헤드 내로 인출하는 프린트헤드와 동작적으로 연관된 펌프가 존재한다.
일부 실시예들에서, 음압 및/또는 양압을 이용하여 분배 시스템 또는 그 일부를 통해서 조성물들을 인출하도록 펌프들이 제공될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 펌프는 0.01 mL/sec 내지 1 mL/sec 또는 0.03 mL/sec 내지 0.07 mL/sec의 분배기 내의 유량; 0.1 mL/sec 내지 1 mL/sec 또는 0.25 mL/sec 내지 0.65 mL/sec의 유량; 및/또는 0.5 mL/sec 내지 0.45 mL/sec의 유량을 가지도록 디자인된 가변 속도 펌프이다. 일부 실시예들에서, 펌프는 약 0.05 mL/sec; 약 0.45 mL/sec; 및/또는 약 0.25 mL/sec(예를 들어, 전술한 또는 후술하는 이러한 값들의 10, 15 또는 20 % 이하)의 유량들을 포함하는 가변 유량을 가진다.
일부 실시예들에서, 펌프들의 시스템이 저장부로부터, 카트릿지를 통해서, 혼합 챔버 내로, 이어서 프린트헤드 내로 겔을 인출한다. 일부 실시예들에서, 이러한 시스템은 폐쇄되고 그리고 재료를 프린트헤드로 이동시키기 위해서 외부 압력 공급원을 필요로 하지 않는다. 일부 실시예들에서, 연속적인 라인이 제공되고, 그리고 펌프들이 음압 및/또는 양압을 공급하도록 구성되어, 압축 가스와 같은 압력 공급원을 개방할 필요가 없이, 라인을 통해서 세포들 및/또는 조성물들을 이동시키며, 그에 따라 세포들이 위생 환경에서 유지될 수 있는 폐쇄형 시스템이 제공된다.
일부 실시예들에서, 분배기 성분들의 적어도 일부가 약 37 도씨의 온도를 유지하도록 구성된 컨테이너 내에 수용된다. 일부 실시예들에서, 분배기 성분들의 적어도 일부가 상온에서 유지된다. 일부 실시예들에서, 분배기 성분들의 적어도 일부가 상온 보다 낮은 온도(예를 들어, 약 4 도씨)에서 유지된다. 일부 실시예들에서, 분배기의 적어도 일부가 희망에 따라 (예를 들어, 약 4 도씨로부터 상온까지, 상온부터 약 37 도씨까지, 도는 약 4 도씨로부터 약 37 도씨까지) 온도를 변화시키도록 구성된 컨테이너 내에 수용된다.
세포들은 캐리어를 포함하는 조성의 형태로 프린트될 수 있을 것이다. 세포들은 현탁액, 용액, 또는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있을 것이다. 캐리어가 고체 또는 액체, 또는 양자 모두(예를 들어, 겔)일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 세포들의 엉김(clump)을 감소시키기 위해서, 세포들이 캐리어 내에서 현탁액으로서 제공된다. 희망에 따라, 지원 화합물들, 성장 인자들 등이 세포들 세포들을 가지는 조성물들 내에 포함될 수 있고 및/또는 세포들이 없는(그러나, 적절한 캐리어를 포함할 수 있다) 조성물들 내에 포함될 수 있을 것이다.
적합한 겔들은 세균 배양기들(agars), 콜라겐, 피브린, 히알루론산(hyaluronic acid), 이들의 히드로겔들 등을 포함하나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 겔들 이외에도, 다른 지원 화합물들이 또한 본원 발명에서 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 세포외(extracellular) 혼합 유사물들이 지원 겔들과 함께 조합되어, 겔을 최적화 또는 기능화할 수 있을 것이다. 하나 이상의 성장 인자들이 또한 포함될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 온도 감응형 겔이 이용될 수 있을 것이다. 온도 감응형 겔들의 예들이 열감응형 히드로겔들 및 열감응형 폴리머 겔들(예를 들어, Pluronic® F-127(BASF corporation, Mont Olive, New Jersey)와 같은 플록사머(poloxamer))을 포함한다. 또한, 미국 특허 제 6,201,065 호, 제 6,482,435 호 참조.
적합한 액체 캐리어들의 다른 예들에는, 물, 이온 버퍼 용액(예를 들어, 인산염 버퍼 용액, 구연산염(citrate) 버퍼 용액 등), 액체 매체(예를 들어, 변경된 Eagle's medium("MEM"), Hanks' Balanced Salts, etc.), 등이 포함되나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 세포 조성물 내에서 액체 또는 겔 캐리어를 이용하는 것은, 일부 실시예들에서, 적절한 수화(hydration)를 촉진할 수 있고 그리고 프린팅 후의 세포들의 증발을 최소화할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 세포들이 또한 관심 대상의 재료들과 함께(예를 들어, 특정 유전자(gene)와 함께) 이송될 수 있을 것이다. 유용한 유전적 재료가, 예를 들어, 숙주 내의 면역 응답을 감소 또는 최소화할 수 있는 유전 시퀀스들일 수 있을 것이다. 예를 들어, 클래스 I 및 클래스 II 조직적합성(histocompatibility) 항원들과 같은 세포 표면 항원들의 발현을 억제할 수 있을 것이다. 이는, 이식된 세포들이 숙주에 의해서 거부될 가능성을 감소시킬 수 있을 것이다. 또한, 세포들이 하나 이상의 성장 인자들을 인코딩하는 유전자와 함께 세포감염(transfect)될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에 따라서, 세포들이 프린팅 프로세스 중에 세포감염될 수 있을 것이다. Xu 등의 PCT 공보 WO 2008/153968 참조.
본원 발명은 세포 및/또는 지원 재료, 또는 일반적인 조직에서 전형적으로 발견되는 둘 또는 셋 또는 그 초과의 다른 세포 타입들을, 바람직하게 적절한 지원 화합물 또는 화합물들과 함께, 선택적으로 하나 이상의 적절한 성장 인자들과 적절하게 조합하는 것에 의해서 조직들을 구축하는 것을 포함한다. 형성되는 특별한 조직(또는 조직 대체물)에 의존하여, 세포들, 지원 화합물들, 및 성장 인자들이 공통 조성으로 동일한 노즐을 통해서 또는 독립된 노즐들로부터 분배될 수 있을 것이다. 분배는 동시적, 순차적, 또는 이들의 임의 조합일 수 있을 것이다. 구성성분들(ingredients)의 일부가 제 1 패턴(예를 들어, 침식가능한(erodable) 또는 분해가능한 지원 재료)의 형태로 분비되고, 그리고 구성성분들의 일부가 제 2 패턴(예를 들어, 지원부(support)와 상이한 패턴의 세포들, 또는 다른 패턴의 2개의 상이한 세포 타입들)의 형태로 분배될 수 있을 것이다. 다시, 분배의 특별한 조합 및 방식이 희망하는 특별한 조직 구축에 따라 달라질 것이다.
전달 정밀도 증가가 요구되는 실시예들에서, 분배기는 전달 정밀도 증가를 위한 열적 또는 압전 프린트헤드들 및/또는 잉크젯 카트릿지들을 가지는 프린터를 포함한다. 실행가능한 세포들의 잉크젯 프린팅을 위한 방법들 및 조성들이 공지되어 있고 그리고, 예를 들어, Boland 등에게 허여된 미국 특허 제 7,051,654 호; Wilson et al.(2003) The Anatomical Record Part A 272A: 491-496에 기재되어 있다.
일부 실시예들에서, 세포/조성물들이 수정된 잉크젯 프린터로 프린팅됨으로써 분배된다. 수정들은, 예를 들어, 프린터 드라이버 소프트웨어 및/또는 프린터의 물리적 구성(makeup)의 변경에 의한, 온도, 습도, 전단력, 프린팅 속도, 및 발사(firing) 빈도수를 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있으나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, Pardo et al.(2003) Langmuir 19:1462-1466; Boland 등에게 허여된 미국 특허 제 7,051,654 호 참조. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 참조문헌들 내에서 제시된 모든 수정이 주어진 적용예에 적합하지는 않을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 수평 지지부를 부가하는 것에 의해서 보다 근접한 공차들을 가지는 새로운 기어 장착 필라들을 이용하는 것, 회로 내의 트랜지스터를 보다 큰 증폭을 가지는 트랜지스터로 변경하는 것, 그리고 수평 위치 인코더를 재진입시키는 것에 의해서 프린터들이 수정되지 않는다. 또한, 일부 실시예들에서, 프린터 소프트웨어가 용액들을 37 ℃ 초과의 온도로 가열하는 것을 피하기 위해서 저항 전압들을 낮추도록 수정되지 않는다.
일부 실시예들에서, 프린터들(예를 들어, 상용 프린터들 HP695C 및 HP550C)이 다음과 같이 수정될 수 있을 것이다. 프린터 상부 커버를 제거하고 그리고 커버에 대한 센서를 디스에이블링시킨다. 급지 메커니즘을 디스에이블링시켜 고체 기판들(예를 들어, 스캐폴드들) 상으로의 세포들의 프린팅을 허용할 수 있을 것이다. (예를 들어, 프린팅 프로세스 중에 프린트 카트릿지의 하단부를 오염시키는 패드들을 피하기 위해서) 잉크 흡수 패드들(HP695C 및 HP550C의 우측 측부 상에 존재한다)이 제거될 수 있을 것이다. 3D 구조체들을 프린트할 수 있는 프린터 성능을 제공하기 위해서, 제어된 엘리베이터 챔버를 가지는 맞춤형 Z-축 모듈이 부가될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 프린터가 열 기포 잉크젯 프린터이다. 일반적으로, 열 기포 잉크젯 프린터에서, 저항기들이 프린트 헤드 내에서 열을 생성하고, 그러한 열이 잉크를 증발시켜 기포를 생성한다. 기포가 팽창됨에 따라 잉크의 일부가 노즐 외부의 종이로 밀려난다. 기포가 붕괴될 때 진공이 생성되며, 그러한 진공은 카트릿지로부터 프린트 헤드로 보다 많은 잉크를 잡아 당긴다. 본원 발명에서, 잉크가, 예를 들어, 관심 대상이 되는 세포들 및/또는 조성물들(예를 들어, 액체 캐리어 내의 세포들)로 대체되고, 그리고 종이가 적절한 기판, 예를 들어, 배양기 또는 콜라겐 코팅된 기판, 또는 적합한 스캐폴드로 대체된다. Niklasen 등에게 허여된 미국 특허 제 537,567 호 참조.
다른 실시예들에서, 세포들이 압전 결정 진동 프린트 헤드를 이용하여 프린트된다. 일반적으로, 압전 결정은 전기 전하를 수용하고, 그러한 전하는 그 결정의 진동을 유발하여, 잉크를 노즐의 외부로 강제하고, 그리고 잉크를 저장부 내로 보다 끌어당긴다. 본원 발명에서, 잉크가, 예를 들어, 관심 대상이 되는 세포들 및/또는 조성물들로 대체된다. 열적 잉크젯 프린팅과 대비하면, 압전-기반의 잉크젯 프린팅은 보다 큰 파워 및 보다 큰 진동 주파수를 일반적으로 필요로 한다. 전형적인 상용 압전-프린터들이 30 kHz 이하의 주파수들 및 12 내지 100 Watts 범위의 파워 공급원들을 이용한다. 그에 따라, 일부 실시예들에서, 압전 결정 진동 프린트 헤드가, 1, 5, 10 또는 15, 내지 20, 25, 30, 또는 35 이상의 kHz의 진동 주파수, 및 5, 10, 20, 50, 100, 120, 또는 150, 내지 200, 250, 300, 350, 또는 375 이상의 Watts의 파워 공급원들과 함께 이용된다.
일부 실시예들에서, 프린트헤드 노즐들이 각각 독립적으로 0.05 내지 200 ㎛ 직경, 또는 0.5 내지 100 ㎛ 직경, 또는 10 내지 70 ㎛ 또는 20 내지 60 ㎛ 직경을 가진다. 또 다른 추가적인 실시예들에서, 노즐들은 각각 독립적으로 약 40 또는 50 ㎛ 직경을 가진다. 또 다른 추가적인 실시예들에서, 노즐들이 각각 독립적으로 0.1 또는 0.5 그리고 2 또는 3 mm이다. 동일한 또는 상이한 직경들을 가지는 복수의 노즐들이 제공될 수 있을 것이다. 노즐이 좁을수록 보다 더 정밀한 전달을 제공할 수 있을 것이나 처리량이 적어지고, 그리고 그 반대가 될 수 있을 것이다. 이들은 희망하는 세포 타입 및/또는 정밀도에 따라서 제공될 수 있을 것이다. 비록, 일부 실시예들에서, 노즐들이 원형 개구부를 가지나, 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고도, 예를 들어, 타원형, 정사각형, 직사각형 등과 같은 다른 적합한 형상들이 이용될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 프린트헤드 노즐들 및 분배 시스템이 액적들(drops)로서 조성물들을 전달하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 액적들이 0.5, 1, 10 또는 50 마이크로리터, 내지 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 또는 500 마이크로리터의 부피를 가질 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 분배 시스템은 세포 층 마다 1, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 또는 30 분, 내지 45, 60, 90, 또는 120 분의 레이트(rate)로 세포/조성물들의 층을 전달하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 분배시에 세포/조성물들이 포뮬레이팅되어(formulated) 캡슐화된 형태를 제공한다. 세포들을 삼투성(permeable) 캡슐들 내에 캡슐화하는 것이 공지되어 있고 그리고, 예를 들어, 미국 특허 제 6,783,964 호에 기재되어 있다. 예를 들어, 세포들은, 반투과성 격막에 의해서 둘러싸인 다당류 검(polysaccharide gum)으로 이루어진 내부의 세포-함유 코어를 포함하는 50 또는 100 ㎛ 내지 1 또는 2 mm 직경의 마이크로캡슐 내에서; 폴리리신(polylysine), 폴리오르니틴(polyornithine), 및 이들의 조합들과 조합된 알기네이트(alginate)를 포함하는 마이크로캡슐 내에서 캡슐화될 수 있을 것이다. 다른 적합한 캡슐화 재료들은 미국 특허 제 5,702,444 호에 기재된 것들을 포함하나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다.
"캡슐화된" 세포들은, 산소 및 다른 필요한 대사 산물들(metabolites)의 통과를 허용하고, 특정 세포 분비물들(secretions)(예를 들어, 인슐린)을 방출하나, 숙주의 면역 시스템의 보다 큰 작용제들(agents)의 투과를 제한하여 면역 거부를 방지하는, 선택적인 격막 라미네이트에 의해서 둘러싸인 세포들 또는 세포들의 작은 클러스터들 또는 조직이다. 캡슐화는, 예를 들어, 숙주 내의 면역 거부의 위험을 감소시키면서, 이종 개체의(xenogeneic) 또는 동종이계의 세포들을 포함하는 세포들 및/또는 조성물들을 전달하는데 있어서 유용할 수 있을 것이다. 이는, 예를 들어, 분비(secretory) 세포의 부적절한 기능 또는 기능 손실로 인한 질병들 또는 특정 분비 세포들의 부가로부터 이득을 취할 수 있는 질환들(ailments)을 치료하는데 있어서 유용할 수 있을 것이다. 세포들의 "마이크로캡슐화"에서 하나, 둘, 셋, 또는 몇 개의 세포들이 캡슐화된다. 일부 실시예들에서, 각각의 격막은, 프린트된 세포들의 적어도 50, 70, 80, 90 또는 95% 이상의, 10 개 또는 그 미만의 세포들, 바람직하게 5 개 또는 그 미만의 세포들을 캡슐화한다. 또한, Xu 등의 미국 특허출원 제 2009/0208577 호 참조.
일부 실시예들에서, 둘 이상의 층들이 독립적으로 도포될 수 있을 것이며, 이때 후속 층들이 이전 층들의 상단부 표면으로 도포된다. 일 실시예에서, 층들이, 도포 후에 융합되거나 달리 조합될 수 있고, 또는 실질적으로 분리되어 유지될 수 있고 그리고 대상에 대한 도포 후에 분할될 수 있을 것이다.
프린트된 층(예를 들어, 세포 층, 지원 층, 등)의 두께가 일반적으로 희망 도포에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 세포들을 포함하는 층의 두께가 약 2 마이크로미터 내지 약 3 마이크로미터이고, 일부 실시예들에서, 약 20 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터이다. 또한, 전술한 바와 같이, 겔들과 같은 지원 화합물들이 프린트된 세포들의 생존을 돕기 위해서 이용될 수 있을 것이다.
조성물들 내에 포함될 수 있는 "지원 화합물들"이, 프린트되는 특별한 조직에 적합한, 임의의 자연 발생적 또는 합성적 지원 화합물 및 그 조합들일 수 있을 것이다. 일반적으로, 지원 화합물이 바람직하게 생리적으로 수용가능하거나 생체 적합형이다. 적합한 예들에는, 알기네이트, 콜라겐(콜라겐 VI 포함), 엘라스틴, 케라틴, 피브로넥틴, 프로세오글리건들, 글리코프로틴들, 폴리락타이드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리카프로락톤, 폴리콜라이드, 폴리디옥사논, 폴리아크릴레이트들, 폴리술폰들, 펩타이드 시퀀스들, 단백질들, 및 그 유도체들, 올리고펩타이드, 젤라틴, 엘라스틴, 피브린 또는 피브리노겐, 라미닌, 폴레메타크릴레이트들, 폴리아세테이트들, 폴리에스터들, 폴라아미드들, 폴리카보네이트들, 폴리언하이드라이드들(polyanhydrides), 폴리아미노산들 탄수화물들, 다당류들 및 변경된 다당류들, 및 그 유도체들, 및 이들의 공중합체들(미국 특허 제 6,991,652 호 및 제 6,969,480 호 참조)뿐만 아니라, 생체활성 유리, 세라믹, 실리카, 알루미나, 방해석, 하이드록시아파타이트, 인산 칼슘, 뼈, 및 전술한 모든 것들의 조합과 같은 뮤기 재료들이 포함되나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 희망하는 바에 따라서, 지원 화합물이 히드로겔 내에서 제공될 수 있고, 그리고 전달 후에 가교결합될 수 있을 것이다.
특정 타입의 2-차원적인 또는 3-차원적인 조직들 또는 그 부분들의 특정 타입들을 분배할 때, 임의의 후속 세포 성장을 미리 규정된 영역으로 실질적으로 제한할 것이 종종 요구된다. 따라서, 이러한 미리 규정된 영역을 벗어난 세포 성장을 방지하기 위해서, 화합물들이 세포 성장이 금지된 프린트 구역으로 프린트 또는 달리 도포될 수 있고, 그에 따라 프린트된 패턴에 대한 경계부를 형성할 수 있을 것이다. 이러한 목적을 위한 적합한 화합물들의 일부 예들에는, 아가로스 겔, 폴리(이소프로필 N-폴리아크릴아미드) 겔들 등이 포함되나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 예를 들어, 이러한 "경계부 기술"을 채용하여, 혈관들과 같은, 복수-층형의, 3-차원적인 세포 튜브를 형성할 수 있을 것이다. 예를 들어, 세포 현탁액이 하나의 노즐 내에서 제 1 겔("겔 A")과 혼합되는 한편, 제 2 겔("겔 B")이 다른 노즐 내로 로딩된다. 겔 A는 부착 및 성장을 유도하는 한편, 겔 B는 세포 성장을 방지한다. 튜브를 형성하기 위해서, 겔 A 및 세포 현탁액이 튜브의 직경 및 벽 두께에 상응하는 직경 및 폭을 가지는, 예를 들어 약 3 내지 10 밀리미터의 직경 및 약 0.5 내지 약 3 밀리미터의 벽 두께를 가지는 원형 패턴으로 프린트된다. 내측 패턴 및 외측 패턴이 세포 성장의 경계들을 규정하는 겔 B에 의해서 라이닝된다. 예를 들어, 겔 A 및 "CHO" 세포들을 포함하는 주사기 및 겔 B를 포함하는 주사기가 노즐에 연결될 수 있을 것이다. 겔 B가 먼저 프린트되고 그리고 약 1 내지 5 분 동안 냉각된다. 이어서, 겔 A 및 CHO 세포들이 아가로스 기판 상으로 프린트된다. 이러한 프로세스가 각각의 층에 대해서 반복될 수 있을 것이다.
B. 광학적 검출기.
일부 실시예들에서, 세포들 및/또는 조성물들을 전달하고자 하는 관심 구역 또는 구역들을 광학적 검출기 디바이스로 검출하여, 그 구역의 2-차원적인 및/또는 3-차원적인 맵을 결정한다. 광학적 검출기는, 일부 실시예들에서, 부착된 세포 전달 디바이스와 동작적으로 연관되고, 그에 따라 세포 전달 패턴이 상기 맵을 기초로 세포들 및/또는 조성물들의 현장 전달을 위해서 최적화될 수 있을 것이다.
여기에서 사용된 바와 같이 "맵"은 2-차원적인 및/또는 3-차원적인 표면 측정치들, 좌표들, 및/또는 관심대상 구역(예를 들어, 상처)의 2-차원적인 및/또는 3-차원적인 표면을 나타낼 수 있는 임의의 다른 데이터를 지칭한다. 맵은 세포들 및/또는 조성물들의 전달 중에 임의 시간의 및/또는 실시간의 스캐닝에 의해서 업데이트될 수 있을 것이다.
여기에서 사용된 바와 같이, "광학적 검출기"는 여러 가지 파장들의 광, 예를 들어, 가시광선, 적외선, 자외선, 이들의 조합들 등을 검출하는 하나 이상의 검출기들을 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 가시광선 및 적외선 둘 모두가 검출된다. 광학적 검출기는 또한 스캐닝 중에 대상의 이동을 설명할 수 있고 및/또는 간편함(portability)을 허용할 수 있는 깊이 검출기를 가질 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 광학적 기준 지점들(예를 들어, 도트들, 라인들 등)이 상처 구역 또는 그 인접부 주위에 배치될 수 있을 것이며, 그러한 기준 지점들은 광학적 검출기를 교정하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 이는, 광학적 검출기를 재-교정할 필요성 없이, 대상이 이동될 수 있게 한다.
일부 실시예들에서, 카메라와 같은 광학적 검출기가 관심대상 구역의 표면 측정들과 일치되는 이미지들을 캡쳐하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 이미지 센서를 이용하여 객체로부터 반사되는 광을 수집하고 객체의 이미지를 생성한다. 거울 및 렌즈 시스템이 이미징 디바이스와 조합되어 객체에 의해서 반사된 광을 이미지 센서 상으로 포커싱할 수 있을 것이다. 이미지 센서는, 전형적으로 구역 어레이 내로 배열된, 전하 결합 소자(CCD) 및 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 중 하나 일 수 있을 것이나, 발명이 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 픽셀("픽쳐 요소"의 약칭)을 각각 나타내는 센서들의 수가 취해지는 이미지의 해상도를 결정한다. 픽셀은 디지털 이미지를 구성하는 가장 작은 유닛이고, 그리고 이미지의 음영 및/또는 색채를 나타낼 수 있다. 이미지 센서들의 세트의 출력이 픽셀들의 세트로서 인코딩되어 디지털 이미지를 생성할 수 있을 것이다. 디지털 이미지가 jpeg, tiff 및 gif 포맷 등과 같은 압축된 포맷으로 저장될 수 있을 것이다. 이어서, 이미지가 디지털 저장 디바이스 내에 저장될 수 있을 것이고 그리고 디스플레이 애플리케이션에 의해서 모니터 상에서 디스플레이될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 광학적 검출기는 Knighton 등에게 허여된 미국 특허 제 6,856,407 호에 기재된 것과 같은 3차원 스캐너이고, 여기에서 3-차원적인 객체에 대한 깊이 데이터가 이미지 감지 어레이(ISA)의 단일 픽셀의 표면 상의 위치에서 세기(intensity)를 캡쳐하는 객체 상으로 투사된 세기 구배로부터 초래되는 세기 차이로부터 계산될 수 있을 것이다. 세기는, ISA의 다른 픽셀들로부터의 데이터와 독립적으로 기준 지점에 대한 위치까지의 거리의 측정치로 변환될 수 있을 것이고 그리고 상기 위치로부터 단일 픽셀로 반사된 광의 비행 시간에 독립적이다. 상기 위치에서의 세기의 복수의 캡쳐들이 상이한 조건들 하에서 대비되어 비-균질한 환경들 또는 표면들을 보상할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 광학적 검출기가 Knighton 등의 미국 특허출원 제 2005/0237581 호(여기에서 참조로서 포함됨)에 기재된 바와 같은 3차원 스캐너이다. 스캐닝 디바이스는 관심 대상 구역의 3차원 표상을 생성하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 3차원 표상들은, 스캐닝된 객체의 3차원 표상을 생성 및 저장하기 위한, 깊이 맵들, 다각형 메시들, 파라메트릭 솔리드들(parametric solids) , 포인트 클라우드들 및 유사한 데이터 구조들을 이용할 수 있는 디지털 모델링, 추출(abstraction) 및/또는 유사한 기술들 중 임의 타입이 될 수 있을 것이다. 스캐너가 하나 이상의 이미지 감지 어레이들(ISA) 상으로 광을 포커싱하기 위한 렌즈들 또는 렌즈들의 세트를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, ISAs가 전하 결합 소자(CCD), 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 센서들, 또는 유사한 이미징 어레이일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 렌즈들이 반사부, 도파관 및/또는 유사한 물품으로 대체되거나 및/또는 보충될 수 있을 것이다. 포커스 셋팅들을 변화시킴으로써, 객체의 릴리프(relief)의 다른 양태들이 ISA 상에서의 포커싱으로 도입될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 광학적 요소들을 가지는 광학적 시스템이 목표의 동일한 장면(view)을 복수의 ISA로 분배하고, 각각의 ISA가 목표에 대한 상이한 포커스 범위를 가진다.
스테레오비젼이 또한, 이용될 수 있을 것이다. 전통적인 스테레오비젼 방법들은 스테레오 이미지들의 쌍 내의 픽셀들의 공간적인 상응성을 구축함으로써 형상을 평가한다. 스페이스타임 스테레오라고 지칭되는 새로운 개념이 개발되었고, 이는 스테레오 이미지들을 시간 도메인 내로 매칭시키는 것으로 확장된다. 공간적 및 시간적 외형 변동들 모두를 이용함으로써, 매칭 불명확성(ambiguity)이 감소될 수 있고 그리고 정확성이 높아질 수 있다는 것이 확인되었다. 스페이스타임 스테레오 또는 임의의 다른 스테레오 비전 방법의 단점은, 스테레오 이미지들의 매칭이 시간-소모적이고, 그에 따라 스테레오 이미지들로부터 고해상도의 3D 형상들을 실시간으로 재구축하는 것을 어렵게 만든다.
추가적인 비전 기반의 표면 맵핑 기술들이 구조화된 광을 이용할 수 있을 것이고, 이는 여러 가지 코딩 방법들을 포함하고 그리고 가변적인 수의 코팅된 패턴들을 채용한다. 스테레오 비전 방법들과 달리, 구조화된 광 방법들은 일반적으로 훨씬 더 단순한 프로세싱 알고리즘들을 일반적으로 이용한다. 그에 따라, 실시간 성능, 즉 측정 및 재구축을 달성할 수 있게 된다. 실시간 형상 측정을 위해서, 기본적으로 2가지 접근방식들이 존재한다. 제 1 접근방식은 단일 패턴, 전형적으로 색채 패턴을 이용하는 것이다. 이러한 접근방식의 이용은, 고속 3D 표면 윤곽 검색(retrieval)에 대한 색채-코딩된 무아레(Moire) 기술을 채용한다. 다른 기술들은 고속 3D 비전을 위한 레인보우 3D 카메라를 이용한다. 또 다른 것들은 이동하는 객체들의 고속 스캐닝을 위해서 색채 구조화된 광 기술을 이용한다. 이러한 방법들은 패턴들을 코딩하기 위해서 색채를 이용하기 때문에, 형상 측정 결과는 객체 표면 색채의 변동에 의해서 상이한 정도들로 영향을 받는다. 일반적으로, 보다 많은 패턴들을 이용하는 것에 의해서 보다 양호한 정확도가 얻어진다.
실시간 형상 측정을 위한 다른 구조화된 광 접근방식은 복수의 코딩된 패턴들 사이의 신속 스위칭을 가지는 복수의 코팅된 패턴들을 이용하는 것이다. 이러한 접근 방식은 스트라이프 경계 코드들로 코딩된 4개의 패턴들을 이용하는 3D 모델 측정 시스템을 이용하고 개발하였다. 일부 실시예들은 서서히 이동하는 객체들을 스캐닝하기에 충분한 약 15 fps의 획득 속도를 제공할 수 있을 것이다. 그러나, 임의의 다른 이진수-코딩 방법과 같이, 이러한 방법들의 공간적 해상도가 비교적 낮은데, 이는 스트라이프 폭이 하나의 픽셀 보다 더 커야 하기 때문이다. 또한, 패턴들을 프로젝터로 반복적으로 로딩함으로써 패턴들을 스위칭하는 것은 패턴들의 스위칭 속도를 제한할 수 있을 것이고 그에 따라 형상 측정의 속도를 제한할 수 있을 것이다.
광학적 검출기의 다른 예가 미국 특허 제 6,788,210 호 및 제 6,438,272 호(여기에서 참조로서 포함됨)에 기재되어 있으며, 상기 특허들은, 치료 구역들을 나타내는 곡선들의 맵들 및 3D 표면 맵들을 신속하게 업데이트 하는 것 그리고 상기 곡선들의 틱(tick) 마크들과 같은 마킹들을 위치시키는 것을 제공할 수 있는 완전한 능력과 함께, 실시간 및 고속 3D 형상 측정을 위한 비전 시스템을 제공한다. 이러한 방식에서, 센서가 이러한 자동화된 좌멸 괴사 조직 제거술 시스템 제어 루프를 폐쇄하는 그리고, 예를 들어, 치료 레이저 비임의 실제 위치와 희망 치료 위치 사이의 오류가 선택된(프로그래밍된) 문턱값 보다 더 클 때 치료 레이저 비임을 차단함으로써, 시스템의 안전 동작을 제공하기 위한 수단으로서의 역할을 한다. 이러한 방법은 신속 위상-천이(shifting) 기술을 기초로 한다. 이러한 기술은 픽셀-레벨 해상도를 제공하기 위해서 3개의 위상-천이된, 사인파형 그레인스케일(grayscale) 프린지 패턴들을 이용한다. 패턴들이 240 fps의 스위칭 속도로 객체로 투사된다. 이러한 시스템은 3개의 코딩된 프린지 패턴들의 신속한 스위칭을 위한 단일-칩 DLP 기술의 전체 장점을 취한다. 3개의 다른 패턴들로 코딩된 적색, 녹색, 및 청색 채널들을 가지는 색채 프린지 패턴이 PC에 의해서 생성된다. 이러한 패턴이 단일-칩 DLP 프로젝터로 전송될 때, 프로젝터는 3개의 색채 채널들을 반복적으로 그리고 신속하게 순차적으로 투사한다. 색채의 효과를 제거하기 위해서, 프로젝터의 색채 휘일 상의 색채 필터들이 이동된다. 결과적으로, 투사된 프린지 패턴들이 모두 그레이스케일이다. 적절하게 동기화된 고속 B/W CCD 카메라를 이용하여 각각의 색채 채널의 이미지들을 캡쳐하고, 그러한 이미지로부터 객체 표면의 3D 이미지가 검색된다. 프로젝터와 동기화되고 B/W 카메라와 정렬된 색채 CCD 카메라를 또한 이용하여, 텍스쳐(texture) 맵핑을 위해서 26.7 fps의 프레임 레이트로 객체의 2D 색채 픽쳐들을 취한다. 신속 3D 재구축 알고리즘 및 병렬 프로세싱 소프트웨어와 함께, 고해상도, 실시간 3D 형상 측정이 40 fps 이하의 프레임 레이트로 그리고 프레임당 532 x 500 포인트들의 해상도로 실현된다. Blue Hill Optical Technologies, located in Norwood, Mass. or Nutfield Technology, Windham, N.H. 로부터 상업적으로 입수 가능한 것과 같은, 당업계에 공지된 3D 측정을 위한 다른 시스템들이 또한 본원 발명의 시스템 및 방법들에서 이용될 수 있을 것이다.
컴퓨터-발생된 패턴의 투사를 위해서, 디지털 광 스위칭 기술을 기초로 이미지들을 생성하는, 단일-칩 DLP 프로젝터가 사용된다. 이러한 시스템으로, 복잡한 안면(facial) 표면이 40 fps(시스템의 정확도가 0.1 X 0.1 X 0.1 mm가 된다)으로 맵핑되어, 현재의 자동화된 레이저 좌멸 괴사 조직 제거술 및 치료 시스템들 등에 대해 우수한 속도 및 해상도를 제공한다.
적색, 녹색, 및 청색 채널들을 순차적으로 그리고 반복적으로 고속으로 투사함으로써 색채 이미지가 생성된다. 이어서, 3개의 색채 채널들이 전체 색채 이미지로 통합된다. 단일-칩 DPL 프로젝터의 이러한 투사 메커니즘의 장점을 취하기 위해서, 적색, 녹색, 및 청색 채널들의 3개의 패턴들의 조합인 색채 패턴이 생성된다. 프로젝터가 동작의 단색 모드를 위한 색채 필터들을 가지지 않는다. 결과적으로, 색채 패턴이 프로젝터로 전송될 때, 그러한 패턴이 3개의 그레이스케일 패턴들로 투사되어, 240 fps에서 채널로부터 채널까지 신속하게 스위칭된다. 프로젝터와 동기화된 고속 B/W 카메라를 이용하여 실시간 3D 형상 측정을 위한 3개의 패턴들을 신속하게 캡쳐한다. 부가적인 색채 카메라를 이용하여 텍스쳐 맵핑을 위한 이미지들을 캡쳐한다. 3D 맵들 및 색채 정보를 동시에 획득하기 위해서, 다중-스레딩(multi-threading) 프로그래밍을 이용하여, 2개의 카메라들이 독립적으로 작동하도록 그리고 이미지 그래빙(grabbing)의 타이밍이 외부 트리거 신호에 의해서만 결정되도록 보장한다.
객체 표면의 보다 현실적인 렌더링(rendering)을 위해서, 사인파형 위상-천이 방법을 기초로 하는 색채 텍스쳐 맵핑 방법이 이용될 수 있을 것이다. 이러한 방법에서, 3개의 프린지 패턴들이 이웃하는 패턴들 사이에서 2π/3 의 위상 천이를 가진다. 3개의 프린지 패턴들의 평균화가 프린지들을 제거(wash out)하기 때문에, 색채 카메라의 노출 시간을 하나의 투사 사이클 또는 12.5 ms로 셋팅함으로써, 프린지들이 없는 색채 이미지가 얻어질 수 있다.
이러한 시스템들은 신속한 투사 및 3개의 코딩된 패턴들의 신속한 캡쳐링의 능력을 제공한다. 채용된 신속한 3-단계 위상-천이 방법은 실시간 3D 재구축 속도 및 약 0.1 x 0.1 x 0.1 mm의 높은 측정 정확도를 제공한다. 사인파형 위상-천이 방법은 객체들의 3D 형상들을 다양한 스케일들로 측정하기 위해서 광학적 방법론에서 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 방법에서, 일련의 위상-천이된 사인파형 프린지 패턴들이 기록되고, 그로부터 모든 픽셀마다 위상 정보가 얻어진다. 이러한 위상 정보는 이미지 필드 및 투사 필드 사이의 상응성(correspondence)을 결정하는데 도움을 준다. 이러한 상응성이 일단 결정되면, 객체의 3D 좌표 정보가 삼각법(triangulation)을 기초로 검색될 수 있다. 많은 수의 상이한 사인파형 위상-천이 알고리즘들이 이용될 수 있다. 통상적인 3-단계 알고리즘과 유사한 3-단계 위상-천이 알고리즘이 이용될 수 있을 것이고, 그러한 유사한 알고리즘은 3개의 위상-천이된 이미지들을 필요로 한다.
일부 실시예들에서, 광학적 검출기는, 연속적으로-투사되는 적외선 구조화된 광으로부터 3D 장면 정보를 해석하는 영역(range) 카메라를 포함함으로써 객체의 움직임(예를 들어 몸통의 호흡 움직임들)을 설명한다. 일부 실시예들에서, 광학적 검출기는 RGB 카메라 및 깊이 센서를 포함한다. 깊이 센서는, 주변 광 조건들 하에서 3D로 비디오 데이터를 캡쳐하는, 단색 CMOS 센서와 조합된 적외선 레이저 프로젝터를 포함할 수 있을 것이다. 깊이 센서의 감지 영역이 조정될 수 있을 것이고, 그리고 일부 실시예들에서, 디바이스 소프트웨어가 검출된 분위기를 기초로 센서를 자동적으로 교정할 수 있을 것이고, 그에 따라 다양한 목표들 및 신체 타입들을 수용할 수 있을 것이다.
C. 세포들 및 조직들.
제한 없이, 체세포들, 줄기 세포들, 간세포들(progenitor cells), 및 분화된 세포들(differentiated cells)을 포함하는, 포유류의(mammalian) 세포들(쥐, 래트(rat), 개, 고양이, 원숭이 및 인간의 세포들)을 포함하나, 그러한 것으로 제한되지 않는, 임의 타입의 세포가 여기의 방법들을 이용하여 프린트될 수 있을 것이다. 줄기 세포들은 수많은 집단 배가들(population doublings)(예를 들어, 적어도 60-80)을 통해서, 일부 경우들에서 본질적으로 무한하게, 복제할 수 있는 능력을 가지고, 그리고 또한 복수의 셀 타입들로 분화될(differentiate) 수 있는 능력(예를 들어, 분화다능 또는 다분화능(pluripotent or multipotent))을 또한 가진다. 또한 세포가 관심 대상의 화합물로 세포감염되게 할 수 있으며, 이는 세포들의 불멸화(immortalized)(즉, 50 차례 이상 배가할 수 있다) 결과를 초래한다. 예를 들어, 텔로머라제 역전사 효소(telomerase reverse transcriptase(hTERT))를 이용한 포유류 세포의 세포감염이 신경 전구 세포들을 불멸화시킬 수 있다는 것이 보고되었다(Goldman 등에게 허여된 미국 특허 제 7,150,989 호 참조).
"배아 줄기 세포"는 배반포(blastocyst)의 내측 세포 매스(mass)으로부터 유도된 세포를 지칭하고 이는 분화다능적이다.
여기에서 사용된 바와 같은 "양수 줄기 세포(amniotic fluid stem cell)"는 세포 또는 세포의 자손(progeny)을 지칭하기 위해서 사용되고, 즉 (a) 포유류 양수 유체, 포유류 융모막 융모(chorionic villus), 및/또는 포유류 태반 조직(placental tissue) 또는 포유류 기증자로부터의 임의의 다른 적합한 조직 또는 유체에서 발견되는 또는 그로부터 수집된; (b) 분화다능적이고; (c) 실질적으로 증식 가능성을 가지고; (d) 선택적으로, 그러나 바람직하게, 시험관에서 성장하기 위해서 배양 보조 세포(feeder cell) 층들을 필요로 하지 않으며, 및/또는 (e) (특히, 수집시에, 세포들이 시험관 내에서 성장됨에 따라 c-키트 항체들을 바인딩할 수 있는 세포들의 능력이 시간 경과에 따라 감소될 수 있음에 따라) 선택적으로, 그러나 바람직하게, 구체적으로 c-키트(c-kit) 항체들을 바인딩하는, 세포 또는 세포의 자손(progeny)을 지칭하기 위해서 사용된다.
여기에서 사용된 바와 같은 "분화다능"은 완전한 분화 다능성(differentiation versatility), 예를 들어, 임의의 동물의 세포 타입들로 성장할 수 있는 능력을 지칭한다. 분화다능 세포는 자가-재생(self-renewing) 가능하고, 그리고 조직과 함께 휴면 또는 휴지기를 유지할 수 있다. 전능성(totipotent) 세포(예를 들어, 수태한, 이배체 난세포(fertilized, diploid egg cell))와 달리, 분화다능 세포는 새로운 배반포를 일반적으로 형성할 수 없다.
여기에서 사용된 바와 같은 "다분화능"은 상응하는 동물 세포 타입들의 임의의 하위세트로 성장될 수 있는 능력을 가진 세포를 지칭한다. 분화다능 세포와 달리, 다분화능 세포는 상응하는 동물의 모든 세포 타입들을 형성할 수 있는 능력을 가지지 못한다.
세포들이 자가조직의(즉, 도포하고자 하는 바로 그 대상으로부터의), 동계의(syngeneic)(즉, 조직 이식 거부를 최소화하기 위해서, 유전학적으로 동일한 또는 밀접하게 관련된), 동종이계의(allogeneic)(즉, 동일한 종들의 비-유전적 동일한 부재로부터의), 또는 이종의(xenogeneic)(즉, 상이한 종들의 부재들로부터의) 것일 수 있을 것이다. 동계의 세포들은 자가이식(치료하고자 하는 대상으로부터의) 및 동계의(isogeneic)(즉, 예를 들어, 동일한 쌍둥이로부터와 같이, 유전적으로 동일하나 다른 대상인) 것들을 포함한다. 세포들은, 예를 들어, 기증자(살아 있는 또는 사후 기증)로부터 얻어질 수 있을 것이고 또는 구축된 세포주(cell strain) 또는 세포 라인으로부터 유도될 수 있을 것이다. 예를 들어, 세포들이 당업계에 공지된 표준 생검 기술들을 이용하여 기증자로부터 적출될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에 따라서, 세포들이 프린트된 후에 세포들의 적어도 일부가 생존가능하다. "생존가능 세포들"은 배양 접시 또는 다른 기판에 부착되고 및/또는 생존(예를 들어, 증식(proliferation))할 수 있는 세포들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 로딩된 전체 세포들 중 적어도 30, 40 또는 50%가 생존가능하고, 그리고 추가적인 실시예들에서, 로딩된 전체 세포들 중 적어도 60, 70, 80, 또는 90% 가 프린팅 후에 생존가능하다. 세포 생존가능성은 임의의 통상적인 수단, 예를 들어, MTS 아세이(assay)에 이해서, 그리고 프린팅 후에 합리적인 시간 경과 후에, 예를 들어, 프린팅 후의 1일 후에 측정되었다. 생존가능성은 존재하는 특정 세포 타입들의 생존에 최적이 되는 것으로 당업계에 공지된 조건들 하에서의 배양으로 측정되었다. 예를 들어, 많은 진핵 세포(eukaryotic cell) 타입들이 5% 이산화탄소(95% 대기 공기) 및 37 도씨의 적절한 매체 내에서 전형적으로 배양되었다.
여러 가지 메커니즘들이 프린팅 중에 및/또는 후에 세포들의 생손을 돕기 위해서 채용될 수 있을 것이다. 구체적으로, 수화, 영양물들 및/또는 구조적 지지를 제공함으로써, 프린트된 세포들을 지지하는 화합물들이 이용될 수 있을 것이다. 이러한 화합물들은 통상적인 기술들을 이용하여, 예를 들어, 수작업으로, 워시(wash) 또는 바스(bath) 내에서, 증착(예를 들어, 물리 또는 화학 기상 증착) 등을 통해서, 기판에 도포될 수 있을 것이다. 이러한 화합물들은 또한 프린팅 이전에 및/또는 프린팅 중에 세포들 및/또는 조성물들과 조합될 수 있을 것이고, 또는 세포 층들 아래, 위, 및/또는 사이의 독립된 층으로서 기판에 프린트되거나 도포될(예를 들어, 코팅될) 수 있을 것이다. 예를 들어, 하나의 그러한 지원 화합물은 프린팅 조건들 하에서 프린트 헤드의 노즐을 통과할 수 있을 정도로 낮은 점성을 가지는 겔이고, 그리고 프린팅 중에 및/또는 후에 적절한 형상으로 겔이 될 수 있다. 그러한 점성들은 전형적으로 약 0.5 내지 약 50 센티푸아즈(centipoise) 범위 이내, 일부 실시예들에서, 약 1 내지 약 20 센티푸아즈, 그리고 일부 실시예들에서, 약 1 내지 10 센티푸아즈이다. 본원 발명에서 사용될 수 있는 바와 같은 적합한 겔들의 일부 예들이 배양기들(agars), 콜라겐, 히드로겔들 등을 포함하나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다.
히드로겔들을 위해서 이용되는 다른 폴리머가 알지네이트, 해초로부터 추출된 천연 다당류가 된다. 알지네이트 용액의 하나의 특징은 2가 양이온들(예를 들어, Mg++, Ca++, Sr++, Ba++)의 존재하에서의 그들의 겔화(gelling) 성질들이다.
일부 실시예들에서, 생존가능성을 높이기 위해서, 세포들이 분배 직전에 겔과 같은 지원 화합물과 혼합된다. 예를 들어, 세포들이 분배 전 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 또는 120 분 이하에 혼합될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 세포들이 약 50,000, 100,000, 150,000, 200,000, 250,000, 300,000, 350,000, 400,000, 450,000, 또는 500,000 세포/cm2 을 제공하도록 분배된다.
겔들 이외의 다른 지원 화합물들이 또한 본원 발명에서 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 세포외 기질 유사체가 지원 겔들과 조합되어 겔을 최적화 또는 기능화할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 성장 인자들이 또한 프린트된 어레이들 내로 도입될 수 있을 것이다. 예를 들어, 여러 농도들 및 시퀀스들로 하나 이상의 성장 인자들을 포함하는 서서히 방출하는 마이크로스피어들(slow release microspheres)이 세포들 및/또는 조성물들과 조합될 수 있을 것이다. 다른 적합한 지원 화합물들에는, 진행되는 구조물들의 세포자살 및 괴사를 회피하는데 도움이 되는 것들이 포함될 수 있을 것이다. 예를 들어, 생존 인자들(예를 들어, 기준 섬유 아세포 성장 인자)가 부가될 수 있을 것이다. 또한, 항아포프토시스(예를 들어, bcl-2 및 텔로머라아제)를 가지는 세포들의 일시적인 유전적 수정들 및/또는 브록킹 경로들(blocking pathways)이 프린트된 조성물들에 포함될 수 있을 것이다. 접착제들이 또한 프린팅 후에 세포들의 생존에 도움을 주기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 연성 조직 접착제들, 예를 들어, 시아노아크릴레이트 에스터들, 피브린 실런트, 및/또는 겔라틴-리소시놀-포름알데히드 글루들(gelatin-resorcinol-formaldehyde glues)을 이용하여 층의 프린팅 후에 초기 구조체들이 씻겨 나가거나 이동되지 않게 할 수 있을 것이다. 또한, 아르지닌-클리신-아스파르트산(RGD) 리간드들과 같은 접착제들이 겔화 폴리머 또는 다른 지원 화합물들에 대한 세포들의 접착을 촉진할 수 있을 것이다. 세포외 단백질들, 세포외 단백질 유사체들, 등이 또한 이용될 수 있을 것이다.
"성장 인자"는, 프린트되는 특별한 조직 및 어레이에 적합한, 임의의 자연 발생적 또는 합성 성장 인자와 그 조합들을 포함하는 것일 수 있을 것이다. 수많은 성장 인자들이 공지되어 있다. 예들에는, 인슐린-유사 성장 인자(예를 들어, IGF-1), 변환 성장 인자-베타(TGF-beta), 뼈-형태형성(morphogenetic) 단백질, 섬유 아세포 성장 인자, 혈소판 유래(platelet derived) 성장 인자(PDGF), 혈관 내피 성장 인자(ascular endothelial growth factor)(VEGF), 연결 조직 성장 인자(CTGF), 기본적인 섬유 아세포 성장 인자(bFGF), 상피 성장 인자, 섬유 아세포 성장 인자(FGF)(번호 1, 2 및 3), 오스테오폰틴, 뼈-형태형성 단백질-2, 소마토트로핀, 세포 유인물질들(cellular attractants) 및 부착제들 등과 같은 성장 호르몬, 그리고 이들의 혼합물들이 포함되나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 미국 특허 제 7,019,192 호; 제 6,995,013 호; 및 제 6,923,833 호 참조. 예를 들어, 성장 인자 단백질들이 프린트된 조성물 내체 제공될 수 있고 및/또는 프린트된 세포들로 세포감염된 플라스미드들(plasmids)에 의해서 인코딩될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 형성되는 특별한 조직(또는 조직 대체물)에 따라서, 세포들, 조성물들, 지원 화합물들, 및/또는 성장 인자들이 공통 조성으로 동일한 노즐을 통해서 또는 분리된 노즐들로부터 프린트될 수 있을 것이다. 분배는 동시적, 순차적, 또는 이들의 임의 조합일 수 있을 것이다. 구성성분들의 일부가 제 1 패턴(예를 들어, 침식가능한 또는 분해가능한 지원 재료)의 형태로 분비되고, 그리고 구성성분들의 일부가 제 2 패턴(예를 들어, 지원부와 상이한 패턴의 세포들, 또는 다른 패턴의 2개의 상이한 세포 타입들)의 형태로 분배될 수 있을 것이다. 프린팅의 특별한 조합 및 방식이 프린트되는 특별한 조직에 따라서 달라질 것이다.
일부 실시예들에서, 세포/조성물들이 기판 상으로, 예를 들어, 생체적합형 스캐폴드 상으로 프린트되고, 그러한 기판은, 필요에 따라서, 후속하여 대상으로 이식 또는 주입될 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 세포들이 부착될 수 있는 기판 도포(예를 들어, 피브린의 층)로 또는 그러한 기판 도포가 없이, 관심 대상이 되는 세포/조성물들이 신체 내의 살아 있는 조직상으로 현장에서 직접적으로 프린트된다.
일부 실시예들에서, 세포들이 관심 조직들로부터 분리되고 그리고 당업계에 공지된 기술로 배양된다. 여기에서 사용된 바와 같은 "분리된"은, 세포들이 그들의 자연적인 분위기 이외의 조건으로 배치된다는 것을 의미한다. 조직 및 세포들은 대상으로부터 최초로 분리될 때, 예를 들어 일차적으로 외식(explant)될 때 "적출된다".
"일차적인 배양"은 분리된 세포들 또는 일차적인 외식체들이 배양 용기로 시딩된 후에 구축되기 시작하는 제 1 배양이다. 여기에서 사용된 바와 같은 "확장하는 것" 또는 "확장"은 생존가능한 세포들의 수를 증가시키는 것을 의미한다. 확장은, 예를 들어, 하나 이상의 세포 사이클들을 통해서 세포들을 "성장시키는 것"에 의해서 달성될 수 있을 것이고, 여기에서 세포들의 적어도 일부가 분할되어 부가적인 세포들을 생성한다. 여기에서 사용된 바와 같은 "성장"은 세포들이 생존가능하게 유지되도록 세포들을 배양하는 것을 포함하고, 그리고 세포들의 확장 및/또는 분화를 포함하거나 하지 않을 수 있을 것이다.
"시험관 내에서 계대 배양된(passaged in vitro)" 또는 "계대 배양된"은 세포 배양의 제 2 배양 용기로의 전달 또는 하위배양(subculture)을 지칭하고, 증식의 레이트에 따라서, 일반적으로 기계적인 또는 효소적 분해, 리시딩(reseeding), 및 종종 둘 이상의 딸(daughter) 배양들로의 분할을 의미한다. 만약, 특별한 유전자형 또는 형질형(genotype or phenotype)에 대해서 집단이 선택된다면, 배양은 하위 배양시에 "세포주"가 되기 시작할 것이고, 즉 배양이 균질하고 그리고 바람직한 특성들(예를 들어, 특정 단백질 또는 마커를 나타낼 수 있는 능력)을 가진다.
단백질 또는 다른 생물학적 마커들의 "발현하다" 또는 "발현"은, 이 전구체와 동일한 것을 인코딩하는 유전자가 변환되고 그리고 바람직하게 전사된다는 것을 의미한다. 전형적으로, 본원 발명에 따라서, 유전자의 코딩 영역의 발현은 인코딩된 폴리펩타이드의 생산을 초래할 것이고, 그에 따라 세포가 해당 단백질 또는 다른 하류 생물학적 마커에 대해서 "포지티브(positive)"가 된다.
"피부 세포들"은 일반적으로 피부에서 발견되는 세포들을 포함하고, 그리고 상피 세포들(예를 들어, 케라틴세포들, 멜라닌 세포들, 상피 세포들, 랑게르한스 세포들 등, 그리고 이들의 임의 조합) 및 진피 세포들(예를 들어, 섬유 아세포, 지방세포들(adipocytes), 비만세포들(mast cells), 마크로파지들(macrophages), 및 이들의 임의 조합)을 포함할 수 있을 것이다. 피부 조직은 멜라닌 세포들 및 진피 유두상 세포의 함유로 자연 피부를 모방하도록 형성될 수 있다. 본원 발명의 프로세스에 의해서 생성되는 피부 조직은, 예를 들어, 화상 치료, 그리고 베인 상처들, 열상들, 충돌 부상들과 같은 다른 상처들(예를 들어, 수술후 상처들, 및 외상후 상처들, 하지 정맥류들(venous leg ulcers), 당뇨 족궤양(diabetic foot ulcers, 등)로 이식 또는 적용하는데 있어서 유용하다.
일부 실시예들에서, 피부 세포들이 진피 세포들을 가지는 진피 층으로서, 그리고 상피 세포들을 가지는 상피 층으로서 분배된다. 일부 실시예들에서, 진피 세포들 및 상피 세포들이 약 1:1, 또는 5:1 내지 1:5, 또는 3:1 내지 1:3, 또는 1:2 내지 2: 1의 셀 수의 비율로 제공된다.
"근육 세포들"은, 평활근세포들, 심근 세포들, 골격근 세포들(예를 들어, 근섬유들 또는 미오사이트들, 근아세포들(myoblasts), 근관들(myotubes) 등) 및 이들의 임의 조합을 포함하여, 근육 조직에서 일반적으로 발견되는 세포들을 포함한다. 여기에서 설명된 프로세스들에 의해서 생성된 근육 세포/조직들은, 특히, 근육 조직에 영향을 미치는 손상들 또는 결함들의 치료, 및/또는 근육 치유의 촉진에 유용하다.
"연골의 세포들(cartilage cells)"은 연골에서 일반적으로 발견되는 세포들을 포함하고, 상기 세포들은 연골 세포들(chondrocytes)을 포함한다. "연골 세포들"은, 예를 들어, 콜라겐 및 프로테오글리칸들(proteoglycans)의 생성에 의해서, 연골의 세포외 기질을 생산 및 유지한다. 연골 세포는 신체 전체적으로 발견되는 매우 특별화된 연결 조직이고, 그 주요 기능은 주변 조직들에 대한 구조적 지지를 제공하는 것(예를 들어, 귀 및 코 내에서) 또는 쿠션을 제공하는 것(예를 들어, 기관(trachea) 및 관절들)이다. 연골의 타입들에는 초자 연골(hyaline cartilage)(관절들, 코, 기관, 추간 디스크들(NP), 척추(vertebral) 단부 판들), 탄성적 연골(힘줄 삽입 사이트(tendon insertion site), 인대(ligament) 삽입 사이트, 메니스커스(meniscus), 추간 디스크들(AP)), 늑연골(costochondral cartilage)(갈비뼈, 성장판), 및 섬유연골(fibrocartilage)(귀)이 포함된다. 대상 내의 연골 손실은 문제가 되는데, 이는 연골이 매우 제한된 회복 능력을 가지기 때문이다. "간충직(Mesenchymal) 줄기 세포들" 또는 "MSCs" 가 연골 세포들의 전구체들이다. MSCs 는 또한 골아세포들로 분화될 수 있다. 여기에서 설명된 프로세스들에 의해서 생성된 연골 세포/조직들이, 특히, 연골 손상 또는 질병을 치료하기 위해서 대상 내로 이식되는데 있어서 유용할 수 있을 것이다.
"뼈 세포들" 은 뼈에서 일반적으로 발견되는 세포들을 포함하고, 그리고 조골세포들(osteoblasts), 파골세포들(osteoclasts), 골세포들(osteocytes), 및 이들의 임의 조합들을 포함한다. 여기에서 개시된 프로세스들에 의해서 생성된 뼈 세포/조직들은, 특히, 골절 또는 결함들을 치료하기 위해서, 및/또는 뼈 치유를 촉진하기 위해서 대상 내로 주입하는데 있어서 유용하다.
"신경 시스템 세포들" 또는 "신경 세포들"은 뉴런 및 신경교(glial) 세포들을 포함하는 주변 신경 시스템에서 일반적으로 발견되는 세포들을 포함한다.
"맥관 세포들"은 혈관들을 포함하는 포유류 맥관에서 일반적으로 발견되는 세포들을 포함하고, 그리고 내피 세포들, 평활근 세포들 및 섬유 아세포들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 줄기 세포들이 잉크젯 프린팅에 의해서 기판들 상으로 프린트된다. 줄기 세포들은 단독으로(전형적으로, 지원 화합물 또는 화합물들과 조합되어) 프린트될 수 있고, 또는 하나 이상의 부가적인 세포들과 조합되어(예를 들어, 전술한 바와 같은 조직들을 생성하기 위해서 선택된 조합으로) 프린트될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 줄기 세포들이 관심 대상의 세포들로 분화된다.
여기에서 사용된 바와 같은 "분화" 및 "분화하는 것"은 (a) 기판 상의 프린팅에 앞서서, 분화를 유도하기 위한 세포들의 치료 및 그러한 치료에 응답한 세포들의 분화의 완료, (b) 분화를 유도하기 위한 세포들의 치료, 이어서 기판 상으로 세포들의 프린팅, 및 이어서 세포들이 프린트된 후에 그러한 치료에 응답한 세포들의 분화, (c) 세포들이 프린트된 후에 분화를 유도하는 분화 인자(들)과, 동시적으로 또는 순차적으로, 세포들을 프린팅하는 것, (d) 프린팅 한 후에, 세포들을 분화 인자들 또는 매체 등, 그리고 전술한 것들의 임의의 조합들에 접촉시키는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 적절한 인자 또는 인자들을 전술한 바와 같은 방식으로 세포와 접촉시킴으로써, 분화가 변조되거나 지연될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 적절한 분화 인자들이 전술한 성장 인자들 중 하나 이상이 된다. 분화 및 분화의 변조가 공지된 기술들에 따라서 실시될 수 있을 것이고, 예를 들어, 미국 특허 제 6,589,728 호 또는 미국 특허출원들 2006006018(endogenous repair factor production promoters); 20060013804(modulation of stem cell differentiation by modulation of caspase-3 activity); 20050266553(methods of regulating differentiation in stem cells); 20050227353(methods of inducing differentiation of stem cells); 20050202428(pluripotent stem cells); 20050153941(cell differentiation inhibiting agent, cell culture method using the same, culture medium, and cultured cell line); 20050131212(neural regeneration peptides and methods for their use in treatment of brain damage); 20040241856(methods and compositions for modulating stem cells); 20040214319(methods of regulating differentiation in stem cells); 20040161412(cell-based VEGF delivery); 20040115810(stem cell differentiation-inducing promoter); 20040053869(stem cell differentiation); 또는 당업자에게 자명할 전술한 또는 후술한 것들의 변형들에 개시된 바와 같이 실시될 수 있을 것이다.
"대상들"은 일반적으로 인간 대상들이고 그리고 "환자"를 포함하나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 대상들은 남자 또는 여자일 수 있고 그리고, 백인, 아프리카계-미국인, 아프리카인, 아시아인, 히스패니계, 인디안 등을 포함하는 임의 인종 또는 민족일 수 있을 것이나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 대상들은, 갓난 아이, 신생아, 유아, 어린이, 청소년, 성인 및 노인 대상들을 포함하는 임의 연령이 될 수 있을 것이다.
대상들은 또한 동물 대상들 또는 환자들, 예를 들어 수의학(veterinary medicine) 및/또는 연구 또는 실험 목적들을 위한, 초식동물들, 예를 들어, 개들, 고양이들, 소들, 염소들, 말들, 양들, 돼지들, 설치류들(예를 들어, 래트들 및 쥐들), 토끼목들(lagomorphs), 비-인간 영장류들 등과 같은 포유류, 또는 어류 또는 조류 대상들을 또한 포함할 수 있을 것이다.
"치료"는 대상에게, 예를 들어 외상이나 질병을 가지는 환자에게 이득을 주는 임의 타입의 치료를 지칭한다. 치료는 환자의 상태를 개선하기 위한 목적으로 취해지는 작용들 또는 취해지지 않게 하는 작용들을 포함한다(예를 들어, 필요에 따른 환자의 조직 형성 및/또는 치유의 촉진, 하나 이상의 증상들의 완화 등). 일부 실시예들에서, 치료는 필요에 따른 환자에 대한 세포들 및/또는 조직들의 직접적인 프린팅에 의한 피부 조직(예를 들어, 그러한 조직이 부상이나 질병으로 상실된 또는 손상된 곳)의 재구축을 포함한다.
본원 발명은 세포 및 지원 재료, 또는 통상적인 조직(예를 들어, 피부 조직)에서 전형적으로 발견되는 둘 이상의 상이한 세포 타입들의 적절한 조합에 의한 조직들의 프린팅을 위해서 제공된다. 형성되는 특별한 조직(또는 조직 대체물들)에 따라서, 세포들, 지원 화합물들 및 성장 인자들이 공통 조성으로 동일한 노즐을 통해서 또는 분리된 노즐들로부터 프린트될 수 있을 것이다. 프린팅은 동시적, 순차적, 또는 이들의 임의 조합일 수 있을 것이다. 구성성분들의 일부가 제 1 패턴(예를 들어, 침식가능한 또는 분해가능한 지원 재료)의 형태로 분비되고, 그리고 구성성분들의 일부가 제 2 패턴(예를 들어, 지원부와 상이한 패턴의 세포들, 또는 다른 패턴의 2개의 상이한 세포 타입들)의 형태로 분배될 수 있을 것이다. 다시 프린팅의 특별한 조합 및 방식이 프린트되는 특별한 조직에 따라서 달라질 것이다. 특정 조직들 또는 조직 대체물들을 위해서 프린트되는 재료들에 대해서는 이하에서 추가적으로 설명한다.
피부. 대표적인 실시예들에서, 상피-유사 피부 조직을 생성하기 위해서, 이하가 분배된다:
(a) 적어도 하나의 세포 타입, 및 바람직하게 적어도 2개의 또는, 일부 실시예들에서, 3개 또는 4개의 상이한 상피 세포들(예를 들어, 케라틴세포들, 멜라닌 세포들, Merkel 세포들, Langerhan 세포들 등, 그리고 이들의 임의 조합); 및/또는
(b) 전술한 바와 같은 적어도 하나의 지원 화합물(예를 들어, 콜라겐, 엘라스틴, 케라틴 등, 그리고 이들의 임의의 조합); 및/또는
(c) 전술한 바와 같은 하나 이상의 성장 인자(예를 들어, 기본적인 섬유 아세포 성장 인자(bFGF), 인슐린-유사 성장 인자 1, 상피 성장 인자(EGF), 등, 그리고 이들의 임의의 조합).
일부 실시예들에서, 전술한 바와 같이 분배되는 상피 세포들, 지원 화합물 및/또는 성장 인자들("상피 타입 층을 형성한다)이, 이전에 형성된(예를 들어, 프린트된 또는 잉크젯 프린트된) "진피" 타입 층 상에, 또는 그 상단부에 프린트되고, 상기 이전에 프린트된 진피 층은: 하나, 둘, 셋, 또는 4개의 상이한 진피 세포들(섬유 아세포들, 지방세포들, 비만세포들, 및/또는 마크로파지들); (b) 전술한 바와 같은 적어도 하나의 지원 화합물; 및/또는 (c) 전술한 바와 같은 적어도 하나의 성장 인자를 포함한다.
본원 발명의 프로세스에 의해서 생성된 피부 조직은, 예를 들어, 화상들, 및 베인 상처들, 열상들, 충돌 부상들과 같은 다른 상처들(예를 들어, 수술후 상처들, 및 외상후 상처들, 하지 정맥류들, 당뇨 족궤양, 등)을 치료하는데 있어서 유용하다.
뼈. 특별한 실시예들에서, 뼈 조직들을 생성하기 위해서, 이하가 분배된다:
(a) 적어도 하나의 뼈 세포 타입, 및 바람직하게 둘 또는 3개의 상이한 뼈 세포 타입들(예를 들어, 조골세포들, 파골세포들, 골세포들, 및 이들의 임의 조합, 그러나, 일부 실시예들에서, 적어도 조골세포들 및 파골세포들, 및 일부 실시예들에서, 이들 3개 모두); 및/또는
(b) 전술한 바와 같은 적어도 하나의 지원 화합물(예를 들어, 콜라겐, 수산화인회석들(hydroxyapatites), 칼리사이트, 실리카, 세라믹, 프로테오글리칸들, 등, 그리고 이들의 임의의 조합); 및/또는
(c) 하나 이상의 성장 인자(예를 들어, 뼈-형태형성 단백질, 변환 성장 인자, 섬유 아세포 성장 인자, 혈소판 유래 성장 인자들, 인슐린-유사 성장 인자들 등, 그리고 이들의 임의의 조합).
본원 발명에서 개시된 프로세스들에 의해서 생성된 뼈 조직들이, 특히, 골절들 또는 결함들을 치료하기 위해서, 및/또는 뼈 치유를 촉진하기 위해서 대상 내로 주입하는데 있어서 유용하다.
신경. 대표적인 실시예들에서, 신경 조직을 생성하기 위해서, 이하가 분배된다.
(a) 적어도 하나, 둘 또는 셋의 세포 타입들, 그리고 바람직하게 (i) 둘레 신경 세포들 및/또는 (ii) 적어도 하나의 신경교 세포 타입, 및 (iii) 이들의 임의의 조합(예를 들어, 적어도 하나의 신경 세포 및 적어도 하나의 신경교 세포); 및/또는
(b) 전술한 바와 같은 적어도 하나의 지원 화합물(예를 들어, 라미닌, 콜라겐 타입 IV, 피브로텍틴, 등 그리고 이들의 임의의 조합); 및/또는
(c) 하나 이상의 성장 인자(예를 들어, NGF, 뇌-유도형 신경영양적 인자, 인슐린-유사 성장 인자-I, 섬유 아세포 성장 인자, 등 그리고 이들의 임의의 조합); 및 전술한 것들의 임의 조합.
본원 발명에서 개시된 상기 프로세스에 의해 생성된 신경 조직은 특히, 말초 신경계에 영향을 미치는 신경 손상이나 퇴행성 질환에 유용하다.
근육. 대표적인 실시예들에서, 근육 조직을 생성하기 위해서, 이하가 분배된다.
(a) 적어도 하나의 근육 세포 타입; 및/또는
(b) 전술한 바와 같은 적어도 하나의 지원 화합물(예를 들어, 라미닌, 콜라겐 타입 IV, 피브로텍틴, 등 그리고 이들의 임의의 조합); 및/또는
(c) 하나 이상의 성장 인자(예를 들어, 혈관 내피 성장 인자, 인슐린-유사 성장 인자(IGFs), 등, 또는 이들의 임의 조합); 및 전술한 것들의 임의 조합.
본원 발명에서 개시된 프로세스들에 의해서 생성된 근육 조직들이, 특히, 평활근, 골격근 또는 심근 조직들에 영향을 미치는 평활근, 골격근 또는 심근 손상 또는 질병을 치료하는데 있어서 유용하다.
맥관 조직. 대표적인 실시예들에서, 맥관 조직을 생성하기 위해서, 이하가 분배된다.
(a) 적어도 하나의 맥관 세포 타입, 그리고 바람직하게 적어도 2개 또는 3개의 상이한 맥관 세포 타입들(예를 들어, 내피 세포들, 평활근 세포들, 섬유 아세포들, 그리고 이들의 임의의 조합, 그러나 일부 실시예들에서, 적어도 내피 세포들, 평활근들, 및 일부 실시예들에서, 이들 3개 모두); 및/또는
(b) 전술한 바와 같은 적어도 하나의 지원 화합물(예를 들어, 라미닌, 콜라겐 타입 IV, 피브로텍틴, 등 그리고 이들의 임의의 조합); 및/또는
(c) 하나 이상의 성장 인자(예를 들어, 혈관 내피 성장 인자, 인슐린-유사 성장 인자(IGFs), 등, 또는 이들의 임의 조합); 및 전술한 것들의 임의 조합.
본원 발명에서 개시된 프로세스들에 의해서 생성된 맥관 조직들이, 특히, 맥관 네트워크들을 형성하기 위해서 및/또는 이러한 조직들에 영향을 미치는 손상 또는 질병을 치료하는데 있어서 유용하다.
일부 실시예들에서, 필요에 따른, 일련의 분배된 층(A), 이어서 분배된 층(B), 등등으로, 조직들이 "순차적으로" 층상으로 생성되며, 그러한 층들은 다음과 같다:
A B C D ...
각각의 층이, 필요에 따라 또는 희망에 따라 조직을 구축하기를 원하는 바에 따라서, 세포들, 지원 화합물들, 성장 인자들, 이들의 조합들 등을 포함할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 세포들이 제 1 층으로 분배되고, 이어서 겔과 같은 지원재료들의 제 2 층이 분배되고, 이어서 선택적으로, 세포들의 제 3 층이 분배될 수 있을 것이다. 예를 들어, 복수의 층상형 피부 조직이 섬유 아세포들을 포함하는 층으로서 분배되고, 이어서 겔을 포함하는 층(예를 들어, 피브린, 피브리노겐, 콜라겐 등)이 분배되고, 이어서 케라틴세포들(keratinocytes)을 포함하는 층이 분배된다. 부가적인 층들이 또한 필요에 따라서 제공될 수 있을 것이다. 필요한 경우에, 트롬빈이 또한 하나 이상의 층과 함께 또는 하나 이상의 층 상으로 분배될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 피부 세포들 및/또는 그 층들이 분배될 수 있고(예를 들어, 섬유 아세포, 케라틴세포들, 멜라닌세포들, 등), 그리고 분리된 유닛들 및/또는 패턴들로 부가적인 피부 세포들이 그 상부에 또는 그들과 함께 프린트될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 머리카락 모낭들(follicles)을 형성하는 모유두(papilla) 세포들이 특정 위치들 및/또는 밀도들(머리카락 샤프트 두께 및 길이는 진피 모유두 세포 수 및 부피에 의해서 적어도 부분적으로 결정되고, 이때 세포 수가 증가할수록 머리카락들이 보다 길어진다)로 분배될 수 있을 것이며, 이는 상이한 신체 위치들, 연령 그룹들, 성별들 등에 대한 자연 피부 조직으로부터의 머리카락에 보다 근접하는 머리카락들을 생성할 수 있다. 필요한 경우에, 외측 모근 세포들이 또한 진피 모유두 세포들과 함께 프린트될 수 있을 것이다. 필요에 따라서, 예를 들어, 인접 피부(예를 들어, 주근깨들)와 보다 잘 합치되도록, 멜라닌세포들이 또한 특정 위치들 및/또는 밀도들로 프린트될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 이러한 세포 분배 패턴들은 또한 이미 흉터들(scars)을 가지는 오래된 상처들의 재생에도 도움이 될 수 있을 것이고, 흉터들을 보다 자연스럽게 보이는 피부로 대체할 수 있을 것이다.
D. 데이터 프로세싱 방법들, 컴퓨터 프로그램들 및 시스템들
일부 실시예들에서, 광학적 검출기로부터 획득된 데이터가 함께 피스화되어 관심 대상의 환자 신체 표면(예를 들어, 상처 표면)과 같은 표면의 모델을 형성한다. 신체 표면은, 해당 부분의 상처 구역을 포함하는, 손, 발, 팔, 다리, 몸통, 흉부, 복부, 등, 머리, 안면, 이들의 일부 및/또는 이들의 조합들 등을 포함하는, 임의의 신체 부분이 될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 이어서 표면이 표면의 몰드로 변환된다. 여기에서 사용된 바와 같은 "몰드"는 관심 대상의 표면의 3-차원적인 표상이며, 일부 실시예들에서, 그 표상이 가시적으로 디스플레이되고, 그리고 또한 그 표상이, 3-차원적인 맵 좌표들에 더하여, 색채 및/또는 적외선 복사선 세기 등을 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에 따른 몰드는, 층들이 반전된 "음각" 몰드로 해석될 수 있을 것이고, 그리고, 필요에 따라서 연관된 분배기를 안내하기 위해서, 어떠한 층들이 자연 조직 층들(예를 들어, 피부 조직의 진피 및 상피 층들)에 상응하는지를 결정하기 위해서 Z 축 상의 층들로 추가적으로 분할할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 각각의 층은, 검출된 구역의 적어도 일부를 커버하는 일련의 라인들과 중첩된다(즉, 라인들이 층 표상 또는 몰드에 부가된다). 이어서, (예를 들어, 제어 소프트웨어에 의해서) 이러한 라인들을 이용하여 분배 시스템을 위한 경로를 결정한다. 분배 시스템은 각각의 층에 대해서 일련의 라인들을 따라서 분배할 수 있을 것이고, 그에 따라 층상 양식으로 조직을 형성할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 사용자는 각각의 논-블랙 픽셀이 셀 액적에 상응하고 그리고 픽셀의 색체가 프린트하고자 하는 세포 타입에 상응하는 일련의 비트맵 이미지들을 형성할 수 있을 것이다. 이는, 여러 가지 세포 타입들 및/또는 다양한 구성들을 이용하여, 사용자가 복잡한 구조물들을 생성할 수 있게 한다.
일부 실시예들에 따른 시스템 및/또는 성분 동작이 컴퓨터 프로그램 지시어들에 의해서 구현될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램 지시어들은 범용 컴퓨터, 특정 목적의 컴퓨터, 또는 기계를 생산하기 위한 다른 프로그램이 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서로 제공될 수 있을 것이고, 그에 따라, 컴퓨터의 또는 다른 프로그램이 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해서 실행되는 지시어들이 희망하는 동작들을 구현하기 위한 수단을 생성할 수 있을 것이다.
이러한 컴퓨터 프로그램 지시어들은 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능 데이터 프로세싱 장치로 하여금 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터-판독가능 메모리에 저장될 수 있을 것이고, 그에 따라 컴퓨터-판독가능 메모리 내에 저장된 지시어들은 동작들을 구현하는 지시어들을 포함하는 제조 물품을 생성할 수 있을 것이다.
컴퓨터 프로그램 지시어들이 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능 데이터 프로세싱 장치로 로딩되어, 일련의 동작 단계들이 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능 장치 상에서 실시되어 컴퓨터-구현된 프로세스를 생성하도록 할 수 있으며, 그에 따라 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능 장치를 실행하는 지시어들이 동작들의 구현을 위한 단계들을 제공하게 할 수 있을 것이다.
따라서, 본원 발명은 하드웨어 및/또는 소프트웨어(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함)로 구현될 수 있을 것이다. 또한, 본원 발명의 실시예들은, 지시어 실행 시스템과 연관된 또는 그 시스템에 의해서 이용하기 위한 매체 내에 임베딩된 컴퓨터-이용가능 또는 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터-이용가능 및/또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체 상의 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있을 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 컴퓨터-이용가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체는, 지시어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해서 이용하기 위한 또는 그와 조합하여 이용하기 위한 프로그램을 포함 또는 저장할 수 있는 임의 매체가 될 수 있을 것이다.
컴퓨터-이용가능 및/또는 컴퓨터-판독가능 매체가, 예를 들어, 전자적, 자기적, 광학적, 전자기적, 적외선의, 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스일 수 있을 것이나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터-판독가능 매체의 보다 구체적인 예들(비-배타적인 나열)이 이하를 포함할 수 있을 것이다: 휴대용 컴퓨터 디스켓, 랜덤 액세스 메모리, 소거가능한 프로그램가능 리드-온리 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 및 휴대용 컴팩트 디스크 리드-온리 메모리(CD-ROM).
일부 실시예들에서, 소프트웨어는 3-단형(tiered) 아키텍처 디자인을 채용한다. 3-단형 아키텍처는 3개의 통신 구역들을 핸들링한다: 즉 사용자와 소프트웨어 사이; 소프트웨어 성분들 사이; 및 소프트웨어와 파일 시스템 사이. 이러한 디자인 구조는 개별적인 성분들이, 필요에 따라서, 다른 성분들에 영향을 미치지 않고, 신속하고 용이하게 변경될 수 있게 허용한다.
일부 실시예들에서, 광학적 검출기로부터 수집된 데이터가 객체(예를 들어, 피부 객체)로서 표시된다. 각각의 객체가 조직의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있고, 그리고 각각의 층이 검출기로부터의 개별적인 라인들을 캡슐화하는 그리드로 분해될 수 있을 것이다. 이러한 표상은, 컴퓨터가 다음 피스를 분석하는 동안에, 전달/분배 시스템으로 하여금 그리드의 하나의 피스로부터 지점들을 프린트할 수 있게 허용함으로써, 피부로 전달/분배하는데 필요한 시간을 상당히 줄일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 객체로부터의 지점들이 일반적인 포맷으로 전달 시스템으로 통과되고, 그러한 전달 시스템들에서 지점들은, 프린트헤드 및/또는 카트릿지의 상이한 타입들의 위치들을 통합하는 방식으로, 분배 시스템에 의해서 이용되도록 분석된다(parsed). 이러한 구현은 사용자로 하여금 스캐닝된 데이터에 대한 증강들을 신속하게 규정할 수 있게 하고 그리고 조직의 다른 성분들(예를 들어, 피부 조직을 위한 멜라닌세포들 및 머리카락 모낭들과 같은 피부 성분들)을 신속하게 포함할 수 있게 허용할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 아키텍처는 Microsoft .NET Framework(예를 들어, .Net Framework version 1.0, 1.1, 2.0, 3.0, 3.5, 또는 4.0)(Microsoft Corp., Redmond, WA) 또는 다른 소프트웨어 라이브러리들 또는 프로그래밍 언어들을 기초로 할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 소프트웨어가, 예를 들어, 특히 C++와 같은 객체-지향형(object-oriented) 프로그래밍 언어들을 포함하는, 프로그래밍 언어들 중 임의의 하나 또는 조합으로 작성될 수 있을 것이다. 3-단형 아키텍처가 3개의 통신 구역들을 핸들링하도록 구성될 수 있을 것이다: 즉 사용자와 소프트웨어 사이; 소프트웨어 성분들 사이; 및 소프트웨어와 파일 시스템 사이. 이러한 디자인 구조는 모든 성분이, 필요에 따라서, 다른 성분들에 영향을 미치지 않고, 신속하고 용이하게 변경될 수 있게 허용한다. 또한, 일부 실시예들에서, 소프트웨어는, 예를 들어, MATLAB®과 같은 소유권이 있는(proprietary) 시스템을 기초로 하지 않을 수 있을 것이고, 그에 따라 소프트웨어가 .NET Framework를 동작시킬 수 있는 임의의 컴퓨터와 같은, 넓은 범위의 컴퓨터들에 대해서 사용될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 인터프리터(interpreter) 또는 인터페이스 모듈이 분배 시스템 소프트웨어와 데이터베이스 사이에 제공된다. 예를 들어, 인터프리터/인터페이스 모듈이 데이터베이스로부터의 시맨틱들(semantics)을 스캐닝 시스템으로부터의 데이터와 조합하는 방법을 나타낼 수 있을 것이다. 하나의 예에서, 인터프리터를 이용하여 Z 층들을 진피 또는 상피로 배당할 수 있을 것이다. 다시 말해서, 특정 지점 아래의 Z 층들이 진피로 배당될 수 있고, 그리고 그 지점 위의 Z 층들이 상피로 배당될 수 있을 것이다. 이러한 상이한 피부 구조들은 상이한 세포 타입들을 필요로 할 수 있을 것이고, 그러한 세포 타입 데이터는 데이터베이스 내에 저장될 수 있고 그리고 인터프리터에 의해서 접근될 수 있을 것이다. 다른 예에서, 인터프리터를 이용하여 복수의 이미징 시스템들로부터의 데이터를 표준 데이터 세트로 조합할 수 있을 것이다. 다시 말해서, 적외선 또는 초음파 이미징 기술들이 상처 맵과 조합될 수 있을 것이다.
인터프리터가 스캐닝 시스템으로부터 수신된 및/또는 데이터베이스 내에 저장된 데이터를 다른 포맷으로 변환할 수 있을 것이다. 예를 들어, 인터프리터가 스캐닝 시스템으로부터의 및/또는 데이터베이스 내의 데이터를 표준화된 포맷으로 변환할 수 있을 것이다. 데이터베이스는 분배 시스템 소프트웨어, 스캐닝 시스템, 및/또는 조작장치에 상응하는 시맨틱들을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 인터프리터가 스캐닝 시스템 및/또는 조작장치로부터 수신된 데이터를 분배 소프트웨어에 의해서 인식되는 표준화된 포맷으로 변환하기 위해서 데이터베이스로부터의 시맨틱들을 이용할 수 있을 것이다. 시맨틱들은, 색채 범위 내의 색채들 및 (예를 들어, 성장 인자들이 전달되어야 하는 구역들을 나타내기 위한) 열악한 혈관신생(vascularization)에 대한 색채들에 대한 상응성과 관련한 규칙들과 같은 여러 가지 규칙들을 포함할 수 있을 것이다. 규칙들의 다른 예들에는, (자극되어야 하는 조직들을 나타내기 위한) 적외선 이미징에 의해서 검출된 비-생존가능 조직과 관련한 규칙들이 포함된다. 규칙들의 추가적인 예들에는, (예를 들어, 지점들로서, 그러한 지점들 아래쪽에서 머리카락 모낭들이 Z 층들에서 전달되어야 하는 지점들을 나타내기 위한) 머리카락 모낭들과 관련한 규칙들이 포함된다.
인터프리터에 의해서 생성될 수 있는 표준화된 포맷은, 분배 시스템 소프트웨어를 재작성할 필요가 없이, 분배 시스템 소프트웨어에 의해서 인식되고 그에 의해서 동작될 수 있다. 따라서, 인터프리터가 스캐닝 시스템 및/또는 조작장치를 업데이트/업그레이드하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 다른 예에서, 인터프리터가 조작장치 소프트웨어로부터 수신된 데이터를 전달/분배 시스템에 의해서 인식되는 포맷으로 변환할 수 있을 것이다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 인터프리터가, 예를 들어, 세포/조성물을 대상으로 전달하기 위해서, 스캐닝 시스템 및/또는 분배 시스템의 동작들(예를 들어, 스캐닝 및/또는 분배) 중에 이용될 수 있을 것이다.
스캐닝 시스템과 함께 인터프리터를 이용하는 예에서, 이미지 데이터(예를 들어, 스캐너에 의해서 생성된 미가공 이미지 데이터)가 스캐닝 시스템으로부터 객체(예를 들어, 인터프리터)로 전달될 수 있을 것이다. 이어서, 객체/인터프리터가 표준화된 포맷으로 데이터를 변환할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 인터프리터(110)가 데이터베이스(100)로부터 및/또는 스캐닝 시스템(101)으로부터 데이터를 수신한다. 이어서, 인터프리터(110)가 수신된 데이터를 분배 시스템 소프트웨어 제어 모듈(120)에 의해서 인식되는 포맷으로 변환한다. 스캐닝 시스템(101)으로부터 수신된 데이터가 스펙트럼 분석 데이터, 자외선 광 데이터, 자연적인 상호작용 데이터(예를 들어, 인간의 손으로 분배 시스템의 출력의 위치를 조작하여 시스템과 터치하지 않고 그 이동을 지향시키는 것과 같이, 인간의 이동과 함께 전달 시스템의 제어에 대해서 상응하는 데이터), 초음파 데이터, 반사 데이터(예를 들어, 객체로부터 반사된 광에 상응하는 데이터), 스캐너 데이터, 및/또는 여기에서 개시된 광학적 검출기들에 의해서 생성될 수 있는 다른 데이터를 포함할 수 있을 것이다. 따라서, 새로운 이미징 기술들이 스캐닝 시스템(101) 및 분배 시스템 소프트웨어(120)로 신속하게 통합될 수 있을 것이다. 예를 들어, 인터프리터(110)는, 분배 시스템 소프트웨어(120)의 업그레이드 없이, 스캐닝 시스템(101)에 대한 개선들/업그레이드들(예를 들어, 새로운 카메라 또는 광학적 센서)을 허용한다. 특히, 인터프리터(110)는, 데이터베이스(100) 내의 개선들과 연관된 시맨틱들을 저장함으로써, 분배 시스템 소프트웨어(120)를 재-작성할 필요가 없이, 스캐닝 시스템(101)에 대한 개선들을 허용한다.
분배 시스템 소프트웨어(120)를 재-작성하지 않는 스캐닝 시스템(101)의 확장의 하나의 예를 들면, Microsoft Corporation(Redmond, WA)으로부터의 Kinect® 시스템을 스캐닝 시스템(101)으로 통합하는 것이 있다. 예를 들어, Kinect® 이 30 프레임들/초의 적외선 및 가시광선 이미징을 제공할 수 있고, 그에 따라 도 2의 광학적 센서(11)로서 이용되어 스캐닝 시스템(101)을 위한 이미징(예를 들어, 깊이 이미징)을 제공할 수 있을 것이다. Kinect®을 위한 개방형 소오스 드라이버 및/또는 Kinect®을 위한 여러 가지 애플리케이션 프로그램들이 데이터베이스(100)로 부가될 수 있을 것이다. 따라서, 분배 시스템 소프트웨어(120)를 재-작성하지 않고도, Kinect®이 스캐닝 시스템(101) 내로 통합될 수 있을 것이다.
분배 시스템이 인터프리터를 포함하는 일부 실시예들에서, 데이터베이스가 카트릿지 데이터를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 14를 참조하면, 하나 이상의 카트릿지들에 대한 매개변수들(예를 들어, 카트릿지 소프트웨어/디바이스 드라이버들, 카트릿지 화학적/생물학적 내용물들, 카트릿지 부피 레벨들/용량들, 카트릿지 충전 날짜들, 카트릿지 내용물 만료 날짜들, 카트릿지 노즐들, 및/또는 카트릿지 유량들)이 데이터베이스(200)내에 저장될 수 있을 것이다. 따라서, 분배 시스템 매개변수들의 라이브러리가 데이터베이스(200) 내에 포함될 수 있을 것이다. 예를 들어, 매개변수들의 라이브러니는, 분배 시스템 소프트웨어(120) 내의 매개변수들을 하드-코딩할 필요 없이, 새로운 세포 타입들 또는 생체재료들의 부가를 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어, 새로운 세포 타입을 분배기로 부가하는 것은 데이터베이스(200) 내의 분배 시스템 매개변수들의 라이브러리로 플러그-인을 단지 부가하기만 하면 될 것이다.
일부 실시예들에서, 카트릿지 매개변수들이 시맨틱 규칙들을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 카트릿지 매개변수들은, 분배하고자 하는 흉터 없는(scarless) 치유 시약들을 상처 엣지들만으로만 지향시키는 규칙들을 포함할 수 있을 것이다. 다른 예에서, 카트릿지 매개변수들은, 분배하고자 하는 맥관 성장 인자들을 인터프리터에 의해서 마킹된 구역들만으로만 지향시키는 규칙들을 포함할 수 있을 것이다. 추가적인 예에서, 카트릿지 매개변수들이 분배를 위한 세포 밀도들과 관련된 규칙들을 포함할 수 있을 것이다.
인터프리터(210)가 데이터베이스(200)로부터 카트릿지 데이터를 수신하고 이어서 수신된 데이터를 분배 시스템 소프트웨어(120) 및/또는 분배 시스템(201)에 의해서 이용되는 포맷으로 변환한다. 일부 실시예들에서, 분배 시스템 인터프리터(210)가 데이터를 스캐닝 시스템 인터프리터(110)과 동일한 포맷으로 변환시킨다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 분배 시스템 제어기(220)가 인터프리터(210)와 분배 시스템(201) 사이에 연결된다. 따라서, 인터프리터(210)가 분배 시스템 제어기(220)에 의해서 인식되는 포맷으로 데이터를 변환할 수 있을 것이다.
데이터베이스(200)는, 카트릿지 내로 패키지화될 수 있는 치료법의 임의 형태에 대한 데이터(예를 들어, 임의 세포 타입, 시약, 고분자, 및/또는 생체재료)를 포함하도록 업데이트될 수 있을 것이다. 데이터베이스(200)는 데이터베이스 사용자에 의해서(예를 들어, 수작업 데이터 입력 또는 저장 장치를 통해서), 다른 카트릿지 데이터베이스(예를 들어, 카트릿지 제조자의 데이터데이스)를 연결하는 것에 의해서, 및/또는 카트릿지 내에/상에 저장된 데이터에 접속하는 것에 의해서 직접적으로 업데이트될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 데이터베이스(200)가 새로운 카트릿지 또는 새로운 내용물들을 가지는 기존 카트릿지를 분배 시스템(201)에 연결하는 것에 응답하여 자동적으로 업데이트될 수 있을 것이다. 예를 들어, 데이터베이스(200)가 다른 데이터베이스와 연결될 수 있을 것이고 및/또는 카트릿지를 연결하는 것에 응답하여 카트릿지 내에/상에 저장된 정보를 다운로드하여 자동적으로 데이터베이스(200)를 업데이트할 수 있을 것이다. 따라서, (예를 들어, 새로운 카트릿지들을 통한 또는 새로운 내용물들을 가지는 기존 카트릿지들을 통한) 치료법의 부가적인 형태가, 데이터베이스(200)의 업데이트에 의해서, 그리고 분배 시스템 소프트웨어(120)의 재-작성이 필요 없이, 분배 시스템(201)으로 통합될 수 있을 것이다.
도 15를 참조하면, 하나 이상의 인터프리터들(110, 210)이 스캐닝 시스템(101) 및 분배 시스템(201)을 위해서 제공될 수 있을 것이다. 예를 들어, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)가 스캐닝 시스템(101)과 분배 시스템 소프트웨어(120) 사이에 연결될 수 있을 것이고, 그리고 분배 시스템 인터프리터(210)가 분배 시스템(201)과 분배 시스템 소프트웨어(120) 사이에 연결될 수 있을 것이다. 그 대신에, 단일 인터프리터가 스캐닝 시스템 인터프리터(110) 및 분배 시스템 인터프리터(210) 모두로서 기능할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)가 스캐닝 시스템 데이터베이스(100)와 통신하고, 그리고 분배 시스템 인터프리터(210)가 분배 시스템 데이터베이스(200)와 통신한다. 그 대신에, 단일 데이터베이스가 스캐닝 시스템 데이터베이스(100) 및 분배 시스템 데이터베이스(200) 모두를 포함할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 분배 시스템 소프트웨어(120)가, 스캐닝 시스템의 스캐닝 시스템 인터프리터(110)에 의해서 데이터를 표준화된 포맷으로 변환하는 것에 응답하여, 분배 시스템(201)을 제어할 수 있을 것이다. 예를 들어, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)가, 스캐닝 시스템(101) 동작(예를 들어, 스캐너를 이용한 스캐닝 동작의 실시)에 응답하여, 데이터를 표준화된 포맷으로 변환할 수 있을 것이다. 또한, 분배 시스템 소프트웨어(120)가 스캐닝 시스템 인터프리터(110)로부터 표준화된 포맷 데이터를 수신한다. 따라서, 스캐닝 시스템(101)의 이동에 응답하여, 분배 시스템 소프트웨어(120)는, 카트릿지를 이용한 특별한 형태의 치료법을 전달하도록, 분배 시스템(201)으로 명령할 수 있을 것이다. 분배 시스템 인터프리터(210)가, 여러 다른 데이터 중에서, 분배 시스템 소프트웨어(120)로부터 명령들을 수신할 수 있을 것이고, 그리고 분배 시스템 데이터베이스(200)로부터 데이터를 수신할 수 있을 것이다. 분배 시스템 인터프리터(210)가 생체분배 소프트웨어(120) 및 분배 시스템 데이터베이스(200)로부터 수신된 데이터를 포맷할 수 있을 것이고, 그리고 포맷된 데이터를 분배 시스템(201)으로 제공할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 분배 시스템 제어기(220)가 분배 시스템 인터프리터(210)로부터 포맷된 데이터를 수신할 수 있을 것이다. 이어서, 분배 시스템 제어기(220)는 포맷된 데이터를 이용하여 분배 시스템(201)을 동작시킬 수 있을 것이다. 따라서, 분배 시스템 소프트웨어(120)는, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)로부터 분배 시스템 소프트웨어(120)에 의해서 수신된 표준화된 포맷 데이터에 응답하여, 분배 시스템(201)을 동작시킬 수 있을 것이다.
다른 실시예들에서, 분배 시스템 소프트웨어(120)가, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)를 통한 통신 대신에, 스캐닝 시스템(101)과 직접적으로 통신할 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 실시예들에서, 스캐닝 시스템(101)의 업데이트는 분배 시스템 소프트웨어(120)의 재-작성을 필요로 할 수 있을 것이다.
또 다른 실시예들에서, 카트릿지 매개변수들이, 분배 시스템 데이터베이스(200) 내에서의 매개변수들의 작성 대신에, 분배 시스템 소프트웨어(120) 내로 직접적으로 작성될(written) 수 있을 것이다. 따라서, 새로운 카트릿지들, 또는 기존 카트릿지들에 대한 새로운 내용물들이 분배 시스템 소프트웨어(120)의 재-작성을 필요로 할 수 있을 것이다.
본원 발명은 이하의 비-제한적인 예들에서 보다 구체적으로 설명된다.
예들
이러한 예는 피부의 현장형 생체프린팅을 위한 신규한 전달 시스템의 이용 및 그 디자인을 설명한다. 여기에서 개시된 카트릿지 기반의 시스템은 환자들에게로(from patient to patient) 용이하게 이송될 수 있고 그리고 정상 피부를 모방한 피부 구조체들을 신속하게 프린트할 수 있다. 그러한 디바이스는, 화상 상처들의 신속한 사이트에서의(on-site) 관리를 허용하여, 상처의 크기, 형상, 및 깊이를 결정하는 방법을 현장형으로 목표 상처 사이트로 피부 세포들을 제어가능하게 전달하는 것과 통합시킬 수 있을 것이다. 이러한 통합은, 시스템으로 하여금, 큰 부상들의 치료를 효과적으로 관리할 수 있게 하는 한편, 정상 피부 조직의 재구축을 허용한다. 이하에서 설명된 큰 피부 상처들을 가지는 쥐 모델에 대해서 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 현장형으로 전달하는 것을 이용한 개념-증명(proof-of-concept) 실험이 그 효과를 나타낸다.
재료들 및 방법들
이하의 기준은 이러한 예시적인 시스템에 대한 하드웨어 디자인을 안내하기 위해서 구축된 것이다:
1. 시스템은 휴대가 가능하고 그리고 상처입은 개인으로 신속하게 이송될 수 있어야 하고 그리고 다른 것들이 요구되는 다른 환자들에 대한 사용을 위해서 용이하게 변환될 수 있어야 한다. 예를 들어, 시스템은 병원 도어들 및 복도들을 통해서 피팅될 수 있어야 하고, 그리고 용이한 운반을 위한 경량 재료들로 구축될 수 있어야 한다.
2. 시스템은 용이하게 살균될 수 있어야 한다.
3. 시스템은 환자의 특정 요구에 대해서 세포 치료법을 맞출 수 있어야 한다.
4. 시스템은 넓은 범위의 신체 타입을 허용하여야 한다.
5. 시스템은 반복적으로 사용될 수 있어야 한다.
6. 시스템의 유지보수가 비교적 용이하고 저렴하여야 한다.
본원 발명자들은, 양자 모두 휴대용 XYW 플로팅 시스템(도 1 참조) 상에 장착될 수 있는, 레이저 스캐닝 시스템을 가지는 카트릿지 기반의 전달 시스템에 의해서 이러한 목적들을 달성하였다. 카트릿지 시스템은 통상적인 잉크젯 프린팅에서 사용되는 것과 유사하고, 그에 따라 상이한 색채 잉크들이 상이한 카트릿지 내에 수용되는 것과 같은 방식으로 각각의 세포 타입이 개별적인 카트릿지 내로 로딩된다. 그러나, 표준형 잉크젯 프린팅은 하나의 프린트헤드를 하나의 카트릿지에 연결하는 반면, 피부 전달/분배 시스템은 각각의 카트릿지가 복수의 프린트헤드에 연결될 수 있게 허용한다. 이러한 타입의 구성에 의해서, 각각의 환자의 특정 요구들에 맞출 수 있는 임의적인 프린트헤드 구성들이 가능해진다. 또한, 이는 시스템의 처리량을 증대시키고 그리고 세정 유체의 카트릿지를 프린트헤드들에 대해서 부착함으로써 신속한 살균 방법을 제공한다.
디바이스 내의 프린트헤드들은, 통상적인 잉크젯 프린터들에서 사용되는 열 또는 압전 미세유체 전달 디바이스들 대신에, 압력-기반의 노즐들을 이용한다. 압력-기반의 전달/분배 시스템에 의해서, 프린터가 환자 위의 안전 거리를 유지할 수 있고, 그에 따라 다양한 신체 타입들을 수용할 수 있다.
개별적인 환자들에 대해서 세포 치료법을 맞춤하는 것은, 상처에 대한 길이, 폭, 및 깊이 정보를 필요로 한다. 이러한 시스템은 환자 위에 장착된 3-차원적인 레이저 스캐너(NextEngine Inc., Santa Monica, CA)를 포함한다. 이러한 스캐너는 신체의 여러 위치들로 이동될 수 있고, 그리고 상처에 대한 정보가 약 127 ㎛의 정확도로 수집될 수 있다.
카트릿지들, 프린트헤드들, 및 스캐너가 100 ㎛ 이동이 가능한 벨트-구동형 플로팅 시스템(도 1 참조)의 Z 축에 장착된다. Y 축 은 X 축을 이동시키고, 이는 다시 Z 축을 이동시킨다. X 및 Y 축들이 시스템의 하중의 대부분을 포함하기 때문에, 이러한 구성은, 시스템이 넓은 범위의 신체 타입들을 수용할 수 있게 허용하면서도 그러한 축들이 정지상태로 유지될 수 있게 한다.
플로팅 시스템이 가동형 프레임 상에 장착된다. 큰 화상 부상을 가진 환자들은 이동이 어렵고, 그리고 INTEGRA® 및 자가이식 케라틴세포들 배양을 포함하는 일부 현재의 치료들은 복수의 시술을 필요로 한다. 복수의 시술은 취약한 환자가 침대와 수술실 사이에서 수차례 이동할 것을 요구한다. 이러한 프레임은, 시스템이 환자의 침대들과 수술실들 사이에서 신속하게 이동할 수 있게 허용함으로써, 이송과 관련한 문제들을 경감시키도록 디자인된다.
데이터 프로세싱 방법들, 컴퓨터 프로그램들 및 시스템들
피부 전달/분배 시스템은 Microsoft .NET Framework(Microsoft Corp., Redmond, WA)를 기반으로 하고 그리고 C++로 작성된 3-단형 아키텍처 디자인을 채용하는 소프트웨어(120)에 의해서 제어된다. 3-단형 아키텍처는 3개의 통신 구역들을 핸들링하도록 구성될 수 있을 것이다: 즉 사용자와 소프트웨어 사이; 소프트웨어 성분들 사이; 및 소프트웨어와 파일 시스템 사이. 이러한 디자인 구조는 모든 성분이, 필요에 따라서, 다른 성분들에 영향을 미치지 않고, 신속하고 용이하게 변경될 수 있게 허용한다. 또한, 일부 실시예들에서, 소프트웨어가 MATLAB®과 같은 소유권이 있는 시스템을 기초로 하지 않을 수 있기 때문에, 소프트웨어가 .NET Framework를 동작시킬 수 있는 임의의 컴퓨터에 대해서 사용될 수 있을 것이다.
레이저 스캐너로부터 획득된 데이터가 함께 피스화되어 상처 표면의 모델을 형성한다. 이러한 표면은 상처의 음각 몰드로 변환되고, 그러한 몰드는, 어떠한 층들이 진피 및 상피에 상응하는지를 결정하기 위해서 Z 축 상의 층들로 분할될 수 있을 것이다. 각각의 층은, 전체 상처 구역을 커버하는 일련의 라인들과 중첩된다. 이러한 라인들이 제어 소프트웨어에 의해서 이용되어 프린트를 위한 경로를 결정한다.
소프트웨어의 보다 작은 성분들의 각각이 전체 아키텍처와 유사한 디자인 패턴을 따른다. 레이저 스캐너로부터 수집된 데이터는 피부 객체로서 표상화된다. 각각의 피부 객체는 피부 층들로 구성되고, 각각의 층은, 검출기로부터의 개별적인 라인들을 캡슐화하는 그리드로 분해될 수 있을 것이다. 이러한 표상은, 컴퓨터가 다음 피스를 분석하는 동안에, 전달/분배 시스템으로 하여금 그리드의 하나의 피스로부터 지점들을 프린트할 수 있게 허용함으로써, 피부로 전달/분배하는데 필요한 시간을 상당히 줄일 수 있을 것이다. 피부 객체로부터의 지점들이 일반적인 포맷으로 전달/분배 시스템으로 통과되고, 그러한 전달/분배 시스템들에서 지점들은 프린트헤드의 상이한 세포 타입들의 위치들을 통합하는 방식으로 프린팅을 위해서 분석된다. 이러한 구현은 사용자로 하여금 스캐닝된 데이터에 대한 증강들을 신속하게 규정할 수 있게 하고 그리고 멜라닌세포들 및 머리카락 모낭들과 같은 다른 중요한 피부 성분들을 신속하게 포함할 수 있게 허용할 수 있을 것이다.
인터프리터/인터페이스 모듈이 분배 시스템 소프트웨어 및 데이터베이스 사이에 제공된다. 인터프리터는 스캐닝 시스템으로부터 수신된 및/또는 데이터베이스에 저장된 데이터를 다른 포맷으로 변환한다. 데이터베이스는 분배 시스템 소프트웨어, 스캐닝 시스템, 및/또는 전달/분배 시스템에 상응하는 시맨틱들을 포함한다. 그에 따라, 인터프리터가 데이터베이스로부터의 시맨틱들을 이용하여 스캐닝 시스템 및/또는 전달/분배 시스템으로부터 수신된 데이터를, 분배 시스템 소프트웨어에 의해서 인식되는 표준화된 포맷으로 변환한다. 시맨틱들은, 분배 시스템 치료들이 전달되어야 하는 위치들과 관련한 규칙들과 같은 여러 가지 규칙들을 포함한다.
인터프리터에 의해서 생성될 수 있는 표준화된 포맷은, 분배 시스템 소프트웨어를 재-작성할 필요 없이, 분배 시스템 소프트웨어에 의해서 인식되고 그리고 분배 시스템 소프트웨어로 동작될 수 있다. 따라서, 인터프리터를 이용하여 스캐닝 시스템 및/또는 전달/분배 시스템을 업데이트/업그레이드할 수 있을 것이다. 또한, 인터프리터가 분배 시스템 소프트웨어로부터 수신된 데이터를 전달/분배 시스템에 의해서 인식되는 포맷으로 변환할 수 있을 것이다. 추가적으로, 예를 들어, 세포/조성물 전달/분배를 위해서 스캐닝 시스템 및/또는 전달/분배 시스템의 동작들(예를 들어, 스캐닝 및/또는 프린팅) 중에 인터프리터가 이용될 수 있을 것이다.
이미지 데이터(예를 들어, 스캐너에 의해서 생성된 미가공 이미지 데이터)가 스캐닝 시스템으로부터 인터프리터로 전달될 수 있을 것이다. 이어서, 인터프리터는 데이터를 표준화된 포맷으로 변환할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 인터프리터(110)는 데이터베이스(100)로부터 및/또는 스캐닝 시스템(101)으로부터 데이터를 수신한다. 이어서, 인터프리터(110)가 수신된 데이터를 전달/분배 시스템 소프트웨어 제어 모듈(120)에 의해서 인식되는 포맷으로 변환한다. 따라서, 새로운 이미징 기술들이 스캐닝 시스템(101) 및 분배 시스템 소프트웨어(120)로 신속하게 통합될 수 있을 것이다. 예를 들어, 인터프리터(110)는, 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)의 업그레이드 없이, 스캐닝 시스템(101)에 대한 개선들/업그레이드들(예를 들어, 새로운 카메라 또는 광학적 센서)을 허용한다. 특히, 인터프리터(110)는, 데이터베이스(100) 내의 개선들과 연관된 시맨틱들을 저장함으로써, 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)를 재-작성할 필요가 없이, 스캐닝 시스템(101)에 대한 개선들을 허용한다.
전달/분배 시스템 소프트웨어(120)를 재-작성하지 않는 스캐닝 시스템(101)의 확장의 하나의 예를 들면, Microsoft Corporation(Redmond, WA)으로부터의 Kinect® 시스템을 스캐닝 시스템(101)으로 통합하는 것이 있다. 예를 들어, Kinect® 이 30 프레임들/초의 적외선 및 가시광선 이미징을 제공할 수 있고, 그에 따라 도 2의 광학적 센서(11)로서 이용되어 스캐닝 시스템(101)을 위한 이미징(예를 들어, 깊이 이미징)을 제공할 수 있을 것이다. Kinect®을 위한 개방형 소오스 드라이버 및/또는 Kinect®을 위한 여러 가지 애플리케이션 프로그램들이 데이터베이스(100)로 부가될 수 있을 것이다. 따라서, 분배 시스템 소프트웨어(120)를 재-작성하지 않고도, Kinect®이 스캐닝 시스템(101) 내로 통합될 수 있을 것이다.
다른 예에서, 3D Systems, Inc.(Rock Hill, SC)로부터의 ZScanner®이 스캐닝 시스템(101) 내로 통합될 수 있을 것이다. 예를 들어, ZScanner®가 손으로 유지되는(handheld) 자가-배치형 3D 스캐닝(예를 들어, 복잡한 기관들 및 뼈 구조물들의 고-해상도 재생들)을 제공할 수 있을 것이고, 그에 따라 스캐닝 시스템(101)을 위한 이미징을 제공하기 위해서 도 2에 도시된 광학적 센서(11)로서 이용될 수 있을 것이다. 예로서, 손의 이미지를 위해서 인간의 손을 스캐닝하기 위해서 그리고 손의 표면적 및 깊이를 획득하기 위해서, ZScanner®가 함께 패키지화된 소프트웨어(예를 들어, Geomagic® 소프트웨어(Research Triangle Park, North Carolina))와 함께 이용될 수 있을 것이다. 부가적으로, ZScanner®에 의해서 제공된 스캐닝은, 인간 환자를 스캐닝하는 동안, 스캐닝 진행을 가시화/표시하는 실시간 표면화(surfacing)를 포함할 수 있을 것이다. 따라서, Kinect® 시스템을 스캐닝 시스템(101)으로 통합하는 것에 부가하여 또는 그 대안으로, ZScanner®가 스캐닝 시스템(101)으로 통합될 수 있을 것이다.
데이터베이스가 프린터 카트릿지 데이터를 포함할 수 있을 것이다. 따라서, 생체분배 매개변수들의 라이브러리가 데이터베이스(200)에 포함될 수 있을 것이다. 예를 들어, 매개변수들의 라이브러리는, 전달/생체분배 소프트웨어(120) 내의 매개변수들의 하드-코딩 없이, 새로운 세포 타입들 또는 생체재료들의 추가를 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어, 새로운 세포 타입을 분배기로 부가하는 것은 데이터베이스(200) 내의 생체분배기 매개변수들의 라이브러리로 플러그-인을 부가하기만 하면 될 것이다. 추가적으로, 카트릿지 매개변수들이, 분배하고자 하는 치료를 상처의 특정 부분들 상으로만 또는 신체의 다른 부분들 상으로만 지향시키기 위한 규칙들, 또는 전달/분배를 위한 세포 밀도들과 관련한 규칙들과 같은 시맨틱 규칙들을 포함할 수 있을 것이다.
인터프리터(210)가 데이터베이스(200)로부터 프린터 카트릿지 데이터를 수신하고 이어서 수신된 데이터를 전달/분배 시스템 소프트웨어(120) 및/또는 전달/분배 시스템(201)에 의해서 이용되는 포맷으로 변환한다. 추가적으로, 전달/분배 시스템 제어기(220)가 인터프리터(210)와 전달/분배 시스템(201) 사이에 연결된다. 따라서, 인터프리터(210)가 전달/분배 시스템 제어기(220)에 의해서 인식되는 포맷으로 데이터를 변환할 수 있을 것이다.
데이터베이스(200)는, 프린터 카트릿지 내로 패키지화될 수 있는 치료법의 임의 형태에 대한 데이터(예를 들어, 임의 세포 타입, 시약, 고분자, 및/또는 생체재료)를 포함하도록 업데이트될 수 있을 것이다. 데이터베이스(200)는 데이터베이스 사용자에 의해서(예를 들어, 수작업 데이터 입력 또는 저장 장치를 통해서), 다른 프린터 카트릿지 데이터베이스(예를 들어, 카트릿지 제조자의 프린터 데이터데이스)를 연결하는 것에 의해서, 및/또는 프린터 카트릿지 내에/상에 저장된 데이터에 접속하는 것에 의해서 직접적으로 업데이트될 수 있을 것이다. 예를 들어, 데이터베이스(200)가 새로운 프린터 카트릿지 또는 새로운 내용물들을 가지는 기존의 프린터 카트릿지를 전달/분배 시스템(201)에 연결하는 것에 응답하여 자동적으로 업데이트될 수 있을 것이다. 특히, 데이터베이스(200)가 다른 데이터베이스와 연결될 수 있을 것이고 및/또는 프린터 카트릿지를 연결하는 것에 응답하여 카트릿지 내에/상에 저장된 정보를 다운로드하여 자동적으로 데이터베이스(200)를 업데이트할 수 있을 것이다. 따라서, (예를 들어, 새로운 카트릿지들을 통한 또는 새로운 내용물들을 가지는 기존 카트릿지들을 통한) 치료법의 부가적인 형태들이, 데이터베이스(200)의 업데이트에 의해서, 그리고 분배 시스템 소프트웨어(120)의 재-작성이 필요 없이, 분배 시스템(201)으로 통합될 수 있을 것이다.
도 15를 참조하면, 하나 이상의 인터프리터들(110, 210)이 스캐닝 시스템(101) 및 전달/분배 시스템(201)을 위해서 제공될 수 있을 것이다. 예를 들어, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)가 스캐닝 시스템(101)과 전달/분배 시스템 소프트웨어(120) 사이에 연결될 수 있을 것이고, 그리고 분배 시스템 인터프리터(210)가 전달/분배 시스템(201)과 전달/분배 시스템 소프트웨어(120) 사이에 연결될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)가, 스캐닝 시스템의 스캐닝 시스템 인터프리터(110)에 의해서 데이터를 표준화된 포맷으로 변환하는 것에 응답하여, 전달/분배 시스템(201)을 제어할 수 있을 것이다. 예를 들어, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)가, 스캐닝 시스템(101) 동작(예를 들어, 스캐너를 이용한 스캐닝 동작의 실시)에 응답하여, 데이터를 표준화된 포맷으로 변환할 수 있을 것이다. 또한, 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)가 스캐닝 시스템 인터프리터(110)로부터 표준화된 포맷 데이터를 수신한다. 따라서, 스캐닝 시스템(101)의 이동에 응답하여, 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)는, 프린터 카트릿지를 이용한 치료법의 특별한 형태를 전달하도록, 전달/분배 시스템(201)으로 명령할 수 있을 것이다. 분배 시스템 인터프리터(210)가, 여러 다른 데이터 중에서, 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)로부터 명령들을 수신할 수 있을 것이고, 그리고 전달/분배 시스템 데이터베이스(200)로부터 데이터를 수신할 수 있을 것이다. 전달/분배 시스템 인터프리터(210)가 전달/분배 시스템 소프트웨어(120) 및 전달/분배 시스템 데이터베이스(200)로부터 수신된 데이터를 포맷할 수 있을 것이고, 그리고 포맷된 데이터를 전달/분배 시스템(201)으로 제공할 수 있을 것이다. 전달/분배 시스템 제어기(220)가 전달/분배 시스템 인터프리터(210)로부터 포맷된 데이터를 수신할 수 있을 것이다. 이어서, 전달/분배 시스템 제어기(220)는 포맷된 데이터를 이용하여 전달/분배 시스템(201)을 동작시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)는, 스캐닝 시스템 인터프리터(110)로부터 전달/분배 시스템 소프트웨어(120)에 의해서 수신된 표준화된 포맷 데이터에 응답하여, 전달/분배 시스템(201)을 동작시킬 수 있을 것이다.
동물 모델 및 테스팅
모든 동물 시술은 Wake Forest University Health Sciences Animal Care and Use Committee에 의해서 승인된 프로토코들에 따라서 실시되었다. 피부 전달 시스템 견본(prototype)은 6마리의 이종교배된 무흉선증 무모(six female outbred athymic nude(Nu/nu)) 쥐(Charles River Laboratories, Raleigh, NC)의 등(dorsa) 상의 3 x 2.5 cm(L x W) 전체-두께 피부 결함부를 생성함으로써 평가되었다. 이러한 결함부는 약 50% TBSA 상처를 나타낸다. 3마리의 쥐는 치료하지 않았고 그리고 나머지는 세포 프린팅으로 치료하였다. 인간의 섬유 아세포들이 인간의 포피로부터 획득되었고 그리고 5% 소태아혈청(fetal bovine serum) 및 1% 항생제들을 가지는 고 글루코즈의 Dulbecco의 수정된 Eagle의 배지(Gibco-BRL, Grand Island, NY) 내에서 배양되었다. 인간의 케라틴세포들은 ScienCell(Carlsbad, CA)로부터 획득되었고 그리고 1% 항생제를 가지는 케라틴세포 무-혈청 매체(Gibco-BRL) 내에서 배양되었다. 충분한 세포 수에 도달하였을 때, 세포들을 5분 동안 트립신치리하였고 그리고 인산염-버퍼드 살린 내의 25 mg/mL 피브리노겐 및 1.1 mg/mL 타입 I 콜라겐의 혼합물에서 현탁되었다. 섬유 아세포들(계대 배양 6)의 하나의 층이 250,000 세포들 cm- 2 으로 프린트되었고, 이어서 같은 양의 20 IU/mL 트롬빈이 후속되었다. 케라틴세포들(계대 배양 5)이 500,000 세포들 cm- 2 으로 프린트되기 전에 트롬빈이 15분 동안 반응되었고, 다시 트롬빈이 후속하였다. 각각의 상처에 항생제 크림을 제공하였고 그리고 쥐가 제거하는 것을 방지하기 위한 외과용 테입으로 랩핑된 살균 면 거즈로 커버하였다. 상처 커버링들이 1 주 후에 교체되었고 수술후 2주에 제거되었다. 쥐에게 제공된 섬유 아세포 및 케라틴세포들이 형광 염료들 PKH 26(적색) 및 PKH67(녹색)(Sigma-Aldrich, St. Louis, CO)로 미리 표지되었고, 그리고 구조체 내에 표지된 세포들이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해서, 이러한 쥐를 하나의 미치료 쥐와 함께 상처 구역의 회수를 위해서 1주일 후에 희생시켰다. 개념 증명을 위한, 표지된 세포들을 이용한 실험에 대한 상처 크기는 1.5 x 2 cm(L x W)였다. 다른 2마리 쥐들의 경우에 각각 3 x 2.5 cm 상처를 3주간 매주마다 평가하여, 상처의 크기 및 흉터의 범위를 결정하였다. 조직학적 평가를 위해서 3주 후에 흉터 조직을 제거하였다.
결과들
피부 전달 시스템은 무모증 쥐 상의 전체-두께 결함 상으로 직접적으로 피부 세포들을 프린트할 수 있다. 형광으로 미리 표지된 세포들로 프린트되고 1주 후에 회수된 피부 구조체들은, 상처 베드 내의 표지된 세포들의 존재를 보여주었다(데이터를 제시하지는 않음). 이러한 세포들은 치유 프로세스에 참여하는 것으로 보여졌는데, 이는 2주 후에 상처를 거의-완전하게 덮었고, 그리고 3주 후에는 상처를 완전히 덮었다(데이터를 제시하지는 않음). 3주 후에 피부 구조체들의 H&E 스테이닝(staining)은, 상피 층들 내로의 케라틴세포들 및 진피 내로의 섬유 아세포들의 조직화(organization)와 함께, 정상 피부와의 구조적 유사성을 나타냈다(데이터를 제시하지는 않음). 미치료 쥐들은 동일한 시간 프레임 내에 상처 치유를 나타냈으나, 프린트된 쥐에서 보여지는 것과 같이 상처를 완전히 덮는 것은 나타내지 않았다. 또한, 미치료 상처의 중심에서는 3주 후에 염증(inflammation) 및 딱지(scabbing)가 나타난 반면, 커버된 상처는 주변 피부 내로의 세포적인 통합을 나타냈다. 결과들을 도 9에 도시하였다.
논의
피부 전달 시스템은 환자-특이적인 상처 커버리지의 신속한 생성을 허용하는 한편, 동시에 화상 치료 센터들에서 특별한 제조 설비들 및 세포 배양 재료들을 갖춰야 할 필요성을 배제한다. 또한, 전달 시스템은, 화상 커버리지를 위한 동종이계 피부 세포들의 종래의 이용들이 나타내는, 이상적인 피부 대체물을 위한 많은 기준들을 충족시킨다. 전달 시스템을 이용하여 프린트된 세포들은 상처 베드에 긴밀하게 부착되고, 비-항원 미생물 배리어를 제공하고, 정상적인 숙주 회복 메커니즘들에 참여하고, 탄성 및 장기간 내구성을 유지하고, 부분층 자가이식들에 견줄 수 있는 장기간의 기계적 및 미적 기능을 나타내고, 한 번의 수술을 필요로 하며, 저렴하고, 그리고 최소의 저장 요건들을 가진다. 이러한 시스템에 의해서 충족되지 않는 유일한 이상적 피부 대체물 특성은 무기한의 저장 요건이며, 이는 어떠한 살아 있는 피부 대체물로도 사실상 달성하기 불가능하다. 그러나, 카트릿지 시스템은 동종이계 세포들의 포장 및 화상 센터들로의 선적을 가능하게 하고, 이는 따라서 환자가 안정되고 상처에 대해서 좌멸 괴사 조직 제거술을 시행하자마자 상처를 치료할 수 있게 한다. 대조적으로, 전형적인 자가 이식은 배양에서의 성장을 위해서 2-5주를 필요로 한다.
섬유 아세포 및 케라틴세포들로 이루어진 2-층 피부 구조체를 무모증 쥐의 전체-두께 피부 결함부로 직접적으로 프린트함으로써 개념 증명이 시연되었다. 이러한 프린팅은 특정 세포들을 특정 목표 구역들로 전달함으로써 실시되었다.
2가지 이유들로, 세포들은 피브리노겐 및 타입 I 콜라겐의 기질 중에 위치된다. 첫 번째로, 피브리노겐과 트롬빈의 반응으로부터의 피브린 형성은, 쥐들이 이동하는 경우에도 세포들이 쥐에서의 정확한 위치를 유지할 수 있게 허용하는 강력한 겔을 제공한다는 것이다. 두 번째로, 피브린 및 타입 I 콜라겐이 피부 구조체들을 생성하기 위해서 이미 이용되었다는 것이다. 프린팅 후에, 미리 표지된 섬유 아세포들 및 케라틴세포들이 프린팅 1주 후에 구조체 내에서 가시적으로 확인되었고, 이는 세포들이 상처 구역 내에서 유지되었다는 것을 나타낸다. 3주에 걸친 상처 구역의 평가는, 미치료 쥐에 대비할 때, 치료된 쥐에서 상처가 신속하게 덮여진다는 것을 보여줬다. 수술후 2주 후에, 프린트된 그룹에서, 큰 신체 곡률부의 구역 내의 상처의 중심에서만 상처가 개방되어 유지되었다. 이는, 인쇄된 세포 액적들이 곡률부 상에서 굴러 이탈될 가능성으로 인한 것일 수 있을 것이다. 이러한 것을 바로 잡기 위한 하나의 방식은, 피브린을 신속하게 생성하기 위해서, 트롬빈 전달 시스템을 분무기(nebulizer)로 대체하는 것이 될 수 있을 것이다.
프린트된 구조체들의 H&E 스테이닝은 세포들이 정상 피부와 유사한 구조물로 조직화되는 것을 보여주었다. 상피는 인쇄된 구조체와 정상 조직 모두에서 동일한 두께였다. 진피-상피 접합부에서 경계가 존재하였고, 그리고 프린트된 구조체 내의 진피는 정상 조직과 유사한 조성을 나타냈다. 이는, 정상 피부 구조와 흡사한 조직을 프린트할 수 있는 피부 전달 시스템의 능력을 보여주는 것이다.
이러한 연구가 피부 프린팅에서의 섬유 아세포들 및 케라틴세포들의 이용에 대해서만 실험하였지만, 시스템의 디자인은 부가적인 세포 타입들의 정밀한 전달을 가능하게 한다. 그러한 것들에는, 소포(follicular) 세포들, 멜라닌세포들, 및 내피 세포들이 포함되나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 이러한 부가적인 세포 타입들을 포함하는 것은 정상 피부 구조를 더욱 모사할 수 있을 것이고 그리고, 특히 색소침착(pigmentation) 및 혈관신생과 관련하여, 현재의 치료 기술들을 뛰어 넘는 기능적 및 미적 개선들을 제공한다. 또한, 피부 구조체들의 기능을 개선하는 것을 목적으로 하는 인자들을 포함하도록 프린트 카트릿지들이 디자인될 수 있을 것이다. 이들은 무흉터 치유 반응제들, 성장 인자들, 및 다른 반응제들의 지속성을 유지하기 위한 프로테아제 억제제들을 포함한다. 만약 세포 타입 및 반응제가 카트릿지 내로 패키지화될 수 있다면, 이러한 시스템은 그러한 세포 또는 반응제를 환자의 특정 위치로 신속하게 전달할 수 있을 것이다. 이러한 성질로 인해서 시스템이 대부분의 현재의 화상 치료들보다 우수하게 되는데, 이는 환자 이식에 앞서서 세포들 및 반응제들을 이식 구조체 내에서 배양할 필요가 없기 때문이다.
돼지 모델에서의 부가적인 테스팅
생체프린팅에 앞서서, 부분적인 두께의 피부의 작은 부분을 각각의 돼지로부터 분리하였다. 자가적 상처 회복을 위해서 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 분리하도록 진피 및 상피를 소화(digest) 처리하였다. 추가적인 돼지들로부터 분리된 돼지 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 동종이계 회복을 위해서 이용하였다. 생체프린팅에 앞서서, 세포들을 20 mg/mL 피브리노겐/1.0 mg/mL 타입 I 래트 테일(rat tail) 콜라겐의 기질 내에 매립하였다. 프린팅 중에, 분무된(atomized) 트롬빈을 이용하여, 이러한 기질을 가교결합시켰다.
4개의 전체 두께 절개 상처들을 3마리 암놈 요크셔(Yorkshire) 돼지들의 등에 만들었다. 이러한 상처들은 10 cm x 10 cm 였고 그리고 다른 상처 부위들과의 치유 차이들로 인한 혼동 방지를 위해서 등의 동일한 구역내에 배치하였다. 각각의 상처에 대해서 다른 처리 - 미처리, 기질-유일(only), 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 이용한 동종이계 회복, 및 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 이용한 자가 회복 - 를 적용하였다. 천 만개의 섬유 아세포들 및 천 만개의 케라틴세포들을 자가 치료 및 동종이계 치료 모두에서 프린트하였다. 생체프린트된 세포들이 CM-DiI로, 즉 세포 격막 내에 삽입되는(intercalate) 적색 형광 단백질로 미리-표지되었다. CM-DiI은 세포들에 대해서 비독성이고 그리고 광퇴색(photobleach)되지 않는다. 각각의 상처를 레이저 스캐너로 스캐닝하였고 그리고 결과적인 맵을 이용하여 섬유 아세포의 진피 및 케라틴세포들의 상피 모두를 상실한 피부로 프린트하였다.
레이저 스캐너는, 생체프린팅을 위한 맵을 생성하도록 변환되는 데이터를 수집하였다. 이는 생체프린팅에서 프린트헤드를 안내한다. 4개의 잉크젯 밸브들을 이용하여 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 전달하였고 그리고 2개의 분무기들을 이용하여 피브리노겐을 가교결합시키기 위한 트롬빈을 전달하였다.
동종이계 세포들을 이용한 치료는 네거티브(negative) 대조 표준들(controls) 보다 더 신속하게 상처를 덮을 수 있었고, 그리고 네거티브 대조 표준들에 대비하여 상피화(epithelialization)에서 통계적으로 큰 차이를 나타내지 않았다. 피브린/콜라겐만으로 치료된 상처들 및 치료를 받지 않은 상처들은 8주후에도 상처 커버리지를 달성하지 못하였다.
자가이식 케라틴세포들은 프린팅 2주 후에 상처 중심에서 재-상피화의 증거를 나타냈다. 상피화의 이러한 구역들은, 그들이 전체 상처를 덮을 때까지, 점점 더 크게 성장하였다. 동종이계 케라틴세포들은, 비록 상처에서 볼수는 있지만, 동일한 상피화 응답을 나타내지 않았다. 상피의 재생과 간섭하는 항원-제시 세포들이 동종이계 케라틴세포들의 배양에 포함될 수 있을 것이다.
돼지 모델에서의 후속하는 추가적인 테스팅
재료들 및 방법들: 피부 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 0.015 인치의 부분적인 두께의 피부 생검을 통해서 돼지 피부의 등으로부터 분리하였다. 배양들에서의 세포 수율 및 생존력을 개선하기 위해서, 세포 분리와 섬유 아세포 및 케라틴세포들의 배양 프로토콜을 개발하였다. 세포들을 10 부피%의 항생제-항진균성(antibiotic-antimycotic)(ABAM)에서 각각 5분간 2차례 이어서 1 부피% ABAM에서 5분간 2차례 세정하였다. 이어서, 상피로부터 진피를 분리하는 것을 돕기 위해서, 피부 생검들을 Dispase II 용액에서 16 시간 동안 침지시켰다. 분리시에, 상피 및 진피를 PBS로 광범위하게(extensively) 세정하였고 이어서 갈았다(minced). 37 ℃의 트립신(trypsin) 내에서의 20분간의 소화(digestion)를 통해서 상피로부터 케라틴세포들을 획득하였다. 37 ℃의 콜라게니즈(collagenease)에서의 15분간의 소화에 의해서 섬유 아세포들이 획득되었다. 이어서, 플레이트들이 융합(confluence)될 때까지, 섬유 아세포들을, 10 부피% FBS 및 1 부피% ABAM가 보충된 고 글루코즈(High glucose) DMEM 내에서 5-10일간 배양하였다. 소과의 뇌하수체(bovine pituitary) 추출물(BPE), 상피적 성장 인자들(Epidermal Growth Factor)(EGF) 및 10 부피% FBS로 보충된 케라틴세포들 무혈청 배지(keratinocytes serum free medium)(KSF) 내에서, 최초 24-48 시간 동안, 콜라겐을 미리 코팅한 플레이트들 상에서 케라틴세포들을 초기에 배양하였다. 이어서, 배지를 제거하였고, 그리고 세포들이 융합될 때까지, 7-10일 동안, 2일의 간격으로, BPE 및 EGF로 보충된 KSF를 배양액에 첨가하였다. 이러한 분리 및 배양 프로토콜은 세포 생존력 및 피부 생검으로부터의 세포 수율을 개선하였다. 이는, 또한, 플레이트들에 부착되는 케라틴세포들의 수를 최대화하는데 그리고 최종적으로는 급증시키는데 도움이 되었다. 양 세포들을, 융합에 도달할 때까지, 10일간 배양하였다.
각각 10x10 cm의 4개의 전체 두께 절개 상처들을 돼지 모델(n=6)의 등에 생성하였다. 깊이 검출기를 가지는 손으로 잡고 유지하는 레이저 스캐너를 이용하여 상처들을 스캐닝하였다. Geomagic® 소프트웨어(Research Triangle Park, North Carolina)를 이용하여, 상처 구역들을 주의 깊게 결정하였고 그리고 표면적, 부피 및 깊이의 측정치들을 결정하였다.
피브리노겐/콜라겐 용액 내에서 현탁되는 자가 및 동종이계 섬유 아세포들 및 케라틴세포들을 2개의 상처들 상으로 직접적으로 프린트하였다. 섬유 아세포들이 먼저 프린트되었고 그리고 트롬빈과 가교결합되어 겔 층을 형성하였으며, 이어서 섬유 아세포 층 위에 케라틴세포들을 전달하였다. 대조 표준으로서, 남은 2개의 그룹들은 세포들 없이 피브리노겐/콜라겐 겔을 수용하였고 그리고 치료되지 않고 방치되었다. 동물들을 5주까지 추적하였고 그리고 상처 치유, 재상피화 및 경축(contracture)에 대해서 분석하였다.
결과들: 8주간의 연구에 걸쳐서 상처 치유를 모니터링하였다. 자가 치료를 받은 상처들은 3 주내에 거의 완전히 치유되었고, 이는 연구의 6주의 종료까지 지속된 다른 치료들과 대비되었다. 자기 세포들을 가지는 상처들은 또한 가속된 상처 재-상피화를 나타냈고 그리고 연구의 3주까지 거의 95% 상처의 재-상피화를 나타냈다. 원래의 상처 크기의 40%를 초과하는 수축의 점진적인 증가를 나타내는 다른 치료에 대비하여, 본 연구를 통한 자기 치료들의 경우에 상처 경축이 최소화되었다(원래 상처 크기의 < 20%)(도 16). 대조 표준들(미치료 및 기질-유일)에 대비할 때, 동종이계 세포들을 수용한 상처들은 상처 크기, 재-상피화 및 경축과 관련하여 현저한 차이들을 나타내지 않았다.
조직학적 분석(도 17)은 자가 치료들의 연구에서 최초 2주 이내에 상피 및 진피의 완전한 형성을 보여주었다. 다른 치료들은 연구의 6주에 상피 및 상피의 형성을 보여주었다.
이러한 결과들은, 최소의 수축 및 가속된 상처 재-상피화를 가지는 자가 세포들을 이용하여, 2주 이내에 피부를 재생할 수 있는 능력을 나타낸다.
전술한 내용은 본원 발명을 설명한 것이고, 그리고 본원 발명을 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 본원 발명은 이하의 청구항들 및 그 청구항들에 포함되는 청구항들의 균등물들에 의해서 규정된다.

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  21. 전달 시스템이며:
    스캐닝 중에 환자의 이동을 설명할 수 있는 깊이 검출기를 포함하는 광학적 검출기를 포함하는 검출 시스템에 의해서 캡쳐된 환자 신체 표면 데이터를 기초로 환자 신체 표면의 맵을 생성하도록 그리고 분배 시스템을 동작시켜 상기 맵을 기초로 상기 환자 신체 표면으로 세포들 및 조성물들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 전달하게 하는 명령을 생성하도록 구성된 제어 모듈;
    내부에 저장된 검출 시스템 매개변수들 및 분배 시스템 매개변수들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하는 데이터베이스; 그리고
    상기 환자 신체 표면 데이터를 상기 제어 모듈에 의해서 이용하기 위한 포맷으로 변환하여 상기 검출 시스템 매개변수들을 기초로 상기 맵을 형성하도록 또는 상기 분배 시스템을 동작시켜 상기 분배 시스템 매개변수들을 기초로 상기 세포들 및 조성물들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 전달하게 하는 상기 명령을 포맷하도록 구성된 인터페이스 모듈을 포함하는, 전달 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 광학적 검출기는 스캐너를 포함하는, 전달 시스템.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 검출 시스템 매개변수들이 상기 검출 시스템과 함께 이용가능한 복수의 광학적 센서에 상응하는 시맨틱(semantics)을 포함하고, 그리고 상기 인터페이스 모듈은 상기 환자 신체 표면 데이터를 생성한 상기 복수의 광학적 센서 중 하나를 기초로 상기 환자 신체 표면 데이터를 변환하도록 구성되는, 전달 시스템.
  24. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 분배 시스템 매개변수들은 상기 전달 시스템과 함께 이용가능한 복수의 생체재료에 상응하는 분배 매개변수들을 포함하고, 그리고 상기 인터페이스 모듈은 현재 전달 시스템 내에 로딩된 복수의 상기 생체재료 중 하나를 기초로 상기 명령을 포맷하도록 구성되는, 전달 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 인터페이스 모듈이 상기 분배 매개변수들을 상기 전달 시스템과 함께 이용하기 위한 포맷으로 변환하도록 구성되는, 전달 시스템.
  26. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 인터페이스 모듈은 상기 검출 시스템 매개변수들을 기초로 상기 맵을 생성하기 위해서 상기 환자 신체 표면 데이터를 상기 제어 모듈에 의해서 이용하기 위한 상기 포맷으로 변환하도록 구성된 제 1 인터페이스 모듈, 및 상기 분배 시스템 매개변수들을 기초로 상기 세포들 및 조성물들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 전달하기 위해서 상기 분배 시스템을 동작시키도록 하는 상기 명령을 포맷하도록 구성된 제 2 인터페이스 모듈을 포함하는, 전달 시스템.
  27. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 인터페이스 모듈은 상기 분배 시스템을 동작시키도록 구성된 분배 시스템 제어기로 상기 명령을 전달하도록 추가적으로 구성되는, 전달 시스템.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 분배 매개변수들이 카트릿지 소프트웨어/디바이스 드라이버들, 카트릿지 화학적/생물학적 내용물들, 카트릿지 부피 레벨들/용량들, 카트릿지 충전 날짜들, 카트릿지 내용물 만료 날짜들, 카트릿지 노즐들, 및 카트릿지 유량들 중 적어도 하나에 상응하는 데이터를 포함하는, 전달 시스템.
  29. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 시스템이 상기 환자 신체 표면 데이터를 수집하도록 구성된 광학적 센서를 더 포함하는, 전달 시스템.
  30. 전달 시스템이며:
    (a) 환자 신체 표면의 맵을 생성하기 위한 데이터를 검출하도록 구성되고, 스캐닝 중에 상기 환자의 이동을 설명할 수 있는 깊이 검출기를 포함하는 광학적 검출기; 및
    (b) 상기 광학적 검출기와 동작적으로 연관되고 그리고 상기 데이터 또는 상기 맵을 기초로 세포들 및 조성물들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 상기 환자 신체 표면으로 전달하도록 구성된 분배기를 포함하는, 전달 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 광학적 검출기가 상기 깊이 검출기와 동작적으로 연관된 3-차원 스캐너를 포함하는, 전달 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 광학적 검출기가 적외선 검출기를 포함하는, 전달 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 스캐너가 레이저 스캐너인, 전달 시스템.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 스캐너가 손으로-유지되는 레이저 스캐너인, 전달 시스템.
  35. 제 31 항 또는 제 33 항에 있어서,
    (c) 상기 스캐너와 동작적으로 연결된 3-차원 플로터; 및
    (d) 상기 분배기와 동작적으로 연결된 제어기를 더 포함하는, 전달 시스템.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 분배기가 복수의 노즐들을 포함하는, 전달 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 노즐들은 조성물이 로딩된 하나 이상의 카트릿지와 유체 소통하고, 상기 조성물이 선택적으로 세포들을 포함하는, 전달 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 노즐들이 상기 조성물들의 압력-기반의 전달을 위해서 구성되는, 전달 시스템.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 세포들이 연골 세포들, 뼈 세포들, 근육 세포들, 맥관 세포들, 및 피부 세포들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 전달 시스템.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 세포들이 양수 유체 줄기 세포들인, 전달 시스템.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 세포들이 피부 세포들인, 전달 시스템.
  42. 제 37 항에 있어서,
    상기 세포들이 자가 조직인, 전달 시스템.
  43. 제 30 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 휴대성을 위한 휘일들을 더 포함하는, 전달 시스템.
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  52. 3-차원 광학적 검출기와 동작적으로 연관된 분배기로의 경로를 제공하기 위해서 상기 광학적 검출기로부터 획득된 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법이며, 상기 광학적 검출기는 스캐닝 중에 상기 환자의 이동을 설명할 수 있는 깊이 검출기를 더 포함하고:
    환자 신체 표면의 모델을 형성하기 위해서 상기 광학적 검출기로부터의 환자 신체 표면 데이터를 해석하는 단계;
    상기 모델을 환자 신체 표면의 음각 몰드로 변환시키는 단계로서, 상기 몰드가 복수의 Z-축 층들로 분할되는, 변환시키는 단계; 및
    상기 Z-축 층들의 각각을 환자 신체 표면의 커버리지를 나타내는 일련의 라인들과 중첩배치하는 단계를 포함하고, 상기 라인은 상기 분배기에 대한 경로를 제공하는, 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 Z-축 층들이 하나 이상의 조직 층들에 상응하는, 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법.
  54. 제 52 항에 있어서,
    3-차원 광학적 센서로 스캐닝함으로써 환자 신체 표면 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는, 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법.
  55. 제 52 항 또는 제 54 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 상처 표면 데이터인, 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법.
  56. 제 53 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 피부 상처 표면 데이터이고, 상기 조직 층들이 진피 및 상피 조직 층들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법.
  57. 제 52 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 Z-축 층들을 포함하는 객체(object)로서 표현되고, 그리고
    상기 Z-축 층들의 각각이 일련의 라인들을 포함하는 그리드(grid)로 표현되는, 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 분배기에 의해서 전달되는 상이한 세포들 및 조성물들 중 어느 하나 또는 둘 모두의 위치들을 포함하는 방식으로 상기 객체를 분석(parsing)하는 단계를 더 포함하는, 환자 신체 표면 데이터를 프로세싱하는 방법.
  59. 3-차원 광학적 검출기와 동작적으로 연관된 분배기로의 경로를 제공하기 위해서 상기 광학적 검출기로부터 획득된 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템이며, 상기 광학적 검출기는 스캐닝 중에 상기 환자의 이동을 설명할 수 있는 깊이 검출기를 더 포함하고:
    환자 신체 표면의 모델을 형성하기 위해서 상기 광학적 검출기로부터의 환자 신체 표면 데이터를 해석하기 위한 수단;
    상기 모델을 환자 신체 표면의 음각 몰드로 변환시키기 위한 수단으로서, 상기 몰드가 복수의 Z-축 층들로 분할되는, 변환시키기 위한 수단; 및
    상기 Z-축 층들의 각각을 환자 신체 표면의 커버리지를 나타내는 일련의 라인들과 중첩배치하기 위한 수단을 포함하고, 상기 라인은 분배기에 대한 경로를 제공하는, 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 층들은 하나 이상의 조직 층들에 상응하는, 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템.
  61. 제 59 항에 있어서,
    환자 신체 표면 데이터를 획득하기 위한 수단을 더 포함하는, 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템.
  62. 제 59 항 또는 제 61 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 상처 표면 데이터인, 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템.
  63. 제 60 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 피부 상처 표면 데이터이고, 상기 조직 층들이 진피 및 상피 조직 층들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템.
  64. 제 60 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 조직 층들을 포함하는 객체로서 표현되고, 그리고
    상기 조직 층들의 각각이 일련의 라인들을 포함하는 그리드로 표현되는, 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 분배기에 의해서 전달되는 상이한 세포들 및 조성물들 중 어느 하나 또는 둘 모두의 위치들을 포함하는 방식으로 상기 객체를 분석하기 위한 수단을 더 포함하는, 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 시스템.
  66. 3-차원 광학적 검출기와 동작적으로 연관된 분배기로의 경로를 제공하기 위해서 상기 광학적 검출기로부터 획득된 환자 신체 표면의 데이터를 프로세싱하기 위한 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 광학적 검출기는 스캐닝 중에 상기 환자의 이동을 설명할 수 있는 깊이 검출기를 더 포함하고,
    상기 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드가 구현되고,
    상기 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드는,
    환자 신체 표면의 모델을 형성하기 위해서 상기 광학적 검출기로부터의 환자 신체 표면 데이터를 해석하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드;
    상기 모델을 환자 신체 표면의 음각 몰드로 변환시키는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드로서, 상기 몰드가 복수의 Z-축 층들로 분할되는, 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드; 및
    상기 Z-축 층들의 각각을 환자 신체 표면의 커버리지를 나타내는 일련의 라인들과 중첩배치하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드를 포함하고, 상기 라인이 분배기에 대한 경로를 제공하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 상처 표면 데이터인, 컴퓨터 판독가능 매체.
  68. 제 66 항 또는 제 67 항에 있어서,
    상기 층들이 하나 이상의 조직 층들에 상응하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  69. 제 68 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 피부 상처 표면 데이터이고, 상기 조직 층들이 진피 및 상피 조직 층들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  70. 제 68 항에 있어서,
    상기 환자 신체 표면 데이터가 조직 층들을 포함하는 객체로서 표현되고, 그리고
    상기 조직 층들의 각각이 일련의 라인들을 포함하는 그리드로 표현되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  71. 제 70 항에 있어서,
    상기 분배기에 의해서 전달되는 상이한 조성물들의 위치들을 포함하는 방식으로 상기 객체를 분석하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
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