KR20220113716A - 바이오프린팅 시스템 - Google Patents

바이오프린팅 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220113716A
KR20220113716A KR1020227020705A KR20227020705A KR20220113716A KR 20220113716 A KR20220113716 A KR 20220113716A KR 1020227020705 A KR1020227020705 A KR 1020227020705A KR 20227020705 A KR20227020705 A KR 20227020705A KR 20220113716 A KR20220113716 A KR 20220113716A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bioprinting
assembly
liquid
reservoir
site
Prior art date
Application number
KR1020227020705A
Other languages
English (en)
Inventor
그레고리 앤드류 프랜시스 샬로니
알베르토 필로니
자카리 벤자민 아티스트
사무엘 제임스 마이어스
앤드류 섹스톤
에이단 패트릭 오마호니
윌리엄 웬-펭 림
디애나 마리 후드
Original Assignee
인벤티아 라이프 사이언스 피티와이 엘티디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2019904627A external-priority patent/AU2019904627A0/en
Application filed by 인벤티아 라이프 사이언스 피티와이 엘티디 filed Critical 인벤티아 라이프 사이언스 피티와이 엘티디
Publication of KR20220113716A publication Critical patent/KR20220113716A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/008—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00—Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F13/01—Non-adhesive bandages or dressings
    • A61F13/01008—Non-adhesive bandages or dressings characterised by the material
    • A61F13/01012—Non-adhesive bandages or dressings characterised by the material being made of natural material, e.g. cellulose-, protein-, collagen-based
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0057—Ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L26/00—Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/0066—Medicaments; Biocides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/60—Materials for use in artificial skin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M35/00—Devices for applying media, e.g. remedies, on the human body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M35/00—Devices for applying media, e.g. remedies, on the human body
    • A61M35/20—Non-portable devices, e.g. spraying booths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/06—Control stands, e.g. consoles, switchboards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/086—Proximity sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/402—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for positioning, e.g. centring a tool relative to a hole in the workpiece, additional detection means to correct position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2093—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00—Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F2013/00089—Wound bandages
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00—Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F2013/00361—Plasters
    • A61F2013/00365—Plasters use
    • A61F2013/00519—Plasters use for treating burn
    • A61F2013/00523—Plasters use for treating burn with hydrogel
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00—Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F2013/00361—Plasters
    • A61F2013/00655—Plasters adhesive
    • A61F2013/00676—Plasters adhesive hydrogel
    • A61F2013/0068—Plasters adhesive hydrogel cross-linked by radiations, e.g. electron beam
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/06—Control stands, e.g. consoles, switchboards
    • B25J13/065—Control stands, e.g. consoles, switchboards comprising joy-sticks
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32008—Operator changes schedule, workload in allowed range by graphical interface
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32128—Gui graphical user interface
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40298—Manipulator on vehicle, wheels, mobile
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40613—Camera, laser scanner on end effector, hand eye manipulator, local
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40623—Track position of end effector by laser beam

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)

Abstract

본 개시는 액체를 대상체 상에 직접 프린팅하기 위한 바이오프린팅 시스템(100)을 제공한다. 바이오프린팅 시스템(100)은 바이오프린팅 어셈블리(102)를 포함한다. 선택적으로, 로봇 아암(104) 및 제어 시스템(150)이 제공된다. 바이오프린팅 어셈블리(102)는 대상체에 대해 위치할 수 있도록 로봇 아암(104)에 결합될 수 있다. 바이오프린팅 어셈블리(102)는 대상체 상에 액체를 분배하도록 구성되고, 액체를 유지하기 위한 저장조(120), 및 프린팅 직전에 저장조(120)를 액체로 프라이밍하기 위한 로딩 메커니즘(134)을 포함한다. 로딩 메커니즘(134)은 일방향 입구를 가져서, 액체가 저장조(120) 내로 로딩되는 것을 허용하고, 유체가 일방향 입구를 통해 저장조를 빠져나가는 것을 방지한다. 관련 방법이 또한 제공된다.

Description

바이오프린팅 시스템
본 기술은 상처를 치료하거나 드레싱하기 위해 대상체의 부위 상에 세포를 프린팅할 수 있는 바이오프린팅 시스템에 관한 것이다.
세포 및/또는 약물을 포함하는 하이드로겔을 환자의 상처 위에 도포하는 것은 알려져 있다. 하이드로겔을 도포하는 이와 같은 알려진 방법은 하이드로겔을 상처 위에 균일하게 도포하지 못하고, 이는 상처 위에 세포 및/또는 약물의 일관되지 않은 침착을 초래할 수 있다. 이것은 상처의 최적 치유가 이루어지지 않게 하고, 필요한 것보다 많은 하이드로겔이 상처 위에 도포되게 할 수 있다.
본 발명자들은 하이드로겔을 형성하기 위해 대상체의 상처 위에 세포 및 재료를 프린팅하기에 적합한 바이오프린팅 시스템을 개발하였다.
제1 양태에 따르면, 대상체의 부위에 액체를 프린팅하기 위한 바이오프린팅 시스템이 제공되며, 바이오프린팅 시스템은,
대상체의 부위에 액체를 분배하도록 구성된 바이오프린팅 어셈블리를 포함하며, 바이오프린팅 어셈블리는 바이오프린팅 어셈블리에 의해 분배될 액체를 유지하도록 구성된 적어도 하나의 저장조, 및 저장조와 유체 연통하고, 대상체의 부위 상에 프린팅하기 전에 저장조에 액체를 로딩하도록 구성된 로딩 메커니즘을 갖고, 로딩 메커니즘은 일방향 입구를 포함하고, 일방향 입구는 액체가 저장조 내로 로딩되는 것을 허용하고 유체가 일방향 입구를 통해 저장조를 빠져나가는 것을 방지한다.
일 실시예에서, 대상체는 환자이고, 부위는 대상체의 피부의 상처이며, 바이오프린팅 어셈블리에 의해 분배된 액체는 상처 위에 겔을 형성한다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 '액체'는 설명된 바이오프린팅 어셈블리를 사용하여 대상체의 부위 상에 프린팅될 임의의 물질을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 액체는 바이오-잉크, 셀 잉크, 활성제, 약물 또는 다른 물질 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 개시에 설명된 특징 및 실시예는 다수의 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 로딩 메커니즘은 세포를 포함하는 바이오-잉크 및 활성제 용액이 임상 환경에서 각각의 임상의(들)를 위한 최적화된 워크플로우를 용이하게 하는 방식으로 저장조 내로 직접 로딩될 수 있게 할 수 있다. 가능한 추가 이점은 하기와 같다:
● 임상의는 상처 상에 프린팅하기 직전에 한 번에 세포를 포함하는 액체를 바이오프린팅 시스템의 저장조 내로 직접 로딩할 수 있다. 이것은 자가 세포를 프린팅할 때 특히 유리할 수 있으며, 이는 높은 세포 생존력의 유지가 치료의 결과에 중요하기 때문이다. 예를 들어, 자가 세포의 소스는 바이오-잉크 치료가 적용되는 것과 동일한 절차 동안에 환자로부터 채취된 피부 이식편일 수 있다.
● 상처 상에 프린팅하기 직전에 한 번에 세포를 포함하는 바이오-잉크 또는 활성제를 저장조 내로 로딩하는 것은 임상의가 상처의 검사 시에 상처에 적용되어야 하는 바이오-잉크 또는 활성제의 유형 및 체적을 수술 중에 결정하는 보다 큰 유연성을 허용한다.
● 로딩 메커니즘을 통해 저장조 내로 직접 세포를 로딩하는 것은 환자의 세포와 접촉하는 구성요소 표면적이 최소화될 수 있게 할 수 있으며, 이는 불용 체적(dead volume)으로 인한 손실을 감소시킬 수 있다.
● 바이오프린팅 어셈블리 내에 수용된 저장조 내로 액체를 로딩하는 것은 바이오프린팅 어셈블리의 모든 유체 연결이 절차 전에 테스트될 수 있는 것을 보장할 수 있다. 이것은 워크플로우를 더욱 간소화할 수 있고, 시스템의 신뢰성을 증가시킬 가능성을 갖는다.
● 바이오프린팅 어셈블리의 저장조 내로 직접 로딩하는 것은 바이오프린팅 시스템 내에 복잡한 로딩 아키텍처에 대한 필요성을 제거하며, 이는 이와 같은 복잡한 아키텍처와 연관된 고장 모드의 가능성을 감소시킬 수 있고, 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
● 치료를 위한 세포 및 생체재료의 준비가 멸균 수술실에서 수행될 수 있으며, 저장조 내로 직접 로딩하는 것은 오염(병원체 또는 미립자의 오염)이 시스템 내로 도입되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 이것은 생체재료 또는 세포의 사전준비된 카트리지에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
실시예들에 따르면, 로딩 메커니즘은 멸균 유체 연결을 제공한다. 로딩 메커니즘은 체크 밸브, 격막 및 루어 로크 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 로딩 메커니즘은 일방향 입구와 저장조 사이에 유체 연통을 제공하는 프라이밍 유체 라인을 갖는다.
실시예들에 따르면, 일방향 입구는 주사기와 같은 로딩 디바이스에 제거 가능하게 결합되도록 구성된다. 바람직하게는, 일방향 입구는 로딩 디바이스에 제거 가능하게 결합되도록 구성된 커넥터를 갖는다. 커넥터는 격막, 체크 밸브 및 루어 로크 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 로딩 디바이스에 대한 일방향 입구의 결합은 바람직하게는 멸균 유체 연결이다.
실시예들에 따르면, 바이오프린팅 어셈블리는 복수의 저장조를 포함한다. 바이오프린팅 어셈블리는 각각의 저장조와 각각 유체 연통하는 복수의 로딩 메커니즘을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 바이오프린팅 시스템은 바이오프린팅 어셈블리에 결합된 로봇 아암을 추가로 포함하며, 로봇 아암은 바이오프린팅 어셈블리를 부위 위로 이동 및 위치시키도록 구성된다.
실시예들에 따르면, 바이오프린팅 시스템은 바이오프린팅 어셈블리 및/또는 로봇 아암을 제어하도록 구성된 제어 시스템을 추가로 포함한다.
실시예들에 따르면, 바이오프린팅 어셈블리는 바이오프린팅 어셈블리와 대상체의 부위 사이의 거리를 모니터링하도록 구성된 거리 센서를 추가로 포함한다. 제어 시스템은 바람직하게는 거리 센서로부터의 거리 정보를 사용하여, 액체를 프린팅하는 동안에 부위로부터 사전결정된 거리로 바이오프린팅 어셈블리를 유지하도록 로봇 아암을 제어하도록 구성된다.
일 실시예에서, 바이오프린팅 어셈블리는 바이오프린팅 어셈블리를 위치시키는 것을 돕도록 구성된 조준 보조기구를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 조준 보조기구는 레이저이다.
일 실시예에서, 바이오프린팅 시스템은 로봇 아암을 제어함으로써 바이오프린팅 어셈블리를 이동 및 위치시키도록 구성된 제어기를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 바이오프린팅 어셈블리는 바이오프린팅 어셈블리에 의해 분배될 액체를 보유하도록 구성된 적어도 하나의 저장조를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 저장조는 적어도 하나의 저장조의 로딩 및/또는 프라이밍을 가능하게 하도록 구성된 프라이밍 유체 라인을 갖는다.
일 실시예에서, 프라이밍 유체 라인은 주사기에 제거 가능하게 결합되도록 구성된 커넥터를 갖는다. 실시예들에 따르면, 커넥터는 격막, 체크 밸브, 또는 루어 로크이거나 이를 포함한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 저장조는 적어도 하나의 저장조로부터 유체를 분배하도록 구성된 분배 유체 라인을 갖는다.
일 실시예에서, 분배 유체 라인은 분배 출구를 가지며, 분배 출구는,
액체가 적어도 하나의 저장조로부터 분배되는 것을 허용하는 개방 구성; 및
액체가 적어도 하나의 저장조로부터 분배되는 것을 방지하는 폐쇄 구성을 갖는다.
일 실시예에서, 분배 출구는 노즐 또는 밸브이다.
일 실시형태에서, 바이오프린팅 시스템은 적어도 하나의 저장조와 유체 연통하여 결합된 압력 조절 시스템을 추가로 포함하며, 압력 조절 시스템은 적어도 하나의 저장조 내의 압력을 조절하도록 구성된다.
일 실시예에서, 압력 조절 시스템은 가압 가스의 소스에 연결되도록 구성된다.
일 실시예에서, 가압 가스의 소스는 공기 압축기이다.
실시예들에 따르면, 로봇 아암은 6축 또는 7축 로봇 아암이다. 일 실시예에서, 로봇 아암은 6축 로봇 아암이다. 일 실시예에서, 로봇 아암은 7축 로봇 아암이다.
일 실시예에서, 로봇 아암은 바이오프린팅 어셈블리를 이동 및 위치시키기 위해 사용자에 의해 수동으로 이동되도록 구성된다.
일 실시예에서, 바이오프린팅 어셈블리로부터 분배될 액체는 시약 및 활성제를 포함한다.
일 실시예에서, 바이오프린팅 어셈블리로부터 분배될 액체는 바이오-잉크, 방사선 경화성 바이오-잉크, 활성제, 세포-잉크, 및 세포 배양 용액으로부터 선택된다.
일 실시예에서, 바이오프린팅 어셈블리는 바이오프린팅 어셈블리에 의해 분배된 방사선 경화성 유체를 경화시키도록 구성된 방사선 소스를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 방사선 소스는 UV 방사선 소스이다.
일 실시예에서, UV 방사선 소스는 UV LED의 어레이이다.
실시예들에 따르면, 로봇 아암 및 바이오프린팅 어셈블리는 바이오프린팅 어셈블리가 임의의 원하는 배향으로 대상체의 부위 상에 액체를 프린팅하도록 조작될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 바이오프린팅 어셈블리는 대상체의 하측을 향하는 상향 배향으로, 대상체의 측면 상으로의 측방 배향으로, 대상체의 상부측 상으로의 하향으로, 또는 이들 사이의 임의의 배향으로 프린팅할 수 있다.
제2 양태에 따르면, 제1 양태의 바이오프린팅 시스템을 사용하여 대상체의 상처 위에 겔을 형성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
a) 바이오프린팅 어셈블리로부터 부위의 소정 지점으로 시약을 분배하는 단계;
b) 하이드로겔을 형성하기 위해 바이오프린팅 어셈블리로부터 분배된 시약 상으로 활성제를 분배하는 단계; 및
c) 상처 위에 겔을 형성하기 위해 부위의 복수의 상이한 지점에 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 시약은 바이오-잉크, 방사선 경화성 바이오-잉크, 활성제, 세포-잉크, 및 세포 배양 용액으로부터 선택된다.
제3 양태에 따르면, 제1 양태의 바이오프린팅 시스템을 사용하여 대상체의 상처 위에 겔을 형성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
a) 바이오프린팅 어셈블리로부터 부위의 소정 지점으로 방사선 경화성 시약을 분배하는 단계;
b) 하이드로겔을 형성하기 위해 분배된 방사선 민감성 시약을 방사선 소스로 조사하는 단계; 및
c) 상처 위에 겔을 형성하기 위해 부위의 복수의 상이한 지점에 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 방사선 경화성 시약은 방사선 경화성 바이오-잉크이다.
일 실시예에서, 방사선 경화성 바이오-잉크는 UV 경화성 바이오-잉크이다.
제4 양태에 따르면, 제1 양태의 바이오프린팅 어셈블리를 사용하여 대상체의 부위에 액체를 프린팅하는 방법이 제공되고, 상기 방법은,
a) 바이오프린팅 어셈블리로부터 부위의 소정 지점으로 액체를 분배하는 단계; 및
b) 부위를 액체로 덮도록 부위의 복수의 상이한 지점에 단계 a)를 반복하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 액체는 세포 및/또는 약물을 포함한다.
실시예들에 따르면, 바이오프린팅 어셈블리는 사전결정된 배향으로 부위의 지점 상에 액체를 분배하기 위해 임의의 원하는 배향으로 조작된다. 실시예들에 따르면, 액체의 액적 크기 및/또는 액적 체적은 액체가 중력으로 인한 이동 없이 대상체의 부위에 겔을 형성하도록 선택된다. 예를 들어, 액적 체적은 0.5 내지 500 나노리터, 0.5 내지 200 나노리터, 0.5 내지 100 나노리터, 0.5 내지 50 나노리터, 0.5 내지 10 나노리터, 0.5 내지 5 나노리터, 5 내지 10 나노리터, 10 내지 50 나노리터, 10 내지 100 나노리터, 5 내지 500 나노리터, 10 내지 500 나노리터, 50 내지 500 나노리터, 100 내지 500 나노리터, 250 내지 500 나노리터, 또는 임의의 다른 적합한 크기/체적일 수 있다.
제5 양태에 따르면, 대상체의 부위에 액체를 프린팅하기 위한 제1 양태의 바이오프린팅 시스템의 용도가 제공된다.
제6 양태에 따르면, 저장조를 액체로 로딩하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, a) 제1 양태의 바이오프린팅 시스템을 제공하는 단계; b) 액체를 포함하는 용기 및/또는 로딩 디바이스를 멸균 유체 연결로 로딩 메커니즘에 연결하는 단계; c) 용기로부터 바이오프린팅 어셈블리로 액체를 이송하는 단계; 및 d) 저장조를 액체로 로딩하는 단계를 포함한다.
실시예들에 따르면, 액체는 바이오-잉크 또는 세포-잉크이고, 세포를 포함한다. 세포는 대상체의 자가 세포일 수 있다.
실시예들에 따르면, 용기 및/또는 로딩 디바이스는 주사기이고, 액체를 이송하는 단계는 액체를 바이오프린팅 어셈블리 내로 주입하는 단계를 포함한다.
실시예들에 따르면, 바이오프린팅 시스템은 수술실에 제공되고, 단계 b) 내지 d) 각각은 액체가 대상체의 부위 상에 프린팅되기 전에 수술실 내에서 수행된다.
본 명세서 전체에 걸쳐서, 맥락상 달리 요구되지 않는 한, 단어 "포함하다", 또는 "포함한다" 또는 "포함하는"과 같은 변형은 언급된 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소들, 정수들 또는 단계들의 그룹을 포함하는 것을 의미하지만, 임의의 다른 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소들, 정수들 또는 단계들의 그룹을 배제하는 것을 의미하지 않는 것으로 이해될 것이다.
본 명세서에 포함된 문헌, 행위, 재료, 디바이스, 물품 등의 임의의 논의는 본 발명에 대한 맥락을 제공하기 위한 목적일 뿐이다. 이들 자료 중 일부 또는 모두가 종래 기술 기초의 일부를 형성하거나 본 명세서의 각 청구항의 우선일 이전에 존재하고 있던 본 발명과 관련된 분야의 일반적인 상식이라는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오프린팅 시스템의 정면 등각도이고;
도 2는 도 1의 바이오프린팅 시스템의 바이오프린팅 어셈블리 및 로봇 아암의 정면도이고;
도 3은 액세스 패널이 제거된 상태의 도 2의 바이오프린팅 어셈블리의 정면도이고;
도 4는 도 2의 바이오프린팅 어셈블리의 저면도이고;
도 5는 도 1의 바이오프린팅 시스템의 후방 등각도이고;
도 6은 도 1의 바이오프린팅 시스템의 제어 시스템을 도시하는 블록도이고;
도 7은 도 1의 바이오프린팅 시스템이 그 위에 겔을 형성할 수 있는 환자의 상처를 도시하고;
도 8은 도 1의 바이오프린팅 시스템에 의해 형성되는 겔을 도시하고;
도 9는 도 1의 바이오프린팅 시스템이 그 위에 겔을 형성할 수 있는 환자의 다른 상처를 도시하며;
도 10은 거리 센서를 사용하는 스캔의 3차원 플롯이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오프린팅 시스템(100)을 도시한다. 바이오프린팅 시스템(100)은 로봇 아암(104)에 제거 가능하게 결합된 바이오프린팅 어셈블리(102)를 갖는다. 로봇 아암(104)은 6축 로봇 아암이지만, 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 로봇 아암도 사용될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(104)은 7축 로봇 아암으로 대체될 수 있다.
바이오프린팅 시스템의 다양한 구성요소는 원하는 방식으로 수용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 정적 구조물에 부착되거나 정적 구조물 상에/내에 위치될 수 있거나, 도 1 및 도 5에 도시된 트롤리(trolley)(162)와 같은 이동식 구조물에 부착되거나 이동식 구조물 상에/내에 위치될 수 있다. 트롤리(162)는 원하는 위치로의 바이오프린팅 시스템(100)의 이동을 허용한다. 로봇 아암(100)은 로봇 아암의 장착 베이스(170)를 통해 트롤리(162)에 부착된다. 다른 실시예에 따르면, 로봇 아암은 다른 표면 상에 장착되거나 고정된 위치에 있을 수 있다. 로봇 아암(100)은 바이오프린팅 어셈블리(102)가 원하는 대로 조종 및 배향될 수 있도록 위치(171 내지 176)에 의해 한정된 6 개의 회전축을 중심으로 이동 가능하다. 도 2는 트롤리(162)에 부착되지 않은 경우의 바이오프린팅 어셈블리(102) 및 로봇 아암(104)을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 바이오프린팅 어셈블리(102)는 로봇 아암(104)의 장착 커넥터(178)를 통해 로봇 아암(104)에 장착된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 바이오프린팅 어셈블리(102)는 핸들(108) 및 액세스 패널(110)을 갖는 프린트헤드 하우징(106)을 갖는다. 액세스 패널(110)의 제거는 프린트헤드 하우징(106)의 내부에 대한 액세스를 허용한다. 프린트헤드 하우징(106) 내에는, 저장조 세트(112), 분배 시스템(114), 방사선 소스(116) 및 조준 보조기구(118)가 배치된다. 저장조 세트(112)는 8 개의 저장조(120)를 가지며, 도 3에는 4 개의 저장조(120)의 행이 보이고, 4 개의 저장조(120)의 행이 보이는 저장조(120) 뒤에 가려져 있다. 그러나, 저장조 세트(112)는 임의의 원하는 수의 저장조(120)를 가질 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 10 개의 이용 가능한 분배 출구(138)가 있으며, 이는 도시된 실시예가 최대 10 개의 저장조(120)를 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 각각의 저장조(120)는 각각의 유체 또는 액체를 수용할 수 있고, 대안적으로 하나 초과의 저장조(120)는 동일한 유체 또는 액체를 수용할 수 있다.
방사선 소스(116)는 도 4에 도시된 바와 같이 자외선(UV) 발광 다이오드(LED)의 어레이 형태이다. 방사선 소스(116)는, 예를 들어 감광성 바이오-잉크 또는 UV 경화성 바이오-잉크와 같은 UV 경화성 액체를 경화시키도록 구성된다. 방사선 소스(116)는 방사선 경화성 액체를 경화시킬 수 있는 당업계에 알려된 임의의 다른 적합한 방사선 소스일 수 있는 것으로 또한 구상된다. 예를 들어, 방사선 경화성 액체는 히알루론산, 젤라틴, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 및/또는 콜라겐을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및/또는 노보넨으로 변성될 수 있다. 방사선 경화성 액체의 구체적인 예는 메타크릴레이트화 히알루론산, 메타크릴레이트화 젤라틴, PEG 디아크릴레이트, PEG 디메타크릴레이트, 메타크릴레이트화 콜라겐을 포함할 수 있다.
조준 보조기구(118)는 바이오프린팅 어셈블리(102)를 위치시키기 위한 시각적 보조기구로서 사용되는 레이저 형태이다. 조준 보조기구(118)의 레이저 빔이 프린트헤드 하우징(106)을 빠져나갈 수 있게 하도록 개구부(119)가 제공된다. 조준 보조기구(118)는 바이오프린팅 어셈블리(102)를 위치시키기 위한 시각적 보조기구로서 사용될 수 있는 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 수단일 수 있는 것으로 또한 구상된다.
프린트헤드 하우징(106) 내에는, 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)와 프린팅 표면 사이의 거리를 모니터링하도록 구성된 거리 센서(122)가 있다. 프린팅 표면은 대상체의 표면, 예를 들어 환자 피부의 표면일 수 있다. 거리 센서(122)는 프린트헤드 하우징(106) 외부에 배치되고 프린트헤드 하우징(106)에 결합될 수 있는 것으로 또한 구상된다. 거리 센서(122)는 초음파 센서, 광학 센서, 카메라, 유도형 센서, 용량성 센서, 광전 센서, 환자 피부의 표면에 물리적으로 접촉하는 접촉 센서, 또는 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)와 프린팅 표면 사이의 거리를 모니터링할 수 있는 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 센서일 수 있다. 거리 센서(122)는 신호/파동을 방출하도록 구성된 방출 부분(123A) 및 방출된 신호/파동을 수신하도록 구성된 수신 부분(123B)을 가질 수 있으며, 이들은 도 4에 도시된 실시예에서 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)를 통해 노출되어 있다.
도 3을 참조하면, 각각의 저장조(120)는 실질적으로 수직으로 연장되는 종축(124), 저장조(120)의 상부에 위치된 캡(126), 저장조(120)의 하측 영역에 위치된 저장조 출구(128), 및 저장조 출구(128) 위의 사전결정된 높이에 위치된 저장조 입구(130)를 갖는다. 각각의 저장조(120)에 대해, 캡(126), 저장조 출구(128) 및 저장조 입구(130)는 모두 저장조(120)의 내부와 유체 연통한다.
각각의 저장조(120)의 저장조 입구(130)에는 프라이밍 유체 라인(132)이 유체 연통하여 결합된다. 각각의 프라이밍 유체 라인(132)은 주사기 등이 프라이밍 유체 라인(132)에 제거 가능하게 결합될 수 있게 하는 커넥터(134)를 갖는다. 각각의 커넥터(134)는 임의의 적합한 유형의 연결 수단을 제공할 수 있으며, 예를 들어 커넥터(134)는 루어 로크(luer lock)이거나 이를 포함할 수 있다. 임의의 프라이밍 유체 라인(132)의 커넥터(134)에 주사기 등을 결합함으로써, 주사기 등의 내용물이 각각의 저장조(120) 내로 주입될 수 있다. 프라이밍 유체 라인(132)이 커넥터(134)를 갖는 것으로 설명 및 도시되었지만, 주사기 등이 프라이밍 유체 라인(132)에 제거 가능하게 결합될 수 있게 하는 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 수단이 사용될 수 있는 것으로 또한 구상된다. 커넥터(134), 프라이밍 유체 라인(132) 및 저장조 입구(130) 중 하나 이상은 로딩 메커니즘(loading mechanism)의 일부를 형성할 수 있다. 로딩 메커니즘은 바람직하게는 저장조(120)에 액체를 제공하는 주사기 등과 같은 용기와 저장조(120) 사이에 멸균 유체 연결을 제공한다. 로딩 메커니즘은 바람직하게는 액체가 저장조(120) 내로 로딩되는 것을 허용하지만 어떠한 유체도 빠져나가는 것을 방지하는 일방향 입구를 갖는다. 커넥터(134)는 일방향 입구이거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 일방향 입구는 어떠한 액체 또는 가스도 빠져나가지 않게 하고 바이오프린팅 어셈블리 내의 압력을 유지할 수 있다.
분배 시스템(114)은 복수의 분배 유체 라인(136)을 포함하고, 이들 각각은 저장조(120) 중 하나의 저장조 출구(128)에 유체 연통하여 결합된다. 각각의 분배 유체 라인(136)에는 상시 폐쇄 구성 및 개방 구성을 갖는 노즐 형태의 분배 출구(138)가 유체 연통하여 결합된다. 분배 출구(138)는 베이스(103)에 인접한 프린트헤드 하우징(106) 내에서 하우징(137)에 수용된다. 각각의 분배 유체 라인(136)에 대해, 분배 출구(138)가 개방 구성에 있을 때, 유체는 각각의 저장조(120)로부터 저장조 출구(128) 및 분배 유체 라인(136)을 통해 유동되어 분배 출구(138)로부터 분배되는 것이 허용된다. 각각의 분배 유체 라인(136)에 대해, 분배 출구(138)가 폐쇄 구성에 있을 때, 유체는 분배 출구(138)로부터 분배되는 것이 방지된다. 각각의 분배 출구(138)는 마이크로-솔레노이드 밸브일 수 있지만, 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 밸브/노즐도 사용될 수 있는 것으로 구상된다.
각각의 저장조(120)에 대해, 분배 유체 라인(136)의 체적 및 저장조(120) 내의 저장조 출구(128)와 저장조 입구(130) 사이의 체적은 사전결정된 체적을 한정한다. 사전결정된 체적은 각각의 저장조(120)에 대한 저장조 출구(128)와 저장조 입구(130) 사이의 높이 차이를 각각 증가 또는 감소시킴으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 사전결정된 체적은 또한 분배 유체 라인(136)의 체적을 증가 또는 감소시킴으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 사전결정된 체적의 증가는 저장조(120) 내부로부터 각각의 프라이밍 유체 라인(120)으로 역류하는 액체를 감소시키거나 가능하게는 방지한다는 것이 이해될 것이다.
도 4를 참조하면, 분배 출구(138)는 프린트헤드 하우징(106)의 구멍(140)과 정렬되어, 각각의 분배 출구(138)가 구멍(140)을 통해 바이오프린팅 어셈블리(102) 외부로 유체를 분배하도록 구성된다. 방사선 소스(116) 및 조준 보조기구(118)는 바이오프린팅 시스템(100)의 사용 동안에 이들의 작동이 프린트헤드 하우징(106)에 의해 방해받지 않도록 프린트헤드 하우징(106)의 개구(142)와 정렬된다.
도 3을 참조하면, 바이오프린팅 어셈블리(102)는 각각의 분배 출구(138)에 전기적으로 연결된 전자 어셈블리(144)를 갖는다. 전자 어셈블리(144)는 각각의 개방 구성과 폐쇄 구성 사이에서 각각의 분배 출구(138)를 이동시키도록 구성된다.
전자 어셈블리(144)는 전자 어셈블리(144)를 제어 시스템(150)(하기에서 논의됨)에 전기적으로 연결하도록 구성된 전기 포트(146)를 갖는다. 전자 어셈블리(144)는 또한 바이오프린팅 어셈블리(102)의 내부 또는 외부에 있는 다른 전기 장비에 전기적으로 연결될 수 있는 전기 커넥터(148)를 갖는다. 전자 어셈블리(144)는 전기 커넥터(148)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있는 것으로 구상된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 각각의 저장조(120)의 캡(126)은 압력 조절 시스템(152)에 유체 연통하여 결합된다. 압력 조절 시스템(152)은 저장조(120) 각각 내의 압력을 조절/제어하고 공기 압축기(154)와 유체 연통하여 결합되도록 구성된다. 또한, 공기 압축기(154) 대신에, 압력 조절 시스템(152)은 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 가압 가스 소스와 유체 연통하여 결합될 수 있는 것으로 구상된다. 압력 조절 시스템(152)은 전기-공압식 압력 조절 시스템일 수 있다. 압력 조절 시스템(152)은 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 압력 조절 방법을 이용할 수 있는 것으로 또한 구상된다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 바이오프린팅 어셈블리(102), 로봇 아암(104), 방사선 소스(116), 조준 보조기구(118), 거리 센서(122), 및 압력 조절 시스템(152)은 제어 시스템(150)에 전기적으로 연결되고 제어 시스템(150)에 의해 제어된다. 제어 시스템(150)은 사용자가 제어 시스템(150)에 명령을 입력할 수 있게 하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)(156)를 갖는다. GUI(156)는 또한 사용자에게 정보를 표시할 것이다. 제어 시스템(150)은 GUI(156)를 통해 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성되어야 할 겔(하기에서 논의됨)을 사용자가 선택 및/또는 설계할 수 있게 하도록 구성된다.
제어 시스템(150)은 바이오프린팅 어셈블리(102), 로봇 아암(104) 및 압력 조절 시스템(152)을 작동시키기 위한 프로그램 및 알고리즘이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 바이오프린팅 시스템(100)과 별도로 위치되고 바이오프린팅 시스템(100)에 전기적으로 연결되는 것으로 구상된다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 바이오프린팅 시스템(100)과 함께 제공될 수 있는 것으로 또한 구상된다.
제어기(158)(도 1에는 도시되지 않음)는 제어 시스템(150)에 전기적으로 연결된다. 제어기(158)는 바이오프린팅 어셈블리(102)를 이동 및 위치시키도록 로봇 아암(104)의 이동을 제어하도록 구성된다. 도 1은 제어기가 연결될 수 있는 케이블 형태의 커넥터(160)를 갖는 것으로 GUI(156)를 도시한다. 따라서, 사용자는 GUI(156) 및 제어기(158) 중 하나 또는 모두를 사용하여 제어 시스템(150)에 입력을 제공할 수 있다. 제어기(158)는, 예를 들어 게임 제어기, 조이스틱, 컴퓨터 마우스, 또는 맞춤형 제어기와 같은 당업계에 알려진 임의의 적합한 제어기일 수 있다.
저장조(120)에 유지되어야 하는 액체는 특정 온도 범위 내에서 유지되어야 할 수 있으며, 따라서 바이오프린팅 어셈블리(102)는 하우징(106) 내의 온도를 조절하기 위한 히터 및/또는 냉각기를 포함할 수 있다.
이제, 바이오프린팅 시스템(100)의 사용 및 작동이 설명될 것이다.
저장조(120)의 프라이밍
프린팅 체계(printing regime)가 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 프린팅될 수 있기 전에, 저장조(120) 중 하나 이상이 프린팅 체계에 요구되는 필요 액체로 프라이밍되어야 한다. 바이오프린팅 시스템(100)이 켜질 때, 제어 시스템(150)은 압력 조절 시스템(152)을 사용하여 각각의 저장조(120) 내의 압력을 사전결정된 레벨로 증가시키도록 구성된다. 저장조(120)를 액체로 프라이밍하기 위해, 사용자는 GUI(156)를 사용하여 프라이밍하기를 원하는 저장조(120)를 선택하고, 이어서 제어 시스템(150)은 선택된 저장조(120) 내의 압력을 O kPa로 감소시키도록 압력 조절 시스템(152)을 제어한다.
선택된 저장조(120)가 감압되면, 주사기 등이 감압 저장조(120)에 결합된 프라이밍 유체 라인(132)의 커넥터(134)에 제거 가능하게 결합된다. 다음에, 주사기 내의 액체는 각각의 프라이밍 유체 라인(132) 및 저장조 입구(130)를 통해 감압 저장조(120) 내로 주입될 수 있다. 감압 저장조(120)가 주사기로부터의 액체로 프라이밍된 후에, 주사기는 각각의 프라이밍 유체 라인(132)의 커넥터(134)로부터 분리된다. 이어서, 사용자는 GUI(156)를 사용하여 감압 저장조(120)가 프라이밍되었음을 확인하여, 제어 시스템(150)이 감압 저장조(120) 내의 압력을 사전결정된 압력으로 다시 증가시키도록 압력 조절 시스템(152)을 제어하게 한다. 감압 저장조(120) 내의 압력이 증가함에 따라, 감압 저장조(120) 내의 액체는 분배 유체 라인(136)의 상시 폐쇄 분배 출구(138)에 의해 정지될 때까지 각각의 분배 유체 라인(136) 내로 그리고 이를 통해 유동한다. 이러한 단계에서, 저장조(120)는 프라이밍되어 있다. 다른 저장조(120)를 프라이밍하기 위해, 상기의 방법 단계가 반복된다.
저장조(120)는 특정 프린팅 체계를 완료하는 데 요구되는 필요 액체로 프라이밍된다. 예를 들어, 저장조(120)는 바이오-잉크, 방사선 경화성/감광성 바이오-잉크, 활성제, 세포-잉크, 세포 배양 용액 또는 유틸리티 용액으로 프라이밍될 수 있으며, 이들 모두는 후술된다.
프린팅 체계의 설계 및 프린팅 시작
필요한 저장조(120)가 프라이밍된 후에, 사용자는 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 대상체의 부위에 프린팅될 프린팅 체계를 설계/선택한다.
일 실시예에서, 프린팅 체계는 하이드로겔을 형성하기 위해 후속적으로 가교하는 바이오-잉크를 바이오프린팅 어셈블리(102)로부터 분배함으로써 대상체(즉, 환자)의 부위에 겔을 형성할 수 있다. 바이오프린팅 어셈블리(102)로부터 분배된 바이오-잉크는 분배된 바이오-잉크 상에 바이오프린팅 어셈블리(102)로부터 활성제를 분배함으로써 가교될 수 있다. 대안적으로, 바이오-잉크가 감광성이거나 방사선 경화성인 경우, 분배된 바이오-잉크는 예를 들어 UV 방사선과 같은 방사선으로 분배된 바이오-잉크를 조사함으로써 가교될 수 있다.
GUI(156)는 사용자가 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 프린팅될 프린팅 체계를 선택 및/또는 설계할 수 있게 한다. GUI(156)는 사용자가 환자의 상처의 치수에 기초하여 프린팅 체계를 선택/설계할 수 있게 한다. 프린팅 체계를 선택/설계할 수 있는 몇몇 방법이 있다.
겔을 설계 및 프린팅하는 제1 예시적인 방법
일 실시예에 따르면, 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성될 겔은 GUI(156)를 통해 제어 시스템(100)에 겔의 요구 치수를 입력함으로써 설계될 수 있다.
도 7은 환자의 피부에 있는 상처(10), 및 상처(10)의 형상에 근사하고 상처(10)를 둘러싸는 상자(11)를 도시한다. 상자(11)는 사용자에 의해 시각화될 수 있다. 도 8은 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 상처(10) 위에 형성되어야 하는 실질적으로 직사각형 형상을 갖는 겔(20)을 도시한다.
상처(10)의 치수를 알면, 바이오프린팅 시스템(100)을 사용하여 겔(20)을 형성할 때 형성된 겔(20)이 상처(10)를 완전히 덮도록, 사용자는 GUI(156)를 사용하여 상처(10)의 치수보다 큰 겔(20)의 치수를 입력한다. 겔(20)의 치수가 제어 시스템(150)에 입력된 후에, 제어 시스템(150)은 하나 이상의 플라이-바이-포인트(fly-by-point)(24)를 각각 갖는 다수의 행(22)으로 겔(20)을 분할하도록 구성된다(도 8 참조). 플라이-바이-포인트(24)는 제어 시스템(150)이 상처(10) 위에 유체를 분배하기 위해 분배 시스템(114)을 제어하도록 트리거되는 특정 지점이다. 인접한 행(22)과 각 행(22)의 인접한 플라이-바이-포인트(24) 사이의 간격은 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성될 겔(20)의 해상도(resolution)를 결정한다. 사용자는 겔(20)을 설계할 때 GUI(156)를 통해 겔(20)에 대한 해상도를 선택할 수 있다. 간격이 작을수록, 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성되는 겔(20)의 해상도가 높아진다. 인접한 행(22)과 각 행(22)의 인접한 플라이-바이-포인트(24) 사이의 간격은 균일할 수 있거나 균일하지 않을 수 있다. 겔(20)의 치수 및 해상도가 제어 시스템(150)에 입력된 후에, 사용자는 GUI(156)를 통해 겔(20)의 설계를 확인한다.
겔(20)이 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성될 수 있기 전에, 바이오프린팅 어셈블리(102)는 시작 위치로 이동되고, 시작 위치는 겔(20)이 형성될 때 상처(10)와 정확하게 정렬되고 상처(10)를 덮도록 바이오프린팅 어셈블리(102)가 초기에 있어야 하는 위치이다. 본 실시예에서, 시작 위치는 상자(11)의 좌상부 코너(12)이지만, 상자(11)의 다른 코너들(12 내지 15)이 시작 위치로서 사용될 수 있는 것으로 또한 구상된다.
바이오프린팅 어셈블리(102)를 시작 위치로 이동시키기 위해, 사용자는 GUI(156)를 사용하여 조준 보조기구(118)를 켜고 로봇 아암(104)을 "자유 모드"로 설정한다. 자유 모드는 사용자가 핸들(108)을 사용하여 바이오프린팅 어셈블리(102)를 수동으로 이동시킬 수 있게 한다. 다음에, 사용자는 조준 보조기구(118)의 레이저가 상자(11)의 좌상부 코너(12)를 대략 가리키도록 바이오프린팅 어셈블리(102)를 수동으로 이동시킨다.
바이오프린팅 어셈블리(102)를 시작 위치에 위치시킬 때, 사용자는 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)가 프린팅 표면으로부터 사전결정된 거리가 되도록 바이오프린팅 어셈블리(102)도 수동으로 위치시킨다. 이러한 사전결정된 거리는 거리 센서(122)를 사용하여 측정될 수 있다. 이러한 경우에, 제어 시스템(150)은 거리 센서(122)를 사용하여 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)와 프린팅 표면 사이의 거리를 측정하고 GUI(156) 상에 거리를 표시할 수 있다. 제어 시스템(150)은 또한, 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)가 프린팅 표면으로부터 사전결정된 높이에 있으면, 사용자에 대한 햅틱 피드백, 청각적 알람, 및/또는 GUI(156) 상에의 시각적 표시를 제공할 수 있다. 대안적으로, 사전결정된 높이는 사용자에 의해 수행되는 육안 검사에 의해 결정될 수 있다.
바이오프린팅 어셈블리(102)가 대략 시작 위치에 수동으로 배치된 후에, 사용자는 GUI(156)를 사용하여 로봇 아암을 '자유 모드'로부터 해제한다. 이어서, 사용자는 제어기(158)를 사용하여 바이오프린팅 어셈블리(102)를 시작 위치에 보다 정확하게 위치시킨다. 바이오프린팅 어셈블리(102)가 시작 위치에 보다 정확하게 위치되면, 사용자는 GUI(156)를 통해 조준 보조기구(118)를 끈다. 이러한 단계에서, 사용자는 GUI(156)를 통해 프린팅 체계를 시작한다.
겔을 설계 및 프린팅하는 제2 예시적인 방법
바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성될 실질적으로 직사각형인 겔(20)은 또한 상처(10)의 적어도 3 개의 코너를 매핑(mapping)함으로써 설계될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 조준 보조기구(118)가 상자(11)의 좌상부 코너(12)(도 7 참조)를 가리키고 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)가 (전술한 바와 같이) 프린팅 표면으로부터 사전결정된 거리에 있도록, 사용자는 (전술한 바와 같이) 바이오프린팅 어셈블리(102)를 수동으로 및/또는 제어기(158)에 의해 이동시킨다. 다음에, 사용자는 GUI(156)를 사용하여 상자(11)의 좌상부 코너(12)를 매핑한다. 상자(11)의 좌상부 코너(12)를 매핑하는 것은 제어 시스템(150)이 바이오프린팅 어셈블리(102) 및 로봇 아암(104)의 공간적 위치를 기록하는 것을 포함한다. 좌상부 코너(12)가 매핑된 후에, 사용자는 상자(11)의 좌하부 코너(13) 및 우하부 코너(14)를 매핑하도록 상기의 단계를 반복한다.
사용자가 상자의 코너(12 내지 14)를 매핑한 후에, 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 겔(20)을 형성할 때 형성된 겔(20)이 상처(10)를 완전히 덮도록, 제어 시스템(150)은 상처(10)보다 큰 치수를 갖는 직사각형 겔(20)을 설계하도록 구성된다. 제어 시스템(150)은 또한 전술한 바와 같이 하나 이상의 플라이-바이-포인트(24)를 각각 갖는 다수의 행(22)으로 설계된 겔(20)을 분할한다. 사용자는 필요한 경우 GUI(156)를 사용하여 설계된 겔(20)의 해상도(즉, 인접한 행(22)과 각 행(22)의 인접한 플라이-바이-포인트(24) 사이의 간격)를 조정할 수 있다. 다음에, 사용자는 조준 보조기구(118)를 끄고, GUI(156)를 통해 프린팅 체계를 시작할 수 있다.
본 실시예에서, 사용자는 프린팅 체계를 시작하기 전에 바이오프린팅 어셈블리(102)를 시작 위치로 이동시킬 필요가 없다. 이것은 제어 시스템(150)이 겔(20)을 형성할 때 공간적 기준으로서 매핑된 코너(12 내지 14)를 사용하기 때문이다.
겔(20)을 설계하는 방법이 상자(11)의 코너(12 내지 14)를 매핑함으로써 설명되었지만, 겔(20)은 상처(10)의 임의의 3 개의 코너(12 내지 15)를 매핑함으로써 설계될 수도 있다는 것이 또한 이해될 것이다.
겔을 설계 및 프린팅하는 제3 예시적인 방법
바이오프린팅 시스템(100)은 또한 불규칙한 형상의 겔을 프린팅하는 데 사용될 수 있다.
도 9는 주변부(31)를 갖는 환자의 피부의 상처(30)를 도시한다. 주변부(31) 상에는 복수의 조준 지점(32)이 위치된다. 상처(30)를 덮도록 겔을 설계하기 위해, 조준 보조기구(118)가 조준 지점(32) 중 하나를 가리키고 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)가 (전술한 바와 같이) 프린팅 표면으로부터 사전결정된 거리에 있도록, 사용자는 (전술한 바와 같이) 바이오프린팅 어셈블리(102)를 수동으로 및/또는 제어기(158)에 의해 이동시킨다. 다음에, 사용자는 전술한 바와 같이 GUI(156)를 사용하여 조준 지점(32)을 매핑한다. 조준 지점(32)이 매핑된 후에, 사용자는 나머지 조준 지점(32)을 매핑하도록 상기의 단계를 반복한다.
사용자가 모든 조준 지점(32)을 매핑한 후에, 제어 시스템(150)은 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 겔을 형성할 때 겔이 상처(30)를 완전히 덮도록 하는 불규칙한 형상 및 크기를 갖는 겔을 설계하도록 구성된다. 제어 시스템(150)은 또한 전술한 바와 같이 하나 이상의 플라이-바이-포인트(24)를 각각 갖는 다수의 행(22)으로 설계된 겔을 분할한다. 사용자는 필요한 경우 GUI(156)를 사용하여 설계된 겔의 해상도(즉, 인접한 행(22)과 각 행(22)의 인접한 플라이-바이-포인트(24) 사이의 간격)를 조정할 수 있다. 다음에, 사용자는 조준 보조기구(118)를 끄고, GUI(156)를 통해 프린팅 체계를 시작할 수 있다.
본 실시예에서, 사용자는 프린팅 체계를 시작하기 전에 바이오프린팅 어셈블리(102)를 시작 위치로 이동시킬 필요가 없다. 이것은 제어 시스템(150)이 겔을 형성할 때 공간적 기준으로서 매핑된 조준 지점(32)을 사용하기 때문이다.
조준 지점(32)은 사용자에 의해 임의로 선택된다. 사용자는 이러한 방법을 사용하여 겔을 설계할 때 보다 많거나 보다 적은 조준 지점(32)을 사용하기로 결정할 수 있다. 상처(30)의 주변부(31) 상의 조준 지점(32)의 수를 증가시키면, 제어 시스템(150)이 상처(30)의 형상과 보다 정확하게 매칭되는 형상을 갖는 겔을 설계하게 된다는 것이 이해될 것이다.
겔을 설계 및 프린팅하는 제4 예시적인 방법
다른 방법에 따르면, 상처의 축척된 이미지가 GUI(156) 상에 표시될 수 있고, 이는 사용자가 GUI(156) 상에서 상처의 주변부를 추적할 수 있게 할 것이다. 제어 시스템(150)은 상처의 주변부의 추적을 사용하여, 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 겔을 형성할 때 겔이 상처를 완전히 덮도록 하는 형상 및 크기를 갖는 겔을 설계하도록 구성된다. 제어 시스템(150)은 전술한 바와 같이 하나 이상의 플라이-바이-포인트(24)를 각각 갖는 설계된 겔을 다수의 행(22)으로 분할한다. 사용자는 필요한 경우 GUI(156)를 사용하여 설계된 겔의 해상도(즉, 인접한 행(22)과 각 행(22)의 인접한 플라이-바이-포인트(24) 사이의 간격)를 조정할 수 있다.
본 실시예에서, 겔이 설계된 후에, 제어 시스템(150)은 바이오프린팅 어셈블리(102)를 위한 시작 위치를 GUI(156) 상에 표시한다. 다음에, 조준 보조기구(118)가 시작 위치에 있고 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)가 프린팅 표면으로부터 사전결정된 높이에 있도록, 사용자는 (전술한 바와 같이) 바이오프린팅 어셈블리(102)를 수동으로 및/또는 제어기(158)에 의해 이동시킨다. 다음에, 사용자는 조준 보조기구(118)를 끄고 GUI(156)를 통해 프린팅 체계를 시작할 수 있다.
전술한 방법들 각각에 대해, 조준 보조기구(118)는 분배 출구(138) 각각으로부터 오프셋되어 있다는 것이 이해될 것이다. 제어 시스템(150)은 조준 보조기구(118)와 각 분배 출구(138) 사이의 오프셋을 고려하여 프린팅된 겔(20)이 상처(10)와 정확하게 정렬되고 상처(10)를 덮게 한다.
상기에는 저장조(120)가 프라이밍된 후에 겔이 설계되는 것으로 설명되었지만, 저장조(120)가 프라이밍되기 전에 겔이 설계될 수 있는 것으로 또한 구상된다. 겔이 설계된 후에 저장조(120)가 프라이밍되는 경우, 제어 시스템(150)은 바이오프린팅 시스템(100)이 프린팅 동안에 저장조(120) 중 어떠한 것도 다시 프라이밍할 필요 없이 설계된 겔의 형성을 완료할 수 있도록 어떤 체적으로 그리고 특정 유체로 어떤 저장조(120)가 프라이밍될 필요가 있는지를 결정하도록 구성될 수 있다.
설계된 겔의 형성
사용자가 프린팅 체계를 시작하면, 제어 시스템(150)은 설계된 겔을 형성하기 위해 플라이-바이-포인트(24) 각각에 필요한 유체를 분배하도록 바이오프린팅 시스템(100)을 제어한다. 설계된 겔은 층별로 프린팅되고, 각각의 층은 각 행(22)의 각 플라이-바이-포인트(24)에 필요한 유체를 분배함으로써 행(22)별로 프린팅된다. 겔을 형성하는 층의 수는 겔을 설계할 때 사용자에 의해 선택될 수 있으며, 환자의 상처의 깊이에 따라 달라질 수 있다. 설계된 겔의 행(22) 및 플라이-바이-포인트(24)는 층의 각 플라이-바이-포인트(24)에 형성된 겔이 동일한 층의 인접한 플라이-바이-포인트(24)에 형성된 겔과 합쳐지도록 이격되어 있으며, 그에 따라 층은 적어도 실질적으로 연속적이고, 어떠한 갭 또는 구멍을 갖지 않는다. 각각의 층을 형성하는 겔은 인접한 층의 겔과 합쳐진다.
바이오프린팅 어셈블리(102)로부터 플라이-바이-포인트(24)에 특정 액체를 분배하기 위해, 제어 시스템(150)은 특정 액체를 유지하는 저장조(120)의 분배 출구(138)가 플라이-바이-포인트(24)와 정렬되도록 로봇 아암(104)을 사용하여 바이오프린팅 어셈블리(102)를 위치시킨다. 다음에, 제어 시스템(150)은 각각의 분배 출구(138)를 개방 구성으로 이동시키고, 저장조(120) 내의 압력은 저장조(120) 내의 액체가 분배 출구(138)로부터 분배/분출되도록 강제한다. 특정 액체의 필요한 체적이 각각의 분배 출구(138)로부터 분배되면, 제어 시스템(150)은 분배 출구(138)를 폐쇄 구성으로 다시 이동시켜서 추가 액체가 분배 출구(138)로부터 분배되는 것을 방지한다.
저장조(120)로부터의 액체 분배는 저장조(120) 내의 압력을 감소시킨다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 액체가 저장조(120)로부터 분배되고 각각의 분배 출구(138)가 폐쇄 구성으로 이동된 후에, 제어 시스템(150)은 저장조(120)를 사전결정된 압력으로 재가압하도록 압력 조절 시스템(152)을 제어한다.
제어 시스템(150)이 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103), 따라서 분배 출구(138)를 프린팅 표면으로부터 사전결정된 거리로 유지하므로, 바이오프린팅 시스템(100)은 액체를 프린팅 부위로 프린팅하는 비접촉 방법을 제공한다.
저장조(120)로부터 분배되는 액체의 체적은 제어 시스템(150)에서 사전설정될 수 있다. 그러나, 제어 시스템(150)은 저장조(120)에 수용된 액체 및 형성될 겔에 따라 특정 저장조(120)로부터 분배되는 액체의 체적을 제어하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 사용자는 겔을 설계할 때 GUI(156)를 통해 수동으로 또는 제어 시스템(150)을 통해 바이오프린팅 어셈블리(102)로부터 분배되는 액체의 체적을 제어할 수 있다.
바이오프린팅 시스템(100)은 각각의 저장조(120)로부터 나노리터의 액체를 분배/분출하도록 구성될 수 있다. 그러나, 저장조(120) 내의 압력의 증가 및 감소는 대응하는 분배 출구(138)를 통한 액체의 유량을 각각 증가 및 감소시킬 것이다. 분배 출구(138)가 개방 구성에 있는 기간의 증가 및 감소는 분배 출구(138)로부터 분배되는 액체의 체적을 각각 증가 및 감소시킬 것이다. 따라서, 분배 출구(138)로부터 분배되는 액체의 체적은 각각의 저장조(120) 내의 압력을 변화시키고 분배 출구(138)가 개방 구성에 있는 기간을 변화시킴으로써 변화될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
제어 시스템(150)이 로봇 아암(104)을 사용하여 환자 피부의 표면(즉, 프린팅 표면) 위로 바이오프린팅 어셈블리(102)를 이동시킬 때, 제어 시스템(150)은 겔을 형성하는 동안에 환자 피부의 표면으로부터 사전결정된 거리로 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)를 유지하도록 거리 센서(122)를 사용하여 로봇 아암(104)을 제어한다. 따라서, 제어 시스템(150)은 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스(103)를 불균일한 프린팅 표면(예를 들어, 환자 피부의 표면)으로부터 사전결정된 높이로 유지하면서 로봇 아암(104)을 사용하여 바이오프린팅 어셈블리(102)를 불균일한 프린팅 표면 위로 이동시킬 수 있으며, 이는 바이오프린팅 어셈블리(102)가 프린팅 표면과 접촉하는 것을 회피한다. 이것은 바이오프린팅 시스템(100)이 겔을 형성할 때 플라이-바이-포인트(24) 각각에 유체를 보다 정확하고 반복 가능하게 분배할 수 있게 한다.
제어 시스템(150)은 바이오프린팅 어셈블리(102)를 연속적으로 이동시키면서 행(22)의 각 플라이-바이-포인트(24)에 액체를 분배할 수 있다. 따라서, 제어 시스템(150)은 액체를 분배하기 위해 행(22)의 플라이-바이-포인트(24) 각각에 바이오프린팅 어셈블리(102)를 정지시킬 필요가 없다. 따라서, 바이오프린팅 어셈블리(102)를 연속적으로 이동시키고 액체를 분배할 수 있는 것은 겔을 형성하기 위한 비교적 신속한 방법을 제공할 수 있다.
제어 시스템(150)은 로봇 아암(104)을 사용하여 바이오프린팅 어셈블리(102)를 임의의 배향으로 위치시킬 수 있다. 따라서, 제어 시스템(150)은 분배 출구(138)가 상향으로 향하도록 바이오프린팅 어셈블리(102)를 위치시킬 수 있다. 바이오프린팅 시스템(100)은 분배 출구(138)가 상향으로 향한 상태로 프린팅할 수 있다. 이것은 저장조(120) 내의 압력으로 인해 가능할 수 있다. 분배 출구(138)가 상향으로 향하고 개방 구성으로 이동될 때, 각각의 저장조(120) 내의 압력은 저장조(120) 내의 유체를 개방 분배 출구(138)를 통해 외부로 분배 출구(138) 위에 위치된 프린팅 표면 상으로 분출할 정도로 충분할 수 있다. 이와 같은 경우에, 저장조(120) 내의 압력은 사전결정된 거리로 분배 출구(138) 위에 위치된 프린팅 표면에 도달하기에 충분한 힘으로 각각의 분배 출구(138)로부터 유체를 분출할 정도로 충분해야 할 것이다. 적어도 유사한 이유로, 바이오프린팅 시스템(100)은 분배 출구(138)가 측방으로 향한 상태로 프린팅할 수 있다. 따라서, 바이오프린팅 어셈블리(102)는 임의의 배향으로 프린팅 가능할 수 있고, 이는 도달하기 어려운 영역 상에의 프린팅을 보다 간단하게 만들 수 있다는 것이 이해될 것이다.
분배 출구(138)가 상향으로 향한 상태로 프린팅하기 위해, 저장조(120) 내의 액체는 분배 출구(138)로부터 멀리 유동하는 것이 방지되어야 한다는 것이 이해될 것이다. 일 실시예에서, 저장조(120)의 내경은, 분배 출구(138)가 상향으로 향하여 있을 때, 저장조(120)의 작은 직경과 함께 저장조(120) 내의 압력이 분배 출구(138)로부터 멀리 유체가 유동하는 것을 방지하도록 충분히 작을 수 있다.
드롭-온-드롭(drop-on-drop) 방법
일 실시예에 따르면, 바이오프린팅 시스템(100)은 드롭-온-드롭 방법을 사용하여 겔을 프린팅할 수 있다. 이러한 방법에서, 적어도 하나의 저장조(120)는 바이오-잉크로 프라이밍되고, 적어도 하나의 저장조(120)는 활성제로 프라이밍된다. 제어 시스템(150)은 바이오프린팅 어셈블리(102)를 플라이-바이-포인트(24) 각각으로 이동시키도록 로봇 아암(104)을 제어한다. 제어 시스템(150)은 행(22)의 각 플라이-바이-포인트(24)에 바이오-잉크의 방울을 분배하고, 다음에 동일한 행(22)의 각 플라이-바이-포인트(24)에 활성제의 방울을 분배하여 하이드로겔을 형성한 후에 다음 행(22) 상으로 이동하도록 구성된다.
전술한 드롭-온-드롭 방법을 사용하여 겔을 형성하기 위해, 최소 2 개의 저장조(120)가 있어야 하고, 방사선 소스(116)가 필요하지 않다는 것이 이해될 것이다. 다수의 저장조(120)가 바이오-잉크로 프라이밍될 수 있고, 다수의 저장조(120)가 활성제로 프라이밍될 수 있는 것으로 구상된다. 이러한 경우에, 예를 들어 모든 바이오-잉크가 하나의 저장조(120)로부터 분배되었을 때, 제어부(150)는 다음에 다른 저장조(120)로부터 바이오-잉크를 분배할 것이다. 이것은 저장조(120)를 다시 프라이밍하기 위해 프린팅 체계를 일시 중지할 필요성을 감소시킬 것이다.
저장조(120)가 상이한 유형의 액체로 프라이밍될 수 있는 것으로 또한 구상된다. 저장조(120)가 상이한 액체로 프라이밍되는 경우, 바이오프린팅 시스템(100)은 상이한 재료의 층, 상이한 세포 및/또는 약물을 포함하는 층, 및/또는 겔의 각 층 사이에 프린팅/침착된 상이한 액체를 갖는 겔을 형성 가능할 수 있다.
방사선 경화 방법
다른 실시예에 따르면, 바이오프린팅 시스템(100)은 UV/방사선 경화 방법을 사용하여 겔을 형성할 수 있다. 이러한 방법에서, 적어도 하나의 저장조(120)는 방사선 경화성 바이오-잉크(예를 들어, rhCollagen)로 프라이밍된다. 제어 시스템(150)은 바이오프린팅 어셈블리(102)를 플라이-바이-포인트(24) 각각으로 이동시키도록 로봇 아암(104)을 제어한다. 제어 시스템(150)은 행(22)의 플라이-바이-포인트(24) 각각에 방사선 경화성 바이오-잉크의 방울을 분배하고, 다음에 분배된 바이오-잉크를 방사선 소스(118)로 조사하여 하이드로겔을 형성한 후에 다음 행(22) 상으로 이동하도록 구성된다. 분배된 방사선 경화성 바이오-잉크를 방사선 소스(116)로 조사하기 위해, 제어 시스템(150)은 방사선 소스(116)가 분배된 바이오-잉크와 정렬되도록 로봇 아암(104)을 사용하여 바이오프린팅 어셈블리(102)를 이동시킨다. 겔이 형성된 후에, 제어 시스템(150)은 바이오프린팅 어셈블리(102), 및 따라서 방사선 소스(116)를 겔 위로 이동시키도록 로봇 아암(104)을 제어함으로써 방사선 소스(116)로 겔을 조사하도록 구성될 수 있다. 이것은 형성된 겔을 더욱 경화시키기 위한 것이다.
전술한 방사선 경화 방법을 사용하여 겔을 형성하기 위해, 최소 하나의 저장조(120)가 필요하다는 것이 이해될 것이다. 다수의 저장조(120)가 바이오-잉크로 프라이밍될 수 있는 것으로 구상된다. 이러한 경우에, 모든 바이오-잉크가 하나의 저장조(120)로부터 분배되었을 때, 제어부(150)는 다음에 다른 저장조(120)로부터 바이오-잉크를 분배할 것이다. 이것은 저장조(120)를 다시 프라이밍하기 위해 프린팅 체계를 일시 중지할 필요성을 감소시킬 것이다.
저장조(120)는 상이한 유형의 액체로 프라이밍될 수 있는 것으로 또한 구상된다. 저장조(120)가 상이한 액체로 프라이밍되는 경우, 바이오프린팅 시스템(100)은 상이한 재료의 층, 상이한 세포 및/또는 약물을 포함하는 층, 및/또는 겔의 각 층 사이에 프린팅/침착된 상이한 액체를 갖는 겔을 형성 가능할 수 있다.
바이오프린팅 시스템(100)을 사용하는 제1 실제적인 예
바이오프린팅 시스템(100)을 사용하는 하나의 실제적인 예에 따르면, 저장조(120) 중 하나 이상은 세포를 포함하는 바이오-잉크로 프라이밍될 수 있고/있거나, 저장조(120) 중 하나 이상은 세포를 포함하는 현탁액으로 프라이밍될 수 있다. 따라서, 이러한 바이오-잉크 및/또는 현탁액을 사용하여 환자의 상처 내에/위에 후속적으로 형성되는 겔은 환자에 의해 흡수되고 상처의 치유를 돕고 가속화할 수 있는 세포를 가질 것이다.
이러한 예에서, 겔은 전술한 드롭-온-드롭 또는 방사선 경화 방법을 사용하여 형성될 수 있고, 사용되는 세포는 자가 세포 및/또는 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 세포일 수 있다.
바이오프린팅 시스템(100)을 사용하는 제2 실제적인 예
바이오프린팅 시스템(100)을 사용하는 다른 실제적인 예에 따르면, 저장조(120)는 환자 상처의 깊이에 따라 상이한 액체로 프라이밍될 수 있다. 환자의 상처는 상이한 조직 유형을 노출시킬 정도로 충분히 깊을 수 있다. 이러한 경우에, 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성된 겔이 상처 내의 상이한 깊이에 형성된 상이한 겔 층을 갖도록, 저장조(120)는 상이한 액체로 프라이밍될 수 있다. 환자의 상처 내의 상이한 깊이에 형성된 상이한 겔 층을 갖는 것은 환자 상처의 치유를 돕고 가속화시킬 수 있다.
이러한 예에서, 겔은 전술한 드롭-온-드롭 또는 방사선 경화 방법을 사용하여 형성될 수 있고, 사용되는 세포는 자가 세포 및/또는 당업계에 알려진 임의의 다른 적합한 세포일 수 있다.
일 예로서, 환자의 상처는 환자의 표피 및 진피를 통해 연장될 수 있다. 따라서, 바이오프린팅 시스템(100)에 의해, 진피 세포를 포함하는 겔 층을 진피에 근접하게 형성한 후에, 표피 세포를 포함하는 겔 층을 표피에 근접하게 형성하는 것이 가능할 수 있다. 진피 및 표피 세포는 자가 세포일 수 있다.
따라서, 바이오프린팅 시스템(100)은 상처의 치유를 도울 수 있는 세포 및/또는 약물을 함유하는 3차원(3D) 겔을 상처에 형성함으로써 건강한 세포를 환자의 상처에 침착시킬 수 있다. 또한, 이러한 3D 겔의 일부가 상처 부위에서 환자 피부의 일부가 될 수 있다.
상기에서는 바이오프린팅 시스템(100)이 대상체(즉, 환자)의 상처 위에 겔을 설계 및 형성하는 것으로 설명되었지만, 바이오프린팅 시스템(100)이 전술한 동일한 방법을 사용하여 대상체의 부위에 액체를 프린팅하는 데 사용될 수 있는 것으로 또한 구상된다. 이와 같은 액체는 세포 및/또는 약물을 포함할 수 있다. 바이오프린팅 시스템(100)이 프린팅하는 데 사용될 수 있는 부위는 급성 상처(예를 들어, 화상), 만성 상처(예를 들어, 당뇨병성 궤양), 연골 및 근육을 포함한다.
방사선 소스(116)가 UV LED의 어레이로서 설명되었지만, 다른 방사선 소스가 방사선 소스(116)로서 사용될 수 있는 것으로 구상된다. 이러한 경우라면, 바이오-잉크는 방사선 소스(116)에 대해 선택된 특정 방사선 소스에 노출될 때 가교하도록 선택/설계되어야 한다.
저장조(120)의 프라이밍이 프라이밍 유체 라인(132)의 커넥터(134)에 주사기를 제거 가능하게 결합하는 것을 참조하여 설명 및 도시되었지만, 저장조(120)는 다른 방법을 사용하여 프라이밍될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 저장조(120)는 하기에 의해 프라이밍될 수 있다:
● 액체를 수용하는 용기를 저장조(120)의 유체 라인(132)에 결합하고, 펌프를 사용하여 용기로부터 저장조(120) 내로 액체를 펌핑하는 것;
● 전술한 바와 같이 주사기를 저장조(120)의 유체 라인(132)의 커넥터(134)에 결합하고, 주사기의 내용물을 저장조(120) 내로 주입하도록 주사기를 자동으로 작동시키는 것;
● 본 출원인의 국제 특허 출원 제PCT/AU2019/051336호(이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함됨)에 설명 및 도시된 샘플 로딩 시스템과 같은 샘플 로딩 시스템을 사용하여 다수의 액체 용기로부터 액체를 샘플링하는 것; 또는
● 멸균 유체 연결을 생성하는 수단을 사용하여, 예를 들어 격막(septum)을 사용하여 주사기를 저장조(120)에 결합하고, 원하는 방법을 사용하여 주사기로부터 저장조(120) 내로 유체를 흡인하는 것.
저장조 세트(112)는 바이오프린팅 어셈블리(102)로부터 제거 가능한 카트리지일 수 있는 것으로 또한 구상된다. 이러한 경우에, 빈 카트리지가 바이오프린팅 어셈블리(102)로부터 제거되고, 새로운 카트리지로 교체될 수 있다. 제거 가능한 카트리지를 형성하는 저장조(120)는 압력 조절 시스템(152) 및 각각의 분배 유체 라인(136)에 제거 가능하게 결합될 것이다. 제거 가능한 카트리지를 형성하는 저장조(120)는 압력 조절 시스템(152) 및 각각의 분배 유체 라인(136)에 제거 가능하게 결합되기 전에 필요한 액체로 프라이밍될 수 있다.
겔은 전술한 드롭-온-드롭 및 방사선 경화 방법 이외의 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 겔은 하기에 의해 형성될 수 있다:
● 겔을 형성하기 위해 환자의 상처로부터 바이오-잉크로 이온을 전달하는 것;
● 하이드로겔을 형성하기 위해 환자로부터의 체열 또는 외부 열원으로부터의 열을 바이오-잉크를 가교하는 데 사용하는 열 겔화; 및
● 하이드로겔을 형성하기 위해 다른 방사선 소스/파장을 사용하여 바이오-잉크를 가교하는 것.
바이오프린팅 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 예시적인 바이오-잉크는 본 출원인의 국제 특허 출원 제PCT/AU2019/050767호에 설명되어 있으며, 이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
겔이 환자의 상처를 검출함으로써 설계될 수 있는 것으로 또한 구상된다. 상처를 검출할 수 있는 방법의 예가 하기에 제공되어 있다.
● 거리 센서(122)가 환자의 "맵(map)"을 생성하는 데 사용될 수 있다. "환자 매핑(patient mapping)"은 환자 상처의 윤곽 및/또는 깊이를 매핑하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 또한 상처 주위의 환자 신체의 표면을 매핑하는 것을 포함할 수 있다. 환자의 맵은 프린팅 체계 이전 또는 도중에 생성되고, 바이오프린팅 시스템(100)에 의해 형성될 겔을 설계하는 데 사용될 수 있다. 맵을 생성하는 데 사용되는 거리 센서(122)는 초음파 센서, 광학 센서, 카메라, 와전류 센서, 또는 이들의 조합일 수 있다.
● 환자 상처의 맵은 상처의 윤곽을 생성하기에 적합한 센서에 의해 검출될 수 있는 재료 또는 물체를 상처 주위에 배치함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 상처 주위에 배치된 재료 또는 물체는 적합한 센서에 의해 검출될 수 있는 신호를 방출할 수 있다. 이들 신호는 가시광선, 적외선, UV 광, X선 방사선, 감마 방사선, 자기 방사선 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
바이오-잉크
본 명세서에서, 바이오-잉크는 세포가 현탁되거나 수용될 수 있는 하나 이상의 유형의 거대분자의 수용액으로 정의된다. 활성화 또는 가교 시에, 바이오 잉크는 바이오-잉크의 화학적 및 물리적 조성에 의해 정의된 물리적 및 화학적 특성을 갖는 하이드로겔 구조를 생성한다. 거대분자는 합성 및 천연 중합체, 단백질 및 펩티드 모두의 어레이로서 정의된다. 거대분자는 자연 상태이거나 아민 또는 티올-반응성 작용기로 화학적으로 변성될 수 있다.
합성 거대분자는 하기를 포함할 수 있다:
● 과당, 자당 또는 포도당 작용기를 함유하는 중합체와 같은 다당류;
● 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG), 폴리(하이드록시에틸 메타크릴레이트)(PHEMA), 폴리(ε-카프로락톤)(PCL), 폴리(비닐 알코올)(PVA), 폴리(비닐피롤리돈)(PVP), 폴리(NIPAAM) 및 폴리(프로필렌 푸마레이트)(PPF) 및 유도체와 같은 비-이온성 중합체;
● 고분자 전해질 - 양전하 또는 음전하를 가지는 중합체, 양쪽성뿐만 아니라 짝이온성 중합체(zwitterionic polymer);
● 폴리펩티드 - 아미드 결합에 의해 함께 유지되는 많은 아미노산(최소 2 개의 아미노산)의 단일 선형 사슬; 및
● 핵염기 함유 합성 중합체 - 핵염기(아데닌, 티민, 구아닌 또는 시토신) 반복 단위를 갖는 중합체.
천연 거대분자는 하기를 포함할 수 있다:
● 알기네이트, 키토산, 겔란 검(gellan gum), 히알루론산, 아가로스 및 글리코사미노글리칸(glycosaminoglycan)과 같은 다당류;
● 젤라틴, 피브린 및 콜라겐과 같은 단백질;
● 단일 가닥 DNA(ssDNA), 이중 가닥 DNA(dsDNA) DNAzymes 및 압타머(Aptamer)와 같은 DNA 및 올리고뉴클레오티드(Oligonucleotide); 및
● 기저막 추출물.
● 아민-반응성 작용기는 알데히드, 에폭시, N-히드록시숙신이미드(NHS) 및 2-비닐-4,4-디메틸아즈락톤(VDM)을 포함할 수 있다.
● 티올-반응성 작용기는 알켄, 알킨, 아지드, 할로겐 및 시아네이트를 포함할 수 있다.
● 사용되고 적합한 것으로 판명된 바이오-잉크는 10 v/v% FCS, L-글루타민 및 피루브산 나트륨이 보충된 무칼슘 DMEM에 용해된 알기네이트(2 w/v%)이었다.
● SK-N-BE(2) 신경 모세포종 세포가 분산된 바이오-잉크는 세포 함유 바이오-잉크로 지칭된다.
활성제
활성제는 바이오-잉크와 상호작용하여 하이드로겔 구조를 형성하는 소분자 또는 거대분자를 포함하는 수용액이다. 활성제의 조성은 결과적인 하이드로겔의 물리적 특성을 제어하도록 변경될 수 있다. 사용되는 활성제의 유형은 사용된 거대분자 및 의도된 가교 프로세스에 따라 크게 달라진다.
활성제는 하기로부터 선택될 수 있다:
● 탄산칼슘, 염화칼슘, 염화나트륨, 황산마그네슘, 수산화나트륨 및 염화바륨과 같은 무기 염;
● 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(DMPA) 및 이르가큐어(Irgacure)와 같은 광개시제(photoinitiator);
● 고분자 전해질 - 바이오-잉크의 거대분자에 대해 반대 전하를 가지는 중합체. 양이온성, 음이온성, 양쪽성 및 짝이온성일 수 있음;
● 폴리펩티드 - 아미드 결합에 의해 함께 유지되는 많은 아미노산(최소 2개의 아미노산)의 단일 선형 사슬;
● DNA 링커 - 바이오-잉크의 거대분자에 존재하는 것을 보완하는 뉴클레오티드 또는 DNA 서열을 가지는 거대분자; 및
● 자연적으로 또는 화학적 변성을 통해 아민 또는 티올기를 가지는 천연 또는 합성 거대분자.
● 알기네이트 바이오-잉크에 사용되는 활성제는 MilliQ 물에 용해된 4 w/v%의 염화칼슘이었다.
가교 또는 겔화
이것은 개별 거대분자 사슬이 활성제에 의해 함께 연결되어 하이드로겔을 형성하는 프로세스이다. 가교 프로세스는 화학적 또는 물리적 가교로 분류될 수 있다. 물리적 가교 또는 비공유 가교는 하기를 포함할 수 있다:
● 이온 가교 - 활성제와 거대분자에 존재하는 반대 전하의 상호작용을 통한 가교. 활성제는 하전된 올리고머, 이온성 염 및 이온성 분자를 포함할 수 있음;
● 수소 결합 - 극성 분자의 정전기적 인력을 통한 가교. 이러한 경우에, 거대분자와 활성제는 극성 작용기를 가지고 있음;
● 온도 가교 - 온도 변화(가열 또는 냉각)에 대한 응답으로서 거대분자 사슬의 재배열을 통한 가교; 및
● 소수성 상호작용 또는 반 데르 발스 힘.
화학적 또는 공유 가교는 거대분자와 활성제 사이의 화학 반응을 수반한다. 반응의 유형은 하기를 포함할 수 있다:
● 가교 반응이 UV 또는 광 조사에 의해 촉진되는 광가교(photocrosslinking);
● 수성 배지에서의 티올과 비닐-함유 거대분자들 사이의 마이클-유형 첨가 반응(Michael-type addition reaction);
● 아미노기와 알데히드기 사이의 쉬프 염기 반응(Schiff base reaction);
● 딜스-알더 반응(Diels-alder reaction);
● 클릭 화학(click chemistry);
● 활성 에스테르기에 대한 아미노 분해 반응(aminolysis reaction); 및
● 효소 가교.
다른 바이오-잉크 및 활성제 조합의 예가 하기의 표에 기술된다:
Figure pct00001
세포-잉크
본 명세서에서, 세포-잉크는 세포가 균일하게 현탁되고 3D 바이오프린팅 프로세스 전체에 걸쳐 균일하게 현탁된 상태로 유지되어야 하는 하나 이상의 유형의 분자 또는 거대분자의 수용액이다. 세포-잉크의 농도는 세포가 침전되는 것을 방지하도록 최적화되지만, 여전히 높은 세포 생존력을 유지한다.
세포-잉크는 하기로부터 선택될 수 있다:
● 글리세롤과 같은 소분자; 및
● Ficoll™, 덱스트란, 알기네이트, 겔란 검, 메틸셀룰로오스; 및 폴리(비닐피롤리돈)(PVP)과 같은 거대분자.
● Ficoll™은 수용액에 쉽게 용해되는 중성, 고분지형, 고질량의 친수성 다당류이다. Ficoll™ 반경은 2 내지 7 ㎚의 범위이고, 다당류와 에피클로로히드린의 반응에 의해 준비된다. Ficoll™은 GE Healthcare사가 소유한 등록 상표이다.
● 사용된 세포-잉크는 PBS에 용해된 Ficoll™ 400(10 w/v%)이었다.
● SK-N-BE(2) 신경 모세포종 세포가 분산된 세포-잉크는 세포 함유 세포-잉크로 지칭된다.
● 겔란 검은 박테리아 스핑고모나스 엘로데아(bacterium Sphingomonas elodea)(이전의 슈도모나스 엘로데아(Pseudomonas elodea))에 의해 생성된 수용성 음이온성 다당류이다.
세포 배양 용액
본 명세서에서, 세포 배양 용액은 배양된 세포와 접촉하고 다양한 세포 관련 작업에 적합한 액체이다. 준비 프로세스는 염 및 pH 잔부의 세심한 분석, 생체 적합성 분자만의 혼입 및 멸균을 포함한다.
세포 배양 용액 중 일부는 하기를 포함한다:
● 듈베코의 변성 이글 배지(Dulbecco's Modified Eagle Medium; DMEM), 최소 필수 배지(Minimum Essential Media; MEM), 이스코브의 변성 듈베코 배지(Iscove's Modified Dulbecco's Medium; IMDM), 배지 199(Media 199), 햄의 F10(Ham's F10), 햄의 F12(Ham's F12), 맥코이의 5A(McCoy's 5A) 및 로스웰 파크 메모리얼 인스티튜트(Roswell Park Memorial Institute; RPMI) 배지와 같은 세포 배양 배지;
● 태아 송아지 혈청(foetal calf serum; FCS), 표피 성장 인자(epidermal growth factor; EGF), 기본 섬유아세포 성장 인자(basic fibroblast growth factor; bFBF), 섬유아세포 성자 인자(FBF), 내피 세포 성장 인자(endothelial cell growth factor; ECGF), 인슐린-유사 성장 인자 1(insulin-like growth factor 1; IGF-1) 및 혈소판-유래 성장 인자(platelet-derived growth factor; PDGF)와 같은 성장 보조제;
● PBS, HEPES 및 CHES와 같은 생물학적 완충액;
● 킬레이트화 및 안정화 용액; 및
● 멸균된 MilliQ 물.
세포 배양 조건
세포 및 3D 조직 배양 모델은 표준 세포 배양 기술을 사용하여 인큐베이션, 배양 및 유지될 수 있다. 하이드로겔 몰드(hydrogel mold) 내에 캡슐화된 세포를 포함하는 3D 조직 배양 모델은 세포 성장 또는 스페로이드(spheroid) 형성을 허용하거나 유지하기 위한 조건 하에서 인큐베이션될 수 있다. 인큐베이션은 통상적으로 대부분의 동물 및 인간 세포주(cell line)에 대해 적어도 24 시간 동안 5%의 CO2 수준으로 약 37 ℃에서 수행된다. 인큐베이션은 하이드로겔 몰드에서 세포 또는 세포들의 유형의 성장, 유지 또는 스페로이드 형성을 허용하는 임의의 적절한 조건, 온도 및 지속 기간에서 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
유틸리티 용액
유틸리티 용액은 세포와 접촉하지 않지만, 저장조(120), 프라이밍 유체 라인(132), 분배 유체 라인(136), 분배 출구(138) 및 세포에 노출된 바이오프린팅 시스템(100)의 모든 표면을 세척 및 멸균하는 데 사용되는 용액으로 정의된다. 즉, 유틸리티 용액은 세정 유체이다. 이들 용액은 하기를 포함할 수 있다:
● 정확한 농도의 에탄올;
● 멸균 MilliQ 물;
● 세포 배양 배지;
● 세제; 및
● 과산화수소 용액(2 w/v% 최대 농도).
바이오-잉크의 준비
초기에, 바이오-잉크는 적절한 세포 배양 용액에 적당한 유형 및 양의 거대분자를 혼합함으로써 준비된다. 균질성을 달성한 후에, 블랭크 바이오-잉크(blank bio-ink)는 UV 조사 및 여과(0.22 ㎛ 필터) 모두를 통해 멸균된다. 다음에, 바이오-잉크는 추가 사용 시까지 4 ℃에서 유지된다.
세포의 준비
PBS로 세척함으로써 세포를 수확한다. PBS를 흡인한다. 트립신을 첨가하고 37 ℃에서 인큐베이션하여 플라스크 표면으로부터 세포를 해리시킨다. 조직 배양 배지를 첨가하여 해리된 세포를 튜브 내로 수집한다. 세포를 원심분리하고, 상청액을 흡인하며 신선한 배지에 펠릿을 재현탁시킨다. 동일한 체적의 세포 현탁액과 트리판 블루 스테인(trypan blue stain)을 혼합함으로써 세포 카운트를 수행한다. 세포 농도를 결정하도록 계산을 수행한다. 다음에, 원하는 수의 세포를 바이오-잉크 또는 세포-잉크에 첨가하거나, 세포 배양 용액에 첨가할 수 있다.
활성제의 준비
정확한 유형 및 양의 분자가 적절한 세포 배양 용액에 용해되었다. 결과적인 용액은 사용 전에 UV 조사 및 여과를 통해 멸균되었다.
세포-잉크의 준비
정확한 유형 및 양의 분자가 적절한 세포 배양 용액에 용해되었다. 균질성을 달성한 후에, 결과적인 용액은 사용 전에 UV 조사 및 여과를 통해 멸균되었다. 다음에, 세포-잉크는 추가 사용 시까지 실온에서 유지되었다.
세포 수확
특정 컨플루언시(confluency)에서 관심 배양 세포는 이미 확립된 프로토콜에 따라서 수확된다. 세포를 함유하는 바이오-잉크 또는 세포-잉크를 구성하기 위해, 수확된 세포는 정확한 세포 농도로 재현탁되어 바이오-잉크 또는 세포-잉크의 200 ㎕에서 2억 5천 2백만 세포/㎖ 농도를 제공한다. 다음에, 결과적인 세포 펠릿이 정확한 체적의 바이오-잉크 또는 세포-잉크로 재분산시킨다. 그러면, 세포를 함유하는 바이오-잉크 또는 세포-잉크는 3D 바이오프린터에서 사용할 준비가 된다.
세포 유형
스페로이드와 같은 3D 조직 배양 모델은, 포유류 간 세포, 위장 세포, 췌장 세포, 신장 세포, 폐 세포, 기관 세포, 혈관 세포, 골격근 세포, 심장 세포, 피부 세포, 평활근 세포, 결합 조직 세포, 각막 세포, 비뇨생식 세포, 유방 세포, 생식 세포, 내피 세포, 상피 세포, 섬유아세포, 신경 세포, 슈반 세포, 지방 세포, 골 세포, 골수 세포, 연골 세포, 혈관주위 세포, 중피 세포, 내분비 조직으로부터 유래된 세포, 기질 세포, 줄기 세포, 전구 세포, 림프 세포, 혈액 세포, 내배엽-유래 세포, 외배엽-유래 세포, 중배엽-유래 세포, 또는 이들의 조합과 같은 부착 세포를 포함하는 임의의 적합한 세포 유형으로부터 준비될 수 있다.
추가적인 세포 유형은 다른 진핵 세포(예를 들어, 중국 햄스터 난소(chinese hamster ovary)), 박테리아(예를 들어, 헬리코박터 파일로리(helicobacter pylori)), 진균(예를 들어, 페니실륨 크리소게눔(Penicillium chrysogenum)) 및 효모(예를 들어, 사카로미세스 세레비지아에(saccharomyces cerevisiae))를 포함할 수 있다).
세포주 SK-N-BE(2)(신경 모세포종 세포)는 다양한 조건 하에서 3D 조직 배양 모델을 생성하는 프로세스에서 성공적으로 사용되었다. 다른 세포주는 개발된 프로세스에 의해 생성된 3D 조직 모델에서 요구될 때 수행될 것으로 예상된다는 것이 이해될 것이다. 사용된 다른 세포주는 DAOY(인간 수모세포종 암 세포), H460(인간 비소형 폐암) 및 p53R127H(인간 췌장암 세포)를 포함한다. 적합할 수 있는 다른 세포주는 088 및 089에 열거되어 있다.
바이오프린팅 시스템(100)은 다른 알려진 방법과 비교하여 상처 위에 세포 및/또는 약물의 균일한 두께 및 더 일관된 침착을 갖는 겔이 상처 위에 프린팅될 수 있게 한다. 바이오프린팅 시스템(100)은 또한 다른 알려진 방법과 비교하여 더 높은 해상도로 세포를 더 정확하게 도포/프린팅할 수 있다. 세포/또는 약물의 일관된 침착을 갖는 겔은 환자 상처의 치유를 개선할 수 있다. 바이오프린팅 시스템(100)은 또한 상처의 치유를 개선할 수 있는 상이한 생물학적 물질 및/또는 약물이 환자의 상처에 프린팅되게 할 수 있다.
거리 센서
도 10은 바이오프린팅 시스템(100)의 거리 센서(122)를 사용하는 스캔에 의해 취해진 불균일한 표면의 3차원 플롯(40)을 도시한다. 바람직하게는, 거리 센서(122)는 대상체의 상처에 대한 유사한 3차원 플롯을 생성하는 데 이용된다. 대상체의 상처의 3D 플롯 또는 그 데이터는 바이오프린팅 유체가 도포될 대상체 상의 위치 및/또는 이 위치의 각 지점에 분배되어야 하는 바이오프린팅 유체의 양을 결정하기 위해 바이오프린팅 시스템(100)의 컴퓨터 또는 제어기(들)에 의해 사용될 수 있다. 3D 플롯은 또한 의사 또는 전문가가 임의의 조치를 취하기 전에 스캔되는 대상체의 표면을 상세하게 검토할 수 있게 한다.
실험적 연구
본 개시에 따른 바이오프린팅 시스템을 사용하는 실험이 다수의 돼지의 상처에 대해 수행되었다. 세포를 포함하는 다중 하이드로겔 제형들은 돼지 모델에서의 동일한 크기의 전체 두께 상처에 20 x 20 x 0.46 ㎜ 패치로 프린팅되었다.
실험적 연구는 자가 세포의 바이오프린팅을 사용하여 돼지의 상처를 치료하기 위해 하기의 방법을 사용했다. 제1 단계에서, 임상의는 돼지에 대해 20 x 20 ㎜의 전체 두께 절개 상처를 생성했다. 제2 단계에서, 절개 상처를 생성하기 위해 돼지로부터 제거된 피부 조각이 효소 용액을 사용하여 분해되어 케라틴 세포(keratinocyte), 섬유아세포 및 멜라닌 세포(melanocyte)를 포함하는 혼합된 군집 자가 세포의 250 μL 세포 현탁액을 생성했다. 세 번째로, 혼합된 자가 세포 군집 현탁액이 250 μL의 활성제와 혼합되어 500 μL의 활성제 세포 현탁액을 생성했다. 500 μL 활성제 세포 현탁액은 피펫을 사용하여 외과용 주사기로 이송된다. 500 μL 활성제 세포 현탁액을 수용하는 외과용 주사기는 프린트헤드 저장조 루어 로크에 연결되어 외과용 주사기와 프린트헤드 저장조 사이에 유체적 연결을 생성하였다. 500 μL 활성제 세포 현탁액은 주사기 플런저를 배럴 내로 가압함으로써 저장조 내로 로딩되었다. 외과용 주사기가 루어 로크로부터 분리되어, 프린트헤드 저장조 내의 500 μL 활성제 세포 현탁액의 로딩을 완료하였다.
0.5 mL 체적의 바이오-잉크가 각 상처의 치료를 위해 상기와 동일한 방법을 사용하여 활성제 세포 현탁액 전에 상이한 저장조 내로 로딩되었다.
바이오-잉크와 활성제 세포 현탁액이 저장조 내로 로딩된 후에, 시스템은 압력 조절기를 사용하여 시스템을 60 kPa의 압력으로 가압되었다. 프린팅 시스템 내의 임의의 과도한 기포를 제거하기 위해 노즐로부터 폐기물로서 200 개의 액적이 분배되었다. 6축 로봇은 "자유" 모드로 전환되고, 임상의는 20 x 20 ㎜ 상처 코너 근처에 프린트헤드를 수동으로 위치시켰다. 로봇 아암 위치 제어기가 프린팅 직전에 레이저 조준 보조기구를 사용하여 프린트헤드의 위치를 미세하게 조정하는 데 사용되었다. 일단 위치되면, 프린트헤드를 스캔하고, 가교 하이드로겔을 형성하기 위해 단일 행의 바이오-잉크 액적을 프린팅하고 이어서 한 행의 활성제 세포 현탁액 액적을 프린팅함으로써 상처 내에 프린팅이 시작되었다. 복수의 이러한 행이 프린팅되어 상처의 베이스에 세포를 함유하는 하이드로겔의 단일 층을 생성하였다. 제1 층의 상부에 제2 층을 형성하기 위해 이러한 프로세스가 반복되었다. 프린팅이 완료된 후에, 상처는 상처 드레싱에 의해 드레싱되었다.
4 마리의 돼지에 걸쳐 20 개의 프린팅된 상처에서 연구된 프린팅 프로세스 및 원위치 겔화 역학은 상처 부위 내에서의 세포의 공간적 위치설정을 신뢰성있게 제어하기에 충분한 구조적 무결성 및 상처 통합을 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다. 프린팅 후의 세포의 평가는 세포 생존력에 대한 프린팅 및 겔화 프로세스의 무시 가능한 영향을 보여주었다. 개입 후의 상처 결과를 조사하는 예비 데이터는 세포 및 기질을 상처 환경에 효과적으로 전달하기 위한 3D 프린팅의 생존력에 대한 유망한 지표를 보여주었다.
생물학적 3D 프린팅이 피부 상처에 대한 급성 외과적 개입을 변화시킬 가능성이 있는 것으로 확인되었다. 현재, 본 기술은 임상 환경에서 사용하기에 가장 적합하다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자라면, 본 발명이 많은 다른 형태로 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 당업자라면, 광범위하게 설명된 바와 같은 기술의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 특정 실시예에 나타낸 바와 같은 본 기술에 대해 많은 변형 및/또는 수정이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 실시예는 모든 면에서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 한다.
10 - 상처
11 - 상자
12 - 상자(11)의 좌상부 코너
13 - 상자(11)의 좌하부 코너
14 - 상자(11)의 우하부 코너
15 - 상자(11)의 우상부 코너
20 - 겔
22 - 행
24 - 플라이-바이-포인트
30 - 상처
31 - 상처(30)의 주변부
32 - 조준 지점
40 - 3D 플롯
100 - 바이오프린팅 시스템
102 - 바이오프린팅 시스템(100)의 바이오프린팅 어셈블리
103 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 베이스
104 - 바이오프린팅 시스템(100)의 로봇 아암
106 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 하우징
108 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 핸들
110 - 프린트헤드 하우징(106)의 액세스 패널
112 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 저장조 세트
114 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 분배 시스템
116 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 방사선 소스
118 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 조준 보조기구
120 - 저장조 세트(112)의 저장조
122 - 바이오프린팅 어셈블리(102)의 거리 센서
124 - 저장조(120)의 종축
126 - 저장조(120)의 캡
128 - 저장조(120)의 저장조 출구
130 - 저장조(120)의 저장조 입구
132 - 저장조(120)의 프라이밍 유체 라인
134 - 프라이밍 유체 라인(132)의 커넥터
136 - 분배 시스템(114)의 분배 유체 라인
137 - 분배 출구(138)의 하우징
138 - 분배 유체 라인(136)의 분배 출구
140 - 프린트헤드 하우징(106)의 구멍
142 - 프린트헤드 하우징(106)의 개구
144 - 프린트헤드 하우징(106)의 전자 어셈블리
146 - 전자 어셈블리(144)의 전기 포트
148 - 전자 어셈블리(144)의 전기 커넥터
150 - 바이오프린팅 시스템(100)의 제어 시스템
152 - 바이오프린팅 시스템(100)의 압력 조절 시스템
154 - 공기 압축기
156 - 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)
158 - 제어기
160 - 커넥터
162 - 트롤리
170 - 로봇 아암(104)의 장착 베이스
171 - 로봇 아암(104)의 제1 회전축
172 - 로봇 아암(104)의 제2 회전축
173 - 로봇 아암(104)의 제3 회전축
174 - 로봇 아암(104)의 제4 회전축
175 - 로봇 아암(104)의 제5 회전축
176 - 로봇 아암(104)의 제6 회전축
178 - 바이오프린팅 어셈블리(102)에 대한 로봇 아암(104)의 장착 커넥터

Claims (28)

  1. 대상체의 부위에 액체를 프린팅하기 위한 바이오프린팅 시스템으로서,
    상기 바이오프린팅 시스템은 상기 대상체의 부위에 상기 액체를 분배하도록 구성된 바이오프린팅 어셈블리를 포함하며, 상기 바이오프린팅 어셈블리는 상기 바이오프린팅 어셈블리에 의해 분배될 액체를 유지하도록 구성된 적어도 하나의 저장조, 및 상기 저장조와 유체 연통하고, 상기 대상체의 부위 상에 프린팅하기 전에 상기 저장조에 상기 액체를 로딩하도록 구성된 로딩 메커니즘을 갖고, 상기 로딩 메커니즘은 일방향 입구를 포함하고, 상기 일방향 입구는 상기 액체가 상기 저장조 내로 로딩되는 것을 허용하고 유체가 상기 일방향 입구를 통해 상기 저장조를 빠져나가는 것을 방지하는, 바이오프린팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대상체는 환자이고, 상기 부위는 상기 대상체의 피부의 상처이며, 상기 바이오프린팅 어셈블리에 의해 분배된 액체는 상기 상처 위에 겔을 형성하는, 바이오프린팅 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이오프린팅 어셈블리에 결합되고, 상기 바이오프린팅 어셈블리를 상기 부위 위로 이동 및 위치시키도록 구성된 로봇 아암; 및
    상기 바이오프린팅 어셈블리 및 상기 로봇 아암을 제어하도록 구성된 제어 시스템을 추가로 포함하는, 바이오프린팅 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 바이오프린팅 어셈블리는 상기 바이오프린팅 어셈블리와 상기 대상체의 부위 사이의 거리를 모니터링하도록 구성된 거리 센서를 추가로 포함하며, 상기 제어 시스템은 상기 거리 센서로부터의 거리 정보를 사용하여, 상기 액체를 프린팅하는 동안에 상기 부위로부터 사전결정된 거리로 상기 바이오프린팅 어셈블리를 유지하도록 상기 로봇 아암을 제어하도록 구성되는, 바이오프린팅 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로딩 메커니즘은 멸균 유체 연결을 제공하고/하거나, 체크 밸브, 격막 및 루어 로크 중 어느 하나 이상을 포함하는, 바이오프린팅 시스템
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로딩 메커니즘은 상기 일방향 입구와 상기 저장조 사이에 유체 연통을 제공하는 프라이밍 유체 라인을 갖는, 바이오프린팅 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일방향 입구는 주사기에 제거 가능하게 결합되도록 구성되고, 바람직하게는 상기 일방향 입구는 상기 주사기에 제거 가능하게 결합되도록 구성된 커넥터를 갖는, 바이오프린팅 시스템.
  8. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오프린팅 어셈블리는 복수의 저장조, 및 각각의 저장조와 각각 유체 연통하는 복수의 로딩 메커니즘을 포함하는, 바이오프린팅 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장조는 상기 적어도 하나의 저장조로부터 유체를 분배하도록 구성된 분배 유체 라인을 갖는, 바이오프린팅 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 분배 유체 라인은 분배 출구를 가지며, 상기 분배 출구는,
    액체가 상기 적어도 하나의 저장조로부터 분배되는 것을 허용하는 개방 구성; 및
    액체가 상기 적어도 하나의 저장조로부터 분배되는 것을 방지하는 폐쇄 구성을 갖는, 바이오프린팅 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장조와 유체 연통하여 결합된 압력 조절 시스템을 추가로 포함하며, 상기 압력 조절 시스템은 상기 적어도 하나의 저장조 내의 압력을 조절하도록 구성되는, 바이오프린팅 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오프린팅 어셈블리는 상기 바이오프린팅 어셈블리를 위치시키는 것을 돕도록 구성된 조준 보조기구를 추가로 포함하는, 바이오프린팅 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오프린팅 어셈블리로부터 분배될 액체는 시약 및 활성제를 포함하고, 바람직하게는 바이오-잉크, 방사선 경화성 바이오-잉크, 활성제, 세포-잉크, 및 세포 배양 용액으로부터 선택되는, 바이오프린팅 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오프린팅 어셈블리는 상기 바이오프린팅 어셈블리에 의해 분배된 방사선 경화성 유체를 경화시키도록 구성된 방사선 소스를 추가로 포함하는, 바이오프린팅 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로봇 아암 및 상기 바이오프린팅 어셈블리는 상기 바이오프린팅 어셈블리가 임의의 원하는 배향으로 상기 대상체의 부위 상에 상기 액체를 프린팅하도록 조작될 수 있도록 구성되는, 바이오프린팅 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 바이오프린팅 어셈블리를 사용하여 대상체의 상처 위에 겔을 형성하는 방법으로서,
    a) 상기 바이오프린팅 어셈블리로부터 상기 부위의 소정 지점으로 시약을 분배하는 단계;
    b) 하이드로겔을 형성하기 위해 상기 바이오프린팅 어셈블리로부터 분배된 시약 상으로 활성제를 분배하는 단계; 및
    c) 상기 상처 위에 상기 겔을 형성하기 위해 상기 부위의 복수의 상이한 지점에 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 시약은 바이오-잉크, 방사선 경화성 바이오-잉크, 활성제, 세포-잉크, 및 세포 배양 용액으로부터 선택되는, 방법.
  18. 제14항의 바이오프린팅 어셈블리를 사용하여 대상체의 상처 위에 겔을 형성하는 방법으로서,
    a) 상기 바이오프린팅 어셈블리로부터 상기 부위의 소정 지점으로 방사선 경화성 시약을 분배하는 단계;
    b) 하이드로겔을 형성하기 위해 분배된 방사선 민감성 시약을 상기 방사선 소스로 조사하는 단계; 및
    c) 상기 상처 위에 상기 겔을 형성하기 위해 상기 부위의 복수의 상이한 지점에 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 방사선 경화성 시약은 방사선 경화성 바이오-잉크인, 방법.
  20. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 바이오프린팅 어셈블리를 사용하여 대상체의 부위에 액체를 프린팅하는 방법으로서,
    a) 상기 바이오프린팅 어셈블리로부터 상기 부위의 소정 지점으로 액체를 분배하는 단계; 및
    b) 상기 부위를 상기 액체로 덮도록 상기 부위의 복수의 상이한 지점에 단계 a)를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 액체는 세포 및/또는 약물을 포함하는, 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 바이오프린팅 어셈블리는 사전결정된 배향으로 상기 부위의 지점 상에 상기 액체를 분배하기 위해 임의의 원하는 배향으로 조작되는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 액체의 액적 크기는 상기 액체가 중력으로 인한 이동 없이 상기 대상체의 부위에 겔을 형성하도록 선택되는, 방법.
  24. 대상체의 부위에 액체를 프린팅하기 위한 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 바이오프린팅 시스템의 용도.
  25. 저장조를 액체로 프라이밍하는 방법으로서,
    a) 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 바이오프린팅 시스템을 제공하는 단계;
    b) 상기 액체를 포함하는 용기를 멸균 유체 연결로 상기 로딩 메커니즘에 연결하는 단계;
    c) 상기 용기로부터 상기 바이오프린팅 어셈블리로 상기 액체를 이송하는 단계; 및
    d) 상기 저장조를 상기 액체로 프라이밍하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 액체는 바이오-잉크 또는 세포-잉크이고, 세포를 포함하며, 바람직하게는 상기 세포는 상기 대상체의 자가 세포인, 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 용기는 주사기이고, 상기 액체를 이송하는 단계는 상기 액체를 상기 바이오프린팅 어셈블리 내로 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오프린팅 시스템은 수술실에 제공되고, 상기 단계 b) 내지 d) 각각은 상기 액체가 상기 대상체의 부위 상에 프린팅되기 전에 상기 수술실 내에서 수행되는, 방법.
KR1020227020705A 2019-12-06 2020-12-07 바이오프린팅 시스템 KR20220113716A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2019904627 2019-12-06
AU2019904627A AU2019904627A0 (en) 2019-12-06 Bioprinting system
PCT/AU2020/051333 WO2021108870A1 (en) 2019-12-06 2020-12-07 Bioprinting system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220113716A true KR20220113716A (ko) 2022-08-16

Family

ID=76220936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227020705A KR20220113716A (ko) 2019-12-06 2020-12-07 바이오프린팅 시스템

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20230044320A1 (ko)
EP (1) EP4069093A4 (ko)
JP (1) JP2023508644A (ko)
KR (1) KR20220113716A (ko)
CN (1) CN114828756A (ko)
AU (1) AU2020396799A1 (ko)
BR (1) BR112022010661A2 (ko)
CA (1) CA3160138A1 (ko)
MX (1) MX2022006839A (ko)
WO (1) WO2021108870A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI838963B (zh) * 2022-11-16 2024-04-11 樹德科技大學 傷口保護裝置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9702417D0 (en) * 1997-02-06 1997-03-26 Mills Nicholas J Applicator for wound healing gels
WO2012122105A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Wake Forest University Health Sciences Delivery system
EP3028042B1 (en) * 2013-07-31 2021-06-30 Organovo, Inc. Automated devices, systems, and methods for the fabrication of tissue
JP6612760B2 (ja) * 2013-10-11 2019-11-27 アドバンスト・ソリューションズ・ライフ・サイエンシズ，エルエルシー 生体材料構造体の設計、製作、および組み立てシステムならびにワークステーション
WO2015066705A1 (en) * 2013-11-04 2015-05-07 University Of Iowa Research Foundation Bioprinter and methods of using same
US9764515B2 (en) * 2014-05-01 2017-09-19 Musc Foundation For Research Development Multidispensor cartesian robotic printer
EP3325611B1 (en) * 2015-07-22 2020-03-18 Inventia Life Science Pty Ltd. Process for printing 3d tissue culture models
US11168295B2 (en) * 2016-10-07 2021-11-09 The Governing Council Of The University Of Toronto Tissue printer
KR102493255B1 (ko) * 2017-04-02 2023-01-30 메이저 로보틱스 엘티디. 3차원 로봇 바이오 프린터
AU2019234581A1 (en) * 2018-03-13 2020-10-01 Frontier Bio Corporation Electrohydrodynamic bioprinter system and method
CN110229740A (zh) * 2019-06-14 2019-09-13 科先医疗科技(苏州)有限公司 一种生物型人工肝用细胞3d打印系统

Also Published As

Publication number Publication date
AU2020396799A1 (en) 2022-07-14
US20230044320A1 (en) 2023-02-09
WO2021108870A1 (en) 2021-06-10
MX2022006839A (es) 2022-07-12
EP4069093A1 (en) 2022-10-12
CA3160138A1 (en) 2021-06-10
BR112022010661A2 (pt) 2022-08-16
EP4069093A4 (en) 2024-07-10
CN114828756A (zh) 2022-07-29
JP2023508644A (ja) 2023-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102645547B1 (ko) 3d 세포 구성물을 제조하기 위한 바이오 프린터
AU2018233180B2 (en) Systems and methods for printing a fiber structure
CN113165374B (zh) 用于3d生物打印机的打印头组件
CN108602089A (zh) 三维微组织生物打印机
JP2017514643A (ja) 電磁放射線を利用する材料及び組織の製造のための方法、デバイス、及びシステム
JP2023510963A (ja) 細胞のトランスフェクションおよび細胞のクローン集団の生成のためのデバイスおよび方法
US20220410476A1 (en) Systems and methods for printing a core shell fiber
CA3112940A1 (en) Systems and methods for printing a core fiber
KR20220113716A (ko) 바이오프린팅 시스템
US12012578B2 (en) Cell printing utilizing recirculating fluid flows
KR20240029728A (ko) 개인 맞춤형 약 및 약물 개발에 사용하기 위한 미세-유기구체
Duarte Campos et al. Digitally fabricated and naturally augmented in vitro tissues
US20220389373A1 (en) Methods and systems for generating three-dimensional biological structures
WO2024050638A1 (en) Theranostic device for cancer immunotherapy
CN117203319A (zh) 递送平台
Hoggatt Development of a fluidic mixing nozzle for 3D bioprinting
JP2017205060A (ja) ヘテロな状態の組織の作成方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination