JP2017514643A - 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 - Google Patents

Abstract

本発明は、４０５ｎｍ以上の電磁放射線（ＥＭＲ）を使用して、細胞コンストラクト、たとえば組織及び臓器を製造するための、３次元バイオプリンタを提供する。バイオプリンタは、ＥＭＲへの曝露後に硬化する生体材料を含有する組成物を収容して保持するためのカートリッジを含む材料堆積デバイスを含む。バイオプリンタはまた、約４０５ｎｍ以上の波長でＥＭＲを放射するＥＭＲモジュールを含む。また提供されるのは、約４０５ｎｍ以上の波長で硬化可能な細胞及び材料を含有するバイオプリンタカートリッジである。細胞はチャンバ内に存在し、オリフィスを通じて押し出され、細胞コンストラクトを形成する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年３月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／９６９，８３２号及び２０１４年９月５日出願の米国仮特許出願第６２／０４６，２７９号の優先権を主張し、これらの出願は参照により組み込まれる。

本開示の発明は、電磁放射線を利用するバイオプリンティング材料の分野に属する。

現代では、最初のコンピュータから携帯電話に至るまで、機械が生活を完全に変えてしまった。しかしながら、最も正確でよく統合されたシステムは依然として、自然により作り出されたものである。ヒトの身体は、設計し直されないままのかかるシステムの一例である。

臓器移植は、最初の皮膚移植が実施された１８００年代半ばから存在していた。この時代から、移植は爆発的に増加し、臓器若しくは四肢の移植、又は複数の臓器／四肢の同時移植までももたらした。初期には、生きた一卵性双生児からの臓器のみが移植された。しかしながら、その後すぐに、患者とドナーとが遺伝的にきわめて類似するという条件で、生存及び死亡している者からの臓器が移植された。ドナーは家族、又は遺伝的に適合性の他人でさえありうる。実際、１９８８年以来、米国では６００，０００例を超える移植が行われてきた。

ドナー組織及び臓器を得ることは、時間を要する困難な戦いである。単純に述べて、十分なドナー組織及び臓器が存在せず、臓器不全により毎年６，０００人超が亡くなっている。米国だけでも現在１２０，０００人超が臓器の順番待ちリストに載っており、他の人々は、移植後免疫抑制の長期的な損傷効果により慢性的問題を抱えている。これは、人工臓器の製造並びに非ヒト由来組織及び臓器の移植に関する相当の研究及び試験を促してきたが、どちらも大した成功を収めていない。残念なことに、ドナー組織及び臓器の必要性はまた、自発的及び非自発的な人々の両方からの組織及び臓器の闇取引をもたらした。

ドナー組織、臓器、及び動物であってもまた、医薬の試験及び評価に使用される。実際、医薬を市場にもたらす際には、ヒトに対する臨床試験が実施されうる前に数年、ときには数十年の動物試験が必要となる。動物試験が非人道的であるという見解を一部の人々が有するだけでなく、それは、医薬を市場にもたらすことができない状況で特に、高価で非効率的である。

動物組織及び臓器は信じられないくらい複雑であり、互いに連通する複数の異なる区画、これら区画内の複雑な微小構造、及び各区画内の多くの異なる細胞タイプを有する。バイオプリンティングは、コンピュータプログラムがコンストラクトを別々の層へとスライスし、生体材料を使用してそれらを再構築する製造技術を使用した、組織の３Ｄ構造の再現を伴う。これらの生体材料は、細胞が保持される細胞外マトリックスの構造を模倣するよう設計される。加えて、細胞自体をこれらのコンストラクトに組み込むことができる。したがって、３Ｄ画像、たとえばＭＲＩ及びＣＴスキャンからの画像、患者からのネイティブ細胞、並びに生体適合性材料を使用して、ステップバイステップで複雑な臓器を構築できる。

このように、移植手術におけるドナー臓器及び多くの産業における動物試験の必要性なしに、組織及び臓器をバイオプリントするためのデバイス、システム、及び方法が必要とされている。本発明は、これら及び他の重要な必要性に関する。

Ｇｒａｍｌｉｃｈ、「Ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ Ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅｄ Ｍａｃｒｏｍｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｌｉｇｈｔ ａｎｄ Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｒｏｄｓ」、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２５：０１４００４、２０１４

一態様において、３次元バイオプリンタが提供され、これは、４０５ｎｍ以上の電磁放射線（ＥＭＲ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）への曝露後に硬化する生体材料を含有する組成物を収容して保持するためのカートリッジを含む材料堆積デバイスを含む。バイオプリンタはまた、約４０５ｎｍ以上の波長でＥＭＲを放射するＥＭＲモジュールを含む。

別の一態様において、バイオプリンタのためのＥＭＲモジュールが提供され、それは、４０５ｎｍ以上でＥＭＲを放射し、組成物をＥＭＲに曝露させるＥＭＲ源を含む。

さらなる一態様において、本明細書に記載のバイオプリンタを使用して調製される細胞コンストラクトが提供される。

また別の一態様において、組織コンストラクトが提供され、これは、ＥＭＲ反応性材料及び細胞を含有する。組織コンストラクトは、本明細書に記載のバイオプリンタを使用して堆積させられ、約４０５ｎｍ以上の波長のＥＭＲに曝露される。

さらに別の一態様において、約４０５ｎｍ以上の波長で硬化可能な細胞及び材料を含有するバイオプリンタカートリッジが提供される。

別の一態様において、バイオプリンタカートリッジが提供され、これは、（ｉ）約４０５ｎｍ以上のＥＭＲ波長で硬化可能な細胞及び材料を保持するチャンバ並びに（ｉｉ）細胞及び材料が通過して押し出されるオリフィス(orifice)を含む。

さらなる一態様において、一連の細胞を形成するための方法が提供される。この方法は、生体材料を含有する組成物を、組成物が通過して流出するオリフィスを有するカートリッジに供給する工程を含む。組成物は、約４０５ｎｍ以上の波長のＥＭＲへの曝露後に硬化する。組成物は、オリフィスを通じて基材上に流出する。

また別の一態様において、組織コンストラクトの製造方法が提供される。この方法は、組成物を支持体上に堆積させる工程を含み、組成物は、細胞及び約４０５ｎｍ以上の波長のＥＭＲへの曝露後に硬化する少なくとも１種の押出剤を含有する。この方法はまた、組成物を約１分から約１年間硬化及び／又はインキュベート(incubate)する工程を含む。

さらに別の一態様において、キットが提供され、これは、（ｉ）第１の押出剤、（ｉｉ）光開始剤、及び（ｉｉｉ）第２の押出剤を含む。キットはまた、生体材料を含んでいてもよい。

別の一態様において、化学剤の試験方法が提供され、これは、（ｉ）化学剤を、本明細書に記載のバイオプリンタを使用して調製された細胞構造に適用する工程、及び（ｉｉ）細胞構造における細胞生存率を測定する工程を含む。

さらなる一態様において、哺乳動物に合成臓器を移植するための方法が提供され、これは、本明細書に記載のバイオプリンタを使用して調製される細胞コンストラクトを、哺乳動物に移植する工程を含む。

全般的な説明及び以下の詳細な説明は、例示及び説明でしかなく、添付の特許請求の範囲に定義される本発明を限定しない。本発明の他の態様は、本明細書において提供される本発明の詳細な説明を考慮して、当業者に明らかとなるだろう。

概要、並びに以下の発明の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、さらに理解される。本発明を例示する目的で、図面に本発明の例示的実施例が示される。しかしながら本発明は、開示された具体的方法、組成物、及びデバイスに限定されない。加えて、図面は必ずしもスケールどおりには描かれていない。

エミッタモジュール及び受けプレート（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｐｌａｔｅ）を有する本明細書に記載のバイオプリンタの一実施例を示す図である。 デバイスが上で動作できる３軸システムを有する本明細書に記載の３Ｄバイオプリンタの一実施例を示す図である。 カートリッジを本明細書に記載のバイオプリンタに接続するための接続手段を示す図である。 本明細書に記載の１つ又は複数のＥＭＲモジュールを含有するカートリッジの一実施例である図である。 １種又は複数の本明細書に記載の組成物を保持する本明細書に記載のカートリッジの一実施例である図である。 本明細書に記載のバイオプリンタのためのカートリッジを保持する接続手段を示す図である。 本明細書に記載の方法、システム、及びデバイスにおいて使用されるカートリッジの一実施例を示す図である。 多層技術を介した溶融堆積製造の一実施例を示す図である。 複数のシリンジ(syringe)ヘッドを使用した本発明の一実施例を示す図である。 ３Ｄ組織構造を創出するために使用された本明細書に記載の器具の一実施例を示す図である。 広い面積にわたり受けプレートへと電磁放射線（ＥＭＲ）を誘導するＥＭＲエミッタモジュールを有する１つの材料堆積デバイスを示す図である。 堆積時、堆積中、又は堆積後に材料と相互作用するように、ＥＭＲを受けプレート上の特定の位置へと誘導するＥＭＲエミッタモジュールを有する１つの材料堆積デバイスを示す図である。 堆積及び受けプレートとの相互作用の前に材料の固化を開始するように、ＥＭＲを材料デバイス区画内で誘導するＥＭＲエミッタモジュールを有する材料堆積デバイスの一実施例を示す図である。 単一の複合構造をもたらす２つの異なる材料の３次元細胞パターニングを示す図である。 構造の断面図を示す図である。 層状材料の格子構造を示す構造の平面図を示す図である。 本明細書に記載の組成物を調製するのに利用される化合物の実施例を示す図である。 複数のカートリッジの使用の実施例及び２つのシリンジの含有物を示す図である。 ３Ｄ ＣＡＤ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ（登録商標）ソフトウェア上で設計されたボウルコンストラクトの図である。 本明細書に記載の方法及びシステムを使用して調製された細胞ベースボウルの写真の図である。 ３Ｄ ＣＡＤ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ（登録商標）ソフトウェア上で設計された耳コンストラクトの図である。 本明細書に記載の方法及びシステムを使用して調製された合成耳の写真の図である。

本発明は、本開示の一部をなす添付の図面及び実例と関連づけて以下の詳細な説明を参照することにより、一層容易に理解されうる。本発明は、本明細書に記載の及び／又は示された特定のデバイス、方法、適用、条件又はパラメータに限定されないこと、並びに、本明細書において使用される用語は、特定の実施例をあくまで例示として記述する目的のためであり、特許請求の範囲に記載の発明を限定することは意図されていないことが理解されるべきである。また、文脈でそうでないことが明らかでない限り、添付の特許請求の範囲を含む本明細書において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数を含み、特定の数値への言及は少なくともその特定の値を含む。本明細書において使用される「複数」という用語は、２つ以上を意味する。ある範囲の値が表現されるとき、別の実施例は、ある特定の値から、及び／又は、別の特定の値までを含む。同様に、「約」という接頭語を使用して、値が近似値で表現されるとき、特定の値は別の実施例を形成することが理解されると考えられる。すべての範囲が、両端を含み、組合せ可能である。

明確さのために別々の実施例の文脈で本明細書に記載される本発明のいくつかの特徴はまた、単一の実施例において組み合わせても提供されうることが認められるべきである。逆に、簡潔さのため、単一の実施例の文脈で説明される様々な本発明の特徴がまた、別々に、又は任意の下位の組合せにおいて提供されうる。さらに、範囲で述べられる値への言及は、その範囲内のありとあらゆる値を含む。

本発明は、本開示の一部をなす添付の図面及び実例と関連づけて以下の説明を参照することにより、一層容易に理解されうる。本発明は、本明細書に記載の及び／又は示された特定の生成物、方法、条件又はパラメータに限定されないこと、並びに、本明細書において使用される用語は、特定の実施例をあくまで例示として記述する目的のためであり、特許請求の範囲に記載のいずれの発明を限定することも意図されていないことが理解されるべきである。同様に、特段の記載のない限り、可能な機構又は作用機序又は改善の理由についての任意の記載は、例示的であることしか意図されておらず、本明細書に記載の本発明は、任意のかかる示唆された機構又は作用機序又は改善の理由の正確さ又は不正確さにより制約されるべきではない。本明細書を通して、記載は本明細書に記載のコーティング及びフィルムを製造及び使用する特徴及び方法の両方に言及することが認められるべきである。

文脈でそうでないことが明らかでない限り、本開示において、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数への言及を含み、特定の数値への言及は、少なくともその特定の値を含む。したがって、たとえば、「ａ ｍａｔｅｒｉａｌ」への言及は、かかる材料及び当業者に知られているその等価物等のうちの少なくとも１つへの言及である。

「約」又は「実質的に」という記述語の使用により近似として値が表現されるとき、特定の値が別の実施例を形成することが理解されると考えられる。一般に、「約」又は「実質的に」という用語の使用は、本開示の主題により得られることが求められる所望の特性に応じて変化しうる近似を示し、その機能に基づき、それが使用される特定の文脈において解釈されるべきである。当業者は、これを常法の問題として解釈することが可能であると考えられる。いくつかの場合において、特定の値について使用される有効数字の数は、「約」又は「実質的に」という用語の範囲を決定する１つの非限定的方法でありうる。別の場合において、一連の値において使用されるグラデーションを、各値について「約」又は「実質的に」という用語にとって利用可能な意図される範囲を決定するために使用できる。存在する場合には、すべての範囲が、両端を含み、組合せ可能である。すなわち、範囲において述べられた値への言及は、その範囲内のすべての値を含む。

リストが提示されるときには、特段の記載のない限り、そのリストの各個別の要素及びそのリストのすべての組合せが、別々の実施例として解釈されるべきであることが理解されるべきである。たとえば、「Ａ、Ｂ、又はＣ」として提示される実施例のリストは、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ａ又はＢ」、「Ａ又はＣ」、「Ｂ又はＣ」、又は「Ａ、Ｂ、又はＣ」という実施例を含むものと解釈されるべきである。

明確さのために別々の実施例の文脈で本明細書に記載される本発明のいくつかの特徴はまた、単一の実施例において組み合わせても提供されうることが認められるべきである。すなわち、明らかに矛盾するか又は排除されない限り、各個別の実施例は、任意の他の実施例と組合せ可能であると考えられ、かかる任意の組合せは、別の実施例であると考えられる。逆に、簡潔さのため、単一の実施例の文脈で説明される様々な本発明の特徴がまた、別々に、又は任意の下位の組合せにおいて提供されうる。特許請求の範囲は、任意選択の要素を一切排除するように記載されうることがさらに注目される。かかるものとして、こうした記載は、請求項の要素の記載との関連での「のみ（ｓｏｌｅｌｙ）」、「のみ（ｏｎｌｙ）」等の排他的用語の使用、又は「否定的」限定の使用のための先行詞として資することが意図される。最後に、実施例を、一連の工程の一部又はより一般的な構造の一部として記載できる一方で、前記工程はそれぞれまた、それ自体独立の実施例と考えられうる。

本明細書において使用される「バイオプリンティング」は、自動コンピュータ支援３次元プロトタイピングデバイス（たとえばバイオプリンタ）を使用した、細胞の３次元的で正確な堆積である。

バイオプリント細胞コンストラクト、組織、及び臓器は、細胞の３次元自動コンピュータ支援堆積に基づくラピッドプロトタイピング技術を利用する方法を使用して調製される。有利には、本明細書に記載のバイオプリンタは、免疫反応をもたらさず、それゆえ臓器移植のための免疫抑制剤の投与を必要としない臓器等を生成可能である。バイオプリンタはまた、汚染されておらず、感染性因子、たとえばウイルス、細菌等を一切含まない。バイオプリンタは、ドナー臓器の必要性を完全に回避し、低費用の生体材料から臓器が調製されるので、費用対効果さえある。バイオプリンタはまた、薬剤を含む任意の新規化学物質の動物試験の必要性を低減又は除去する。

Ａ．バイオプリンタ
バイオプリンタは、本明細書に記載のバイオプリンティングプロセスを自動化する任意の機器を含んでいてもよい。一実施例において、バイオプリンタは、当業者が選択できる３Ｄプリンタである。本明細書に記載のバイオプリンタの任意の構成部を、当業者により決定されるマニュアル又はロボット手段により操作できる。

バイオプリンタは、内部に収容される１つ又は複数のロッドを含有する。一実施例において、ロッドは、任意の方向又は高さで配置され、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部を支持するのに必要な任意の幅でありうる。さらなる一実施例において、ロッドはｘ軸、ｙ軸、又はｚ軸、又はそれらの任意の組合せに沿ってバイオプリンタ内に配置される。別の一実施例において、カートリッジ、受け手段、プリンタステージ、又はそれらの任意の組合せが、１つ又は複数のロッドに結合される。さらなる一実施例において、カートリッジは、ｘ及びｙロッドに沿って移動し、プリンタステージは、ｚロッドに沿って移動する。

ロッドは、受け手段が物品を製造するのに必要とされる高さにあり続けることを可能にする。ロッドはまた、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部を較正及び／又は水準測定するのに利用されうる。一実施例において、ロッドは、カートリッジ、プリンタステージ、又はそれらの任意の組合せを含むが、これに限定されない、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部の移動を制御する。ロッドの移動を、モータを含むが、これに限定されない当技術分野における技術を使用して実施できる。

バイオプリンタ内に収容されるロッドはまた、エンドストップを含みうる。エンドストップは、製造品を構築する境界を定義する手段である。エンドストップはまた、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部を、特定の位置に保持するのに有用である。エンドストップは、ｘ、ｙ、及び／又はｚロッド上でそれぞれ、１つ又は複数の構成部の位置を較正するのに寄与しうる。一実施例において、エンドストップは、受け手段の区域内にカートリッジが留まることを確実にする。別の一実施例において、ｘ及びｙエンドストップは、カートリッジのための境界を定義する。したがって、ｘ及びｙエンドストップは、カートリッジの移動を、受け手段のサイズに制限する。たとえば、カートリッジは、エンドストップに当たりうるのであり、この点を超えて進むことができない。すなわちそれは、受け手段の区域内に留まる。さらなる一実施例において、ｚエンドストップは、受け手段及び／又はプリンタステージの境界を定義する。したがって、ｚエンドストップは、受け手段の高さの調節を補助する。この例において、ｚエンドストップは、プリンタステージ及び受け手段が高く移動しすぎないことを確実にする。そうすることで、ｚエンドストップは、受け手段がニードルに接触し、シリンジを破損させること及び／又は製造品を破壊することを防止する。エンドストップは、ガラス、被覆ガラス、プラスチック、被覆プラスチック、金属、金属合金、ゲル、又はそれらの任意の組合せを含むが、これに限定されない、当技術分野において利用可能な任意の材料を使用して製造できる。

上述のとおり、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部は、バイオプリンティング前に、又はバイオプリンティング中に１回又は複数回較正されうる。したがって、バイオプリンタは、１つ又は複数の構成部の適切なレベルを得るための較正手段を含有する。一実施例において、とりわけカートリッジ、プリンタステージ、受け手段のうちの１つ又は複数が較正される。別の一実施例において、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部は、ｘ、ｙ、及びｚ軸のうちの１つ又は複数に沿って較正される。バイオプリンタの較正は、マニュアル技術、自動技術、又はそれらの組合せを使用して実施できる。一実施例において、較正手段は、レーザアラインメント、光学アラインメント、機械的アラインメント、圧電アラインメント、磁気アラインメント、電場又は静電容量アラインメント、超音波アラインメント、又はそれらの任意の組合せを含みうる。

バイオプリンタの１つ又は複数の構成部を較正するための手順は、上述のロッドの使用を含む。バイオプリンタの１つ又は複数の構成部は、１つ又は複数のねじにより１つ又は複数のロッドに結合される。一実施例において、受け手段及びプリンタ駆動部は、同じロッド（複数可）に結合される。別の一実施例において、受け手段及びプリンタ駆動部は、単一のｘ軸ロッドに結合される。さらなる一実施例において、受け手段及びプリンタ駆動部は、１つ又は複数のねじを使用してロッドに結合される。さらなる別の一実施例において、受け手段及びプリンタ駆動部は、３つのねじを使用してロッドに結合される。さらに別の一実施例において、１つ又は複数のねじは、受け手段及びプリンタ駆動部を貫通して、プリンタ駆動部の下面上に固定される。さらなる別の一実施例において、１つ又は複数のねじは、蝶ナットを含む当技術分野における手段を使用して固定される。調整を容易にするため、受け手段とプリンタ駆動部との間にばねを配置できる。ばねの選択は、当技術分野における技術の範囲内である。一実施例において、ばねは金属、プラスチック等である。別の一実施例において、ばねは亜鉛めっきである。さらなる一実施例において、ばねは亜鉛めっきピアノ線である。ばねの長さ及び直径は、バイオプリンタのサイズ、その構成部、及び製造される物品に依存する。一実施例において、ばねの長さは、約１ｍｍから約７５ｍｍである。さらなる一実施例において、ばねの長さは、約１０から約３０ｍｍである。別の一実施例において、ばねの直径は、約１から約１０ｍｍである。さらなる別の一実施例において、ねじはばねを貫通する。ｘ、ｙ、及びｚ軸に沿った受け手段の位置は、蝶ナットの締めや緩め、すなわちねじ締めやねじ緩めにより調整できる。

製造材料を調製するために、本明細書に開示のバイオプリンタは、再現可能な正確性で組成物を分注（dispense）する。一実施例において、カートリッジの位置は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸、又はそれらの任意の組合せに沿って較正される。正確性は、とりわけカートリッジの除去及び挿入、カートリッジの位置を含むが、これに限定されない多くの要因に依存する。カートリッジの位置を較正することには、レーザの使用が含まれ、マニュアル（たとえば視覚的）、又はそれらの任意の組合せでありうる。

バイオプリンタの雰囲気（atmosphere）もまた、組成物を堆積させるのに最適な条件を提供するよう調整されうる。具体的には、とりわけ温度、湿度、大気組成を変化させうる。一実施例において、バイオプリンタは、バイオプリンタ全般の温度、又は、カートリッジ内部、受け手段を含むその個別の構成部の温度、又はバイオプリンタ全般の雰囲気の温度を調整するための手段を含みうる。選択される温度は、当業者により選択でき、プリントされている細胞のタイプに依存しうる。一実施例において、温度は、細胞のための好適な物理的環境をもたらす温度で維持される。一実施例において、温度は、約−１０から約３００℃に維持される。さらなる一実施例において、温度は、約０から約１００℃に維持される。別の一実施例において、温度は、およそ室温に維持される。別の一実施例において、温度は約３７℃に維持される。手段は、加熱又は冷却要素を含みうる。加熱要素には、放射、対流、伝導、ファン、熱交換ヒータ、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。冷却要素には、冷却剤、冷蔵液、氷、放射クーラー、対流クーラー、伝導クーラー、ファンクーラー、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。

バイオプリンタ全般又はカートリッジ内部を含む個別の構成部の湿度もまた、上述のとおり変化しうる。具体的には、湿度を必要に応じて増加又は減少させうる。約０％から約１００％の範囲の湿度を利用できる。

バイオプリンタの気体組成は、密封されるとき、さらに変化させうる。そうすることで、空気に加えて、様々な濃度の二酸化炭素、窒素、アルゴン、及び酸素を含む気体が必要に応じて利用でき、変化させることができる。

また考慮されるのは、湿潤剤を、下に記載のとおり、受け手段、カートリッジ、カートリッジ含有物、又はそれらの任意の組合せを含むが、これに限定されないバイオプリンタの任意の１つ又は複数の部分に適用するための手段である。「湿潤剤」は、とりわけ、本明細書に記載の組成物の押出しを容易にし、製造品が受け手段に接着するのを防止する流体を含む。一実施例において、湿潤剤は、親水性又は疎水性である。別の一実施例において、湿潤剤は、限定しないが、水、組織培養培地、緩衝食塩水、血清、又はそれらの任意の組合せである。湿潤剤は、組成物が分注される前、それと同時に、又はその後に適用されうる。

Ｂ．プリンタステージ
プリンタステージは、本明細書に記載のバイオプリンタの別の構成部である。本明細書において使用されるプリンタステージは、上述のとおり、受け手段の移動を調節する。一実施例において、プリンタプレートは、受け手段を上下に移動させる。プリンタステージは、ガラス、被覆ガラス、プラスチック、被覆プラスチック、金属、金属合金、ゲル、又はそれらの任意の組合せでありうるが、これに限定されない。一実施例において、プリンタステージは、四角、円、三角、卵形、長方形、又は不規則な形状である。

プリンタステージは、バイオプリンタ内に、受け手段と隣接して位置する。一実施例において、プリンタプレートは、受け手段の下に位置する。

Ｃ．受け手段
バイオプリンタは、組成物を所定のジオメトリ、すなわち、位置、パターン、層等に、２次元又は３次元で、組成物を受けるための手段の上に分注可能である。一実施例において、受け手段は、受けプレートである。別の一実施例において、受け手段は、３Ｄ構造、たとえば肢、臓器、組織、ゲル、マルチウェルプレート、又はそれらの任意の組合せである。さらなる一実施例において、受け手段は、水槽である。一実施例において、図１は、本明細書に記載のバイオプリンタ１００の平面図である。カートリッジ１０２は、組成物を受けて保持するための手段を含む。ＥＭＲモジュール１０６は、ＥＭＲ１０８を放射し、含有物を受けプレート１１０上で曝露させる。受けプレート１１０は、堆積材料を受ける。

本明細書に記載のバイオプリンタの別の一実施例が、図２に提示される。図２Ａは、デバイスがその上を移動できる３軸システムを示すバイオプリンタの側面図である。図２Ｂは、カートリッジ１０２及び受けプレート１１０を有するバイオプリンタの側面図である。このプリンタは、それ自体をエンドストップ１１８及び１２０でゼロに設定することで３Ｄ空間内を移動するようプログラムされる。受けプレート１１０は、ばねベースシステム１２６及びプリンタ駆動部１２４を使用して水準設定できる。たとえば、この場合、バイオプリンタは、導管１２８を通じて誘導される空気圧２１０を、材料を押し出すために使用する。この圧力は、ダイヤル１３０によりマニュアルで制御される。図２Ｃは、図２Ｂのバイオプリンタの平面図である。図２Ｄは、バイオプリンタの第２の側面図であるが、エンドストップ１２２を示す。図２Ｅは、図２Ｄのバイオプリンタの１８０°側面図である。

したがって、バイオプリンタは、カートリッジを受け手段に対して移動させることにより、製造品の特定のジオメトリを達成する。或いは、受け手段が、カートリッジに対して移動させられる。

汚染を低減する試みにおいて、受け手段は、生体材料、組成物の成分、又はそれらの任意の組合せに対して非毒性である。バイオプリンタが受け手段上に組成物を堆積させる位置は、使用者により決定されるとおり調整可能である。

受け手段は製造物の形状、サイズ、テクスチャ、又はジオメトリに特に適合するよう設計されることが望ましい。それは、平面若しくは実質的に平面であるか、平滑若しくは実質的に平滑であるか、画定若しくは実質的に画定されているか、又はそれらの任意の組合せでありうる。受け手段は、製造される物品に基づいて、様々な凹面、凸面、又はトポグラフィを呈しうる。受け手段は、ガラス、被覆ガラス、プラスチック、被覆プラスチック、金属、金属合金、ゲル、又はそれらの任意の組合せを含有しうるが、これに限定されない。受け手段及び生体材料は、生体適合性でありうる。一実施例において、受け手段は実質的に平板なマルチウェルプレート、たとえば６若しくは９６ウェルプレート、又はカートリッジが３次元的に移動する３Ｄ足場である。別の一実施例において、受け手段は、四角、円、三角、卵形、長方形、又は不規則な形状である。

受け手段は、バイオプリンタ内に、カートリッジと隣接して位置する。受け手段はまた、プリンタステージと隣接しうる。一実施例において、受け手段は、カートリッジの下に位置する。別の一実施例において、受け手段は、プリンタ駆動部の上に位置する。さらなる一実施例において、受け手段は、カートリッジとプリンタステージとの間に位置する。

受け手段は、組成物の堆積前に水準設定(leveling)できる。水準設定は、ロッド及びエンドポイントを使用してプリンタステージを調整することにより、上述のとおり実施できる。或いは、バイオプリンタは、自己水準調整手段を有しうるのであり、そのことにより、ハードウェアの水準調整のための人による介入の必要性を除去する。そうすることにおいて、受け手段の位置を解析し、任意の必要な調整を実施するために、ソフトウェアを使用できる。一実施例において、受け手段は、カートリッジの平底に対して０°に水準調整される。

Ｄ．カートリッジ
「カートリッジ」は、本明細書に記載の堆積前に組成物を受け入れて保持することが可能な対象である。カートリッジは、当技術分野において知られている任意の手段を使用してバイオプリンタに結合されうる。任意の数のカートリッジを利用でき、その数は製造のための所望の物品に依存する。一実施例において、カートリッジは、前述のロッドのうちの１つを通じてバイオプリンタに結合される。別の一実施例において、カートリッジは、１つ又は複数のロッドに結合されるセンターピースに結合される。さらなる一実施例において、カートリッジは、ｘロッドに沿ってセンターピースに結合される。

一実施例において、１つのカートリッジが利用される。この例において、組成物の成分のすべてが、１つのカートリッジにおいて組み合わされる。

別の一実施例において、２つ以上、すなわち複数のカートリッジを利用できる。さらなる一実施例において、２から約２５個のカートリッジを使用できる。この例において、各カートリッジは、同じ組成物又は異なる組成物を含有する。たとえば、２つのカートリッジを使用する場合、第２のカートリッジを使用することにより、一方の組成物を他方の組成物と分けて堆積させることができる。そうすることにより、複数のカートリッジの同時又は別々の使用を、複雑で階層的な構造を創出するために使用できる。

カートリッジは、１つ又は複数の追加のカートリッジに結合されうる。或いは、カートリッジは、他のカートリッジから分離して位置する。

カートリッジは、本明細書に記載のバイオプリンタにおいて使用できる任意の材料から作られる。一実施例において、カートリッジはガラス、プラスチック、金属、ゲル、又はそれらの任意の組合せである。カートリッジは、その内部又は外部をケーシングで被覆できる。ケーシングは、カートリッジと適合性であり、ガラス、金属、プラスチック、又はそれらの任意の組合せを含む任意の材料から作られうる。ケーシングは、カートリッジと同じ又は異なる材料でありうる。

カートリッジは、バイオプリンタ内に適合する任意の形状であり、当業者により選択されうる。一実施例において、カートリッジは、円柱状の形状である。別の一実施例において、カートリッジは、一方の端部で徐々に変化する、すなわち、一方の端部が三角の形状で、下向きの円錐状である。図３は、カートリッジ１０２を本明細書に記載のバイオプリンタに結合するためのセンターピース１８０を示す。カートリッジ１０２は円柱状の形状であり、カートリッジ１０２の挿入のための溝及びオリフィス１８２を含有する。カートリッジ１０２は、センターピース１８０内に軸１８４に沿って摺動する。

カートリッジは、チャンバ及び少なくとも２つの開口部を含有する。カートリッジは、とりわけ選択された製造品、組成物、分注手段のサイズに依存する容量を有する。一実施例において、カートリッジは、約１μｍから約１０ｍｍの直径を有する。別の一実施例において、カートリッジは、約１から約１０ｍｍの直径を有する。さらなる一実施例において、カートリッジは、少なくとも約０．１ｍＬの容量を有する。別の一実施例において、カートリッジは、約０．１ｍＬから約５０００ｍＬの容量を有する。さらに別の一実施例において、カートリッジは、約１ｍＬから約１００ｍＬの容量を有する。また別の一実施例において、カートリッジは、約１から約２０ｍＬの容量を有する。

一実施例において、カートリッジは、一方の端部に開口部及び他方の端部に第２の開口部を含有する。別の一実施例において、カートリッジは、分注手段のチャンバ内への挿入を可能にする１つの開口部を含有する。さらなる一実施例において、カートリッジは、分注手段の一部すなわちニードルがカートリッジから出ることを可能にする１つの開口部を含有する。第１及び第２の開口部のサイズは、物品の製造に利用される分注手段に依存する。一実施例において、第１及び第２の開口部は、独立に、約１μｍから約１０ｃｍである。別の一実施例において、第１及び第２の開口部は、独立に、約２から約１０ｍｍである。図４は、組成物を保持し堆積させるカートリッジを示す。図４Ａは、生体材料１６６を含有する組成物を含有するカートリッジ１０２である。カートリッジ１０２の上部１７４は、力、電流、又は温度差動を生成し、押出しオリフィス１７６を通じた組成物の堆積を可能にする。図４Ｂは、図４Ａの構成部を含有するが、内部に含有される固体材料１７８を有する第２のカートリッジ１０２である。

カートリッジはまた、部屋の大気条件に開放されていても、雰囲気条件に対して閉じていても（すなわち、バイオプリンタの雰囲気条件にのみに開放されていても）よい。開口部の任意の開口部が、一時的又は恒久的に密封される。カートリッジは、異なる分注手段を保持するよう改変可能である。分注手段の先端部は、任意選択で分注手段の構成部を大気圧から密封するようキャップがされうる。一実施例において、カートリッジ及び／又は分注手段は閉鎖系であり、すなわち、カートリッジ内の特定の含有物に対する使用者の曝露を限定する。別の一実施例において、カートリッジ及び／又は分注手段は、外因的方法の必要なしに堆積を駆動するのに十分な粘性のある組成物に対する開放系である。一実施例において、カートリッジは、利用されている特定のカートリッジに適用可能なキャップ又は蓋を使用して密封される。別の一実施例において、蓋は、カートリッジをバイオプリンタに結合するための機構を提供する。したがって、キャップ又は蓋は、カートリッジに結合してそれを密封する第１の部分及びバイオプリンタに結合する第２の部分を含みうる。一実施例において、蓋は、バイオプリンタのセンターピースに結合する。

バイオプリンタのセンターピースは、上述のとおり、カートリッジをバイオプリンタに固定する。カートリッジは、センターピースと物理的に適合性であり、カートリッジが中に配置／挿入されうる開口部を含有するように設計される。

カートリッジのキャップは、カートリッジに直接結合しても、１つ又は複数のキャップホルダを介してそれに結合してもよい。キャップホルダは、カートリッジに結合する。キャップはまた、キャップホルダと適合性であり、固定されて嵌合し、カートリッジを実質的に密封する。一実施例において、キャップ、キャップホルダ、及び一緒に固定されたキャップ／キャップホルダは、溝及び隆線、すなわち特定の形状を有する。逆に、センターピースは、キャップ、キャップホルダ、及び／又は一緒に固定されたキャップ／キャップホルダのものと反対の溝及び隆線を有する。図５は、本明細書に記載のバイオプリンタのカートリッジの一実施例である。カートリッジ１０２は、ケーシング２０２、２つのキャップホルダ２０２、及びシリンジを所定の位置にロックする蓋／キャップ１３２を含有する。カートリッジの底は、区画内部に収容される２つのＬＥＤ２０４を含有する。ＬＥＤは、直列に接続され、ＬＥＤ駆動部２０６により制御される。

図６は、図５のカートリッジ１０２と直接隣接するセンターピース１８０を示す。加圧１８６が、センターピース１８０とカートリッジ１０２との間の密封を創出し、内部含有物の適切な堆積を確実にする。マニュアル又は自動システム１８８は、カートリッジ１０２とセンターピース１８０との間の接続を創出する。

カートリッジは、当技術分野において知られている技術を使用してセンターピース内に固定される。一実施例において、カートリッジは、機械力、電磁力、又は加圧力を使用してセンターピース内に固定される。別の一実施例において、カートリッジは、１つ又は複数のラッチを使用してセンターピース内に固定される。さらなる一実施例において、カートリッジは、磁力、コレットチャックグリップ、フェルール、ナット、バレルアダプタ、又はそれらの任意の組合せを使用してセンターピース内に固定される。カートリッジは、（マニュアルで若しくは磁力で）クリップされるか若しくはパチンと嵌め込まれうるのであるか、又はロボットアームを、プリンティングの進行中に各カートリッジを限定数のカートリッジに置き換えるために使用できる。加圧は、密封を創出するためにセンターピース、カートリッジ、又はそれらの任意の組合せに適用できる。一実施例において、密封は、望ましくなく気体又は固体粒子がカートリッジに侵入するのを防止する。別の一実施例において、密封は、組成物の堆積を補助する。加圧は、マニュアルで適用されても自動であってもよい。

バイオプリンタはまた、カートリッジがセンターピース内にロックされたかどうかを検知するための検知手段を含みうる。一実施例において、検知手段は、磁気センサ、電気信号、機械スイッチ、又はそれらの任意の組合せである。検知手段は、カートリッジがセンターピース内にロックされていない場合のアラートをさらに含んでいてもよい。一実施例において、検知手段は、光センサ、アラーム、又はそれらの任意の組合せである。別の一実施例において、アラートは、光ゲート又は運動センサを使用して生成される。

カートリッジは、恒久的又は一時的に、マーク（ペン又はステッカ）、着色、染色、印付け、塗装、研磨、又はそれらの任意の組合せをされうる。カートリッジは、被覆されていなくても、当技術分野において知られている任意の手段を使用して部分的に被覆されていても、完全に被覆されていてもよい。一実施例において、カートリッジは、その中の含有物が時期尚早にＥＭＲに曝露される（すなわち、光に曝露される）のを防止する。別の一実施例において、カートリッジは、時期尚早のＥＭＲ曝露を生じさせるよう被覆される。さらなる一実施例において、カートリッジは、約４０５ｎｍ以上の波長を有する光に不透過性である。そうすることで、被覆は、組成物がカートリッジ内で硬化し、分注手段、すなわちシリンジが詰まるのを防止する。カートリッジ全体、カートリッジの先端、カートリッジの一部、又はそれらの任意の組合せを含むが、これに限定されないカートリッジの任意の部分を被覆できる。別の一実施例において、カートリッジは、アルミホイル、接着ホイル、プラスチックフィルム、たとえばパラフィルム（登録商標）コーティング等を使用して被覆される。

Ｅ．分注手段
本明細書において利用されるカートリッジは、分注手段を収容及び保護する。多くのタイプの分注手段が、本明細書に開示のバイオプリンタとの使用及びそれを使用する方法に好適である。当業者は、異なる分注手段が生体材料を含有する異なる組成物に必要であると認識すると考えられる。たとえば、いくつかの組成物は、プラスチックを分解しうるのであり、その場合には、ガラス又は金属の分注手段を使用できる。

分注手段は、通過して組成物が排出される１つ又は複数のオリフィスを含有する。一実施例において、分注手段は、単一のオリフィスを含有する。オリフィスは、組成物の分注を可能にするのに十分大きくなければならないが、組成物の制御されない分注をもたらすほど大きすぎてはならない。オリフィスの形状は限定されず、これに限定されないが、平面、円、四角、長方形、三角、卵形、多角形、不規則、平滑又はテクスチャードでありうる。したがって、好適なオリフィスの選択は、組成物の成分及び粘度に依存する。一実施例において、オリフィスは、約１から約１０００μｍ以上の直径を有する。別の一実施例において、オリフィスは、約１μｍから約１００μｍの直径を有する。

分注手段は、キャピラリーチューブ（毛細管）、マイクロピペット、シリンジ又はニードルでありうる。一実施例において、分注手段は、約１０μから約５ｃｍの内腔径を有するニードルを含有する。別の一実施例において、分注手段は、約１ｍｍから約１０ｍｍの内腔径を有するニードルを含有する。さらなる一実施例において、分注手段は、長さ約１ｍｍから約３００ｍｍのニードルを含有する。また別の一実施例において、ニードルは、長さ約１０から約１００ｍｍである。さらに別の一実施例において、分注手段は、Ｌｕｅｒ−Ｌｏｋ（登録商標） Ｔｉｐ滅菌シリンジである。別の一実施例において、分注手段は、１／５ｍＬ目盛を有する。さらなる一実施例において、分注手段は、高さ約６ｍｍ（０．２５”）のプレシジョンチップを有する。

図７は、この特定のデバイスにおいて使用されるカートリッジ１０２を示す。シリンジ１１２は、押出しのために組成物を保持するために使用される。キャップ１３２は、大気圧からシリンジ１１２を密封するために使用され、空気圧は、導管１２８を通る圧縮空気を使用してシリンジ１１２含有物１３４に伝達される。シリンジ１１２内の組成物１３４は、ＥＭＲモジュール１０６から組織構造１３６内へのＥＭＲ１０８を使用して受けプレート上に堆積させられる。

図８に提示された実施例は、カートリッジ１０２を介して３Ｄ組織を創出するための組成物１３４の１層ずつの堆積を示す。ＥＭＲ１０８は、組成物１３４を液体状態からゲル又は固体状態へと化学的に変化させ、層を一緒に結合し、コンストラクトを創出する。導管１２８を通じて送り込まれた空気が、シリンジ１１２内の組成物１３４に圧力をかける。組織構造１４０が完成するまで、材料が１層ずつ（層１３７、層１３８、層１３９）堆積される。

図９は、複数のカートリッジ及び押出しのためのシリンジの使用の実施例を示す。組織１４２を創出するために、複数のカートリッジ１０２及び１０４が使用される。カートリッジ１０２からの支持材料１４８が、次の格子又は層の第２の組成物１４６に被包された層及び細胞にプリントされる。支持材料１４８は、ＥＭＲ１０８で硬化する。細胞担持組成物１４８を有するカートリッジ１０２は、その含有物を受けプレート１１０上に堆積させ、ＥＭＲ１０８を使用して硬化させる。

分注手段の含有物が、プロセスの正確性を増加させるために使用前に任意選択で予備刺激（priming）されうる。予備刺激は、分注手段の含有物を分注されるよう準備することを含む。

分注手段は、使い捨てであっても耐久性であってもよい。一実施例において、分注手段は、含有物の押出し、分注、又は堆積後に、バイオプリンタから自動又はマニュアルで排出又は除去される。別の一実施例において、新しい分注手段がバイオプリンタに取り付けられる。さらなる一実施例において、カートリッジは、必要な組成物を含有する事前混合及び事前密封カートリッジである。そうすることで、使用者は、カートリッジを購入して、組成物を調製及び添加することにより分注手段を最充填する必要がない。

分注手段の分注速度は、当業者により決定される１つ又は複数の要因に依存する。一実施例において、分注速度は、組成物の粘度に依存する。別の一実施例において、分注速度は、組成物に適用される圧力に依存する。さらなる一実施例において、分注速度は高く、結果として組成物の細い線を堆積させることができる。また別の一実施例において、分注速度は低く、結果として組成物のより太い線を堆積させることができる。

分注手段は、使用の簡便性のために、又はその中の含有物の汚染を回避するために、密封されていてもよい。或いは、分注手段は密封されておらず、使用者により開くことができる。一実施例において、分注手段は、分注手段に恒久的に取り付けられたキャップを使用して密封されており、ニードル等を使用して穴を開けることができない。別の一実施例において、分注手段は、分注手段に恒久的に取り付けられたキャップを使用して密封されているが、使用者によりニードルでキャップに穴を開けることができる。さらなる一実施例において、分注手段は、使用者により容易に除去できるキャップを使用して密封されている。別の一実施例において、分注手段は、約４０５ｎｍ以上の波長のＥＭＲに対して不透過性である。

Ｆ．押出し手段
組成物は、当技術分野において知られているシステムを使用して分注手段を通過する。一実施例において、組成物は、重力を使用して受け手段上に堆積させられる。別の一実施例において、組成物の堆積は、押出し手段の使用を介して促進できる。本明細書において使用される「押し出す」という用語又はその変化形は、分注手段から出るよう強制される組成物の能力を指す。

一選択肢として、押出し手段は、カートリッジ、分注手段、又はそれらの任意の組合せに提供される圧力を制御するための圧力手段である。圧力は、圧縮気体、たとえば圧縮空気、アルゴン、二酸化炭素、又は窒素を使用した空気圧システム、水圧装置、ピストン、ねじベース手段、又はそれらの任意の組合せを含むが、これに限定されない、当技術分野において知られている任意のシステムを使用して生成できる。組成物を堆積させるのに必要な圧力は、とりわけ製造される物品及び組成物の含有物に依存する。一実施例において、圧力は、約５０から約１５００ｋＰａ（約０．１から約１５０ｐｓｉ）である。一実施例において、分注手段及び／又はカートリッジで気体を誘導するコンプレッサが、カートリッジに接続され、作動可能に結合される。そうすることで、分注手段のための制御装置及び圧力ポンプが提供される。コンプレッサからの圧力は、受け手段上への組成物の堆積を駆動する。圧力は、コンプレッサに作動可能に接続されたダイヤルを使用して制御できる。２つ以上のコンプレッサが使用される場合、１つのダイヤルがコンプレッサの圧力を制御しても、異なるカートリッジにおいて異なる圧力を得る試みにおいて、２つ以上のダイヤルが利用されてもよい。一実施例において、圧縮気体は、ホースを使用してカートリッジ及び／又はシリンジ内に供給される。各カートリッジは、その中の含有物を分注するのに同じ圧力を利用しても、異なる圧力を使用してもよい。

図１０は、本明細書において提供されるシステム及び器具の概略図である。システムは、コンピュータ１１４、エアコンプレッサ１１６、及びバイオプリンタ１００を含む。エアコンプレッサ１１６は、カートリッジ１０２に接続され、作動可能に結合されて、シリンジのための制御装置及び圧力ポンプを提供する。エアコンプレッサ１１６からの圧力は、受け手段１１０上への生体材料の堆積を駆動する。すべてを、コンピュータ１１６にプログラムされたＣＡＤソフトウェアにより制御できる。

押出し手段はまた、当業者により決定される熱、電気、圧電、又は機械的なものでありうる。一実施例において、組成物に熱が適用され、そのことによりその粘度が低減する。別の一実施例において、組成物は電流を使用して電気的に荷電している。さらなる一実施例において、圧電的方法を使用して組成物は押し出される。また別の一実施例において、組成物は、機械的手段、たとえばねじシステムを使用して押し出され、堆積を駆動する。

Ｇ．ＥＭＲ源
バイオプリンタは、材料を硬化するためのＥＭＲモジュールを含む。本明細書において使用される「電磁放射線」（ＥＭＲ）という用語は、少なくとも可視スペクトルにおける光の波長を有する光を指す。一実施例において、ＥＭＲは、可視スペクトルにおける光である。別の一実施例において、ＥＭＲは、近赤外（ＮＩＲ）スペクトルにおける光である。さらなる一実施例において、ＥＭＲは、赤外線スペクトルにある。また別の一実施例において、ＥＭＲは、約４０５ｎｍ以上である。別の一実施例において、ＥＭＲは、約４０５ｎｍから約１ｍｍである。さらなる一実施例において、ＥＭＲは、約４０５ｎｍから約７００ｎｍである。さらに別の一実施例において、ＥＭＲは、約１ｍｍから約７５０ｎｍである。さらなる別の一実施例において、ＥＭＲは、約４０５ｎｍから約４１０ｎｍである。

ＥＭＲモジュールは、４０５ｎｍ以上でＥＭＲを放射し、本明細書に記載の組成物をＥＭＲに曝露させるＥＭＲ源を含む。多くのＥＭＲ源が、本明細書に記載のＥＭＲモジュールとの使用に好適である。一実施例において、ＥＭＲは、発光ダイオードである。別の一実施例において、ＥＭＲはＩＲレーザである。パイオプリンタにおいて利用されるＥＭＲモジュールの数に応じて、１つ又は複数のＥＭＲ源を利用できる。ＥＭＲ源は、直列又は並列に接続できる。

ＥＭＲモジュールは、カートリッジの含有物と隣接するチャンバからＥＭＲ源までを含みうる。ＥＭＲモジュールは、バイオプリンタと分離していても、恒久的に、半恒久的に、又は可逆的にそれに取り付けられていてもよい。一実施例において、ＥＭＲモジュールは、バイオプリンタに隣接して配置され、結果としてＥＭＲは組成物に到達可能となる。別の一実施例において、ＥＭＲモジュールは、カートリッジに物理的に結合されるか、又は組み込まれており、すなわち、カートリッジがＥＭＲモジュールを収容する。カートリッジがＥＭＲモジュールを収容するとき、それはカートリッジの一面上、複数の面上、内面上、又は外面上にありうる。

ＥＭＲは、波長、強度、曝露時間、又はそれらの任意の組合せに関して調整可能である。一実施例において、各ＥＭＲは、製造品により必要とされる硬化に応じて、薄暗く、明るく、又は集中させられうる。さらなる一実施例において、ＥＭＲモジュールは、ＥＭＲの強度を低減又は増加させる減衰フィルタを含有する。別の一実施例において、ＥＭＲモジュールは、製造品により必要とされる硬化時間、サイズ、又はそれらの任意の組合せを基に調整される。ＥＭＲモジュールはまた、任意の数の方向にＥＭＲを集中させるよう配向されうる。そうすることで、ＥＭＲは正確に必要な位置で集中させられる。ＥＭＲモジュールは、ＥＭＲ駆動部を使用して制御できる。一実施例において、ＥＭＲモジュールの総放射輝度（total radiance）は、約１から約１０ｍＷ／ｃｍ^２である。別の一実施例において、ＥＭＲモジュールの総放射輝度は、約５ｍＷ／ｃｍ^２である。

組成物は、材料を硬化させるのに十分な期間ＥＭＲに曝露される。好適な曝露時間は、１秒以上を含む。一実施例において、組成物は、約１秒から約１年間、ＥＭＲに曝露される。

ＥＭＲモジュールは、分注前に、それと同時に、それに続いて、又はそれらの任意の組合せで、生体材料をＥＭＲに曝露させることが可能である。一実施例において、ＥＭＲは、堆積部位の近傍に広く誘導される。図１１は、シリンジ１１２及び、堆積時、堆積中、又は堆積後に材料と相互作用するよう、広く受けプレート１１０に向かってＥＭＲ１０８を誘導するＥＭＲモジュール１０６を有するカートリッジ１０２の側面図である。ＥＭＲモジュール１０６は、ＥＭＲ１０８を放射し、受けプレート１１０上で含有物を広く曝露させる。別の一実施例において、ＥＭＲは、堆積部位上の１つの区域に特に集中させられる。図１２は、シリンジ１１２及び、堆積時、堆積中、又は堆積後に材料と相互作用するよう、正確に受けプレート１１０上の特定の位置に向かってＥＭＲ１０８を誘導するＥＭＲモジュール１０６を有するカートリッジ１０２の別の側面図である。さらなる一実施例において、ＥＭＲは、堆積させられている組成物の少なくとも１つの成分上に集中させられる。また別の一実施例において、ＥＭＲは、組成物が堆積デバイスを出る際に、その上に集中させられる。さらに別の一実施例において、ＥＭＲモジュールは、カートリッジ内に含有され、堆積前の組成物上にＥＭＲを集中させる。図１３は、シリンジ１１２及び、堆積及び受けプレート１１０との相互作用の前に材料の固化を開始するように材料デバイス区画内でＥＭＲ１０８を誘導するＥＭＲモジュール１０６を有するカートリッジ１０２のさらなる側面図である。

ＥＭＲはまた、エネルギー源でもありうる。一実施例において、ＥＭＲは、ＮＩＲ光を金のナノロッドと相互作用させ、光熱効果を通じて熱を生成することにより生成されうる。一実施例において、このＥＭＲは、熱開始剤の存在下で生成される。Ｇｒａｍｌｉｃｈ、「Ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ Ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅｄ Ｍａｃｒｏｍｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｌｉｇｈｔ ａｎｄ Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｒｏｄｓ」、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２５：０１４００４、２０１４を参照のこと。この文献は参照により組み込まれる。

バイオプリンタの他の構成部及び調製される製造物に応じて、単一のＥＭＲモジュールでも、複数のモジュールでもありうる。ＥＭＲモジュールは、すべて同じ波長で作動させても、異なっていてもよい。

ＥＭＲモジュールが、明るいから薄暗い、又は薄暗いから明るいへと変動しうることもまた考慮される。一実施例において、ＥＭＲモジュールは、各層がプリントされるときに変動する。

Ｈ．光学デバイス
本明細書に記載のバイオプリンタは、任意選択で、製造品を観察するための光学デバイスを含みうる。一実施例において、光学デバイスは、青色フィルタを有するレンズを含有する。そうすることで、製造品を、ＥＭＲからの干渉なしに観察及び／又は記録でき、そのことにより物品のモニタリング及び／又は調製における品質管理の向上を提供する。別の一実施例において、光学デバイスは、光学記録装置、たとえばカメラ、ビデオカメラ、熱センサカメラ、又はそれらの任意の組合せである。光学デバイスは、利用される特定の組成物及び製造されている物品について必要とされる分解能である。したがって、光学デバイスの分解能は、当業者により決定され、低い、中程度、又は高いものでありうる。

光学検出器を、バイオプリンタの任意の位置に配置できる。一実施例において、光学デバイスが製造品に近接して配置される。別の一実施例において、光学デバイスは、バイオプリンタの１つ若しくは複数の構成部上に取り付けられるか、又は、受け手段及び／又はカートリッジの側面に沿って移動するよう適用される。さらなる一実施例において、光学デバイスは、とりわけカートリッジ上、受け手段上、バイオプリンタの隅に取り付けられる。別の一実施例において、光学デバイスは、カートリッジ上に取り付けられる。さらなる一実施例において、光学デバイスは、受け手段と隣接して取り付けられる。さらなる一実施例において、光学デバイスは、受け手段に面してカートリッジ上に取り付けられる。さらに別の一実施例において、光学デバイスは、軌道等によりバイオプリンタの内部を移動するよう適用される。

光学デバイスは、一時的又は恒久的にバイオプリンタの１つ又は複数の構成部に取り付けられる。一実施例において、光学デバイスはＥＭＲモジュールに取り付けられる。別の一実施例において、光学デバイスはＥＭＲモジュールに恒久的に取り付けられる。さらなる一実施例において、光学デバイスはＥＭＲモジュールに可逆的に取り付けられる。

Ｉ．ソフトウェア
バイオプリンタは、受け手段上の正確な位置に（２次元又は３次元で）組成物を堆積させる。位置は、調製されている形態及びコンピュータコードに翻訳された入力された情報に依存する。当技術分野において知られているとおり、コンピュータコードは一連の命令であり、デジタル処理デバイスの中央処理装置（ＣＰＵ）で実行可能で、特定のタスクを実行するよう書かれている。追加のバイオプリンティングパラメータは、とりわけカートリッジの高さ、ポンプ速度、ロボット速度、可変分注手段の制御、ＥＭＲ曝露時間、カートリッジ位置、カートリッジの方向、及びカートリッジの速度を含むが、これに限定されない。

コンピュータ支援設計ソフトウェアを、組織コンストラクトを調製するために利用できる。一実施例において、ソフトウェアは３Ｄソフトウェアである。別の一実施例において、ソフトウェアは、ＳＴＬ形式である。当業者は、とりわけ、３ＤＣｒａｆｔｅｒ、３ＤＳ Ｍａｘ、３Ｄｔｉｎ、Ａｌｉｂｒｅ、ＡＣ３Ｄ、Ａｎｉｍ８ｏｒ、Ａｒｔ ｏｆ Ｉｌｌｕｓｉｏｎ、ＡｕｔｏＱ３Ｄ、ＡｕｔｏＣＡＤ、Ｂｌｅｎｄｅｒ、ＢＲＬ−ＣＡＤ、Ｃｈｅｅｔａｈ３Ｄ、Ｃｌｏｕｄ９、Ｃｒｅｏ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ／Ｄｉｒｅｃｔ、ＤｒａｗＰｌｕｓ、ＦｏｒｍＺ、ＦｒｅｅＣＡＤ、ＧＬＣ Ｐｌａｙｅｒ、Ｇｏｏｇｌｅ ＳｋｅｔｃｈＵｐ、Ｋ−３Ｄ、ＬｅｏＣＡＤ、Ｍａｙａ、Ｍａｇｉｃｓ、ＭｅｓｈＬａｂ、ＮｅｔＦａｂｂ、ＯｐｅｎＳＣＡＤ、Ｒｈｉｎｏ３Ｄ、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ、ＳＴＬ−ｖｉｅｗｅｒ、Ｔｉｎｋｅｒｃａｄ、Ｗｉｎｇｓ ３Ｄ、ＺＢｒｕｓｈを含む、本明細書における使用に好適なソフトウェアを選択可能だと考えられる。コンストラクトは、当業者により決定されるとおり、最上部、底部、又は側面部から調製できる。一実施例において、コンストラクトは底部から設計される。

ソフトウェアはまた、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部を調節するコードを含むよう適用できる。一実施例において、ソフトウェアは、カートリッジ内への気体流量を調節する。別の一実施例において、ソフトウェアは、気体流量を制御するソレノイド弁を調節する。さらなる一実施例において、ソフトウェアは、気体流量を制御するソレノイド弁の開放及び閉鎖を制御する。

代わりに又は同時に、医用画像診断法を使用した組織の再構築を介して、組織コンストラクトを設計できる。医用画像診断法の例には、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）及びコンピュータ断層撮影法（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）が含まれるが、これに限定されない。

Ｊ．非一時的コンピュータ可読記憶媒体
デバイス、システム、及び方法は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体又はコンピュータ可読プログラムコードでエンコードされた記憶媒体をさらに含みうる。コンピュータ可読記憶媒体は、バイオプリンタに接続されても、デジタル処理デバイスから取外し可能であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体の例には、とりわけＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリデバイス、ソリッドステートメモリ、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、クラウドコンピュータシステム及びサービスが含まれる。

Ｋ．コンピュータモジュール
デバイス、システム、及び方法には、ソフトウェア、サーバ、及びデータベースモジュールが含まれうる。当技術分野において知られているとおり、「コンピュータモジュール」は、より大きなコンピュータシステムと相互作用し、１つ又は複数のファイルであり、特定のタスクを扱うソフトウェア構成部である。

コンピュータモジュールは、任意選択で、コードの独立したセクションであるか、又は、任意選択で、分離して同定可能ではないコードである。いくつかの実施例において、モジュールは、単一のアプリケーションの形である。いくつかの実施例において、モジュールは、複数のアプリケーションの形である。いくつかの実施例において、モジュールは、１つの機械上にホストされる。他の実施例において、モジュールは、複数の機械上にホストされる。いくつかの実施例において、モジュールは、１つの位置にある複数の機械上にホストされる。他の実施例において、モジュールは、２つ以上の位置にある複数の機械上にホストされる。さらに本明細書に記載されるのは、位置及び位置決めデータのフォーマットである。いくつかの実施例において、本明細書に記載のデータファイルは、任意の好適なデータシリアル化フォーマット化される。コンピュータモジュールの重要な特徴は、同定された機能を実行するためにコンピュータを使用することを、エンドユーザに許すという点である。

Ｌ．グラフィックユーザインターフェース
コンピュータモジュールは、画像及び／又はテキストを提供し、２次元又は３次元でありうるグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ：ｇｒａｐｈｉｃ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を含みうる。ＧＵＩは、タッチスクリーン又はマルチタッチスクリーンでありうる。ＧＵＩは、実質的に同じ形状及び実質的に等しいサイズの規則的に間隔の空いた対象を含むグリッドを含みうる。

ＧＵＩはまた、１つ又は複数のバイオプリンタパラメータを制御するために使用できる。一実施例において、ＧＵＩは、バイオプリンタの１つ又は複数の構成部を制御するために使用される。別の一実施例において、ＧＵＩは、とりわけＥＭＲ、堆積速度、及び／又は１つ又は複数の構成部の温度、１つ又は複数の構成部の環境条件、光学デバイスを制御するために使用される。

Ｍ．組成物の成分
本明細書に記載のデバイス、システム、及び方法を組成物とともに使用して、組織、臓器、及び脈管を調製できる。一実施例において、組成物は、生体材料及び任意選択の追加の成分、たとえば支持材料、バイオプリンティングを可能にする非細胞材料、又はそれらの任意の組合せを含有する。

組成物は、細胞と生体適合性の液体又はゲルとを所定の比で混合することにより調製できる。組成物は、任意選択で、受け手段への押出しを促進し、堆積効率を増加させ、又は硬化を開始するよう処理されうる。一実施例において、組成物は、とりわけ所望の細胞密度を提供し、所望の粘度を提供するため、当技術分野において知られている技術を使用して押出し前に処理される。押出しのための組成物を調製するために利用できるかかる方法には、遠心、タンジェント流濾過、電気伝導、光、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。成分の可能な組合せは変化しうる。しかしながら、成分が、１つのカートリッジ内へと混合される必要はない。

（ｉ）生体材料
一実施例において、生体材料は細胞である。「生体材料」という用語は、細胞、タンパク質、遺伝子、ペプチド、又はそれらの任意の組合せを含有する組成物（液体、半固体、又は固体）を含む。一実施例において、生体材料は、組成物中で生存可能なまま維持される。別の一実施例において、生体材料は、本明細書に記載の方法において利用される剪断力に耐える。任意の細胞が、当業者により決定される生体材料としての使用に好適である。組成物は、１つの生体材料だけ又は２つ以上の生体材料を含有しうる。一実施例において、細胞は、哺乳動物細胞、植物細胞、細菌細胞、又はウイルスカプシド（viral capsid）である。

細胞の例には、細胞溶液、細胞凝集物、細胞懸濁液、細胞含有ゲル、多細胞体、組織、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。細胞数を選択でき、分化及び未分化細胞を含みうる。一実施例において、細胞には、収縮性又は筋細胞（たとえば、骨格筋細胞、心筋細胞、平滑筋細胞、及び筋芽細胞）、結合組織細胞（たとえば、骨細胞、軟骨細胞、線維芽細胞、及び造骨細胞、軟骨細胞、又はリンパ組織に分化する細胞）、骨髄細胞、内皮細胞、皮膚細胞、上皮細胞、乳腺細胞、脈管細胞、血液細胞、リンパ細胞、神経細胞、シュワン細胞、胃腸細胞、肝細胞、膵臓細胞、肺細胞、気管細胞、角膜細胞、泌尿生殖器細胞、腎細胞、生殖細胞、脂肪細胞、実質細胞、周皮細胞、中皮細胞、間質細胞、未分化細胞（たとえば、胚細胞、幹細胞、及び前駆細胞）、内胚葉由来細胞、中胚葉由来細胞、外胚葉由来細胞、及びそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。

本明細書において使用される「幹細胞」は、他の細胞に分化できる有糸分裂細胞を指す。幹細胞には、全能細胞、多能性細胞、分化多能性細胞、寡能性細胞、及び単能性細胞が含まれるが、これに限定されない。幹細胞は、胚性幹細胞、周産期幹細胞、成体幹細胞、羊水幹細胞、及び誘導多能性幹細胞を含みうる。

したがって、本明細書に記載の方法及びシステムは、組織、臓器、及び脈管の生成において有用である。本明細書において使用される「組織」は、特定の機能を果たす同じタイプの哺乳動物細胞の集まりを指す。組織の例には、結合（疎性（ｌｏｏｓｅ）−疎性（ａｒｅｏｌａｒ）、細網性、及び脂肪並びに密性−定形及び不規則）、筋肉（たとえば、平滑、骨格、及び心臓）、神経組織（脳、脊髄、及び神経）、及び上皮（形状及び配置で分類）、並びに特殊結合性（軟骨、骨、血液）が含まれるが、これに限定されない。一実施例において、脈管の調製中に、血圧を模倣するために腔内流体灌流を使用できる。

「臓器」は、機能を果たす特定の構造の哺乳動物組織の集合である。臓器の例には、皮膚、汗腺、脂腺、乳腺、筋肉、軟骨、骨髄、骨、脳、視床下部、下垂体、松果体、心臓、血管、角膜、心臓弁、喉頭、気管、気管支、肺、リンパ管、唾液腺、粘液腺、食道、胃、胆嚢、肝臓、膵臓、小腸、大腸、結腸、尿道、腎臓、副腎、導管、尿管、膀胱、卵管、子宮、卵巣、精巣、前立腺、甲状腺、副甲状腺、マイボーム腺、耳下腺、扁桃腺、アデノイド、胸腺、及び脾臓、歯、歯茎、毛包、気管、軟骨、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。

本明細書において使用される「脈管」は、流体、たとえば血液、リンパ液、水、又はそれらの任意の組合せを別の位置へと運搬する道管又は導管を指す。本明細書に記載の脈管は、バイパス移植、動静脈アクセス、薬物試験、心血管デバイス試験、及びステントを含むが、これに限定されない様々な技術において使用される。一実施例において、脈管は、動脈、弾性動脈、分布動脈、細動脈、毛細血管、細静脈、静脈、大きな集合管（たとえば鎖骨下静脈、頸静脈、腎静脈及び腸骨静脈）及び大静脈から選択される。さらなる一実施例において、脈管は、分枝構造を有する。別の一実施例において、本明細書に記載のとおり調製される脈管は、天然の生理的血圧に相当する圧力に耐える厚さのものでありうる。さらなる一実施例において、脈管は、約０．５から約６ｍｍの内径を有しうる。

組成物に必要な細胞密度は、利用される細胞及びそれを使用して製造される物品に依存しうるのであり、依存する。細胞は、組成物中に組み込まれる前に技術、たとえばインキュベーションを使用して前処理されうる。細胞はまた、選択された温度でありうる。一実施例において、細胞は凍結されるか、低温、室温、又は室温を超えた温度に維持されるかである。一実施例において、細胞は、細胞のタイプに応じて、約３７℃以上である。さらなる一実施例において、細菌細胞は、約３７℃以上である。別の一実施例において、細胞は、プリンティング前、プリンティング中又はプリンティング後に低温に維持される。

（ｉｉ）押出剤
１種又は複数の押出剤を、本明細書に記載の組成物にさらに添加できる。一実施例において、製造品の形成中に、押出剤は硬化し、そのことにより生体材料を被包する。本明細書において使用される「硬化する」という用語又はその変化形は、成分の架橋を介して本明細書に記載の組成物の１つの成分を強化又は硬化するためのプロセスを記述するのに使用される。一実施例において、硬化は、バイオプリンティングが進行するのと同時に生じる（すなわち、硬化及びバイオプリンティングは同時に生じる）。硬化が完了するのに必要とされる時間の長さは、とりわけ組成物の成分、製造される物品、及び／又は実験条件に依存する。一実施例において、硬化は、約１年未満で完了する。別の一実施例において、硬化は、約１秒から約１年で完了する。さらなる一実施例において、硬化は、約１秒から約１分で完了する。

押出剤は、外因性の試剤又は技術の非存在下で硬化しうる。一実施例において、押出剤は、電子ビーム、熱又は化学添加剤、たとえば下に記載の１種又は複数の光開始剤を使用して硬化させられる。さらなる一実施例において、押出剤は、約４０５ｎｍ以上の波長で硬化可能である。

一実施例において、押出剤は、支持材料である。２種以上、すなわち２から約２０種の支持材料を、組成物に含めうる。支持材料は、所望の質、粘度、透過性、弾性又は硬度、接着性、生体適合性、３Ｄプリント構造等に基づいて選択される。支持材料は、硬化可能であるか、粘性であるか、細胞がその中に成長又は移動又はそれに接着するのを阻止するか、又はそれらの任意の組合せである。一実施例において、支持材料は、約４０５ｎｍ以上の波長で硬化可能又は架橋可能(cross-linkable)である。支持材料は、製造品の使用前に任意選択で除去される。一実施例において、支持材料は、溶解を介して除去される。したがって、支持材料は、水溶性、有機溶媒可溶性、酵素分解を介して溶解性、又は酸性若しくは塩基性条件下で溶解性でありうる。一実施例において、酵素分解は、プロテアーゼ又はリパーゼを使用して実施される。プロテアーゼは、これに限定しないが、プロテイナーゼＫ、プロテアーゼＸＩＶ、α−キモトリプシン、コラゲナーゼ、マトリックスメタロプロテイナーゼ−１（ＭＭＰ−１：ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ−１）、ＭＭＰ−２、又はそれらの任意の組合せである。溶解は、或いは、カチオン又はイオンを使用して実施できる。

様々な支持材料が、本明細書を使用して当業者により選択されうる。一実施例において、支持材料はポリマーである。別の一実施例において、支持材料は熱可塑性ポリマーである。さらなる一実施例において、支持材料は、ポリエチレンオキシド、ポリ−カプロラクトン、ポリ（Ｌ）−乳酸（ＰＬＬＡ）、又はゼラチンメタクリレート、又はそれらの任意の組合せである。また別の一実施例において、ポリマーは、これに限定されないが、ジアクリレート、たとえばポリアクリル酸又はポリエチレングリコールジアクリレート、メタクリレート、たとえばヒドロキシエチルメタクリレート、ノルボルネン（ｎｏｒｂｏｒｅｎｅｓ）、ヒドロゲル、ＮｏｖｏＧｅｌ（商標）、ゼラチン、Ｍａｔｒｉｇｅｌ（商標）、ヒアルロナン、ポロキサマー、ペプチドヒドロゲル、ポリ（イソプロピル−ｎ−ポリアクリルアミド）、ポリジメチルシロキサン、ポリアクリルアミド、ポリ乳酸、シリコン、絹、界面活性ポリオール、熱応答性ポリマー、ヒアルロネート、アルギネート、コラーゲン、ナノ繊維、自己組織化ナノ繊維、コラーゲン由来ヒドロゲル、ヒアルロネート、フィブリン、アガロース、キトサン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリビニルアルコール、ポリホスファゼン、又はそれらの誘導体、コポリマー若しくは任意の組合せである。さらなる別の一実施例において、ジアクリレートはＰＥＧ−ＤＡである。さらに別の一実施例において、メタクリレートはＰＥＧ−ＭＡである。さらなる一実施例において、ノルボルネンはＰＥＧ−ノルボルネンである。別の一実施例において、ポリオキシエチレンはポリ（エチレングリコール）である。当業者は、組成物の他の成分に応じて、細胞に対する支持材料の好適な比を決定可能だと考えられる。

（ｉｉｉ）光開始剤
健常３Ｄ組織を創出するため、光による細胞の損傷（光毒性）は最小限でなければならない。可視光は、組織が曝露されるエネルギーを低減する。したがって、光開始剤もまた、本明細書に記載の組成物中で利用できる。一実施例において、光開始剤は、組成物の硬化を促進する。さらなる一実施例において、光開始剤は、組成物の１つ又は複数の構成部の架橋を促進する。別の一実施例において、光開始剤は、可視光光開始剤である。さらなる一実施例において、光開始剤は、青色光に曝露されたときに活性化する。別の一実施例において、光開始剤は、リチウムフェニル−２，４，６−トリメチルベンゾイルホスフィネートである。さらなる別の一実施例において、光開始剤は、以下のうちの１つ又は複数を含有するＩｒｇａｃｕｒｅ（商標） ２９５９製品である。

光開始剤に対するポリマーの比は、本明細書に記載の使用のためのポリマーの選択に依存する。光開始剤の量は、ポリマーの架橋を開始するのに十分でなければならない。一実施例において、光開始剤対ポリマーの質量比は、約１：１から約１：２０である。

（ｉｖ）任意選択の成分
組成物は、所望の製品の調製を促進する追加の試剤を任意選択で含有しうる。当業者は、本明細書における使用に好適な追加の試剤を容易に選択可能だと考えられる。

一実施例において、組成物は、細胞外マトリックスを含む。細胞外マトリックス成分の例には、コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン、ヒアルロネート、エラスチン、プロテオグリカン、ゼラチン、フィブリノゲン、フィブリン、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。組成物の非細胞性成分は、保持されても、物理的、化学的、又は酵素的手段を使用して使用前に除去されてもよい。

さらなる一実施例において、組成物は、上述の湿潤剤を含む。

さらなる別の一態様において、組成物は、細胞結合因子を含む。本明細書において有用な細胞結合因子の例には、フィブロネクチン、レクチン、カドヘリン、クローディン、ラミニン、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。

別の一実施例において、組成物は、抗酸化剤を含む。抗酸化剤の例には、緩衝液、たとえばリン酸緩衝生理食塩水が含まれるが、これに限定されない。

さらなる一実施例において、組成物は、細胞死を阻害する試剤を含む。細胞死を阻害する試剤の例には、インターロイキン、インターフェロン、顆粒球コロニー刺激因子、マクロファージ、炎症性タンパク質、形質転換成長因子Ｂ、マトリックスメタロプロテイナーゼ、カプサーゼ（ｃａｐｓａｓｅ）、ＭＡＰＫ／ＪＮＫシグナリングカスケード、Ｓｒｃキナーゼ、ヤヌスキナーゼ、又はそれらの任意の組合せの活性を阻害するものが含まれる。

また別の一実施例において、組成物は、細胞接着を亢進する試剤を含む。細胞接着を亢進する試剤の例には、アルギニン−グリシン−アスパラギン酸（ＲＧＤ）、インテグリン、及び細胞外マトリックス（ＥＣＭ）が含まれるが、これに限定されない。

さらに別の一実施例において、組成物は、ポリオキシプロピレン及びポリオキシエチレンを含む。

別の一実施例において、細胞再構成及び様々な細胞タイプの移動を誘導するために、磁場を使用できる。したがって、組成物は、磁性粒子、たとえば強磁性ナノ粒子を含有しうるのであり、細胞再構築及び移動を誘導するために磁場にさらされる。

粘性剤を任意選択で組成物に追加できる。そうすることで、組成物内に付与された十分な凝集力により、押し出された層の維持又は忠実度を達成できる。一実施例において、選択される粘性剤は、組成物の成分の剪断増粘又は減粘に依存する。さらなる一実施例において、粘性剤は、押し出されたときに組成物がその形状を維持するのに十分なだけ粘性であることを保証する。別の一実施例において、粘性剤は、組成物がその押出しが妨げられるほど粘度が高くなりすぎないことを保証する。一実施例において、粘性剤は、ポリ（エチレンオキシド）、ゼラチン、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｆ−１２７（すなわち、（ポリエチレンオキシド）−（ポリプロピレンオキシド）−（ポリエチレンオキシド）ベースの材料）、ヒアルロン酸、又はそれらの任意の組合せである。

Ｎ．製造品
上で論じたとおり、本明細書に記載の方法、デバイス、及びシステムは、ＥＭＲを約４０５ｎｍ以上の波長で使用して、様々な物品の製造を可能にする。したがって、製造品は、１種のＥＭＲ反応性材料及び上述の細胞を含有する。

一実施例において、物品は、細胞コンストラクトである。別の一実施例において、物品は、３次元である。別の一実施例において、物品は、組織コンストラクト、たとえば臓器である。さらなる一実施例において、物品は、一連の細胞である。さらに別の一実施例において、物品は、身体機能を高める及び／又は媒介するための任意の身体の部分（すなわち臓器）又は臓器的構造である。また別の一実施例において、物品は、とりわけ哺乳動物へのインプランテーションのためのスプリント、ボタン（たとえば、詰め物、穴ふさぎ、充填物）である。

臓器は、哺乳動物の任意の構成部でありうる。一実施例において、臓器は、皮膚、汗腺、脂腺、乳腺、骨、脳、視床下部、下垂体、松果体、心臓、血管、喉頭、気管、気管支、肺、リンパ管、唾液腺、粘液腺、食道、胃、胆嚢、肝臓、膵臓、小腸、大腸、結腸、尿道、腎臓、副腎、導管、尿管、膀胱、卵管、子宮、卵巣、精巣、前立腺、甲状腺、副甲状腺、マイボーム腺、耳下腺、扁桃腺、アデノイド、胸腺、脾臓、歯、歯茎、毛包又は軟骨である。

様々な植物又はそれらの一部を、本明細書に記載の方法及びシステムを使用してプリントできる。一実施例において、植物は、とりわけ藻類、天然産物をもたらす植物、ヒト又は動物による摂取のために設計された農作植物である。

細菌及びウイルスカプシドもまた、本明細書に記載の方法及びシステムを使用してプリントできる。一実施例において、細菌は、とりわけ大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）、レンサ球菌（ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）、アナプラズマ（Ａｎａｐｌａｓｍａ）、バチルス・ブレビス（Ｂａｓｉｌｌｕｓ−ｂｒｅｖｉｓ）、エンテロコッカス（Ｉｎｔｅｒｒｏｃｏｃｃｕｓ）である。別の一実施例において、ウイルスカプシドは、とりわけアデノ随伴、アイチ、オーストラリアコウモリリッサ、ＢＫポリオーマ、バナ（Ｂａｎｎａ）、バーマフォレスト、ブニヤムウェラ、ブニヤラクロス、ブニヤカンジキウサギ、カウドウイルス（ｃａｕｄｉｏｖｉｒａｌｅｓ）、オナガザルヘルペス、チャンディプラ、チクングニア、コーサＡ（Ｃｏｓａ Ａ）、牛痘、コクサッキー、クリミア−コンゴ出血熱、デング熱、ドーリ、ジュグベ、デュベンヘイジ、東部ウマ脳炎、エボラ、エコー、脳心筋炎、エプスタイン・バー、ヨーロッパコウモリリッサ、ＧＢ Ｃ／Ｇ型肝炎、ハンターン、ヘンドラ、Ａ型肝炎、Ｂ型肝炎、Ｃ型肝炎、Ｅ型肝炎、デルタ肝炎、馬痘、ヒトアデノ、ヒトアストロ、ヒトコロナ、ヒトサイトメガロ、ヒトエンテロ６８型、７０型、ヒトヘルペス１型、ヒトヘルペス２型、ヒトヘルペス６型、ヒトヘルペス７型、ヒトヘルペス８型、ヒト免疫不全、ヒトパピローマ１型、ヒトパピローマ２型、ヒトパピローマ１６型、１８型、ヒトパラインフルエンザ、ヒトパルボＢ１９、ヒト呼吸器多核体、ヒトライノ、ヒトＳＡＲＳコロナ、ヒトスプマレトロ、ヒトＴリンパ球向性、ヒトトロ、インフルエンザＡ型、インフルエンザＢ型、インフルエンザＣ型、イスファハン（Ｉｓｆａｈａｎ）、ＪＣポリオーマ、日本脳炎、フニンアレナ、ＫＩポリオーマ、クンジン、ラゴスコウモリ、ビクトリア湖マールブルグ、ランガト、ラッサ、ローズデール、跳躍病、リンパ球性脈絡髄膜炎、マチュポ、マヤロ、ＭＥＲＳコロナ、麻疹、メンゴ脳心筋炎、メルケル細胞ポリオーマ、モコラ、伝染性軟属腫、サル痘、流行性耳下腺炎、マリーバレー脳炎、ニューヨーク、ニパ、ノーウォーク、オニョンニョン、オルフ、オロポーシェ、ピチンデ、ポリ（Ｐｏｌｉ）、プンタトロフレボ、プーマラ、狂犬病、リフトバレー熱、ロサＡ（Ｒｏｓａ Ａ）、ロスリバー、ロタＡ、ロタＢ、ロタＣ、風疹、サギヤマ、サリＡ、砂バエ熱シチリア（Ｓａｎｄｆｌｙ ｆｅｖｅｒ ｓｉｃｉｌｉａｎ）、サッポロ、セムリキ森林、ソウル、サル泡沫状、サル５型、シンドビス、サウサンプトン、セントルイス脳炎、ダニ媒介ポーワッサン、トルクテノ、トスカーナ、ウークニエミ、ワクシニア、水痘帯状疱疹、天然痘、ベネズエラウマ脳炎、水疱性口内炎、西部ウマ脳炎、ＷＵポリオーマ、西ナイル、ヤバサル腫瘍、ヤバ様疾患（Ｙａｂａ−ｌｉｋｅ ｄｉｓｅａｓｅ）、黄熱病、又はジカである。

製造品は、所望の使用に応じて単一の層又は複数の層を有しうるのであり、単細胞性又は多細胞性でありうる。製造品は、機能単位の反復パターンもまた含みうる。機能単位は、円、四角、長方形、三角、多角形、及び不規則的なジオメトリを含む、任意の好適なジオメトリを有しうる。バイオプリントされた機能単位の反復パターンは、複数の層、すなわち基層及びその上の１つ又は複数の層の形態でありうる。層の配向は、製造される最終物品に依存する。一実施例において、層はすべて同じ方向であっても、方向が異なっていても、又はそれらの任意の組合せであってもよい。別の一実施例において、層はパターンを形成する。さらなる一実施例において、層は交互である。さらに別の一実施例において、層はパターンを一切欠いている。図１４は、本明細書に記載の方法を使用して製造された組織の例示を提供する。図１４Ａは、組織設計コンストラクトの３次元細胞パターニングを示す。３次元構造は、高強度合成ポリマー及び細胞がロードされたヒドロゲルから構成され、２つの異なる材料の同時パターニングにより製造された。図１４Ｂ及び図１４Ｃに示すとおり、２つの異なる材料、すなわち構造ポリマー１５０及び細胞がロードされたヒドロゲル１５２は、パターンとして同時に堆積させられ、単一の複合構造をもたらす。図１４Ｂは、層堆積を示す断面図を示す。図１４Ｃは、層状材料の格子構造を示す平面図である。

製造品は、主治医にとって有用な任意の形態でありうる。一実施例において、製造品は、ゲル又は個体である。

製造品は、組成物を受け手段上に堆積させることにより形成できる。一実施例において、組成物は、液滴又は流動の形態でオリフィスを出る。上述のとおり、組成物は、約４０５ｎｍ以上の波長のＥＭＲへの曝露後に硬化する。

物品の製造は、連続的及び／又は実質的に連続的でありうる。一実施例において、物品の製造は、連続的である。別の一実施例において、物品の製造は、不活動の期間を伴って連続的である。製造品は、形成後の十分な時間静置、すなわちインキュベートされうる。一実施例において、製造品は、細胞接着、再構築移動、又はそれらの任意の組合せを可能にするために静置される。インキュベーションを促進するための追加の方法が実施され、利用されうるのであり、これには、加熱、冷却、圧力、張力、加圧、機械力、湿度変化、又はそれらの任意の組合せが含まれるが、これに限定されない。

インキュベーション期間の終わりに、細胞を、任意の非必須成分を除去することにより単離できる。一実施例において、任意の望ましくない成分、たとえば支持媒体及び／又は押出剤が除去される。別の一実施例において、支持媒体は、支持媒体と離して物理的に除去される。別の一実施例において、支持媒体は、水又は非細胞性材料が可溶性である任意の溶媒を使用して除去される。

最終的に、製造品は、非必須成分を一切欠いており、細胞を成熟させることにより仕上げられうる。一実施例において、製造品は、成長のための成熟チャンバ内に置かれる。

Ｏ．キット
また提供されるのは、本明細書に記載のバイオプリンタの任意の構成部を含有するキット又はパッケージである。一実施例において、キット又はパッケージは、とりわけプリンタステージ、受け手段、カートリッジ、分注手段、たとえばシリンジ、キャピラリーチューブ、若しくはピペット、エアコンプレッサ、ＥＭＲ源、ソフトウェア、非一時的コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータモジュール、グラフィックユーザインターフェース、光学デバイス、又はそれらの任意の組合せのうちの１つ又は複数を含有する。

キット又はパッケージは、組成物の１つ又は複数の成分もまた含みうる。一実施例において、キット又はパッケージは、１つ又は複数の生体材料、たとえば細胞を含有する。別の一実施例において、キット又はパッケージは、とりわけ押出剤、光開始剤、細胞外マトリックス、抗酸化剤、細胞死を阻害する試剤、細胞接着を亢進する試剤、磁性粒子、粘性剤、押出剤、たとえば支持材料、又はそれらの任意の組合せのうちの１つ又は複数を含有する。

キット又はパッケージは、バイアル、チューブ、適用器、ニードル、分注手段、蓋、密封材、ホイル、並びに他の適切な包装及び使用説明書のうちの１つ又は複数をさらに含みうる。

キットは、組成物の１つ又は複数の成分を含有しうる。組成物の１つ又は複数の成分は、分けられていても、２つ以上の成分が組み合わされていても、又はそれらの任意の組合せであってもよい。一実施例において、組成物の成分のすべてが、キットの単一の分注手段内に組み合わされうる。別の一実施例において、組成物の各成分は、キットの別々の分注手段内に含有されうる。さらなる一実施例において、成分のうちのいくつかは分注手段内に個別に存在し、成分のうちのいくつかは、単一の分注手段内に組み合わされる。

Ｐ．バイオプリンタの使用方法
本明細書に記載のバイオプリンタ及びそれによりもたらされる製造された合成、すなわち人工の物品は、様々な用途を有する。一実施例において、臓器の形態の製造品は、それを必要とする哺乳動物内に移植できる。臓器は、主治医及び移植される臓器により決定されるとおり、免疫抑制剤の存在又は非存在下で移植できる。一実施例において、免疫抑制剤を、移植前に、移植と同時に、又は移植に続いて投与できる。別の一実施例において、抗拒絶反応剤は、導入、維持、免疫抑制剤である。さらなる一実施例において、抗拒絶反応剤は、これに限定されないが、ａｔｇａｍ、アザチオプリン、バシリキシマブ、シクロスポリン、ダクリズマブ、メチルプレドニゾロン、モフェチル、ムロモナブ−ＣＤ３、ミコフェノール酸、ミコフェノール酸モフェチル、ＯＫＴ３、プレドニゾン、ラパマイシン、シロリムス、タクロリムス、サイモグロブリン、又はそれらの任意の組合せである。追加の試剤を、移植前に、移植と同時に、又は移植に続いて投与でき、これには、とりわけ鎮痛剤が含まれるが、これに限定されない。

本明細書に記載のとおりもたらされる製造された合成品はまた、多様な化学剤の試験において使用される。そうすることで、動物試験を実施する必要性が低減又は除去されうる。具体的には、製造品の特定の細胞に固有の機能を評価でき、すなわち、細胞が適切に機能していることを保証する。かかる機能には、タンパク質機能、細胞マーカ生存率、細胞接着、又は細胞収縮が含まれるが、これに限定されない。したがって、とりわけ化学剤の感受性、生存率、毒性、及び耐性を評価できる。したがって、本明細書においてもたらされた製造された合成品は、数多くの産業にわたってインビトロ(in vitro)試験において使用される。本明細書において使用される「化学剤」という用語は、任意の単一の化学物質又はその化学剤を含有する組成物を指し、これは、公衆への配布前に試験されなければならない。一実施例において、化学剤は、とりわけ家庭用化学品、医薬、たとえば抗生物質及び化学療法剤、環境剤、農薬、食品添加物、ヘルスケア剤でありうる。そうすることで、化学剤を、本明細書におけるバイオプリンタを使用して調製された細胞構造に適用できる。適用後、細胞構造をモニタリングできる。一実施例において、細胞構造における細胞生存率を、必要に応じてモニタリング及び測定できる。

Ｑ．本発明の実施例
図１５は、組織１６８を提供するために粘性剤１６０、ポリマー１６２、青色光光開始剤１６４、及び細胞１６６を利用する組成物の一実施例を示す。

図１６は、複数のカートリッジにおける使用のための組成物の様々な可能性を示す。単一のカートリッジを使用する場合、粘性剤１６０、ポリマー１６２、光開始剤１６４、及び細胞１６６は、単一のシリンジ１７０内に混合される。２つのカートリッジを使用する場合、粘性剤１６０は他の成分、すなわちシリンジ１７２を使用するポリマー１６２、光開始剤１６４、及び細胞１６６とは別々に堆積させられる。シリンジ１７０の含有物は、複数のカートリッジ間で同時に使用できる。

Ｒ．実例
「実例１」
細胞ベースボウル
細胞ベースコンストラクトを３Ｄ ＣＡＤ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ（商標）ソフトウェア上でボウル材料として設計し、標準テッセレーション言語（ｓｔｌ：ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｅｌｌｅｌｌａｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイルとしてエクスポートした。図１７を参照のこと。

ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）ベース材料（１０００ＭＷ）を、２０％の体積当たり質量の比で脱イオン水と組み合わせ、溶液を形成する。次に、ＰＥＧ及びＰＥＧと０．５％比で混合されたリチウムフェニル−２，４，６−トリメチルベンゾイルホスフィネートを伴う５．５％比のポリエチレンオキシドを、ポリエチレングリコール溶液に添加した。次に、ヒト間葉系幹細胞を、混合溶液中にピペットし、溶液を１〜２分間混合した。次に、最終混合物をシリンジに添加し、上述のバイオプリンタのカートリッジ内に置いた。組成物を、２７５ｋＰａ（４０ｐｓｉ）の圧力で押し出し、ボウルを調製した。

プリンティング後、ボウルを８時間、細胞培養培地下、３７℃でインキュベートした。ＬｉｆｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製生存／死滅キットアッセイを使用して細胞生存率アッセイを実行し、約９０％の細胞が生存していることを示した。図１８を参照のこと。

「実例２」
合成耳
細胞ベースコンストラクトを３Ｄ ＣＡＤ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ（商標）ソフトウェア上で耳として設計し、ｓｔｌファイルとしてエクスポートした。図１９を参照のこと。

ポリエチレングリコールベース材料（１０００ＭＷ）を、２０％の体積当たり重量比で脱イオン水と組み合わせ、溶液を形成する。次に、ＰＥＧ及びＰＥＧと０．５％比で混合されたリチウムフェニル−２，４，６−トリメチルベンゾイルホスフィネートを伴う５．５％比のポリエチレンオキシドを、ポリエチレングリコール溶液に添加した。次に、ヒト間葉系幹細胞を、混合溶液中にピペットし、溶液を１〜２分間混合した。次に、最終混合物をシリンジに添加し、上述のバイオプリンタのカートリッジ内に置いた。組成物を、２７５ｋＰａ（４０ｐｓｉ）の圧力で押し出し、耳を調製した。

プリンティング後、耳を８時間、細胞培養培地下、３７℃でインキュベートした。ＬｉｆｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製生存／死滅キットアッセイ（assay:分析検査）を使用して細胞生存率アッセイを実行し、約９０％の細胞が生存していることを示した。図２０を参照のこと。

本明細書において範囲が使用されるとき、そこでの特定の実施例に関する範囲のすべての組合せ、及び下位組合せが含まれることが意図されている。

本文献に引用又は記載された各特許、特許出願、及び出版物の開示は、ここにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

当業者は、本発明の好ましい実施例に数多くの変更及び修正を加えうること、並びに、本発明の趣旨を逸脱することなしにかかる変更及び修正を加えうることを認めると考えられる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲内に収まるものとして、すべてのかかる等価な変形形態を包含することが意図されている。

Claims (180)

1. ４０５ｎｍ以上の電磁放射線（ＥＭＲ）への曝露後に硬化する生体材料を含む組成物を収容して保持するためのカートリッジを含む材料堆積デバイス、並びに
   約４０５ｎｍ以上の波長でＥＭＲを放射するＥＭＲモジュール
   を含む３次元バイオプリンタ。
2. 前記硬化及びバイオプリンティングが同時に生じる、請求項１に記載のバイオプリンタ。
3. 前記硬化が約１から約５秒後に生じる、請求項１に記載のバイオプリンタ。
4. 前記カートリッジが分注手段を収容する、請求項１に記載のバイオプリンタ。
5. 前記分注手段が、シリンジ、キャピラリーチューブ、又はマイクロピペットである、請求項４に記載のバイオプリンタ。
6. 前記カートリッジが、前記カートリッジの挿入を可能にする第１の開口部及び前記カートリッジの一部が前記カートリッジを出ることを可能にする第２の開口部を含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
7. 前記第１の開口部が、約１μｍから約１０ｃｍである、請求項６に記載のバイオプリンタ。
8. 前記第１の開口部が、約２から約１０ｍｍである、請求項７に記載のバイオプリンタ。
9. 前記第２の開口部が、約１μｍから約１０ｃｍである、請求項６に記載のバイオプリンタ。
10. 前記第２の開口部が、約２から約１０ｍｍである、請求項９に記載のバイオプリンタ。
11. 前記カートリッジが、約１μＬから約１００ｍＬの容量を有する、請求項６に記載のバイオプリンタ。
12. 前記カートリッジが、約１から約２０ｍＬの容量を有する、請求項１１に記載のバイオプリンタ。
13. 前記カートリッジが、約１μｍから約１０ｃｍの直径を有する、請求項１に記載のバイオプリンタ。
14. 前記カートリッジが、約１から約１０ｍｍの直径を有する、請求項１３に記載のバイオプリンタ。
15. 前記分注手段が、約１０μから約５ｃｍの内腔径を有するニードルを含有する、請求項１に記載のバイオプリンタ。
16. 前記分注手段が、約１ｍｍから約１０ｍｍの内腔径を有するニードルを含有する、請求項１５に記載のバイオプリンタ。
17. 前記分注手段が、長さ約１０から約３００ｍｍのニードルを含有する、請求項４に記載のバイオプリンタ。
18. 前記シリンジのニードルが、長さ約１０から約１００ｍｍである、請求項１７に記載のバイオプリンタ。
19. 前記第２の開口部上の接着ホイルをさらに含む、請求項６に記載のバイオプリンタ。
20. 前記分注手段の一部が、前記カートリッジの前記第２の開口部から出る、請求項６に記載のバイオプリンタ。
21. 前記カートリッジが、ガラス、プラスチック、金属、ゲル、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
22. 前記カートリッジが、滅菌で、光から保護され、又はそれらの任意の組合せである、請求項１に記載のバイオプリンタ。
23. 前記カートリッジが密封されているか、又は開放されている、請求項１に記載のバイオプリンタ。
24. 前記カートリッジがキャップ又は蓋で密封されている、請求項２３に記載のバイオプリンタ。
25. 前記カートリッジが恒久的に密封されている、請求項２３に記載のバイオプリンタ。
26. 圧力を前記カートリッジに適用するための圧力手段をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
27. 前記圧力手段が、水圧装置、圧縮空気、ピストン、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項２６に記載のバイオプリンタ。
28. 前記カートリッジに取り付けられるホースをさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
29. 前記ホースが、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン、又はそれらの任意の組合せを含むコンプレッサに取り付けられる、請求項２８に記載のバイオプリンタ。
30. 前記ＥＭＲモジュールが前記カートリッジと隣接する、請求項１に記載のバイオプリンタ。
31. 前記カートリッジが前記ＥＭＲモジュールを収容する、請求項３０に記載のバイオプリンタ。
32. 前記ＥＭＲモジュールが前記カートリッジの複数の面上にある、請求項３０又は３１に記載のバイオプリンタ。
33. 前記ＥＭＲモジュールが調整可能である、請求項１に記載のバイオプリンタ。
34. 前記ＥＭＲモジュールの波長、強度、曝露時間、又はそれらの任意の組合せが調整可能である、請求項１に記載のバイオプリンタ。
35. 前記ＥＭＲモジュールが、ＥＭＲ放出の強度を低減又は増加させる減衰フィルタを含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
36. 前記堆積デバイスがオリフィスを含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
37. プリンタステージをさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
38. 前記プリンタステージが受け手段と分かれて隣接する、請求項３７に記載のバイオプリンタ。
39. 前記バイオプリンタの１つ又は複数の構成部の較正のための較正手段をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
40. 前記較正手段が、前記バイオプリンタ内に収容される１つ又は複数のロッドを使用する、請求項３９に記載のバイオプリンタ。
41. 前記ロッドが、前記カートリッジ、プリンタステージ、又はそれらの任意の組合せの移動を制御する、請求項４０に記載のバイオプリンタ。
42. 前記カートリッジが、ｘ及びｙロッドに沿って移動し、前記プリンタステージが、ｚロッドに沿って移動する、請求項４１に記載のバイオプリンタ。
43. 前記ロッドが１つ又は複数のモータを使用して駆動される、請求項４０に記載のバイオプリンタ。
44. 前記ロッドが、前記カートリッジの移動を前記受け手段のサイズに制限するｘ及びｙエンドストップを含む、請求項４０に記載のバイオプリンタ。
45. 前記ロッドが、前記受け手段の高さを制限するｚエンドストップを含む、請求項４０に記載のバイオプリンタ。
46. 前記較正手段が、前記受け手段及びプリンタステージに取り付けられる１つ又は複数のねじを含む、請求項３９に記載のバイオプリンタ。
47. 前記ねじが、ばねを使用して前記受け手段及び前記プリンタステージ内へと締め付けられる、請求項４６に記載のバイオプリンタ。
48. 前記較正手段が３つのねじを含む、請求項４６に記載のバイオプリンタ。
49. 前記ねじが締められているか、又は緩められている、請求項４６に記載のバイオプリンタ。
50. 前記較正がレーザを使用して実施される、請求項３９に記載のバイオプリンタ。
51. 前記較正が視覚的である、請求項３９に記載のバイオプリンタ。
52. 前記バイオプリンタの温度を調整するための温度手段をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
53. 前記温度が、前記受け手段、カートリッジ、及びバイオプリンタ内の雰囲気のものである、請求項５２に記載のバイオプリンタ。
54. 前記温度が、約−１０から約３００℃に調整されうる、請求項５２に記載のバイオプリンタ。
55. 前記温度が、約−１０から約３００℃に調整されうる、請求項５２に記載のバイオプリンタ。
56. 前記組成物が、圧力又は電流を使用して分注される、請求項１に記載のバイオプリンタ。
57. 前記圧力が、ピストン、圧縮気体、水圧装置、又はそれらの任意の組合せを使用して生成される、請求項５６に記載のバイオプリンタ。
58. 前記圧力が、エアコンプレッサ、圧電装置、インクジェット分注押出し、又はそれらの任意の組合せを使用して生成される、請求項５６に記載のバイオプリンタ。
59. 前記ＥＭＲモジュールが、前記組成物を、分散前、分散中、又は分散後に、約４０５ｎｍ以上の波長のＥＭＲに曝露させる、請求項１に記載のバイオプリンタ。
60. マニュアルであるか、又はダイヤルを使用してコンピュータ制御される、請求項１に記載のバイオプリンタ。
61. ２つ以上のカートリッジを含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
62. 約２つから約２５個のカートリッジを含む、請求項６１に記載のバイオプリンタ。
63. 前記カートリッジのそれぞれが互いに結合される、請求項６２に記載のバイオプリンタ。
64. 前記カートリッジのそれぞれが互いに分かれて配置される、請求項６３に記載のバイオプリンタ。
65. 前記カートリッジが異なる組成物を含有する、請求項６３に記載のバイオプリンタ。
66. 前記カートリッジが同じ組成物を含有する、請求項６３に記載のバイオプリンタ。
67. 各カートリッジが異なる分注圧力を使用する、請求項６５に記載のバイオプリンタ。
68. 前記組成物を受けるための受け手段をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
69. 前記受け手段が受けプレートを含む、請求項６８に記載のバイオプリンタ。
70. 前記受け手段が、哺乳動物の肢、哺乳動物の臓器、水浴、組織、ゲル、マルチウェルプレート、又は３Ｄ構造である、請求項６８に記載のバイオプリンタ。
71. 前記受け手段が、前記組成物を前記受け手段上に堆積させる前に水準調整される、請求項６８に記載のバイオプリンタ。
72. 前記受け手段が、前記カートリッジの平底に対して０°に水準調整される、請求項６８に記載のバイオプリンタ。
73. 前記受け手段が前記カートリッジと隣接する、請求項６８に記載のバイオプリンタ。
74. 前記受け手段が、前記組成物に対して非毒性である、請求項６８に記載のバイオプリンタ。
75. 湿潤剤を前記受け手段に適用するための湿潤組成物をさらに含む、請求項６８に記載のバイオプリンタ。
76. 前記湿潤組成物が親水性又は疎水性である、請求項７５に記載のバイオプリンタ。
77. 前記湿潤組成物が、前記組成物の分注前、分注中、又は分注後に適用される、請求項７５に記載のバイオプリンタ。
78. 非一時的コンピュータ可読記憶媒体又はコンピュータ可読プログラムコードでエンコードされた記憶媒体をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
79. コンピュータモジュールをさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
80. グラフィックユーザインターフェースをさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
81. 光学デバイスをさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
82. 前記光学デバイスが青色フィルタを有するレンズである、請求項８１に記載のバイオプリンタ。
83. 前記光学デバイスが前記カートリッジ上に取り付けられる、請求項８１に記載のバイオプリンタ。
84. 前記光学デバイスが、前記受け手段と隣接して取り付けられる、請求項８１に記載のバイオプリンタ。
85. 前記生体材料が、液体、半固体、又は固体である、請求項１に記載のバイオプリンタ。
86. 前記生体材料が細胞を含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
87. 前記細胞が哺乳動物細胞である、請求項８６に記載のバイオプリンタ。
88. 前記生体材料が分化哺乳動物細胞を含む、請求項８６に記載のバイオプリンタ。
89. 前記生体材料が未分化哺乳動物細胞を含む、請求項８８に記載のバイオプリンタ。
90. 前記未分化細胞が、胚細胞、幹細胞、前駆細胞、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項８９に記載のバイオプリンタ。
91. 前記細胞が、筋細胞、結合組織細胞、骨髄細胞、内皮細胞、皮膚細胞、上皮細胞、乳腺細胞、脈管細胞、血液細胞、リンパ細胞、神経細胞、シュワン細胞、胃腸細胞、肝細胞、膵臓細胞、肺細胞、気管細胞、角膜細胞、泌尿生殖器細胞、腎細胞、生殖細胞、脂肪細胞、実質細胞、周皮細胞、中皮細胞、間質細胞、内胚葉由来細胞、中胚葉由来細胞、外胚葉由来細胞、又はそれらの任意の組合せである、請求項８６に記載のバイオプリンタ。
92. 前記筋細胞が、骨格筋細胞、心筋細胞、平滑筋細胞、筋芽細胞、又はそれらの任意の組合せである、請求項９１に記載のバイオプリンタ。
93. 前記結合組織細胞が、骨細胞、軟骨細胞、線維芽細胞、及び造骨細胞、軟骨細胞、リンパ組織に分化する細胞、又はそれらの任意の組合せである、請求項９１に記載のバイオプリンタ。
94. 前記生体材料が細菌細胞を含む、請求項９１に記載のバイオプリンタ。
95. 前記生体材料がウイルスカプシドを含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
96. 前記組成物が押出剤を含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
97. 前記押出剤が、約４０５ｎｍ以上の波長で硬化可能である、請求項９６に記載のバイオプリンタ。
98. 前記組成物が２種以上の押出剤を含有する、請求項９６に記載のバイオプリンタ。
99. 前記押出剤がポリマーである、請求項９６に記載のバイオプリンタ。
100. 前記ポリマーがヒドロゲルである、請求項９９に記載のバイオプリンタ。
101. 前記ポリマーが、ポリオキシアルキレン、ジアクリレート、メタクリレート、ノルボルネン、ゼラチン、メタクリレート、メタクリル酸化ヒアルロン酸、ヒドロキシエチルメタクリレート誘導体化デキストラン、ｐ（ＨＰＭＡｍ−ラクテート）−ＰＥＧ、金のナノロッド、炭素ナノチューブ、コラーゲン、ポリエチレンオキシド、ポリ−カプロラクトン、ポリ（Ｌ）−乳酸、又はそれらの任意の組合せである、請求項９９に記載のバイオプリンタ。
102. 前記ジアクリレートがＰＥＧ−ＤＡを含む、請求項１０１に記載のバイオプリンタ。
103. 前記メタクリレートがＰＥＧ−ＭＡである、請求項１０１に記載のバイオプリンタ。
104. 前記ノルボルネンがＰＥＧ−ノルボルネンである、請求項１０１に記載のバイオプリンタ。
105. 前記ポリオキシエチレンがポリ（エチレングリコール）である、請求項１０１に記載のバイオプリンタ。
106. 前記押出剤が、水溶性、有機溶媒可溶性、酵素分解を介して溶解性、又は酸性若しくは塩基性条件下で溶解性である、請求項９６に記載のバイオプリンタ。
107. 前記酵素分解が、プロテアーゼ又はリパーゼを使用して実施される、請求項１０６に記載のバイオプリンタ。
108. 前記プロテアーゼが、プロテイナーゼＫ、プロテアーゼＸＩＶ、α−キモトリプシン、コラゲナーゼ、マトリックスメタロプロテイナーゼ−１（ＭＭＰ−１）、ＭＭＰ−２、又はそれらの任意の組合せである、請求項１０７に記載のバイオプリンタ。
109. 前記溶解が、カチオン又はイオンを使用して実施される、請求項１０９に記載のバイオプリンタ。
110. 前記押出剤が溶解可能である、請求項９６に記載のバイオプリンタ。
111. 前記組成物が光開始剤をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
112. 光開始剤対前記ポリマー比が、約１：１から約１：２０である、請求項１１１に記載のバイオプリンタ。
113. 前記光開始剤が、リチウムフェニル−２，４，６−トリメチルベンゾイルホスフィネート又は以下
     
     のうちの１つ又は複数である、請求項１１１に記載のバイオプリンタ。
114. 前記組成物が粘性剤をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
115. 前記粘性剤が、ポリ（エチレンオキシド）、ゼラチン、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｆ−１２７、ヒアルロン酸、又はそれらの任意の組合せである、請求項１１４に記載のバイオプリンタ。
116. 前記組成物が生体適合性の液体をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
117. 前記組成物が、湿潤剤、抗酸化剤、細胞死を阻害する試剤、細胞接着を亢進する試剤、細胞結合因子、又はそれらの任意の組合せをさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
118. 前記細胞結合因子が、フィブロネクチン、レクチン、カドヘリン、クローディン、ラミニン、又はそれらの任意の組合せである、請求項１１７に記載のバイオプリンタ。
119. 前記組成物が硬化して臓器を形成する、請求項１に記載のバイオプリンタ。
120. 前記臓器が、皮膚、汗腺、脂腺、乳腺、骨、脳、視床下部、下垂体、松果体、心臓、血管、喉頭、気管、気管支、肺、リンパ管、唾液腺、粘液腺、食道、胃、胆嚢、肝臓、膵臓、小腸、大腸、結腸、尿道、腎臓、副腎、導管、尿管、膀胱、卵管、子宮、卵巣、精巣、前立腺、甲状腺、副甲状腺、マイボーム腺、耳下腺、扁桃腺、アデノイド、胸腺、脾臓、歯、歯茎、毛包又は軟骨である、請求項１１９に記載のバイオプリンタ。
121. 前記組成物が、１つ又は複数の軸上で約±５０μｍの正確性で分注される、請求項１に記載のバイオプリンタ。
122. 前記組成物が、前記受け手段上に半固体又は固体を形成する、請求項１に記載のバイオプリンタ。
123. 前記ＥＭＲモジュールに可逆的に結合される、請求項１に記載のバイオプリンタ。
124. 前記ＥＭＲモジュールに恒久的に結合される、請求項１に記載のバイオプリンタ。
125. 堆積のための前記組成物を調整するための調整手段をさらに含む、請求項１に記載のバイオプリンタ。
126. 調整手段が光ベースである、請求項１２５に記載のバイオプリンタ。
127. 前記光が、約４０５ｎｍ以上の波長である、請求項１２６に記載のバイオプリンタ。
128. 前記調整手段が電気伝導を含む、請求項１２６に記載のバイオプリンタ。
129. 前記電気伝導が、前記組成物を改変して堆積効率を増加させるか、又は硬化を開始させる、請求項１２４に記載のバイオプリンタ。
130. ４０５ｎｍ以上のＥＭＲを放射し、バイオプリンタの組成物をＥＭＲに曝露させるＥＭＲ源を含む、前記バイオプリンタのための電磁放射線（ＥＭＲ）モジュール。
131. 請求項１から１２９までのいずれか一項に記載の前記バイオプリンタを使用して調製される細胞コンストラクト。
132. ３次元である、請求項１３１に記載の細胞コンストラクト。
133. 層構造である、請求項１３１に記載の細胞コンストラクト。
134. 多細胞性である、請求項１３１に記載の細胞コンストラクト。
135. 請求項１から１２９までのいずれか一項に記載のバイオプリンタにより堆積させられ、
     約４０５ｎｍ以上の波長のＥＭＲに曝露された
     電磁放射線（ＥＭＲ）反応性材料及び細胞を含む組織コンストラクト。
136. 約４０５ｎｍ以上の波長で硬化可能な細胞及び材料を含むバイオプリンタカートリッジ。
137. 前記カートリッジが、ガラス、プラスチック、又は金属の壁のリザーバを含む、請求項１３６に記載のバイオプリンタ。
138. 前記カートリッジが、約４０５ｎｍ以上の波長を有する光に対して不透過性である、請求項１３６に記載のバイオプリンタ。
139. （ｉ）約４０５ｎｍ以上のＥＭＲ波長で硬化可能な細胞及び材料を保持するチャンバ並びに（ｉｉ）前記細胞及び材料が通過して押し出されるオリフィスを含む、バイオプリンタカートリッジ。
140. 底部が三角である、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
141. 前記チャンバが少なくとも約０．１ｍＬの体積を有する、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
142. 前記チャンバが、約０．１ｍＬから約５０００ｍＬの体積を有する、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
143. 前記オリフィスが平滑である、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
144. ２つ以上のオリフィスを含む、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
145. 前記オリフィスが少なくとも約１μｍの直径を有する、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
146. 前記オリフィスが少なくとも約１から約１０００μｍ以上の直径を有する、請求項１４５に記載のバイオプリンタカートリッジ。
147. 前記オリフィスが円又は平面である、請求項１４４に記載のバイオプリンタカートリッジ。
148. 組成物を分注するための押出し手段をさらに含む、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
149. 前記押出し手段が、熱、圧電、空気圧、ピストン又はねじベースの押出し手段を含む、請求項１４８に記載のバイオプリンタカートリッジ。
150. 堆積のための組成物を調整するための調整手段をさらに含む、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
151. 調整手段が光ベースである、請求項１５０に記載のバイオプリンタカートリッジ。
152. 前記調整手段が電気伝導を含む、請求項１５０に記載のバイオプリンタカートリッジ。
153. 前記電気伝導が、前記組成物を改変して堆積効率を増加させるか、又は硬化を開始させる、請求項１５２に記載のバイオプリンタカートリッジ。
154. 閉鎖系である、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
155. 蓋をさらに含む、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
156. 前記蓋が、前記カートリッジに結合してそれを密封する第１の部分及びバイオプリンタに結合する第２の部分を含む、請求項１５５に記載のバイオプリンタカートリッジ。
157. 前記蓋が前記バイオプリンタのセンターピースに結合する、請求項１５５に記載のバイオプリンタカートリッジ。
158. 前記センターピースが、前記カートリッジの挿入される開口部を含む、請求項１５７に記載のバイオプリンタカートリッジ。
159. 前記蓋及びセンターピースが溝を含む、請求項１５７に記載のバイオプリンタカートリッジ。
160. 前記溝が、前記カートリッジの１つ又は複数の面上に配置される、請求項１５９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
161. 前記センターピースが、前記カートリッジの前記溝に対応する隆線を含有する、請求項１６０に記載のバイオプリンタカートリッジ。
162. 前記カートリッジが前記センターピース内に摺動する、請求項１６０に記載のバイオプリンタカートリッジ。
163. 前記カートリッジが前記センターピースに固定される、請求項１６０に記載のバイオプリンタカートリッジ。
164. 前記固定が、機械力、電磁力、又は加圧力を使用して実施される、請求項１６３に記載のバイオプリンタカートリッジ。
165. 前記固定が、１つ又は複数のラッチを使用して実施される、請求項１６４に記載のバイオプリンタカートリッジ。
166. 前記カートリッジが前記センターピース内にロックされたかどうかを検知するための検知手段をさらに含む、請求項１３９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
167. 前記検知手段が、磁気センサ、電気信号、機械スイッチ、又はそれらの任意の組合せである、請求項１６６に記載のバイオプリンタカートリッジ。
168. 前記カートリッジが前記センターピース内にロックされていない場合のアラートをさらに含む、請求項１６７に記載のバイオプリンタカートリッジ。
169. 前記アラートが、光センサ、アラーム、又はそれらの任意の組合せである、請求項１６８に記載のバイオプリンタカートリッジ。
170. 前記アラートが、光ゲート又は運動センサを使用して生成される、請求項１６９に記載のバイオプリンタカートリッジ。
171. 約４０５ｎｍ以上の波長の電磁放射線（ＥＭＲ）への曝露後に硬化する、生体材料を含む組成物を、前記組成物を流出させるオリフィスを有するカートリッジに供給する工程、及び
     前記組成物を、前記オリフィスを通じて基材上に流出させる工程
     を含む、一連の細胞を形成するための方法。
172. 前記組成物が、液滴又は流動の形態で前記オリフィスを出る、請求項１７１に記載の方法。
173. 生体材料を含み、約４０５ｎｍ以上の波長の電磁放射線（ＥＭＲ）への曝露後に硬化する組成物を、受け手段上に堆積させる工程、及び
     前記組成物を約１分から約１年間硬化させる工程
     を含む、組織コンストラクトの製造方法。
174. （ｉ）第１の押出剤、（ｉｉ）光開始剤、及び（ｉｉｉ）第２の押出剤を含み、前記押出剤が、少なくとも約４０５ｎｍの波長で硬化可能であるキット。
175. （ｉｖ）生体材料をさらに含む、請求項１７４に記載のキット。
176. （ｉ）化学剤を、請求項１に記載のバイオプリンタを使用して調製された細胞構造に適用する工程、及び（ｉｉ）前記細胞構造における細胞生存率を測定する工程を含む、前記化学剤の試験方法。
177. 前記化学剤の毒性が評価される、請求項１７６に記載の方法。
178. 前記細胞構造における細胞に固有の機能が評価される、請求項１７７に記載の方法。
179. 前記機能が、タンパク質機能、細胞マーカ生存率、細胞接着、細胞収縮、又はそれらの任意の組合せである、請求項１７８に記載の方法。
180. 請求項１から１２９までのいずれか一項に記載のバイオプリンタを使用して調製される細胞コンストラクトを、哺乳動物に移植する工程を含む、哺乳動物に合成臓器を移植するための方法。