[发明专利]3D可打印生物凝胶及其使用方法

说明书

本发明提供了胶原质组合物、制备该胶原质组合物的方法、以及由该胶原质组合物形成的3D结构。特别地，本发明提供了分离具有增强的凝胶化率的胶原质的方法、该胶原质组合物以及由该胶原质组合物形成的3D结构。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月26日提交的美国临时申请No.62/341,960的优先权，该申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明主要涉及3D可打印生物凝胶，更具体地，本发明涉及用于制造其三维结构的含胶原质3D可打印生物凝胶的方法和组合物。

背景技术

鉴于胶原质基材料广泛的应用，其可以证明是用于3D打印技术的有利基材。胶原质(collagen)的结构、功能与性质使其成为无数组织工程目的重要材料。目前可用的胶原质体现了其功能多样性；然而现有的胶原质制备工艺会产生性质(例如，凝胶化速率、强度、弹性和流变学)不佳的制剂。某些3D制造工艺，例如添加剂制备，需要具有快速凝胶特性的生物材料，这在生物基材料中具有挑战性。

本发明旨在克服这些以及其他缺陷。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种获得胶原质的方法。该方法包括对胶原质基生物材料(collagen-based biomaterial)进行加工来获得生物材料颗粒(biomaterialparticles)。在一些实施例中，该胶原质基生物材料是衍生自哺乳动物的I型胶原质。在一些实施例中，该方法包括将生物材料颗粒与弱酸溶液接触以获得含胶原质的溶液。在一些实施例中，该方法包括分离该含胶原质的溶液。在一些实施例中，分离包括离心。在一些实施例中，该方法包括将含胶原质的溶液与盐溶液接触以获得胶原质沉淀物。在一些实施例中，该方法包括重新悬浮该胶原质沉淀物以获得再悬浮胶原质溶液。在一些实施例中，该方法任选地包括对该再悬浮胶原质溶液进行病毒和朊病毒的灭活。在一些实施例中，该方法包括对该再悬浮胶原质溶液进行脱盐。在某些实施例中，该方法包括干燥该再悬浮胶原质溶液以获得胶原质材料。在一些实施例中，该方法包括对该胶原质材料进行灭菌。

在另一方面，本发明提供了一种生物凝胶组合物。所述生物凝胶组合物包括上述所得到的胶原质材料。在一些实施例中，该生物凝胶组合物可包括弱酸溶液中的胶原质材料。在一些实施例中，该生物凝胶组合物可使用适量的胶原质材料制备得到。在一些实施例中，该生物凝胶组合物可包括大于5mg/mL的该胶原质材料。在一些实施例中，该生物凝胶组合物可在室温或更高温度下进行快速凝胶化。在一些实施例中，本发明的该生物凝胶组合物在凝胶化前在15～100Pa的剪切应力下也可以是液体，并且在凝胶化过程中在约30～120Pa的静水压力下保持固体状态。在一些实施例中，该生物凝胶组合物包括载体和非天然添加剂，例如交联剂。

另一方面，本发明提供了一种由本申请描述的该生物凝胶组合物制备三维结构的方法。在一些实施例中，该方法包括向模块化制造系统提供生物凝胶组合物。在一些实施例中，模块化制造系统是3D打印设备。在一些实施例中，该方法包括将该生物凝胶组合物的温度维持在约0～12℃。在一些实施例中，该方法包括沉积该生物凝胶组合物以形成三维结构，其中三维结构经历凝胶化。在一些实施例中，该方法包括固化三维结构。

另一方面，本发明还提供了一种用于三维结构制造的生物凝胶组合物的制备方法。在一些实施例中，该方法包括提供在弱酸性溶液中具有胶原质材料的第一容器，其中使用本申请描述的方法获得胶原质材料。在一些实施例中，该方法包括提供具有载体的第二容器。在一些实施例中，该方法还可包括提供一个具有活细胞的第三容器。在一些实施例中，该方法包括使第一容器的弱酸溶液中的胶原质材料与第二容器的载体接触，以获得具有约50％～99.9％同质性的生物凝胶组合物。

附图说明

图1是描述本发明用于制备胶原质的示例性方法流程图。

图2是描绘从本发明的生物凝胶组合物制备三维结构的示例性方法流程图。