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特許7303594人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム及びそれを用いた人工血管の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-27
(45)【発行日】2023-07-05
(54)【発明の名称】人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム及びそれを用いた人工血管の製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/241 20170101AFI20230628BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20230628BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20230628BHJP
B29C 64/245 20170101ALI20230628BHJP
B29C 64/209 20170101ALI20230628BHJP
B29C 64/106 20170101ALI20230628BHJP
【ＦＩ】
B29C64/241
B33Y30/00
B33Y10/00
B29C64/245
B29C64/209
B29C64/106
【請求項の数】
21
(21)【出願番号】P 2022530868
(86)(22)【出願日】2019-12-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-01
(86)【国際出願番号】 KR2019017877
(87)【国際公開番号】W WO2021107252
(87)【国際公開日】2021-06-03
【審査請求日】2022-05-26
(31)【優先権主張番号】10-2019-0153497
(32)【優先日】2019-11-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】517336290
【氏名又は名称】ティーアンドアール バイオファブ カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｔ ＆ Ｒ ＢＩＯＦＡＢ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】５４２ｈｏ，２３７ Ｓａｎｇｉｄａｅｈａｋ－ｒｏ Ｓｉｈｅｕｎｇ－ｓｉ Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ １５０７３ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100087491
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 享
(74)【代理人】
【識別番号】100104271
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 保子
(72)【発明者】
【氏名】アン グンソン
(72)【発明者】
【氏名】キム ミンキョン
(72)【発明者】
【氏名】ミン キョンヒョン
(72)【発明者】
【氏名】リー インギュ
【審査官】▲高▼村 憲司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１５１５２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５１６５７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－０００８４０７（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１５７４６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１５４０４９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６４／００ － ６４／４０
Ｂ３３Ｙ １０／００ － ９９／００
Ａ６１Ｌ ２７／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ヘッドを介して高分子が外周面に吐出されることにより、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を形成する、回転可能な支持体製作ユニットと、高分子を前記支持体製作ユニットに吐出して３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体（ｈｏｌｌｏｗ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ）を形成する第１ヘッドと、
第１ヘッドを介して製作された円柱状支持体を垂直に据え置く支持台と、
支持台に垂直に据え置かれて固定された円柱状支持体の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する第２ヘッドと、を含み、
前記支持台は、中空円柱状の支持体が位置する支持板と、前記支持板の中心に形成される内部固定部と、を含み、
前記内部固定部は、前記支持板に垂直に位置する支持体の内周面に密着して、前記支持体を支持板に固定することを特徴とする、
人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項2】
前記第１ヘッドは、高分子を吐出するために上昇又は下降する第１空気圧シリンダと、前記第１空気圧シリンダの下降によって高分子を吐出する第１吐出ユニットと、吐出される高分子の温度を制御する温度制御ユニットと、を含む、請求項１に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項3】
前記第２ヘッドは、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出するために上昇又は下降する第２空気圧シリンダと、前記第２空気圧シリンダの下降によって、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する第２吐出ユニットと、吐出される少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの温度を調節する温度調節ユニットと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項4】
前記支持体製作ユニットは、高分子が吐出されるときに回転できる回転軸と、回転軸の一側に連結され、回転軸を回転させるモーターと、回転軸の他側に連結され、回転軸を支持するベアリングと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項5】
前記第２ヘッドは、垂直方向に移動しながら、支持台に垂直に固定された円筒状支持体の内部に少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することを特徴とする、請求項１に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項6】
前記支持台は、固定された第２ヘッドが少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する間に垂直方向に移動することができることを特徴とする、請求項１に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項7】
前記高分子は、熱可塑性高分子であることを特徴とする、請求項１に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項8】
前記熱可塑性高分子は、ラクチド（ｌａｃｔｉｄｅ）、カプロラクトン（ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、グリコリド（ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）、ジオキサノン（ｄｉｏｘａｎｏｎｅ）、プロピレン（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレン（ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、塩化ビニル（ｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ブタジエン（ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）、メチルメタクリレート（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、アクリル酸、２－ヒドロキシエチルメタクリレート（２－ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、カーボネート（ｃａｒｂｏｎａｔｅ）及びポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）よりなる群から選択された１種以上であることを特徴とする、請求項７に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項9】
前記少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、ゲル化高分子、細胞、成長因子及び細胞外基質よりなる群から選択された１種以上を含み、第２ヘッドに充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、支持体の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とが同様のパターンを有することを特徴とする、請求項１に記載の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム。
【請求項10】
第１ヘッドを介して支持体製作ユニットの外周面に高分子が吐出され、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体（ｈｏｌｌｏｗ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ）を形成するステップと、形成された円柱状支持体を垂直に固定する固定ステップと、第２ヘッドを垂直に移動させながら、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを前記支持体の内部に吐出させるステップと、を含み、
前記固定ステップは、３Ｄプリンティング用支持体固定装置によって行われ、
前記３Ｄプリンティング用支持体固定装置は、
中空円柱状の支持体が位置する支持板と、前記支持板の中心に形成される内部固定部と、を含み、
前記内部固定部は、前記支持板に垂直に位置する支持体の内周面に密着して、前記支持体を支持板に固定することを特徴とする、
人工血管の製造方法。
【請求項11】
前記支持体を形成するステップは、第１ヘッドを支持体製作ユニットの上部に移動させるステップと、支持体製作ユニットの上部に第１ヘッドが位置した後、支持体製作ユニットを回転させる回転ステップと、第１ヘッドを支持体製作ユニットの長さ方向に移動させながら、高分子を回転させる支持体製作ユニットの外周面に吐出させる吐出ステップと、を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の人工血管の製造方法。
【請求項12】
前記回転ステップと前記吐出ステップは、同時に行われるか、或いは順次行われることを特徴とする、請求項１１に記載の人工血管の製造方法。
【請求項13】
前記吐出ステップの後に、支持体の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの一部を除去するステップをさらに含む、請求項１０に記載の人工血管の製造方法。
【請求項14】
３Ｄプリンティング用支持体固定装置であって、中空円柱状の支持体が位置する支持板と、
前記支持板の中心に形成される内部固定部と、を含み、
前記内部固定部は、前記支持板に垂直に位置する支持体の内周面に密着して、前記支持体を支持板に固定することを特徴とする、３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【請求項15】
前記内部固定部は、前記支持板の中心に備えられるタップホールと、前記タップホールに締結されるボルトと、前記ボルトの外周面に備えられる弾性チューブと、を含む、請求項１４に記載の３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【請求項16】
前記ボルトの直径は、前記支持体の内径より小さいことを特徴とする、請求項１５に記載の３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【請求項17】
前記弾性チューブは、ボルトによって垂直に圧力が加わるときに半径方向に膨張可能な弾性体であることを特徴とする、請求項１５に記載の３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【請求項18】
前記弾性チューブは、シリコーンゴム（ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、エチレンプロピレンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＥＰＤＭ）、スチレン－ブタジエンゴム（Ｓｔｙｒｅｎｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＣＲ）、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＴＰＥ）、及び熱可塑性オレフィン（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｏｌｅｆｉｎ、ＴＰＯ）よりなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【請求項19】
前記支持板の上面に形成される外部固定部をさらに含み、前記外部固定部は、支持体の外周面に密着して前記支持体を固定することを特徴とする、請求項１４に記載の３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【請求項20】
前記外部固定部は、前記支持板の上面の一端に形成された第１固定プレートと、前記支持板の上面の他端に形成された第２固定プレートと、前記第１固定プレートと前記第２固定プレートとを連結するガイドと、前記ガイドに沿って移動可能な密着部と、を含む、請求項１９に記載の３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【請求項21】
前記密着部は、前記支持体の外周面と密着する面に形成される密着溝を含む、請求項２０に記載の３Ｄプリンティング用支持体固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性高分子を含む３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を製作して垂直に固定した後、支持体の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することにより、プリンティング後にも構造と形態を一定に維持可能であり、多層構造の中空形状を有する人工血管を製造することができる、人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム及びそれを用いた人工血管の製造方法に関する。
【0002】
また、本発明は、３Ｄプリンティング印刷物が形成される造形板に含まれる支持体固定装置に関し、より詳細には、支持体の内外部にプリンティング組成物を吐出して３Ｄプリントするために前記支持体を支持し固定することができる支持体固定装置を含む造形板及びそれを含む３Ｄプリンターに関するもので、中空支持体を内部及び／又は外部で安定的に３Ｄプリンティング装置の印刷領域に固定させることにより、別途の支持体固定装置の回転や移動なしに前記中空支持体の内部及び／又は外部に安定して３Ｄプリンティングを行うことができる３Ｄプリンターを提供するためのものである。
【0003】
本発明は、産業通商資源部が後援する産業技術革新プログラム（産業技術革新プログラム第２００００３２５号）の支援によるものである（Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ（Ｎｏ．２００００３２５） ｆｕｎｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ Ｏｆ Ｔｒａｄｅ， Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ＆ Ｅｎｅｒｇｙ（ＭＩ， Ｋｏｒｅａ））。
【背景技術】
【0004】
心臓、心臓弁、血管などの循環器系に発生する疾患である心血管疾患は、全世界的に成人の死亡原因の中で１位を記録しているが、それらの中でも、二重動脈硬化、狭心症、心筋梗塞、脳卒中などの属する血管に関連する疾患が最も多くの部分を占めている。これにより、患者の生命や生活の質の向上のために、同種血管や人造血管などの自己血管を置き換えることができる装置が求められており、特に３Ｄバイオプリンティング技術を利用して人造血管を製造する装置を開発するための研究が盛んに行われている。しかし、このような既存の組織構造物の場合には、支持できる構造体がないため、平板にバイオプリントされるときにその断面が円形にならず、形状が変形するという問題点を持っている。
【0005】
特に、動脈硬化、狭心症、心筋梗塞、脳卒中などの属する血管に関連する疾患が最も多い部分を占めており、患者の生命や生活の質の向上のために、同種血管や人工血管などの自己血管を置き換えることができる装置が求められており、特に３Ｄプリンティング技術を利用した人工血管の製造に関する研究が行われている。
【0006】
３Ｄプリンティング技術を利用して人工血管を製造する方法としては、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を製作して固定した後、前記支持体の内外部にプリンティング組成物を吐出して人工血管を製造する方法が挙げられる。
【0007】
しかし、このように円柱又は中空状構造物が持つ曲面に精密なプリンティングを行うことができる技術は依然として改善が必要であるが、これは、特に円柱状の固定支持部と円柱状支持体とを嵌合して支持体を固定するので、支持体の内部にプリンティング組成物を吐出するには固定支持部を除去する過程が必須に伴われるため、精密な３Ｄプリンティングが困難であるという問題があるからである。また、従来の固定支持部は、形状変更が不可能であるため、様々な大きさの支持体を固定及び支持することができないという限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、熱可塑性高分子を含む３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を製作して垂直に固定した後、支持体の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することにより、プリンティング後にも構造と形態を一定に維持可能であり、多層構造の中空形状を有する人工血管を製造することができる人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム及びそれを用いた人工血管の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
また、本発明は、支持体に比べて低い高さの内部固定部を用いて支持体を固定することにより、支持体の内部及び／又は外部に３Ｄプリンティング工程を容易かつ精密に行うことができるだけでなく、選択的に外部固定部を用いて安定かつ堅固に前記支持体を固定することにより、より精密かつ迅速に３Ｄプリンティング工程を行うことができる支持体固定装置、及びその支持体固定装置が含まれた回転型３Ｄプリンティング造形板を備える３Ｄプリンターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、第１ヘッド１２００を介して高分子が外周面に吐出されることにより、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体１０１０を形成する、回転可能な支持体製作ユニット１１００と、高分子を前記支持体製作ユニット１１００に吐出して３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体（ｈｏｌｌｏｗ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ）１０１０を形成する第１ヘッド１２００と、第１ヘッド１２００を介して作製された円柱状支持体１０１０を垂直に据え置く支持台１３００と、前記支持台１３００に垂直に据え置かれて固定された円柱状支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する第２ヘッド１４００と、を含む。
【0011】
前記第１ヘッド１２００は、高分子を吐出するために上昇又は下降する第１空気圧シリンダ１２１０と、前記第１空気圧シリンダ１２１０の下降によって高分子を吐出する第１吐出ユニット１２２０と、吐出される高分子の温度を制御する温度制御ユニット１２３０と、を含むことが好ましい。
【0012】
また、前記第２ヘッド１４００は、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出するために上昇又は下降する第２空気圧シリンダ１４１０と、前記第２空気圧シリンダ１４１０の下降によって、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する第２吐出ユニット１４２０と、吐出される少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの温度を調節する温度調節ユニット１４３０と、を含むことが好ましい。
【0013】
一方、支持体製作ユニット１１００は、高分子が吐出されるときに回転できる回転軸１１１０と、回転軸１１１０の一側に連結され、回転軸１１１０を回転させるモーター１１２０と、回転軸１１１０の他側に連結され、回転軸１１１０を支持するベアリング１１３０と、を含むことが好ましい。
【0014】
一例として、前記第２ヘッド１４００は、垂直方向に移動しながら、支持台１３００に垂直に固定された円筒状支持体１０１０の内部に少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することができる。
【0015】
他の例として、前記支持台１３００は、固定された第２ヘッド１４００が、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する間に垂直方向に移動することができる。
【0016】
一方、前記高分子は、熱可塑性高分子であることが好ましく、前記熱可塑性高分子は、ラクチド（ｌａｃｔｉｄｅ）、カプロラクトン（ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、グリコリド（ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）、ジオキサノン（ｄｉｏｘａｎｏｎｅ）、プロピレン（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、塩化ビニル（ｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ブタジエン（ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）、メチルメタクリレート（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、アクリル酸、２－ヒドロキシエチルメタクリレート（２－ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、カーボネート（ｃａｒｂｏｎａｔｅ）及びポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）よりなる群から選択された１種以上であることが好ましい。
【0017】
また、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、ゲル化高分子、細胞、成長因子及び細胞外基質よりなる群から選択された１種以上を含み、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とが同様のパターンを有することが好ましい。
【0018】
一方、本発明の他の実施形態は、人工血管の製造方法に関するものであり、第１ヘッドを介して支持体製作ユニットの外周面に高分子が吐出され、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体（ｈｏｌｌｏｗ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ）を形成するステップと、形成された円柱状支持体を垂直に固定する固定ステップと、第２ヘッドを垂直に移動させながら、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを前記支持体の内部に吐出させるステップと、を含む。
【0019】
前記支持体を形成するステップは、第１ヘッドを支持体製作ユニットの上部に移動させるステップと、支持体製作ユニットの上部に第１ヘッドが位置した後、支持体製作ユニットを回転させる回転ステップと、第１ヘッドを支持体製作ユニットの長さ方向に移動させながら、高分子を回転させる支持体製作ユニットの外周面に吐出させる吐出ステップと、を含むことができ、このとき、前記回転ステップと前記吐出ステップは、同時に行われるか、或いは順次行われることが好ましい。
【0020】
一方、本発明による人工血管の製造方法は、前記吐出ステップの後に、支持体の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの一部を除去するステップをさらに含むことができる。
【0021】
本発明の他の実施形態による３Ｄプリンティング用支持体固定装置は、中空円柱状の支持体２２０が位置する支持板２００と、前記支持板２００の中心に形成された内部固定部２０１と、を含むが、前記内部固定部２０１は、前記支持板２００に垂直に位置する支持体２２０の内周面に密着して、前記支持体２２０を支持板２００に固定することを特徴とする。
【0022】
前記内部固定部２０１は、前記支持板２００の中心に備えられるタップホール２０６と、前記タップホール２０６に締結されるボルト２０３と、前記ボルト２０３の外周面に備えられる弾性チューブ２０５と、を含むことができ、前記ボルト２０３の直径は、前記支持体２２０の内径よりも小さいことが好ましい。
【0023】
前記弾性チューブ２０５は、ボルト２０３によって垂直に圧力が加わるときに半径方向に膨張可能な弾性体が使用できるが、このような弾性チューブ２０５は、シリコーンゴム（ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、エチレンプロピレンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＥＰＤＭ）、スチレン－ブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＣＲ）、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＴＰＥ）、及び熱可塑性オレフィン（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｏｌｅｆｉｎ、ＴＰＯ）よりなる群から選択される少なくとも１種を含むことができる。
【0024】
本発明の他の実施形態による３Ｄプリンティング用支持体固定装置は、前記支持板２００の上面に形成される外部固定部２０２をさらに含むことができるが、前記外部固定部２０２は、支持体２２０の外周面に密着して前記支持体２２０を固定することができる。
【0025】
前記外部固定部２０２は、前記支持板２００の上面の一端に形成された第１固定プレート２２１と、前記支持板２００の上面の他端に形成された第２固定プレート２２２と、前記第１固定プレート２２１と第２固定プレート２２２とを連結するガイド２２３と、前記ガイド２２３に沿って移動可能な密着部２２４と、を含む。
【0026】
このとき、前記密着部２２４は、前記支持体２２０の外周面と密着する面に形成される密着溝２２５をさらに含むことが好ましい。
【0027】
本発明は、このような３Ｄプリンティング用支持体固定装置を含む３Ｄプリンターを挙げることができ、このような３Ｄプリンターを用いて中空の円柱状支持体２２０の内部と外部に３Ｄプリンティング構造物を形成することができる３Ｄプリンティングシステムをさらに含むことができる。
【0028】
上述した本発明に含まれたいくつかの実施形態は、通常の技術者レベルで必要に応じて多様に組み合わせられるか或いは結合されて実施できる。
【発明の効果】
【0029】
本発明は、熱可塑性高分子を含む３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を製作して垂直に固定した後、支持体の内部に少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することにより、多層構造の中空形状を有する人工血管を製造することができ、プリンティング後にも人工血管の構造と形態を一定に維持することができるという効果を持つ。それだけでなく、熱可塑性高分子を含む３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を含むことにより、一定レベル以上の弾性を有し、容易に破損せず、手術などの臨床適用時にも支持体の多孔性構造によって生体組織に糸で固定できるという効果を持つ。
【0030】
本発明の支持体固定装置は、低い高さの内部固定部を用いて支持体を固定することにより、支持体内部の３Ｄプリンティングを容易に行うことができるだけでなく、これと同時に外部固定部を用いて支持体をより安定的に固定して精密な３Ｄプリンティングを行うことができる。また、本発明の支持体固定装置は、弾性チューブを含む内部固定部と、スライド可能な密着部を含む外部固定部を用いて中空支持体を３Ｄプリンティング装置の出力ステージに堅固かつ安定的に固定することにより、様々な大きさの支持体を精密かつ迅速に中空支持体に３Ｄプリンティング工程を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の一実施例による支持体固定装置Ａを備えた回転型３Ｄプリンティング造形板が含まれた３Ｄプリンターを示す図である。
【図2】本発明の一実施例による支持体が固定された支持体固定装置Ａを備えた造形板の拡大図である。
【図3】本発明の一実施例による支持体固定装置Ａを備えた造形板の斜視図である。
【図4】本発明の一実施例による支持体が固定された支持体固定装置Ａの断面図である。
【図5】本発明の一実施例による内部固定部の支持体固定及び作動原理を示す模式図である。
【図6】本発明の一実施例による外部固定部の支持体固定及び作動原理を示す模式図である。
【図7】外部固定部の変形例を模式的に示すものである。
【図8】外部固定部の変形例を模式的に示すものである。
【図9】本発明による人工血管製造用３Ｄプリンティングシステムを示す斜視図である。
【図10】本発明による支持体製作ユニットの拡大図である。
【図11】本発明による第１ヘッド及び第２ヘッドの拡大図である。
【図12】本発明の一実施例による支持台の拡大図である。
【図13】本発明の他の実施例による支持台の拡大図である。
【図14】本発明の他の実施例による人工血管製造用３Ｄプリンティングシステムを示す正面図である。
【図15】本発明の別の実施例による人工血管製造用３Ｄプリンティングシステムを示す正面図である。
【図16】本発明の一実施例による４つの空間に区画された第２ヘッド（ａ）又は５つの空間に区画された第２ヘッド（ｂ）に充填されたヒドロゲルをそれぞれ図式的に示す図である。
【図17】本発明の他の実施例による中空部と区画部材とを備えた第２ヘッドを概略的に示す結合図（ａ）及び分解図（ｂ）である。
【図18】本発明の別の実施例による少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを図式的に示す図である。
【図19】本発明の一実施例による第２ヘッドに使用される区画部材を示す拡大図である。
【図20】本発明による人工血管の製造方法を説明するフローチャートである。
【図21】本発明による３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を形成するステップを図式的に示す図である。
【図22】本発明による少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを支持体の内部に吐出させるステップを図式的に示す図である。
【図23】本発明による支持体の内部に吐出された、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの一部を除去するステップを図式的に示す図である。
【図24】本発明による人工血管を示す斜視図である。
【図25】本発明による人工血管を臨床適用する過程を図式的に示す図である。
【図26】様々な形状の区画部材を備えた第２ヘッドを用いてヒドロゲルがプリントされることを共焦点顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図27】区画部材なしにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのヒドロゲルを用いて四重円筒構造の血管を模写した結果を図式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の好適な実施例によって詳細に説明する前に、本明細書及び請求の範囲に使用された用語又は単語は、通常又は辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきであることを明らかにする。
【0033】
本明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。また、本明細書で記述した「部」とは、特定の機能を行う１つの単位又はブロックを意味する。
【0034】
各ステップは、文脈上明らかに特定の順序を記載しない限り、明示された順序とは異なる方式で実施できる。すなわち、各ステップは、明示された順序と同一に実施されてもよく、実質的に同時に実施されてもよく、逆の順序で実施されてもよい。
【0035】
本発明の一実施形態は、３Ｄプリンターによって実際３Ｄプリンティングが行われるステーションに中空支持体を垂直に固定することができる固定装置に関するもので、本発明を説明するにあたり、不要な３Ｄプリンターのその他の構成要素についての説明は省略する。
【0036】
以下では、本発明の（中空）支持体固定装置を備えた３Ｄプリンティング造形板についてより詳細に説明する。
【0037】
図１は本発明の一実施例による支持体固定装置を備えた３Ｄプリンティング造形板が含まれた３Ｄプリンターの一例を示す図であり、図２は図１に示された（中空）支持体固定部Ａを構成する支持体固定装置の拡大図である。
【0038】
図１及び図２に示すように、本発明による３Ｄプリンティング造形板に備えられる支持体固定装置２１０は、３Ｄプリンターに備えられ、中空支持体２２０をプリンティングステージに固定及び支持する。このとき、使用される中空支持体は、円柱状中空支持体の形態が好ましく、特に人工血管などのように円柱状中空支持体の内面と外面の両方に３Ｄプリントされなければならないプリンティング構造物の３Ｄプリンティング過程においてさらに有用に使用できる。
【0039】
より詳細には、支持体２２０を本発明の支持体固定装置２１０で固定し、３Ｄプリンターのヘッドを構成するノズル部１５０を介してプリンティング組成物１を前記支持体２２０の内部及び／又は外部に順次（固定された支持体の移動なしに）吐出させることにより、人工血管と類似な構造或いは形態を有する３次元構造物をプリントすることができる。
【0040】
前記３Ｄプリンターのノズル部１５０を含むヘッド３は、ヘッド移動ユニット４によって水平及び垂直方向に移動することができ、前記ヘッド移動ユニット４は、ステージ５によってガイドされる。
【0041】
前記プリンティング組成物１は、熱可塑性高分子、ヒドロゲル（ｈｙｄｒｏｇｅｌ）又はこれらの混合物を含む液相のバイオインク素材であり、必要に応じては、前記熱可塑性高分子やヒドロゲル（ｈｙｄｒｏｇｅｌ）バイオインク素材に細胞を添加することもできる。
【0042】
このとき、使用される熱可塑性高分子は、特に限定されないが、例えば、ラクチド（ｌａｃｔｉｄｅ）、カプロラクトン（ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、グリコリド（ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）、ジオキサノン（ｄｉｏｘａｎｏｎｅ）、プロピレン（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、塩化ビニル（ｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ブタジエン（ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）、メチルメタクリレート（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、アクリル酸、２－ヒドロキシエチルメタクリレート（２－ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、カーボネート（ｃａｒｂｏｎａｔｅ）及びポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）よりなる群から選択された１種以上を含むことができる。
【0043】
また、前記ヒドロゲル（ｈｙｒｏｇｅｌ）などのバイオインク素材として、アルジネート（ａｌｇｉｎａｔｅ）、フィブリノゲン（ｆｉｂｒｉｎｏｇｅｎ）、カルボキシメチルセルロース（ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ヘパラン硫酸（ｈｅｐａｒａｎ ｓｕｌｆａｔｅ）、ヒアルロン酸（ｈｙａｌｕｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、コラーゲン（ｃｏｌｌａｇｅｎ）、及びデキストラン（ｄｅｘｔｒａｎ）よりなる群から選択される１種以上が使用できる。
【0044】
【0045】
【0046】
前記支持板２００は、支持体２２０を支持するためのものであり、図３に示すように、円板状であってもよいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、支持体２２０を支持することができる各種平板形状に形成されることができる。
【0047】
前記支持体２２０は、中空の柱状支持体、好ましくは、多孔性構造の中空の円柱状支持体（ｈｏｌｌｏｗ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ）であり得る。このような支持体２２０は、高分子を用いて予め別個の３Ｄプリンティング方式で製造できるが、本発明による支持体固定装置が含まれた３Ｄプリンターを用いて予め支持体を形成することも可能である。
【0048】
このとき、使用できる高分子素材は、例えば、ラクチド（ｌａｃｔｉｄｅ）、カプロラクトン（ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、グリコリド（ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）、ジオキサノン（ｄｉｏｘａｎｏｎｅ）、プロピレン（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、塩化ビニル（ｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ブタジエン（ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）、メチルメタクリレート（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、アクリル酸、２－ヒドロキシエチルメタクリレート（２－ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、カーボネート（ｃａｒｂｏｎａｔｅ）及びポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＣＬ（ｐｏｌｙｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、ＡＳＡ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－ｓｔｙｒｅｎｅ－ａｃｒｙｌａｔｅ）、ＳＡＮ（ｓｔｙｒｅｎｅ－ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＰＳＦ／ＰＰＳＵ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルイミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ＰＬＡ（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）、ＰＤＬ（ｐｏｌｙ－ｄ－ｌｙｓｉｎｅ）などのＦＤＭプリンティングが可能な熱可塑性高分子よりなる群から選択できる。
【0049】
前記内部固定部２０１は、支持体２２０の内周面に密着して前記支持体２２０を固定するためのものであり、前記支持板２００の中心に備えられたタップホール２０６と、前記タップホール２０６に締結されるボルト２０３と、前記ボルト２０３のねじ部２０４の外周面に備えられる弾性チューブ２０５と、を含む（図４参照）。
【0050】
図５に示すように、ボルト２０３のねじ部２０４の外周面に弾性チューブ２０５が密着するように形成され（図５（ａ））、ボルト２０３が、支持板２００の中心に備えられたタップホール２０６に締結されるとき、弾性チューブ２０５を上方から加圧して弾性チューブ２０５を半径方向に膨張させる（図５（ｂ））。半径方向に膨張した弾性チューブ２０５は、支持体２２０の内周面に密着することにより、支持体２２０を垂形態で安定的に固定することができる。
【0051】
具体的には、支持体２２０は、ボルト２０３及び弾性チューブ２０５が内部空間に含まれるように垂直に位置する。以後、ボルト２０３をタップホール２０６と締結させることにより、弾性チューブ２０５が上方から下方に加圧されて半径方向に膨張し、これにより支持体２２０の内周面に弾性チューブ２０５が密着支持されて支持体２２０が垂直に支持板２００に固定されることができる。このとき、ボルト２０３の直径は、支持体２２０の内径よりも小さいことが好ましく、半径方向に膨張した弾性チューブ２０５の外径は、支持体２２０の内径と同一又は類似の大きさに形成されることが好ましい。
【0052】
前記弾性チューブ２０５の材質は、特に限定されるものではないが、ボルト２０３によって加圧されるときに形状が変化できるように弾性力を有する材質であることが好ましく、例えば、シリコーンゴム（ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、エチレンプロピレンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＥＰＤＭ）、スチレン－ブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ、ＣＲ）、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＴＰＥ）、及び熱可塑性オレフィン（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｏｌｅｆｉｎ、ＴＰＯ）よりなる群から選択される少なくとも１種が使用できる。
【0053】
さらに好ましくは、このような弾性材質の変形率が初期直径に対して２５～３５％の範囲で変形することがよい。
【0054】
このように、弾性力を有する弾性チューブ２０５が支持体２２０の内周面に柔らかく密着することにより、支持体２２０が支持板２００に垂直にしっかりと固定されるとともに、支持体２２０の形状が圧力によって損傷するのを防止することができる。
【0055】
本発明による外部固定部２０２は、支持体２２０の外周面に密着して前記支持体２２０を固定するためのものであって、前記支持板２００の上面一端に形成された第１固定プレート２２１と、前記支持板２００の上面の他端に形成された第２固定プレート２２２と、前記第１固定プレート２２１と第２固定プレート２２２とを連結するガイド２２３と、前記ガイド２２３に沿って移動可能に形成された密着部２２４と、を含むことができる。
【0056】
図６に示すように、密着部２２４は、ガイド２２３に沿って移動することができるため、支持体２２０の内部空間に前記ボルト２０３及び弾性チューブ２０５が含まれるように、支持体２２０を垂直に位置させ後（図６（ａ））、前記密着部２２４を支持体２２０の外周面に密着するように移動させることにより（図６（ｂ））、支持体２２０を垂直にさらに堅固に固定させることができる。支持体２２０の外周面に密着した密着部２２４は、ねじ、ゴムリング、接着樹脂等の固定手段によってその位置が固定されることにより、支持体２２０をより堅固に固定させることができる。
【0057】
前記密着部２２４は、支持体２２０の外周面と密着する面に形成される密着溝２２５を含むことができる。前記密着溝２２５は、密着部２２４と支持体２２０との密着面積を広げ、より堅固に支持体２２０を固定するためのものであり、支持体２２０の外周面の形状に対応する形状に形成されることができる。例えば、前記支持体２２０が円柱状支持体である場合には、前記密着溝２２５は、支持体と同じ曲率半径を有する曲面形状に形成されてもよい。
【0058】
図７及び図８には、このような外部固定部２０２の様々な変形例が示されている。図７には、支持体２２０の外周面と密着して固定できるようにダンパー形態の密着部２２４が用いられる例が示されており、図８には板ばね形態の密着部２２４が示されている。このようなダンパー又は板ばね形態の密着部２２４は、支持体２２０の外周面と密着するが、支持体の外周面に少なくとも３つの領域を支持する方式である３点接触以上で構成されることが好ましい。
【0059】
３Ｄプリントされて最終的に形成される３次元構造物の下端が損傷するのを防止するために、密着部２２４に密着する支持体２２０の下端は犠牲層として形成することも可能である。
【0060】
上述したように垂直に固定された支持体２２０の下端は、密着部２２４が密着することにより加わる圧力により損傷するか、或いは重力により支持体２２０の荷重が下端に片寄って損傷するが、このように損傷する支持体２２０の下端を犠牲層として形成することにより、３Ｄプリンティングを完了した後、このような犠牲層を除去して損傷のない３次元構造物を形成することができる。この犠牲層の高さは、支持体２２０の全高を基準に１０％、好ましくは１０ｍｍ未満に形成されることが好ましい。
【0061】
図９は本発明による人工血管製造用３Ｄプリンティングシステムを示す斜視図である。図９を参照すると、本発明の人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム１００１は、第１ヘッド１２００を介して高分子が外周面に吐出されることにより、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体１０１０を形成する、回転可能な支持体製作ユニット１１００と、高分子を前記支持体製作ユニット１１００に吐出して３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体１０１０を形成する第１ヘッド１２００と、第１ヘッド１２００を介して製作された円柱状支持体１０１０を垂直に据え置く支持台１３００と、前記支持台１３００に垂直に据え置かれて固定された円柱状支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する第２ヘッド１４００と、第１ヘッド１２００及び第２ヘッド１４００を同時に又はそれぞれ個別に水平及び垂直方向に移動させるヘッド移動ユニット１５１０、１５２０、１５３０と、ヘッド移動ユニット１５００の移動をガイドするＸ軸ステージ１６１０、Ｙ軸ステージ１６２０及びＺ軸ステージ１６３０と、を含む。
【0062】
支持体製作ユニット１１００は、回転可能であり、第１ヘッド１２００を介して高分子が外周面に吐出されるときに回転することにより、支持体１０１０が３次元多孔性構造の中空の円柱状に形成されるようにする。ここで、外周面の直径は、人体血管の直径と同一又は類似するように製作されることが好ましい。
【0063】
第１ヘッド１２００は、支持体製作ユニット１１００の外周面に高分子を吐出して、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体１０１０を形成する。
【0064】
前記第１ヘッド１２００は、ヘッド移動ユニット１５２０によってＹ軸ステージ１６２０に沿って移動して支持体製作ユニット１１００の上部に位置する。その後、Ｘ軸ステージ１６１０に沿って移動しながら支持体製作ユニット１１００の外周面に高分子を吐出するが、高分子の吐出過程中で支持体製作ユニット１１００が同時に回転することが好ましい。すなわち、高分子の吐出と支持体製作ユニット１１００の回転が同時に行われることにより、支持体１０１０が３次元多孔性構造の中空の円柱状に形成されることができる。
【0065】
また、第１ヘッド１２００は、空気圧によって高分子を吐出することができ、高分子の濃度又は第１ヘッド１２００のノズルの大きさに応じて空気圧が適切に制御されることにより、吐出される高分子の吐出量又は吐出速度を調節することが好ましい。
【0066】
一方、前記高分子は、熱可塑性高分子であることが好ましく、生体内又は生体外で無害であり、生体内環境に容易に適応して拒絶反応が発生しない生分解性高分子であることがさらに好ましい。
【0067】
前記熱可塑性高分子は、特に限定されないが、例えば、ラクチド（ｌａｃｔｉｄｅ）、カプロラクトン（ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、グリコリド（ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）、ジオキサノン（ｄｉｏｘａｎｏｎｅ）、プロピレン（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレン（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、塩化ビニル（ｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ブタジエン（ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）、メチルメタクリレート（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、アクリル酸、２－ヒドロキシエチルメタクリレート（２－ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、カーボネート（ｃａｒｂｏｎａｔｅ）及びポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）よりなる群から選択された１種以上を含むことができる。
【0068】
本発明の熱可塑性高分子を含む支持体１０１０は、プリンティング後にも構造と形態を一定に維持可能であり、一定レベル以上の弾性を有し、容易に破損しない。また、３次元多孔性構造によって、手術などの臨床適用時にも生体組織に糸で固定されることができる（後述する図２５を参照）。
【0069】
支持台１３００は、第１ヘッド１２００によって、支持体製作ユニット１１００で形成された支持体１０１０を垂直に固定して、第２ヘッド１４００が支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することができるようにする。
【0070】
支持台１３００は、支持体１０１０が垂直に固定される間に適切な温度を維持するように内部に温度調節システムを含むことが好ましく、例えば、ペルチェ素子などを用いて温度を調節することができる。この場合、前記温度調節システムは、自動校正器によって一定間隔ごとに温度を確認した後、適切な温度に補正できる。
【0071】
第２ヘッド１４００は、垂直方向に移動しながら、支持台１３００に固定された支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出し、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが支持体１０１０の内部に積層されることにより、人工血管１０２０を製造することができる。
【0072】
一例として、第２ヘッド１４００は、ヘッド移動ユニット１５２０によってＹ軸ステージ１６２０に沿って移動して、支持台１３００に垂直に据え置かれて固定された支持体１０１０の上部に位置する。その後、Ｚ軸ステージ１６３０に沿って上昇しながら、支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出し、これにより、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とは同様のパターンを有する。ただし、支持体１０１０の直径に応じて断面の大きさは変わり得る。
【0073】
前記「同様」とは、１００％同一であることだけでなく、実質的に同一の機能を行える程度に同一のものまでも含む意味と定義される。すなわち、「断面が同様のパターンを有する」とは、断面の大きさが変わるだけであり、元の断面の形態はそのまま維持することを意味する。
【0074】
また、第２ヘッド１４００は、空気圧によって、別途の区画部なしに、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することもできるが、（別途の区画部なし）少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの濃度又は第２ヘッド１４００のノズルの大きさに応じて空気圧が適切に制御されることにより、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの吐出量又は吐出速度を調節することが好ましい。
【0075】
一方、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルとは、２つ以上の異なるインクが混合されずに多区画を形成するヒドロゲルを意味する。前記異なるインクとは、構成成分、構成成分の含有量及び物性よりなる群から選択された１つ以上が異なることをいう。少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルに関する具体的な内容については、後述する。
【0076】
ヘッド移動ユニット１５１０、１５２０、１５３０は、Ｘ軸ステージ１６１０、Ｙ軸ステージ１６２０又はＺ軸ステージ１６３０に沿って移動して第１ヘッド１２００及び第２ヘッド１４００を同時に水平及び垂直方向に移動させ、Ｘ軸ステージ１６１０、Ｙ軸ステージ１６２０及びＺ軸ステージ１６３０は、ヘッド移動ユニット１５１０、１５２０、１５３０の移動をガイドする。
【0077】
具体的には、ヘッド移動部１５３０に第１ヘッド１２００及び第２ヘッド１４００が形成されることが好ましく、これにより、第２ヘッド１４００から少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが吐出されながら、これと同時にＺ軸ステージ１６３０に沿って垂直方向に移動可能である。
【0078】
図１０は本発明による支持体製作ユニット１１００の拡大図であり、支持体製作ユニット１１００は、回転軸１１１０、モーター１１２０及びベアリング１１３０を含む。
【0079】
回転軸１１１０は、第１ヘッド１２００から熱可塑性高分子が吐出されるときに回転することにより、支持体１０１０が３次元多孔性構造の中空の円柱状に形成されるようにすることができ、ここで、回転軸１１１０の直径は、人体血管の直径と同一又は類似するように製作されることが好ましい。
【0080】
モーター１１２０は、回転軸１１１０の一側に連結され、外部の動力の印加を受けて回転軸１１１０を回転させる役割を果たし、ベアリング１１３０は、回転軸１１１０の他側に連結され、回転する回転軸１１１０を支持する。
【0081】
詳細には、回転軸１１１０は、モーター１１２０及びベアリング１１３０から分離でき、これにより第１ヘッドから吐出されて回転軸１１１０の外周面に形成された熱可塑性高分子材質の３次元多孔性構造を有する中空の円柱状支持体１０１０を回転軸１１１０から分離可能である。
【0082】
【0083】
第１空気圧シリンダ１２１０は、外部から伝達される空気圧によって上昇又は下降することにより、熱可塑性高分子が第１吐出ユニット１２２０から吐出されるようにする。すなわち、熱可塑性高分子の濃度又は第１吐出ユニット１２２０のノズルの大きさに応じて適切に制御された空気圧によって下降しながら熱可塑性高分子に圧力を加えることになり、熱可塑性高分子が第１吐出ユニット１２２０を介して支持体製作ユニット１００の外周面に吐出される。
【0084】
第１空気圧シリンダ１２１０は、熱可塑性高分子の濃度又は第１吐出ユニット１２２０のノズルの大きさに応じて空気圧を適切に制御して、吐出される熱可塑性高分子の吐出量又は吐出速度を調節することが好ましい。
【0085】
第１吐出ユニット１２２０は、第１空気圧シリンダ１２１０の下降により加圧され、熱可塑性高分子を支持体製作ユニット１１００の外周面に吐出する。このとき、第１吐出ユニット１２２０は、Ｘ軸ステージ１６１０に沿って移動しながら回転する支持体製作ユニット１１００の外周面に熱可塑性高分子を吐出して、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体１０１０を製作することができる。
【0086】
温度制御ユニット１２３０は、熱可塑性高分子が適切な粘度を持つように温度を制御する役割を果たし、使用される熱可塑性高分子に応じて適切な温度に制御することが好ましい。
【0087】
一方、第２ヘッド１４００は、第２空気圧シリンダ１４１０、第２吐出ユニット１４２０及び温度調節ユニット１４３０を含む。第２空気圧シリンダ１４１０は、外部から伝達される空気圧によって上昇又は下降することにより、ヒドロゲルが第２吐出ユニット１４２０を介して吐出されるようにする。必要に応じて、区画に分けられていない単一のヒドロゲル、或いは少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが吐出されることができる。
【0088】
このとき、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、ヒドロゲルの濃度又は第２吐出ユニット１４２０のノズルの大きさに応じて適切に制御された空気圧によって下降しながら、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルに圧力を加えることにより、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが第２吐出ユニット１４２０を介して支持体の内部に吐出されるようにすることができる。
【0089】
第２空気圧シリンダ１４１０は、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの濃度又は第２吐出ユニット１４２０のノズルの大きさに応じて空気圧を適切に制御することにより、吐出される少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの吐出量又は吐出速度を調節することが好ましい。
【0090】
第２吐出ユニット１４２０は、第２空気圧シリンダ１４１０の下降によって加圧され、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを支持体の内部に吐出する。
【0091】
このとき、第２吐出ユニット１４２０は、Ｚ軸ステージ１６３０に沿って上昇しながら、支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することができる。また、支持体１０１０が垂直に固定された支持台１３００が移動しながら支持体１０１０が移動するとき、第２吐出ユニット１４２０を介して支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することも可能である。
【0092】
これにより、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、第２空気圧シリンダ１４１０に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とは、同様のパターンを有するようにすることができる。
【0093】
温度調節ユニット１４３０は、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが３次元加工のための物理的性質と生物学的性質を持つように温度を調節する役割を果たし、使用されるヒドロゲルに応じて適切に温度を調節することが好ましい。
【0094】
【0095】
まず図１２を参照すると、支持台１３００は、支持体１０１０を垂直に固定する固定ユニット１３１０を含み、固定ユニット１３１０は、ボルト１３１１及び弾性チューブ１３１２を含む。
【0096】
ボルト１３１１は、ねじ部１３１１－ａの外周面に弾性チューブ１３１２が密着し、下部に位置したナット（図示せず）と締結されるとき、弾性チューブ１３１２を加圧して弾性チューブ１３１２を膨張させる。膨張した弾性チューブ１３１２は、支持体１０１０の内周面に密着することにより、支持体１０１０を垂直に固定することができる。
【0097】
具体的には、支持体１０１０は、内部空間にボルト１３１１及び弾性チューブ１３１２が含まれるように垂直に位置する。その後、ボルト１３１１をナットと締結することにより弾性チューブ１３１２が加圧されて膨張し、これにより支持体１０１０の内周面に弾性チューブ１３１２が密着支持されて支持体１０１０が垂直に固定されることができる。このとき、ボルト１３１１の直径は、支持体１０１０の直径よりも小さく形成されることが好ましく、膨張した弾性チューブ１３１２の外径は、支持体１０１０の内径と同一又は類似の大きさに形成されることが好ましい。
【0098】
弾性チューブ１３１２は、ボルト１３１１（すなわち、ねじ部１３１１－ａ）の外周面に密着し、ボルト１３１１が、下部に位置したナットと締結されるときに加圧されることにより、半径方向に膨張して支持体１０１０の内周面に密着する。
【0099】
前記弾性チューブ１３１２の材質は、特に限定されるものではないが、ボルト１３１１によって加圧されるときに形状が変化できるように弾性力を有する材質であることが好ましく、例えば、シリコーンゴム、アルジネート、ゼラチンなどを使用することができる。
【0100】
すなわち、弾性力を有する弾性チューブ１３１２が支持体１０１０の内周面に滑らかに密着することにより、支持体１０１０が垂直にしっかりと固定されるとともに、支持体１０１０の形状が外部の圧力によって損傷するのを防止することができる。
【0101】
一方、他の例として、図１３に示すように、支持台１３００は、支持体１０１０を垂直に固定する絞り１３２０を含むことができ、支持体１０１０を、絞り１３２０の内部に形成されたホール１３２１に垂直に位置させた後、絞り１３２０が支持体１０１０の外周面に密着するように調節されることにより、支持体１０１０を垂直に固定することができる。このとき、絞り１３２０の密着により支持体１０１０の下端が損傷するのを防止するために、絞り１３２０と密着する支持体１０１０の下端は犠牲層として形成されることも可能である。
【0102】
図１４は本発明の他の実施例による人工血管製造用３Ｄプリンティングシステムを示す正面図である。
【0103】
図１４を参照すると、人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム１００２は、支持体製作ユニット１１００、第１ヘッド１２００、支持台１３００、昇降手段１３３０、第２ヘッド１４００、ヘッド移動ユニット１５１０、１５２０、１５３０、Ｘ軸ステージ１６１０、Ｙ軸ステージ１６２０、及びＺ軸ステージ１６３０を含む。ここで、以前の実施例と同一の部分は説明を省略し、以前の実施例と異なる部分のみ説明することにする。
【0104】
支持台１３００は、第１ヘッド１２００と支持体製作ユニット１１００で形成された支持体１０１０を垂直に固定し、第２ヘッド１３００が支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたジーンヒドロゲルを吐出する間に垂直方向に移動して、少なくとも１つのヒドロゲル或いは２つの区画に分けられたヒドロゲルが支持体１０１０の内部に積層されるようにする。
【0105】
具体的には、支持台１３００は、下部に、支持台１３００を上昇又は下降させる昇降手段１３３０（例えば、空気圧シリンダ、油圧シリンダ、スクリューなど）を備えることができ、第２ヘッド１４００が支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出する間、昇降手段１３３０による上昇或いは下降などの移動過程とともに、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが支持体１０１０の内部に積層される。このとき、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とは同様のパターンを有する。
【0106】
第２ヘッド１４００は、垂直方向に移動する支持台１３００に固定された支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出し、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが支持体１０１０の内部に積層されることにより、人工血管１２０を製造することができる。
【0107】
具体的には、第２ヘッド１４００は、ヘッド移動部１５２０によってＹ軸ステージ１６２０に沿って移動して支持体１０１０の上部に位置する。その後、垂直方向に下降する支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出し、これにより支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とは同様のパターンを有する。
【0108】
図１５は本発明の別の実施例による人工血管製造用３Ｄプリンティングシステムを示す正面図である。図１５を参照すると、人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム１００３は、支持体製作ユニット１１００、第１ヘッド１２００、支持台１３００、第２ヘッド１４００、ヘッド移動ユニット１５１０、１５４０、１５５０、Ｘ軸ステージ１６１０、Ｙ軸ステージ１６２０、及びＺ軸ステージ１６４０を含む。ここで、以前の実施例と同一の部分は説明を省略し、以前の実施例と異なる部分のみ説明することにする。
【0109】
ヘッド移動ユニット１５１０、１５４０、１５５０は、Ｘ軸ステージ１６１０、Ｙ軸ステージ１６２０又はＺ軸ステージ１６４０に沿って移動して第１ヘッド１２００及び第２ヘッド１４００を個別に水平及び垂直方向に移動させ、Ｘ軸ステージ１６１０、Ｙ軸ステージ１６２０及びＺ軸ステージ１６４０は、ヘッド移動ユニット１５１０、１５４０、１５５０の移動をガイドする。具体的には、ヘッド移動ユニット１５５０に第２ヘッド１４００が形成されることが好ましく、これにより、第２ヘッド１４００が、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出しながら、Ｚ軸ステージ１６４０に沿って垂直方向に移動可能である。
【0110】
一方、図１６～図１９には、本発明の様々な実施例による少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが図式的に示されている。図１６～図１９を参照すると、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、２つ以上の区画空間を含む第２ヘッド１４００の各区画空間に異なるインクを充填することで形成できる。
【0111】
具体的には、第２ヘッド１４００の内部は、それぞれのインクを収容する複数の空間が区画されるが、このとき、第２ヘッド１４００は、特定の数の空間が形成されるように一体に製作されてもよく、第２ヘッド１４００から着脱可能な区画部材１４４０によって複数の空間に互いに区画されてもよい。第２ヘッド１４００から脱着可能な区画部材１４４０を用いる場合、単一の第２ヘッド１４００の区画部材１４４０のみを変えることにより、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを複数種類のパターンでプリントすることができ、各インクの面積比に応じて、区画部材１４４０が区画する空間の大きさを調節することができる。
【0112】
第２ヘッド１４００から着脱可能な形態で除去可能な区画部材１４４０を用いる実施例の場合には、図１６（ａ）及び（ｂ）のように区画部材１４４０を第２ヘッド１４００に挿入することができ、図１７（ａ）及び（ｂ）のように区画部材１４４０を中空部１４５０に装着して一緒に第２ヘッド１４００に挿入することも可能である。
【0113】
このとき、使用される区画部材１４４０は、射出、押出、又は３次元プリンティング方法などの多様な方法で製造できるが、好ましくは、３次元プリンティング方法で製造でき、区画部材１４４０の大きさは、第２ヘッド１４００の内部に挿入できるようにするが、円筒形、四角形、三角錐など、いずれの大きさ及び形状も可能である。すなわち、区画部材１４４０の断面パターンは、様々な形状に製造でき、好ましくは、製造しようとする人工血管の断面積と同様のパターンを有することができる。区画部材１４４０の様々な断面形状の例を図１９に示し、人工血管と類似の形状、多数の同心円を含む形状などを含むことができる。また、区画部材の材質は、ＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＣＬ（ｐｏｌｙｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、ＡＳＡ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－ｓｔｙｒｅｎｅ－ａｃｒｙｌａｔｅ）、ＳＡＮ（ｓｔｙｒｅｎｅ－ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＰＳＦ／ＰＰＳＵ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルイミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ＰＬＡ（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）、ＰＤＬ（ｐｏｌｙ－ｄ－ｌｙｓｉｎｅ）などのＦＤＭプリンティングが可能な熱可塑性樹脂と光硬化性樹脂、機械加工が可能な非鉄／非鉄合金材料などの固体材料が好適である。
【0114】
別の実施例として、図１８を参照すると、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、第２ヘッド１４００に少なくとも１種のインクを３次元プリンティング法でプリントしたインク印刷物として提供し、少なくとも１種のインクを３次元プリンティング法以外の方法でインク充填物としてさらに提供して形成できる。ここで、３次元プリンティング法でプリントしたインク印刷物は、それ自体も２次元又は３次元パターンを有するものであってもよい。また、インク充填物は、３次元プリンティング法で第２ヘッド１４００に提供されるインク印刷物とは異なり、３次元プリンティング法ではない充填方法によって提供されるインク充填物を意味し、３次元プリンティング法以外の方法による充填方法の例としては、チューブやシリンジなどを用いて充填する方法があり、特に限定されない。
【0115】
一方、第２ヘッド１４００に提供されるインク充填物とインク印刷物とのインク粘度差は、２５℃温度で測定した粘度差が５，０００ｃｐ以下、例えば０～５，０００ｃｐ、１，０００ｃｐ以下、５００ｃｐ以下、２００ｃｐ以下、１５０ｃｐ以下、１００ｃｐ以下、又は５０ｃｐ以下であってもよい。
【0116】
インクの粘度差が非常に大きければ、互いに異なる物質の分子力によってインク印刷物の形状が変形することがあり、吐出して３次元プリンティングをしようとする場合、同一の圧力をインク又は第２ヘッド１４００に加える場合、粘度差により、第２ヘッド１４００に収容された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルのパターンが崩壊する可能性がある。したがって、互いに異なる２種以上のインクを使用する場合、粘度の差が小さいほど好ましい。
【0117】
そして、前記インク充填物とインク印刷物との弾性値の差は、１０，０００Ｐａ以下、例えば０～１０，０００Ｐａであってもよく、前記インク充填物とインク印刷物は、粘性と弾性が剪断速度によって変化する傾向が類似し、粘性値と弾性値が類似することが好ましい。
【0118】
また、互いに異なるインクに使用されるゲル化高分子が異なる場合には、例えば、ゲル化高分子がコラーゲン、ゼラチンのように温度感受性を有し、他の一つがアルジネート、フィブリンゲルのように温度感受性を有しない場合には、第２ヘッド１４００内部の温度を調節する必要があり、第２ヘッド１４００の温度を４℃～３７℃の温度範囲で適宜調節することが好ましい。
【0119】
図１６及び図１８に示されている実施例において、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが下部にこぼされないように、第２ヘッド１４００に予め支持物質としてヒドロゲルを０．１ｍＬ～２ｍＬ程度少量入れた後、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを第２ヘッド１４００に入れることが好ましく、その後、第２ヘッド１４００の内部にヒドロゲルを再び充填して安定的なプリンティングを誘導することができる。
【0120】
また、前記少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、第２空気圧シリンダ１４１０を介して加圧され、第２吐出ユニット１４２０を介して支持体１０１０の内部に吐出され、このとき、第２空気圧シリンダ１４１０は、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面が同じ形状を維持しながら大きさだけ縮小されてノズルを通過するように制御されることが好ましい。
【0121】
具体的には、各区画された空間に収容されたインクに同じ条件の圧力を加えるために、１つの第２空気圧シリンダ１４１０を用いて圧力を行うか、或いは２つ以上の第２空気圧シリンダ１４２０を用いて同一の圧力で加圧して行うことができる。
【0122】
その後、第２空気圧シリンダ１４１０の加圧によって、それぞれ異なるインクが、単一通路を備えたノズルを介して支持体１０１０の内部に吐出され、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とは同様のパターンを有する。
【0123】
ここで、第２空気圧シリンダ１４１０に加わる圧力があまり高い場合には、ノズルにかかる負荷が大きくなって損傷が発生するか、或いは少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルがスムーズにスレッド（ｔｈｒｅａｄ）形状に排出されず、凝り固まって不均衡な形状に排出される危険性があり、加わる圧力が弱すぎる場合、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの粘性による抵抗のためノズルから円滑な排出ができないことがある。
【0124】
また、第２吐出ユニット１４２０のノズルは、単一通路を備えて、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを多重チャンネル制御ではなく、単一チャンネル制御方式で吐出することができるが、前記ノズルの直径が小さすぎる場合には、排出圧力が大きくなって圧力が強いときの危険性が同一に発生するおそれがあり、前記ノズルの直径が大きすぎる場合には、人工血管の製造時に３次元形状の精度が低下するおそれがある。
【0125】
したがって、０．１～５００ｋＰａの範囲内の圧力を加えて、０．１～１ｍｍの範囲内の排出口直径を有するノズルを介して、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することが好ましく、第２ヘッド１４００が１～７００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内の速度で移動しながら、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルをプリントすることが好ましい。
【0126】
上述した圧力範囲及び直径範囲内で、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの排出が適切に円滑かつ容易に行われると同時に、製造される人工血管形状の精度を適切に所望のレベルに達成することができる。
【0127】
従来技術のように１つずつの材料を噴射してバイオプリンティングを行う場合には、第２吐出ユニット１４２０のノズル内径のサイズ減少に制限があるため、材料の体積減少に限界があったが、本発明によれば、多重インクの数に比例して吐出されるインクの体積を減少させることができるため、従来技術に比べて精密な噴射が可能となる。
【0128】
また、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが第２吐出ユニット１４２０のノズルを通過するときに、それぞれのインクと第２吐出ユニット１４２０の通路の内面との間に接触する面積が減少するので、発生するせん断応力が単一材料を吐出するときよりも低減する。よって、細胞活性の面で従来技術に比べて有利な効果がある。
【0129】
したがって、本発明によれば、複雑な断面構造を持つ人工血管を高い精度と解像度でプリントして製造することができ、様々な断面パターンを有する人工血管を製造することができるだけでなく、所望の形状を異質的にプリントするとともに、細胞のせん断応力も大きく減らすことにより、細胞生存率が高まる。
【0130】
また、本発明の少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを使用する場合、多重材料が異質的に含有された多重ヘッドを使用する従来技術に比べて、１つのヘッド（すなわち、第２ヘッド１４００）を用いて２つ以上の異なるインクを一緒に吐出してプリントすることができるので、単一のヘッドを使用することができるため、プリンティング工程時間が減少し、３Ｄプリンティングシステムが単純になるという利点がある。
【0131】
一方、図１８に示すように、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とは同様のパターンを有し、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面パターンの比率は、断面の面積比率、直径比率などの様々な方法で表示されることができる。
【0132】
具体的には、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面パターンと、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面パターンとの比率が、例えば、断面パターンの直径が１００：９９～１００：０．１、又は１００：５０～１００：１、１００：１８～１００：１の比率に縮小できる。
【0133】
しかし、前記縮小比率は、第２ヘッド１４００の断面直径、第２吐出ユニット１４２０の断面直径、又はノズルの直径などに直接影響され、支持体１０１０の断面パターンのサイズに合わせて適宜調節して多様に設計することができる。
【0134】
本発明の実施例によれば、比率は、特定の形状の全体直径から９８．７％まで小型化可能である。例えば、縮小比率は、下記数式１に従って計算することができる。
［数式１］
縮小比率＝１００－（第２ヘッドの断面直径／印刷物の断面直径）×１００（％）
［数式１］
縮小比率＝１００－（第２ヘッドの断面直径／印刷物の断面直径）×１００（％）
【0135】
一方、第２ヘッド１４００に提供されるインクは、人工血管を製造することができるバイオインクであることが好ましい。本明細書において、「バイオインク」とは、生きている細胞或いはバイオ分子を含み、人工血管製造用３Ｄプリンティング技術に応用して人工血管を製作することができる素材を通称する用語である。本発明のバイオインクは、複数の細胞を含む液体、半固体、又は固体組成物を含む。
【0136】
また、バイオインクは、３次元加工のための物理的性質及び細胞が目的の機能を行うようにするための生物学的環境を提供しなければならない。プリンティング工程が長くなるときには、第２ヘッド１４００内で細胞の生存に必要な栄養分と酸素の供給が適切に行われることが好ましい。さらに、プリンティング過程で発生する物理的ストレスから細胞を保護することができなければならない。その他にも、バイオインクは、３次元パターニングの反復性、生産性、ノズルの詰まりがあってはならないなど、プリンティング工程上で必要とする物理的性質を持たなければならない。
【0137】
したがって、バイオインクは、ヒドロゲルであることが好ましく、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、ゲル化高分子、細胞、成長因子及び細胞外基質よりなる群から選択された１種以上を含むことができ、例えば、所望の細胞を混合したヒドロゲル、特定の成長因子（ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ）が含有されたヒドロゲル、細胞と成長因子が含有されたヒドロゲル、サイトカイン（ｃｙｔｏｋｉｎｅ）が含有されたヒドロゲル、又はこれらの組み合わせを含むことが好ましい。
【0138】
前記ヒドロゲルは、ポリエチレングリコール、コラーゲン、マトリゲル、アルジネート、ゼラチン、アガロース、フィブリノゲン及び脱細胞化組織由来細胞インク、又はこれらの混合物が好ましく、前記細胞は、人工血管が移植又は挿入される患者に由来する血管内皮細胞、血管平滑筋細胞又は線維細胞を使用するか、或いは患者由来の幹細胞を用いて分化させた血管内皮細胞、血管平滑筋細胞及び線維細胞よりなる群から選択された１種以上であることが好ましい。
【0139】
また、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、低粘度であるほど速く拡散するので、水（１ｃｐ）よりも濃い粘度であって、２５℃温度で測定した粘度が２ｃｐ～１，０００，０００ｃｐ、例えば２ｃｐ～１０，０００ｃｐ、或いは５ｃｐ～１，０００，０００ｃｐの粘性を有するゲル状の物質が適切である。そして、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、吐出に適切な粘度を提供するために、様々な粘度増進剤を使用することもできる。
【0140】
前記少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、生体適合性、プリンティング適合性、幾何学的精密性、精度などの物理的及び生物学的な面で優れた利点を有する。
【0141】
一方、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの緻密化は、適切な密度で細胞を成長させることから誘導され、そのために組織由来成分がさらに含まれることができる。
【0142】
組織由来成分は、血管、軟骨、腎臓、心臓、肝臓、筋肉などの動物の特定組織が脱細胞化され、細胞外基質を主成分とする物質のゲル化物を意味し、これは、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの組織特異性を強化するために含まれることができる。
【0143】
また、本発明において、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、細胞培養培地をさらに含むことができる。前記細胞培養培地は、目的の細胞に適した任意の培地を含む概念である。
【0144】
ゲル化高分子溶液は、様々な種類を使用することができるが、このような高分子溶液が持つべき条件は、次の通りである。まず、３次元プリンティングがよく行われるようにするために、適当な粘性を持ってノズルからの噴出が容易でなければならず、排出された後に速やかに硬化することにより、作られる対象の形態がつぶれるなどの問題が発生してはならない。さらに、基本的に、製造の目的のために、人体内の組織と類似の細胞培養環境を造成することができなければならない。
【0145】
前記ゲル化高分子の例は、フコイダン、コラーゲン、アルジネート、キトサン、ヒアルロン酸、シルク、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅｓ）、ポリアミック酸（ｐｏｌｙａｍｉｘ ａｃｉｄ）、ポリカプロラクトン（ｐｏｌｙｃａｒｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、ポリエーテルイミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ナイロン（ｎｙｌｏｎ）、ポリアラミド（ｐｏｌｙａｒａｍｉｄ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、ポリビニルピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ポリベンジルグルタメート（ｐｏｌｙ－ｂｅｎｚｙｌ－ｇｌｕｔａｍａｔｅ）、ポリフェニレンテレフタルアミド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、セルロース（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリアクリレート（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリ乳酸（Ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ、ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ポリグリコール酸、ＰＧＡ）、ポリ乳酸とポリグリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）、ポリ｛ポリ（エチレンオキシド）テレフタレート－ｃｏ－ブチレンテレフタレート｝（ＰＥＯＴ／ＰＢＴ）、ポリホスホエステル（ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈｏｅｓｔｅｒ、ＰＰＥ）、ポリホスファゼン（ＰＰＡ）、ポリアンヒドリド（Ｐｏｌｙａｎｈｙｄｒｉｄｅ、ＰＡ）、ポリオルソエステル｛ｐｏｌｙ（ｏｒｔｈｏ ｅｓｔｅｒ）、ＰＯＥ｝、ポリ（プロピレンフマレート）－ジアクリレート｛ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｕｍａｒａｔｅ）－ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＰＦ－ＤＡ｝及びポリエチレングリコールジアクリレート｛ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＥＧ－ＤＡ｝よりなる群から選択された１種以上、又はこれらの材料の組み合わせであってもよい。ところが、本実施例に材料が制限されるものではない。
【0146】
また、前記ゲル化高分子は、天然高分子を化学的に変形させたものを使用することができ、例えば、ゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）とメタクリレート（ＭＡ）を化学的に結合し、光学開始剤（ｐｈｏｔｏｉｎｉｔｉａｔｏｒ）を結合したＧｅｌＭＡ、アルジネート／セラチン（Ａｌｇｉｎａｔｅ／Ｇｅｌａｔｉｎ）、アルジネート（Ａｌｇｉｎａｔｅ）の結合部位（ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｉｔｅ）を追加するために、ｐｅｎｔａｐｅｐｔｉｄｅ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｔｙｒ－Ｉｌｅ－Ｇｌｙ－Ｓｅｒ－Ａｒｇ（ＹＩＧＳＲ）とＥＤＣ／ＮＨＳを結合したアルジネートなどを含むことができる。
【0147】
特に、前記ポリエチレングリコール、アルギネート、コラーゲン及びゼラチンを含むヒドロゲルは、水分含量が高く、生体適合性に優れるうえ、機械的特性を調節することができ、生分解性に優れるため、細胞が包埋された担体の製造に広く用いられてきた。このような理由により、ヒドロゲルは、細胞が搭載された構造の製造に非常に適しており、様々なタイプの組織再生骨格を得るために直接プリントすることができる。
【0148】
前記ゼラチンは、温度感受性を示すので、前記細胞輸送物質として特に適している。すなわち、ゼラチンは、３７℃で液化し、常温以下で固化する特性を持っている。
【0149】
前記ゲル化高分子は、物理的処理又は化学的処理を用いて架橋結合を形成することができ、前記化学的処理には架橋溶液を使用することができ、選択されたゲル化高分子に応じて適切に架橋溶液を選択して使用することができる。
【0150】
例えば、前記架橋溶液は、石膏；又はヒドロキシアパタイト、炭酸アパタイト、フッ化アパタイト、塩化アパタイト、α－ＴＣＰ、β－ＴＣＰ、メタリン酸カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、ピロリン酸カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、ＥＤＣ｛１－エチル－（３－３－ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド｝、又はこれらの塩から選択される１種以上の混合物の溶液であり得る。
【0151】
前記ゲル化高分子溶液を含むインクは、通常、液相のコラーゲン溶液におけるコラーゲン濃度比率が０．１～３０重量％の範囲内に形成されることが好ましい。
ヒドロゲルの製造方法は、通常の３次元プリンティング用にインクを製造する際に使用する製造方法を適用して行うことができるが、特に限定されない。
ヒドロゲルの製造方法は、通常の３次元プリンティング用にインクを製造する際に使用する製造方法を適用して行うことができるが、特に限定されない。
【0152】
本発明による少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、前述したように細胞を含むことができ、前記細胞は、人工血管が移植又は挿入される患者に由来する血管内皮細胞、血管平滑筋細胞又は繊維細胞を使用するか、或いは患者由来の幹細胞を用いて分化させた血管内皮細胞、血管平滑筋細胞及び線維細胞よりなる群から選択された１種以上であることが好ましい。
【0153】
本発明の少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルで使用される細胞類型は、当技術分野における公知の任意の方式で培養できる。細胞及び組織培養方法は、当技術分野における公知のものである。
【0154】
また、細胞は、所望の細胞株に沿って細胞の分化を誘導する細胞分化物質と培養されることもできる。例えば、幹細胞は、分化培地と接触してインキュベートされることにより、一定の範囲の細胞類型を生成する。
【0155】
前記幹細胞は、非制限的例として、骨原性（ｏｓｔｅｏｇｅｎｉｃ）分化培地、軟骨原性（ｃｈｏｎｄｒｏｇｅｎｉｃ）分化培地、脂肪生成（ａｄｉｐｏｇｅｎｉｃ）分化培地、神経分化培地、心筋細胞分化培地及び血管細胞分化培地を含む分化培地と接触してインキュベートされることができる。
【0156】
さらに、細胞は、成長因子、サイトカインなどと培養されることができる。成長因子は、細胞によって生成され、それ自体及び／又は様々な他の隣接している或いは離れている細胞に影響を与えることができる、サイトカインを含むタンパク質、ポリペプチド、又はポリペプチド複合体を指す。通常、成長因子は、発生的に或いは多数の生化学的又は環境的な刺激に反応して特定類型の細胞の成長及び／又は分化に影響を及ぼす。全部ではないが、一部の成長因子はホルモンである。
【0157】
例示的な成長因子は、インスリン、インスリン様成長因子（ＩＧＦ）、神経成長因子（ＮＧＦ）、血管内皮成長因子（ＶＥＧＦ）、ケラチノサイト成長因子（ＫＧＦ）、基本ＦＧＦ（ｂＦＧＦ）を含む線維芽細胞成長因子（ＦＧＦ）、ＰＤＧＦＡＡ及びＰＤＧＦ－ＡＢを含む血小板由来成長因子（ＰＤＧＦ）、ＢＭＰ－２及びＢＭＰ－７などを含む骨形成タンパク質（ＢＭＰ）、肝細胞成長因子（ＨＧＦ）、形質転換成長因子α（ＴＧＦ－α）、ＴＧＦβ－１及びＴＧＦβ－３を含む形質転換成長因子β（ＴＧＦ－β）、表皮成長因子（ＥＧＦ）、顆粒球－マクロファージコロニー－刺激因子（ＧＭ－ＣＳＦ）、顆粒球コロニー－刺激因子（Ｇ－ＣＳＦ）、インターロイキン－６（ＩＬ－６）、ＩＬ－８などがある。
【0158】
人工血管を製造するために使用される少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルに含まれる細胞の個数は、細胞の種類、バイオインク組成物に含まれた細胞栄養成分の含有量などに応じて調節されることができる。
【0159】
また、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲル組成物に含まれる細胞の種類は、上記の方法によって製造しようとする血管の種類に応じて様々に変更可能である。本発明の属する技術分野における通常の技術を有する者であれば、３次元バイオプリンティングを介して製造しようとする血管の種類に応じて適切な細胞を選択して、これに適用することができるであろう。
【0160】
また、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが支持体の内部に吐出されて積層された後には、これを加熱するか、或いは紫外線に露出させるか、或いは架橋結合溶液を添加することにより、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの架橋結合を促進することができる。このような架橋は、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルが、より堅い構造物に完成できるようにし、前記架橋結合を促進するために光学開始剤（ｐｈｏｔｏｉｎｉｔｉａｔｏｒ）を使用することができる。
【0161】
一方、本発明の他の実施例は、人工血管の製造方法に関するものであり（図２０参照）、高分子が第１ヘッドを介して支持体製作ユニットの外周面に吐出されるため、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を形成するステップ（Ｓ１１００）と、形成された支持体を垂直に固定する固定ステップ（Ｓ１２００）と、第２ヘッドを垂直に移動させながら、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを支持体の内部に吐出させるステップ（Ｓ１３００）と、支持体の内部に吐出された、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの一部を除去するステップ（Ｓ１４００）と、を含む。本発明による人工血管の製造方法によって、多層構造の中空形状を有する人工血管を製造することができる。
【0162】
図２１に示すように、３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を形成するステップ（Ｓ１１００）は、高分子が第１ヘッド１２００を介して支持体製作ユニット１１００の外周面に吐出され（図２１（ａ）参照）、これにより３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体１０１０（図２１（ｂ）参照）が形成される。前記ステップＳ１１００は、まず、第１ヘッドを支持体製作ユニットの上部に移動させるステップ（Ｓ１１０）が行われる。このとき、第１ヘッド１２００は、ヘッド移動ユニット１５２０によってＹ軸ステージ１６２０に沿って移動することにより、支持体製作ユニット１１００の上部に位置する。
【0163】
次に、支持体製作ユニットが回転する回転ステップ（Ｓ１２０）が行われる。
【0164】
前記回転するステップ（Ｓ１２０）の後、第１ヘッドを支持体製作ユニットの長さ方向に移動させながら、高分子を支持体製作ユニットの外周面に吐出させる吐出ステップ（Ｓ１３０）が行われる。前記回転ステップ（Ｓ１２０）及び吐出ステップ（Ｓ１３０）は、同時に又は順次行われることが好ましく、第１ヘッド１２００がＸ軸ステージ１６１０に沿って移動しながら、支持体製作ユニット１１００の外周面に高分子を吐出するときに支持体製作ユニット１１００が回転することにより、支持体が３次元多孔性構造の中空の円柱状に形成されることができる。その後、以前のステップを介して形成された支持体を垂直に固定するステップ（Ｓ２００）が行われ、好ましくは、支持体１０１０は支持台１３００に垂直に固定できる。
【0165】
次に、第２ヘッドを垂直に移動させながら、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを支持体の内部に吐出させるステップ（Ｓ３００）が行われる。図２２を参照すると、前記ステップＳ３００は、まず、第２ヘッド１４００を支持体１０１０の上部に移動させた後に行われる。すなわち、第２ヘッド１４００は、ヘッド移動ユニット１５２０によってＹ軸ステージ１６２０（図２１に示される）に沿って移動して支持体１０１０の上部に位置することができる。その後、第２ヘッド１４００は、垂直に上昇しながら、支持体１０１０の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出し、これにより、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面と、第２ヘッド１４００に充填された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面とは、同様のパターンを有する。
【0166】
最後に、図２３に示すように、支持体の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの一部を除去するステップ（Ｓ４００）が行われる。ここで、支持体１０１０の内部に吐出された少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルは、１種以上の物質を含み、多層構造で形成されているため、各層を形成する物質のゲル化条件を異にして、中心部位に該当する一部分を除去することが好ましい。
【0167】
一例として、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルの断面を基準に、外部には、３ｗ／ｖ％のアルギン酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ａｌｇｉｎａｔｅ）が形成され、内部には、温度感受性ヒドロゲルである３％のゼラチンで形成された人工血管を２００Ｍの塩化カルシウムに架橋結合させた後、３７℃の液体に入れておくと（図２３（ａ）参照）、ゲル化アルジネートはそのまま形状を維持するが、ゼラチンは溶けて中空形状の人工血管２０が形成される（図２３（ｂ）参照）
【0168】
図２４及び図２５を参照すると、本発明によって製造された人工血管１０２０は、多層構造の中空形状に製造され、プリンティング後にも、人工血管１０２０の構造と形態を一定に維持可能である。それだけでなく、熱可塑性高分子を含む３次元多孔性構造の中空の支持体を含むことにより、一定レベル以上の弾性を有し、容易に破損せず、手術などの臨床適用時にも支持体の多孔性構造によって生体組織に糸で固定できる。
【0169】
以下、本発明の実施例を考察する。しかし、本発明の範疇が以下の好適な実施例に限定されるものではなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の権利範囲内で、本明細書に記載された内容の種々の変形形態を実施することができる。
【0170】
［実施例１］区画部で区切られたヒドロゲルプリンティング
【0171】
区画部で区切られた第２ヘッドを用いて３次元プリンティングを行うために、区画部材を、３次元プリンティング方法でポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ、ＰＬＡ）を材質にして製造した。
【0172】
この時、第２ヘッドを用いた３次元プリンティング装置を使用するが、１８、２０、２２、２５及び２７ＧａｕｇｅのノズルサイズでＲＧＢヒドロゲルがプリントされることを共焦点顕微鏡で確認したとともに、第２ヘッドの断面形状と同様の形状に小型化が可能であることを確認した。
【0173】
本発明の実施例によれば、比率は、特定の形状（実施例：Ｌｏｂｕｌｅ）の全体直径（１５ｍｍ）から９８．７％（２００μｍ）まで小型化が可能であることを確認したとともに、表１にその結果をまとめた。下記数式１のように縮小比率を計算した。
【0174】
［数式１］
縮小比率＝１００－（第２ヘッドの直径／プリントされた直径）×１００（％）
縮小比率＝１００－（第２ヘッドの直径／プリントされた直径）×１００（％）
【0175】
【表1】
【0176】
［実施例２］様々な形状の少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルプリンティング
【0177】
多様な形状の区画部を備えた第２ヘッドを用いて３次元プリンティングを行うために、多様な形状の区画部材を、３次元プリンティング方法でポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ、ＰＬＡ）を材質にして製造した。
【0178】
区画部材を備えた第２ヘッドにそれぞれＧｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ、Ｒｅｄ蛍光パーティクルが含有された３ｗ／ｖ％アルギン酸ナトリウムを入れた結果、それぞれ区画でＲＧＢヒドロゲルがプリントされることを共焦点顕微鏡で確認した。
【0179】
図２６には、様々な形状の区画部材を備えた第２ヘッドを用いてＲＧＢヒドロゲルがプリントされることを共焦点顕微鏡で観察した結果をまとめた。
【0180】
図２６の結果から確認されるように、３Ｄ ＣＡＤを介してモデル化された様々な形状の区画部材を用いて第２ヘッドを介してプリンティングを行った結果、同一の区画構造を有する結果物をプリントすることができ、様々な形態の組織も模写できることを確認することができる。
【0181】
［実施例３］インク印刷物とインク充填物とを含む第２ヘッド
【0182】
３次元プリンティング装置の第２ヘッドに、３ｗ／ｖ％アルギン酸ナトリウム材質の充填用第１ヒドロゲルを注入した。前記第１ヒドロゲルが注入された第２ヘッドに、長い長さのノズルを備えた３次元プリンティング装置を用いて、Ｇｒｅｅｎ蛍光パーティクルが含有された３ｗ／ｖ％アルギン酸ナトリウムを第２ヒドロゲルとして３次元プリンティング方法で注入した。
【0183】
前記第２ヘッドに、充填用第１ヒドロゲルと３次元プリントされた第２ヒドロゲルを、圧力を加えて第２吐出ユニットを介して得られる吐出物を用いて３次元プリンティング方法でプリントした。ノズルサイズ（ｎｏｚｚｌｅ Ｉ．Ｄ）が１．０ｍｍを用いて３列に印刷した。ノズルサイズ１ｍｍのノズルを使用した場合、プリントされた断面の長さが３０マイクロメートルであり、ノズルサイズ（ｎｏｚｚｌｅ Ｉ．Ｄ）２ｍｍのノズルを使用する場合、プリントされた断面の長さが７０マイクロメートルであった。
【0184】
前記印刷物を共焦点顕微鏡で蛍光観察した結果、緑色蛍光パーティクルが含有されたヒドロゲルがプリントされることを共焦点顕微鏡で確認した。吐出された結果物を共焦点顕微鏡で蛍光観察した結果、高解像度で区分されてインクがプリントされることを確認した。
【0185】
［実施例４］様々なサイズのノズルを用いた２つの区画に分けられたヒドロゲルプリンティング
【0186】
実施例３と同様の第２ヘッドを用いた３次元プリンティング装置を使用するが、１８、２０、２２、２５、２７Ｇａｕｇｅのノズルサイズでヒドロゲルがプリントされることを共焦点顕微鏡で確認した。具体的には、１８、２０、２２、２５及び２７Ｇａｕｇｅの各ノズル内径は、０．８２ｍｍ、０．６３ｍｍ、０．４１ｍｍ、０．２８ｍｍ、及び０．１ｍｍであった。
【0187】
第２吐出ユニットを用いて第１ヒドロゲル充填物と第２ヒドロゲル印刷物がノズルサイの変化によるプリンティング結果物を共焦点顕微鏡観察によって確認した結果、第２吐出ユニットの断面形状と同様の形状に小型化が可能であった。本発明の実施例によれば、比率は、特定形状（実施例：Ｌｏｂｕｌｅ）の全体直径（１５ｍｍ）から９８．７％（２００μｍ）まで小型化可能であり、前記数式２に従って計算した。表２にその結果をまとめた。
【0188】
［数式２］
インク印刷物の縮小比率＝（Ａ－Ｂ）／Ａ×１００（％）
インク印刷物の縮小比率＝（Ａ－Ｂ）／Ａ×１００（％）
【0189】
（式中、Ａは３次元プリンティング法で第２ヘッドに提供された１次インク印刷物の断面直径、Ｂは印刷インクの２次印刷物の断面直径であり、前記Ａ及びＢは同一の長さ単位である）
【0190】
【表2】
【0191】
［実施例５］内腔（ｌｕｍｅｎ）構造を有する人工血管の製作
【0192】
実施例３と同一の第２ヘッドに３ｗ／ｖ％アルギン酸ナトリウムを注入し、長いノズルを用いて、温度感受性ヒドロゲルである３％ゼラチンを、既に注入されたアルジネートの内部にプリンティング方法を用いて注入した。準備された複合ヒドロゲルを２００ｍＭの塩化カルシウムにプリントすると、アルギネートのみゲル化が誘導され、ゼラチンはゲル化していないまま存在する。このプリンティング構造体を３７℃の液体に入れておくと、ゲル化アルギネートはそのまま形状を維持するが、ゼラチンは溶けて内腔構造を形成した。
【0193】
［実施例８］細胞を含み、多重内腔構造を有する血管の製作
【0194】
実施例７と同様の方法で、第２ヘッドに３ｗ／ｖ％アルギン酸ナトリウムを注入し、長い長さのノズルを備えた３次元プリンティング装置を用いて、平滑筋細胞が１×１０７Ｃｅｌｌｓ／ｍＬ以上の濃度で含有された３％アルギネートを、前記充填した３％アルギネート内に注入し、血管内皮細胞１×１０７Ｃｅｌｌｓ／ｍＬ以上の濃度で内在した３％ゼラチンを、平滑筋細胞が内在したアルジネートに注入する連続的な方法を介して、血管構造を模写した。
【0195】
特に、血管の大動脈又は大静脈は、四重円筒構造で積み重ねられているが、この方法を介して、容易に四重構造の血管をプリントすることができるだけでなく、サイズ調節も可能である（図２７のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを使用した４重円筒構造模写結果を参照）。それだけでなく、細静脈の二重構造や微小血管の一重構造も同様に模写することができる。
【0196】
以上、本発明の詳細な説明では、具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、具体的な実施例の様々な変形と多様な組み合わせが可能であるのは、本発明の属する分野における通常の知識を有する者にとって当たり前であろう。
【産業上の利用可能性】
【0197】
本発明は、熱可塑性高分子を含む３次元多孔性構造の中空の円柱状支持体を製作して垂直に固定した後、支持体の内部に、少なくとも２つの区画に分けられたヒドロゲルを吐出することにより、プリンティング後にも構造と形態を一定に維持可能であり、多層構造の中空形状を有する人工血管を製造することができる人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム、及びそれを用いた人工血管の製造方法を提供するためのものであり、多層構造の中空形状を有する人工血管を製造することができ、プリンティング後にも人工血管の構造と形態を一定に維持するこことができるという効果があるので、産業上利用可能性がある。
【符号の説明】
【0198】
１ プリンティング組成物
３ ヘッド
４ ヘッド移動ユニット
５ ステージ
２００ 支持板
２０１ 内部固定部
２０２ 外部固定部
２０３ ボルト
２０４ ねじ部
２０５ 弾性チューブ
２０６ タップホール
２１０ 支持体固定装置
２２０ 支持体
２２１ 第１固定プレート
２２２ 第２固定プレート
２２３ ガイド
２２４ 密着部
２２５ 密着溝
１００１、１００２、１００３ 人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム
１０１０ 支持体
１０２０ 人工血管
１１００ 支持体製作ユニット
１１１０ 回転軸
１１２０ モーター
１１３０ ベアリング
１２００ 第１ヘッド
１２１０ 第１空気圧シリンダ
１２２０ 第１吐出ユニット
１２３０ 温度制御ユニット
１３００ 支持台
１３１０ 固定ユニット
１３１１ ボルト
１３１２ 弾性チューブ
１３２０ 絞り
１３２１ ホール
１３３０ 昇降手段
１４００ 第２ヘッド
１４１０ 第２空気圧シリンダ
１４２０ 第２吐出ユニット
１４３０ 温度調節ユニット
１４４０ 区画部材
１４５０ 中空部
１６３０、１６４０ Ｚ軸ステージ
１５１０、１５２０、１５３０、１５４０、１５５０ ヘッド移動ユニット
１６１０ Ｘ軸ステージ
１６２０ Ｙ軸ステージ
３ ヘッド
４ ヘッド移動ユニット
５ ステージ
２００ 支持板
２０１ 内部固定部
２０２ 外部固定部
２０３ ボルト
２０４ ねじ部
２０５ 弾性チューブ
２０６ タップホール
２１０ 支持体固定装置
２２０ 支持体
２２１ 第１固定プレート
２２２ 第２固定プレート
２２３ ガイド
２２４ 密着部
２２５ 密着溝
１００１、１００２、１００３ 人工血管製造用３Ｄプリンティングシステム
１０１０ 支持体
１０２０ 人工血管
１１００ 支持体製作ユニット
１１１０ 回転軸
１１２０ モーター
１１３０ ベアリング
１２００ 第１ヘッド
１２１０ 第１空気圧シリンダ
１２２０ 第１吐出ユニット
１２３０ 温度制御ユニット
１３００ 支持台
１３１０ 固定ユニット
１３１１ ボルト
１３１２ 弾性チューブ
１３２０ 絞り
１３２１ ホール
１３３０ 昇降手段
１４００ 第２ヘッド
１４１０ 第２空気圧シリンダ
１４２０ 第２吐出ユニット
１４３０ 温度調節ユニット
１４４０ 区画部材
１４５０ 中空部
１６３０、１６４０ Ｚ軸ステージ
１５１０、１５２０、１５３０、１５４０、１５５０ ヘッド移動ユニット
１６１０ Ｘ軸ステージ
１６２０ Ｙ軸ステージ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
