способ изготовления конструкции, содержащей кристаллическую целлюлозу

Формула изобретения

1. Способ изготовления содержащей кристаллическую целлюлозу (10) конструкции, используемой в качестве импланта и/или для выращивания живых клеток млекопитающих или человека, включающий по меньшей мере частичное выращивание образующих целлюлозу (10) организмов в полом шаблоне (5), отличающийся тем, что указанный полый шаблон (5) изготавливают с помощью трехмерного принтера (1), который наращивает послойно из моделирующего материала по меньшей мере часть (2а, 2b) полого шаблона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полый шаблон (5) по меньшей мере частично необратимо деформируют.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что полый шаблон (5) содержит по меньшей мере одну сердцевину (2а, 2b) шаблона.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что полый шаблон (5) содержит по меньшей мере одну оболочку шаблона.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полый шаблон (5) содержит по меньшей мере одну оболочку шаблона и по меньшей мере одну сердцевину (2а, 2b) шаблона.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что моделирующий материал является по меньшей мере частично гидрофобным.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что моделирующий материал содержит восковой материал или полимерный материал.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе послойного наращивания части (2а, 2b) полого шаблона (5) трехмерный принтер (1) наращивает послойно по меньшей мере одну опору из опорного материала.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью выращивания образующих целлюлозу (10) организмов, в полый шаблон (5) с помощью трехмерного принтера (1) вводят питательную жидкость.

10. Применение трехмерного принтера (1), который послойно из моделирующего материала наращивает по меньшей мере часть полого шаблона (5), для изготовления конструкции, содержащей кристаллическую целлюлозу (10), причем образующие целлюлозу (10) организмы по меньшей мере частично выращены в полом шаблоне (5).

11. Способ изготовления полого шаблона (5), который используют для выращивания образующих целлюлозу (10) организмов, характеризующийся тем, что полый шаблон (5) изготовляют с помощью трехмерного принтера (1), который послойно из моделирующего материала наращивает по меньшей мере часть полого шаблона (5).

12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что трехмерный принтер (1) послойно из моделирующего материала наращивает сердцевину (2а, 2b) полого шаблона (5).

13. Способ по п.12, характеризующийся тем, что сердцевину (2а, 2b) шаблона выполняют в виде ветвей, которые разветвляются и вновь собираются в другой точке.

14. Способ по п.11, характеризующийся тем, что для по меньшей мере частичного определения полого шаблона (5) применяют методы визуализации.

15. Способ по п.14, характеризующийся тем, что методы визуализации представляют собой томографические методы, в частности рентгеновскую томографию, и/или позитронно-эмиссионную томографию, и/или ядерно-спиновую томографию.

16. Применение трехмерного принтера (1), который послойно наращивает по меньшей мере часть полого шаблона (5) из моделирующего материала, для изготовления полого шаблона (5), который используется для выращивания образующих целлюлозу (10) организмов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу изготовления конструкции, содержащей кристаллическую целлюлозу согласно преамбуле пункта 1 формулы изобретения, к конструкции и способу изготовления полого шаблона согласно преамбуле пункта 12 и к полому шаблону. Изобретение относится также к применению трехмерного принтера.

Уровень техники

Конструкции из кристаллической целлюлозы могут быть использованы в многочисленных применениях, например в качестве опорной конструкции для выращивания живых клеток in vitro ("тканевая инженерия") из клеток, предварительно удаленных из организмов, с целью имплантации выращенных клеток в тот же организм и достижения функционирования ткани таким образом, либо восстановления ее функционирования. Такими тканями преимущественно являются мягкие ткани, например кожа, мышцы или жировая ткань, в противоположность твердой или костной ткани.

Как правило, живая ткань включает в себя большое число специализированных клеток, которые влияют одна на другую с помощью сигнальных молекул, и предполагается, что клетки самостоятельно ориентируются в пределах концентрационных градиентов низкомолекулярных веществ и могут вести себя каким-либо специфическим образом. Это называют «позиционной информацией». Между клетками ткани имеются опорные структуры, называемые межклеточным матриксом, которые выполнены из выделяемых клетками макромолекул и стабилизируют клетки в их определенном положении. Если межклеточный матрикс разрушается, и клетки оказываются перемешанными, нормальные дифференцированные клетки тела более уже не способны реорганизоваться и воссоздать утраченные структуры. Однако было установлено, что если эти клетки вернуть назад в их исходное пространственное «взаимоотношение» с соответствующими соседними клетками, они могут продолжать свое нормальное функционирование.

В известном подходе для решения этой проблемы делается попытка имитировать межклеточный матрикс путем культивирования клеток «в трех измерениях» внутри специфических опорных структур, называемых также клеточными каркасами. Клеточные каркасы обычно представляют собой пористые структуры с большой площадью внутренней поверхности. В публикации WO 2006/096791 раскрыто использование многочисленных широко доступных всасываемых и невсасываемых синтетических полимеров для образования из них так называемых нановолокон, из которых должны быть построены клеточные каркасы. В патентной заявке DE 102007006843 описаны опорные конструкции из кристаллической целлюлозы, которые включают в себя пригодные для заселения бактериями свободные полости, например, в виде разветвляющихся трубчатых систем, подобных кровеносным сосудам. Для изготовления таких опорных конструкций предложен способ, в котором полый шаблон заселяют целлюлозообразующими бактериями штамма Acetobacter xylinum. В этом случае трубчатую систему создают с помощью спиральных восковых проволочек, например, из летнего воска, в качестве распорок, расположенных параллельно одна над другой и/или одна рядом с другой. После заполнения шаблона целлюлозой восковые проволочки удаляют путем их расплавления.

Конструкции из кристаллической целлюлозы могут быть также пригодными в качестве имплантатов для млекопитающих. В публикации международной заявки WO 2006/61026 А1, например, раскрыт способ изготовления полого тела из микрокристаллической целлюлозы бактериального происхождения, которое, как утверждается, можно имплантировать в сонную артерию крысы без неблагоприятного эффекта типа реакций на инородное тело или образования тромбов. В патентной заявке DE 102007006844 описана имитация вен в виде полых тел из микрокристаллической целлюлозы. Для их изготовления предложен полый шаблон с сердцевиной шаблона из комбинации тонких металлических пластинок с отлитыми восковыми телами и вручную введенными углублениями, при этом сердцевина шаблона окружена оболочкой шаблона. Полый шаблон заселяют целлюлозообразующими бактериями штамма Acetobacter xylinum. После этого воск удаляют путем расплавления, а тонкую металлическую пластинку отделяют механически.

Описанные в заявке способы изготовления полых шаблонов в значительной степени характеризуются использованием ручной работы. Кроме того, точная подгонка к какой-либо одной части тела является исключительно дорогой, так как полые шаблоны в этом случае часто необходимо вначале моделировать. Поскольку при плавлении сердцевина шаблона из воска расплавляется, каждая конструкция является уникальным изделием и ее можно воспроизвести лишь в ограниченной степени. В частности, с помощью известных способов в полой конструкции нельзя осуществлять никакого наращивания, либо же можно осуществлять наращивание ограниченной сложности.

В публикации US 5506607 раскрыт трехмерный принтер, который наращивает слой трехмерных моделей из лечебного моделирующего материала. Слои образуют путем выбрасывания капелек моделирующего материала в жидкой или текучей консистенции из одного или более сопел на подложку и при этом сопла и подложка могут перемещаться относительно друг друга в направлениях X, Y и Z. Подложка и сопла регулируются компьютером таким образом, чтобы они образовывали отдельные слои в X-Y-плоскости. Сопла или подложка сдвигаются при этом в Z-направлении, вследствие чего сопла могут образовывать слои, следующие один за другим в Z-направлении. В дополнение к моделирующему материалу, который образует определенную модель, может выбрасываться опорный материал, который будет поддерживать части модели, которые в противном случае не имели бы поддержки, например поперечину в Н-образной модели.

Проблема, на решение которой направлено изобретение

Цель изобретения состоит в том, чтобы создать улучшенный способ изготовления конструкции, содержащей кристаллическую целлюлозу, и создать такую конструкцию. Кроме того, целью изобретения является создание трехмерного принтера для изготовления конструкции, содержащей кристаллическую целлюлозу. Кроме того, целью изобретения является создание улучшенного способа изготовления полого шаблона, полый шаблон и применение трехмерного принтера для изготовления полого шаблона.

Решение проблемы согласно изобретению

Для достижения поставленной цели изобретением предлагается способ изготовления конструкции, содержащей кристаллическую целлюлозу, согласно признакам пункта 1 формулы изобретения, конструкция, имеющая признаки пункта 10, применение трехмерного принтера для изготовления конструкции, содержащей кристаллическую целлюлозу, характеризующееся признаками пункта 11, способ изготовления полого шаблона, имеющий признаки пункта 12, полый шаблон, имеющий признаки пункта 17 и применение трехмерного принтера для изготовления полого шаблона, характеризующееся признаками пункта 18.

Конструкция согласно изобретению может быть с успехом применена, например, в качестве имплантата и/или для выращивания живых клеток, в частности клеток млекопитающих или человека.

Одним из аспектов настоящего изобретения является использование полезных свойств трехмерных принтеров для изготовления опорных конструкций. Достигаемым техническим результатом настоящего изобретения является, таким образом, то, что ручное изготовление или ручные операции на полых шаблонах заменяются механическими операциями или полностью исключаются.

Одним из достигаемых технических результатов настоящего изобретения является то, что путем использования полого шаблона можно проектировать конструкцию, приспособленную для определенной цели, или имитировать природные модели. Еще одним из достигаемых технических результатов настоящего изобретения является то, что конструкции и полые шаблоны согласно изобретению могут изготавливаться воспроизводимым образом с использованием трехмерного принтера. И еще одним преимуществом может быть то, что с помощью трехмерного принтера можно также выполнять конструкции согласно изобретению с усложненными шаблонами.

Одним из преимуществ способа согласно изобретению для изготовления конструкции является то, что в нем может использоваться принцип «утраченного шаблона», т.е. что может создаваться и применяться шаблон, который по меньшей мере частично утрачивает свою форму на стадии извлечения шаблона.

Конструкция и разработка решения проблемы согласно изобретению

Предпочтительные варианты осуществления и разработки, которые могут применяться по отдельности или в сочетании одни с другими, являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

С помощью трехмерного принтера можно изготовлять только отдельные части полого шаблона, предпочтительно одну или более сердцевин шаблона, или все части полого шаблона. Трехмерные принтеры, которые используются в настоящем изобретении, известны также специалистам как «системы быстрого макетирования». После соответствующей доработки в качестве трехмерного принтера может быть использован трехмерный принтер, который традиционно используют в стоматологии и который раскрыт, например, в патенте США № 5506607. Содержание описания указанного изобретения, касающееся конструкции и функции этого принтера, является частью настоящего раскрытия в качестве ссылочного материала. То же относится, в частности, и к отдельным раскрытым в патенте вариантам осуществления изобретения касательно трехмерного принтера и способа его применения, указанным ниже в качестве предпочтительных вариантов осуществления.

Слои предпочтительно образуют выбрасыванием капелек моделирующего материала в жидкой или текучей консистенции из одного или более сопел на подложку или предшествующий слой. Подложка может быть также частью полого шаблона. В этом случае предпочтительно, чтобы в начале операции печати она была помещена в принтер. Такая часть шаблона может быть выполнена предпочтительно из моделирующего материала или какого-либо другого материала. Предпочтительно, чтобы сопла и подложка могли перемещаться относительно друг друга в направлениях X, Y и Z, будучи предпочтительно регулируемыми посредством блока обработки данных. В данном случае подложка и сопла могут регулироваться таким образом, чтобы они образовывали слои в X-Y-плоскости. Сопла или подложка могут при этом сдвигаться в Z-направлении, вследствие чего сопла могут образовывать следующий слой.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения далее предпочтительно из удаляемого опорного материала наращивают послойно по меньшей мере одну опору для опоры участков шаблона, не имеющих поддержку, например поперечину Н-образной формы. Опорный материал после завершения изготовления шаблона (детали) трехмерным принтером предпочтительно удаляют, например, путем растворения в растворителе или расплавления таким образом, чтобы оставшийся шаблон (деталь) мог быть использован для выращивания целлюлозы.

Предпочтительно, в способе согласно изобретению в каждом слое сначала выполняют один или более внешних контуров и, возможно, один или более внутренних контуров шаблона (детали) путем размещения капель моделирующего материала, последовательно выбрасываемых рядами. Капля при ее соприкосновении с соседней каплей преимущественно остается по меньшей мере частично все еще расплавленной, благодаря чему капли могут сливаться между собой. Внутреннее пространство, ограниченное одним или более контурами, может быть заполнено моделирующим или каким-либо другим материалом. Допустимо также выполнение в таком внутреннем пространстве сетчатых поддерживающих конструкций. В одном из предпочтительных способов выброшенная капля по меньшей мере частично перекрывается с уже ранее выброшенной каплей в том же слое. Может также оказаться полезным выполнять стенки из двойного слоя размещенных рядами капель. Эти меры могут способствовать улучшению качества поверхности шаблона (детали).

В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере частично расплавленные капли моделирующего материала выбрасываются в порошковый слой, предпочтительно подобный моделирующему материалу, в результате чего частицы порошка соединяются одна с другой, образуя шаблон (деталь).

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения полый шаблон содержит по меньшей мере одну сердцевину шаблона. Эта сердцевина шаблона может имитировать, например, полость сосудистой системы, через которую протекает кровь в теле какого-либо организма. С другой стороны, полый шаблон также может содержать только оболочку шаблона. Предпочтительно, чтобы полый шаблон содержал оболочку шаблона, имитирующую, например, внешнюю демаркацию вены или артерии и сердцевины шаблона. Таким образом, можно имитировать с помощью сердцевины шаблона и оболочки шаблона сосудистую систему.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения части полого шаблона, в частности одну или более сердцевин шаблона, можно необратимо деформировать с целью удаления полого шаблона после культивирования целлюлозообразующих бактерий. Стадия извлечения шаблона предпочтительно включает по меньшей мере частичное расплавление сердцевины шаблона. В процессе извлечения полого шаблона предпочтительно сердцевина шаблона по существу удаляется, в частности, предпочтительно полностью, т.е. без остатка.

Температура плавления моделирующего материала предпочтительно превышает 28°C, в частности равна или выше 30°C, в частности равна или выше 60°C. Одно из преимуществ этого варианта осуществления изобретения состоит в том, что часть шаблона, изготовленного с помощью трехмерного принтера, остается стабильной во время культивирования целлюлозы. В одном из вариантов осуществления температура плавления моделирующего материала составляет от 95 до 110°C. Одно из преимуществ этого варианта осуществления изобретения состоит в том, что целлюлозная опорная конструкция не повреждается при плавлении части шаблона, выполненной с помощью трехмерного принтера.

В одном из вариантов осуществления моделирующий материал является гидрофобным. Одним из используемых аспектов данного варианта осуществления является то, что гидрофобный материал отталкивается гидрофильной поверхностью целлюлозного тела. Преимущество этого варианта осуществления изобретения состоит в том, что моделирующий материал во время извлечения шаблона может быть удален по существу полностью.

В качестве моделирующего материала может использоваться, в частности, термопластичный восковой материал или полимерный материал. В одном из конкретных вариантов осуществления моделирующим материалом, который может быть использован с помощью трехмерного принтера, является материал, образующий шаблон. В частности, могут быть использованы материалы, упоминаемые в патенте США № 5506607 (колонка 9, строка 65 - колонка 10, строка 40 и таблицы). Другие материалы, упомянутые в указанном выше описании изобретения, включены, согласно изобретению, как материалы для изготовления полого шаблона с помощью трехмерного принтера. Допустимо также использование поливинилового спирта или так называемого «летнего воска», известного как моделирующий материал в стоматологии. Предпочтительным моделирующим материалом является InduraCast, который может быть получен от Solidscape Inc., Marimack, Нью Гемпшир (NH), США.

Если при изготовлении шаблона (детали) наряду с моделирующим материалом используется какой-либо опорный материал, моделирующим материалом предпочтительно является один из материалов, предложенных в патенте США № 5506607 в качестве «моделирующего соединения», а опорным материалом является один из предложенных в этом патенте «опорных материалов». Предпочтительным моделирующим материалом является InduraCast InduraFill, который может быть получен от Solidscape Inc., Marimack, Нью Гемпшир (NH), США. Температура плавления опорного материала предпочтительно ниже 110°C, в частности ниже 100°C и, особо предпочтительно, ниже 80°C. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения температура плавления моделирующего материала лежит в пределах от 49 до 70°C. Одно из преимуществ этого варианта осуществления изобретения состоит в том, что после завершения выполнения шаблона (детали) опорный материал может быть удален с моделирующего материала путем расплавления.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения полый шаблон включает в себя различные материалы. Так, согласно изобретению, могут быть использованы комбинации из упомянутых выше материалов и/или металл, и/или стекло, и/или тефлон, и/или керамика.

В еще одном из предпочтительных вариантов осуществления в процессе послойного наращивания полого шаблона в полый шаблон с помощью трехмерного принтера вводится питательная жидкость для выращивания биологических организмов. В частности, вводится питательная жидкость, которая используется для выращивания целлюлозообразующих организмов. Это может быть выгодным, в частности, в случае плохой доступности некоторых участков полого шаблона.

Предпочтительная конструкция имеет по меньшей мере один подрез, так чтобы конструкция не могла быть извлечена из полого шаблона без деформации по меньшей мере части шаблона. Предпочтительно, чтобы конструкция имела внутри себя по меньшей мере одну свободную полость, выполненную как разделитель с помощью сердцевины шаблона. Сердцевина шаблона предпочтительно выполняется с помощью трехмерного принтера. Свободная полость может быть выполнена таким образом, чтобы она была доступна снаружи только путем прохода через узкое место, поперечное сечение которого меньше поперечного сечения свободной полости.

В одном из вариантов осуществления внутреннее пространство полого шаблона имеет по существу форму продолговатого полого тела, например, с целью имитирования (в качестве конструкции согласно изобретению, выполненной с помощью полого шаблона) сосуда, через просвет которого может пропускаться среда, предпочтительно жидкая среда, особенно предпочтительно кровь или другие жидкости организма. Полый шаблон, который служит распоркой для просвета, имеет предпочтительно по существу круговое поперечное сечение. В сердцевине шаблона предпочтительно имеются выемки для образования на продолговатом полом теле с помощью полого шаблона углублений, в частности, подобных природным венным клапанам так, чтобы поток пропускаемой через продолговатое полое тело среды замедлялся в большей степени в направлении перекрытия, чем в направлении, противоположном направлению перекрытия.

Предпочтительные конструкции, изготовляемые с помощью шаблона согласно изобретению, имеют свободные полости, которые пригодны для засевания их живыми клетками. Эти свободные полости образуются предпочтительно с помощью сердцевин шаблонов, которые изготовляются с помощью трехмерного принтера. В одном из способов изготовления сердцевина шаблона имеет по меньшей мере одну ветвь, которая разветвляется в по меньшей мере одной точке. Особенно предпочтительно, если по меньшей мере некоторые из разветвлений сливаются вновь в другой точке, для того чтобы создать систему трубок, которые разветвляются и вновь сходятся, например, подобно системе кровеносных сосудов. Полое тело, образуемое с помощью полого шаблона, согласно изобретению имеет предпочтительно два отверстия, через которые деформированная, предпочтительно расплавленная сердцевина шаблона или ее остатки могут выходить изнутри полого тела.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления для проектирования полого шаблона, предпочтительно той части, которая изготовляется с помощью трехмерного принтера, прежде всего сердцевины шаблона, служат методы визуализации. Особенно предпочтительны томографические методы, в частности рентгеновская томография и/или позитрон-эмиссионная томография, и/или ядерно-спиновая томография. Таким образом может быть создан полый шаблон, адаптированный к пациенту, например к предназначенной для замены части тела, в частности системы кровеносных сосудов или системы венных клапанов. В частности, представляется возможным фиксировать органы или части органов пациента, например секции кровеносных сосудов, с помощью методов визуализации с целью из имитации способом согласно изобретению. Получаемые с помощью методов визуализации данные преобразуются в данные, которые можно считывать с помощью трехмерного принтера, в частности данные, касающиеся коронарной болезни сердца, и можно модифицировать эти данные. Данные, которые можно считывать с помощью трехмерных принтеров, служат затем для послойного наращивания и имитации данных пациента.

Опорная конструкция предпочтительно по существу содержит воду и кристаллическую целлюлозу, в частности микрокристаллическую целлюлозу, такую, которая образуется с помощью Acetobacter xylinum. Этот материал содержит менее 10% кристаллической целлюлозы, и вода связана частично и в разной степени с микрокристаллической целлюлозой. Кристаллическая целлюлоза оказалась в экспериментах особенно благоприятной для тканей. Целлюлозообразующими организмами предпочтительно являются бактерии, в частности бактерии штамма Acetobacter xylinum. Допустимо также использование других целлюлозообразующих микроорганизмов, таких, например, как подходящие штаммы Agrobacterium, Rhizobium, Sarcina, Pseudomonas, Achromobacter, Aerobacter и Zooglea. Поскольку гены целлюлозообразующих энзимных комплексов Acetobacter xylinum известны, их также можно вводить в другие микроорганизмы, такие, например, как Escherichia coli, используя для этого известные методы молекулярной биологии, в результате чего эти организмы также могли бы синтезировать целлюлозу.

Для выращивания Acetobacter xylinum описаны разнообразные питательные среды. Одной из подходящих сред является часто используемая среда Schramm и Hestrin, описанная в Biochemical Journal 58 (1954) 345-352. Все содержание указанных выше статей, касающееся данного аспекта, является частью настоящего описания в качестве ссылочного материала. Недостатком названной среды может быть то, что она не определена четко, так как содержит дрожжевой экстракт и пептон.

Для осуществления настоящего изобретения предпочтительна полностью синтетическая среда типа той, которая описана, например, Fomg et al. в Applied and Environmental Microbiology 55 (1989), № 5, 317-1319. Все содержание указанной статьи, касающееся данного аспекта, является частью настоящего описания в качестве ссылочного материала. Недостатком названной среды может быть несколько более медленный рост бактерий.

Допустимо также использование для осуществления изобретения так называемого чайного гриба Комбуча. Кроме Acetobacter xylinum эта культура содержит множество других живущих в симбиозе организмов, таких как дрожжи и бактерии, и может поддерживаться какой-либо средой, содержащей лишь черный чай и сахарозу (100 г/л).

Краткое описание чертежей

Изобретение далее описывается подробно с дополнительными деталями с помощью фигур в виде схем и примеров вариантов осуществления.

На фигурах приведено:

Фиг.1 - схема трехмерного принтера согласно изобретению.

Фиг.2 - перспективный вид полого шаблона с оболочкой шаблона и сердцевиной шаблона для осуществления способа изготовления конструкции согласно изобретению.

Фиг.3 - вид в поперечном сечении полого шаблона из фиг.2 с продолговатым полым телом, которое еще не полностью выращено, и указано направление роста.

Фиг.4 - перспективный вид сердцевины шаблона для продолговатого целлюлозного полого тела согласно изобретению с вмятинами на его внутренней стенке.

Фиг.5 - схема одного из вариантов осуществления конструкции согласно изобретению в виде полого тела, которое имитирует функционирование венного клапана.

Фиг.6 - перспективный вид конструкции согласно изобретению в виде полого тела, которое имитирует функционирование венного клапана.

Фиг.7 - вид в поперечном сечении наращивания путем осуществления способа изготовления согласно изобретению.

Описание примеров реализации изобретения

На фиг.1 показан известный трехмерный принтер 1, используемый в стоматологии. Принтер 1 в существенной степени соответствует конструкции и способу функционирования трехмерного принтера, раскрытого в US 5506607. Части 2a, 2b полого шаблона выполнены с использованием принтера послойно с помощью капель моделирующего материала и опорного материала, располагаемого рядами на подложке 4 или на предшествующем слое. Для нанесения материала последний перед нанесением нагревают, а после нанесения отверждают. После нанесения всего материала на одну плоскость материал продолжают наносить на следующую расположенную выше плоскость. После завершения этой операции та же процедура проводится для плоскости, расположенной выше. Таким образом, со временем образуется трехмерная конструкция. В качестве моделирующего материала используется InduraCast (Solidscape Inc., Marimack, NH, США), а в качестве опорного материала InduraFill (InduraFill (Solidscape Inc., Marimack, NH, США). После нанесения всех слоев полый шаблон извлекают и опорный материал удаляют путем расплавления согласно инструкциям изготовителя, в результате чего остается лишь полый шаблон из моделирующего материала.

На фиг.2 и 3 показан полый шаблон 5, который образован с помощью способа согласно изобретению. Полуоболочки 6 и 7, которые образуют оболочку шаблона, выполнены из стекла, прокладки 8 и 9 выполнены из тефлона, а цилиндрическая сердцевина 2а шаблона изготовлена с помощью трехмерного принтера 1. На фиг.3 показано как полый шаблон 5 заполняется целлюлозой 10 с помощью целлюлозообразующих бактерий. Кристаллическая целлюлоза 10 прорастет через нижнее отверстие 11 во внутреннее пространство перпендикулярно продольной оси внутреннего пространства от одной продольной стороны 12 к другой продольной стороне 13 (показано с помощью стрелок 14 и 15). В то же время через второе отверстие 16 может осуществляться воздухообмен со средой, окружающей полый шаблон 5, в частности, с целью подачи бактерий вместе с кислородом. Через отверстие 11 целлюлоза может транспортировать извне необходимые питательные вещества из ростовой среды к организмам внутри полого шаблона 5. Когда целлюлоза 10 доходит до верхнего отверстия 16, может быть проведена операция извлечения шаблона. С этой целью извлекают обе полуоболочки 6 и 7 и расплавляют сердцевину 2а шаблона. После этого состоящий в основном из целлюлозы выращенный шаблон остается в виде полого тела. Здесь следует заметить, что в данном случае может быть использован только участок между двумя распорками 8 и 9, т.е. все полое тело должно иметь опоры. Образованное полое тело может быть использовано, например, для замены кровяного сосуда.

На фиг.4 показана другая сердцевина 2b шаблона, которая также используется с оболочкой шаблона, показанной на фиг.2 и 3. Сердцевина 2b шаблона в основном содержит цилиндр 17, который изготовляется с помощью трехмерного принтера 1 и имеет пары прорезей 18, которые набегают одна на другую в виде стрелки в середине сердцевины 2b шаблона. Для стабилизации сердцевины 2b шаблона в сердцевину 2b шаблона помещают в центральной плоскости пластину 19 из пружинной стали. Прорези 18 проходят по всей ширине цилиндра 17 до пластины 19 из пружинной стали. В процессе изготовления сердцевины 2b шаблона полуоболочки цилиндра наносят послойно с помощью трехмерного принтера на стальную пластину 11.

Сердцевина 2а шаблона с оболочкой шаблона заполняется целлюлозой 10 в промежуточном пространстве между оболочкой шаблона и сердцевиной 2а шаблона, как это описано выше, после чего шаблон извлекают. Образовавшееся полое тело 20 показано на фиг.5. Полое тело 20 может имитировать функционирование венных клапанов. Когда среда течет через полое тело 20 против направления прохода 21, имитации 22, 23 клапана, созданные с помощью прорезей 18, открываются у зазора 24, который был создан с помощью пластины 19, и позволяют среде протекать. Если среда течет в направлении перекрытия, имитации 22, 23 клапана прижимаются одна к другой и течение среды по существу подавляется.

На фиг.6 показан пример опорной конструкции 3, которая создана в виде сети ветвей, которые разветвляются и вновь сливаются, с помощью сердцевины шаблона, выполненной с помощью трехмерного принтера. После завершения заполнения целлюлозой полого шаблона с сеткой из восковой «проволоки» в качестве сердцевины шаблона опорную конструкцию 3 извлекают и нагревают до 110°С с целью расплавления сердцевины шаблона. Таким образом моделирующий материал может быть удален из опорной конструкции 3 по существу полностью. Остается свободная полость 25 трубок, которые разветвляются и вновь сливаются подобно тому, как это происходит в кровеносной системе. Свободная полость 25 соединяется с внешней частью опорной структуры с помощью отверстий в двух точках. Точки, в которых свободная полость 25 разветвляется, и точки, в которых разветвления вновь сливаются, расположены между двумя точками 26, 27, в которых свободная полость 25 соединяется с внешней частью опорной конструкции 3 с помощью отверстий.

На фиг.7 дается графическое представление примера одного из вариантов осуществления компоновки для осуществления способа изготовления согласно изобретению опорной конструкции 2a, 2b. Стерильную емкость 28 заполняют стерильным питательным раствором 29, содержащим 20 г глюкозы, 5 г дрожжевого экстракта, 5 г бактопептона, 2,7 г фосфата натрия и 1,15 г лимонной кислоты-моногидрата, pH 6,0, и засевают питательный раствор трехсуточной предкультурой от Acetobacter xylinum (например, Gluconacetobacter xylinum, DSM no. 2325, DSZM Braunschweig). После образования через 7 суток на поверхности жидкости слоя 30 целлюлозы толщиной примерно 3 мм его помещают на подложку из сетки 31, выполненной из тефлона (расширенного политетрафторэтилена, например зубной нити GLIDE, W. L. Gore and Associates Inc.) и закрепленной в стеклянной рамке 33 на опорах 32 из стекла. Полый шаблон 5 кладут на поверхность находящейся на сетчатой подложке 31 целлюлозы и ведут выращивание при 28°C в инкубационном шкафу.

Заселение полого шаблона 5 бактериями и заполнение ее целлюлозой занимает, как правило, от 2 до 3 недель. В течение этого времени следует обеспечивать в случае необходимости восполнение израсходованной или испаренной используемой среды 29. Когда полый шаблон 5 полностью заполнен целлюлозой 10 конструкцию 2a, 2b, 3 извлекают и ведут нагрев до приблизительно 110°C, в результате чего сердцевина шаблона 2a, 2b плавится и в конструкции 2а, 2b остаются свободные полости 25. Одновременно нагрев служит для стерилизации конструкции.

Раскрытые в приведенном выше описании признаки, пункты формулы изобретения и чертежи могут иметь значимость для осуществления изобретения в различных вариантах осуществления как по отдельности, так и в любом желаемом сочетании.