KR100238102B1 - 원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치에 관한 것으로, 인공혈관의 내부에 내피세포가 함입된 배양액을 채워 넣은 다음, 이 인공혈관을 길이방향의 중심축을 기준으로 회전시킴으로써, 내피세포의 접착력 및 성장력을 향상시킬 수 있는 원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일정한 간격을 유지하도록 구성된 2쌍의 회전지지판 사이에 인공혈관을 길이방향으로 설치할 수 있도록 원통관을 설치하고, 이 원통관의 연장선상에 작동수단을 장착하여 회전가능하게 함으로써, 배양액이 원심력을 받아 인공혈관의 내벽에 일정한 두께로 적층되게 한 것이다.

Description

원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치

본 발명은 원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내피세포가 함입된 배양액을 인공혈관에 채우고, 이 인공혈관이 길이 중심축을 중심으로 회전시켜서 내피세포가 인공혈관의 내벽에 이식가능하게 함으로써, 내피세포가 빠른 속도로 균일하게 이식시킬 수 있는 원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치에 관한 것이다.

일반적으로 직경 6mm 이하의 소구경 인공혈관은 혈관 직경이 작기 때문에 혈류 속도가 느려 혈전이 쉽게 형성되면서 혈관을 폐색시키게 되므로 혈전 형성이 적게 되는 재료를 사용하게 된다.

또한, 혈전이 형성되는 것을 줄이기 위한 다른 방법으로 생체 혈관의 내벽에 있는 내피세포를 인공혈관의 내벽에 이식하는 방법이 연구되고 있다[Absolom, J. Biomed. Mater. Res., 22, 271-285, 1988; Graham, L.M. et al., J. Biomed. Mater. Res., 25, 525-533, 1991; Lindbrad, B., et al., J. Biomed. Mater. Res., 21, 1013-1022, 1987].

그러나, 이러한 이식방법은 혈관에 채워진 배양액에 있는 내피세포가 중력에 의해 아래로 처지기 때문에 내피세포의 성장속도가 느리고 또한 인공혈관 내벽에서 균일하게 성장하지 못하는 문제점이 발생하게 되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 내피세포의 접착력과 성장성이 높은 인공혈관용 재료를 개발하는 연구가 많이 진행되고 있는데, 한 예로 내피세포의 접착력 및 성장력을 촉진시켜주는 펩티드 배열인 알기닌-글리신-아스파틱산(RGD, arginine-glycine-aspartic acid)을 인공혈관의 내벽에 접목시켜 고분자 표면에서 내피세포의 접착력 및 성장성을 증진시키는 연구가 진행되고 있다[H. B. Lin, et al., J. Biomed. Mater. Res., 28, 329-342, 1994; S. P. Massia, et al., J. Biomed. Mater. Res., 25, 223-242, 1991].

그러나, 이 세포접착 및 성장방법에서는 내피세포가 정적인 상태의 배양액에서 의족을 형성하여 성장하게 되는데, 중력을 받아 가라 앉으면서 접착이 이루어지기 때문에 접착속도가 늦어질 뿐만 아니라 인공혈관의 내벽에 골고루 접착이 이루어지지 않게 되고, 맛사지와 같은 물리적인 방법으로 접착율을 높히는 경우 외력이 인공혈관의 내벽에 균일하게 작용되지 않아 접착력 및 성장력을 크게 증가시켜 주지 못하게 되었다.

또한, 인공혈관과 내피세포의 접착력이 약하여 혈류의 흐름으로 발생된 전단력에 의하여 세포 탈착현상이 일어나게 되고, 이렇게 탈착된 내피세포가 항혈전성을 감소시켜 인공혈관의 폐색을 일으키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 개선하기 위하여 안출한 것으로, 인공혈관의 내부에 내피세포가 함입된 배양액을 채워 넣은 다음, 이 인공혈관을 길이방향의 중심축을 기준으로 회전시킴으로써, 원심력을 생성시켜 내피세포가 인공혈관의 내벽과 밀착되도록 이송시켜 내벽에 내피세포가 의족을 쉽게 낼 수 있도록 하는 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

인공혈관을 길이방향의 중심축을 기준으로 회전시키면 직경방향으로 원심력이 생성된다. 이 원심력(F)는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다 :

F=mrω²

이 식에서 m은 입자의 질량 또는 내피세포의 질량이고, r은 인공혈관의 반지름이며 ω는 인공혈관의 각속도이므로 원심력은 인공혈관의 직경에 비례하고 각속도의 제곱에 비례한다. 따라서 인공혈관을 빠른 속도로 길이방향의 중심축을 기준으로 회전시키면 직경방향으로 물체를 이동시키는 성질이 있는 원심력이 증가되어 내피세포를 인공혈관의 벽면으로 이송하게 된다. 이와 같이하여 벽면으로 이송된 내피세포는 인공혈관의 벽면에 골고루 접착하게 되어 쉽게 위족을 내릴 수 있게 되는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일정한 간격을 유지하도록 구성된 2쌍의 회전지지판 사이에 인공혈관을 길이방향으로 설치할 수 있도록 원통관을 설치하고, 이 원통관의 연장선상에 작동수단을 장착하여 회전가능하게 함으로써, 원심력을 받아 배양액이 인공혈관의 내벽에 일정한 두께로 적층되게 하여, 내피세포가 인공혈관의 내벽에 골고루 접착되도록 한 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 내피세포 이식장치의 구성을 나타내는 분해사시도.

제2도는 본 발명에 따른 내피세포 이식장치의 사용상태를 나타내는 사시도.

제3(a)도와 제3(b)도는 본 발명에 따른 내피세포 이식장치의 작동 전·후에 따른 소구경 인공혈관의 내부상태를 나타내는 단면사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 회전지지판 10a : 상판

10b : 하판 11 : 거치홈

12 : 설치구멍 13 : 체결구멍

14 : 회전지지봉 20 : 원통관

21 : 마감부재 30 : 지지대

40 : 구동수단 100 : 인공혈관

110 : 배양액층 111 : 내피세포층

200 : 고정판 210 : 거치대

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 상판(10a)과 하판(10b)이 결합/분리가능한 상태로 일정한 간격을 두고 배치되는 2쌍의 회전지지판(10)과, 상기 한쌍의 회전지지판(10) 사이에 탈장착이 가능하도록 구성된 원통관(20)과, 이 원통관(20)의 양측으로 나란하게 위치하도록 하판(10b)에 조합된 지지대(30)로 이루어지되, 상기 회전지지판(10)은 일면에 원통관(20)과 나란한 위치에 구동수단(40)이 조합되어 이 원통관(20)의 길이 중심축을 중심으로 회전가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 회전지지판(10)은 상판(10a)과 하판(10b)이 접하는 면 중앙에 각각 거치홈(11)이 형성되고, 상기 하판(10b)의 마주보는 면에는 거치홈(11)을 중심으로 좌우측에 각각 설치구멍(12)이 형성된 것을 특징으로 한다.

이를 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 1은 본 발명에 따른 내피세포 이식장치의 구성을 나타내는 분해사시도로, 도면부호 100은 인공혈관을 나타낸다.

본 발명은 상기 인공혈관(100)의 내부에 내피세포가 함입된 배양액을 넣어 밀봉한 상태로 한쌍의 회전지지판(10) 사이에 설치한 다음, 이 인공혈관(100)이 길이 중심축을 중심으로 회전가능하게 함으로써, 배양액이 인공혈관(100)의 내벽에 균일하게 적층되게 하여 내피세포가 인공혈관(100)의 내벽과의 접착력을 높여 쉽게 의족을 내릴 수 있도록 하여 성장율을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 발명의 이식장치는 상판(10a)과 하판(10b)이 조합/분리가능하게 구성되어 일정거리를 유지하도록 설치된 2쌍의 회전지지판(10)과, 이 2쌍의 회전지지판(10) 사이에 거치되어 인조혈관(100)이 일정한 형태를 유지시켜주는 원통관(20)과, 상기 하판(10b)의 마주면에 각각 양단이 고정되어 한쌍의 회전지지판(10)이 동일 평면상에 위치하도록 형태로 유지시켜주도록 원통관(20)과 나란하게 설치된 지지대(30)로 이루어져 있다.

도면부호 10은 회전지지판을 나타낸다.

상기 회전지지판(10)은 소정의 크기를 갖는 판체 형상의 상판(10a)과 하판(10b)으로 구성되어 있으며, 이 상판(10a)과 하판(10b)에는 겹쳐진 상태에서 하나로 결합 가능하도록 체결구멍(13)이 관통 성형되어 있다.

특히, 상기 상판(10a)과 하판(10b)이 접하는 측면 중앙에는 거치홈(11)이 절개성형되어 있으며,이 거치홈(11)에는 원통관(20)이 놓여진 상태에서 상기 상판(10a)과 하판(10b)이 하나로 조합됨에 따라 이 원통관(20)의 각 끝단을 지지해주게 된다.

즉, 상기 거치홈(11)은 소정의 폭을 갖는 원호 형상으로 절개되는데, 상기 상판(10a)과 하판(10b)이 하나로 조합되게 되면 원통형상으로 이루어지게 되며, 그 내부에 상기 원통관(20)이 끼워지게 되는 것이다.

또한, 상기 하판(10b)은 서로 마주보는 면에 거치홈(11)을 중심으로 좌우측에 각각 설치구멍(12)이 형성되어 있으며, 이 설치구멍(12)에는 상기 지지대(30)가 원통관(20)과 나란하게 끼워져서 고정설치된다.

이때, 상기 2개의 하판(10b)은 각 설치구멍(12)에 2개의 지지대(30)가 설치됨에 따라 소정의 간격을 유지하면서 동일평면을 이루게 되고, 그 위로 상기 상판(10a)을 일체로 체결하거나 분리할 수 있게 된다.

이와 같이 이루어진 회전지지판(10)은 고정판(200)에 수직으로 형성된 거치대(210)에 회전가능하도록 설치되는데, 특히 상기 각 하판(10b)의 바깥쪽면에는 원통관(20)의 연장선상에 위치하도록 회전지지봉(14)이 일체로 돌출형성되어 있다.

이때, 상기 각 하판(10b)에 형성된 어느 하나의 회전지지봉(14)에는 구동수단(40)이 조합되어 있으며, 이 구동수단(40)이 구동으로 상기 회전지지판(10)은 회전지지봉(14)을 중심으로 회전하게 된다.

따라서, 상기 회전지지판(10)은 미도시된 컨트롤러의 제어로 구동시간 및 회전속도를 결정하여 구동수단(40)을 회전시키게 되면 회전지지봉(14)을 중심으로 연동회전하게 된다.

도면부호 20은 원통관을, 도면부호 30은 지지대를 각각 나타낸다.

상기 원통관(20)은 소정의 두께를 갖는 얇은 실린더 형상의 투명한 재질로 이루어져 있다.

또한, 상기 원통관(20)은 개구된 양단을 각각 마감할 수 있도록 2개의 마감부재(21)가 구비되어 있으며, 이 마감부재(21)는 이 원통관(20)의 내부에 끼워진 인공혈관(100)이 빠져나가는 것을 막아줄 뿐만 아니라 여기에 채워진 배양액이 누수되는 것을 막아주게 된다.

이와 같이 이루어진 원통관(20)에는 내피세포가 함입된 인공혈관(200)이 끼워져서 마감부재(21)에 의하여 양단이 마감되며, 이 상태로 상기 하판(10b)의 거치홈(11) 위에 놓은 다음 상판 상판(10a)을 덮어 일체로 조합하게 된다.

상기 지지대(30)는 소정의 직경을 갖는 봉부재로 이루어져 있으며, 그 양단은 각각 상기 설치구멍(12)에 끼워져서 하판(10b)이 동일평면상에 위치하도록 형태를 유지시켜주게 된다.

본 발명에 따른 이식장치의 사용상태를 나타내는 첨부도면 2에서 보는 바와 같이, 상기 지지대(30)는 2개를 필요로 하게 되며, 각 지지대(30)는 상기 원통관(20)과 나란하게 위치되도록 회전지지판(10)에 끼워져서 고정설치된다.

이와 같이 고정된 지지대(30)는 상기 한쌍의 하판(10b)이 일정한 간격을 유지하면서 동일평면에 위치하도록 위치를 고정시켜주게 된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

여기서, 도면부호는 상술한 것을 그대로 사용하게 되며, 110은 배양액층을, 111은 내피세포층을 각각 나타낸다.

본 발명의 내피세포 이식장치를 사용하기 위한 예비작업으로서, 상기 인공혈관(100)의 내부에 내피세포가 함유된 배양액을 첨부도면 제3(a)도에서 보는 바와 같이 일정량 만큼 채워 놓고, 이 인공혈관(100)을 상기 원통관(20)의 내부에 길이방향으로 끼워 넣은 다음 마감부재(21)로 마감하게 된다.

이어, 상기 상판(10a)을 하판(10b)으로부터 분리하고 원통관(20)의 양단을 회전지지판(10)의 거치홈(11)에 걸쳐 놓고서, 다시 상기 상판(10a)을 하판(10b)과 겹친 다음 볼트를 이용하여 하나로 체결고정한다.

이에 따라, 상기 원통관(20)은 원통형으로 조합된 거치홈(11)에 사이에 놓여진 상태에서 회전지지판(10)과 하나로 결합되게 된다.

이 상태에서 상기 구동수단(40)을 회전시키게 되면 회전지지판(10)이 회전을 하게 되고, 이에 따라 상기 원통관(20)이 동시에 회전을 하면서 배양액이 원심력을 받아 인공혈관(100)의 내벽에 첨부도면 제3(b)도에서 도시된 바와 같이 일정한 두께로 적층되며, 이때 상기 내피세포는 인공혈관(100)의 내벽에 일정한 두께로 적층되게 된다.

따라서, 상기 인공혈관(100)에 주입된 배양액은 원심력을 받아 내벽에 일정한 두께의 층(110)을 이루게 되고, 이에 따라 그 안에 있는 내피세포도 균일한 두께로 층(110)을 이루면서 내벽에 균일한 두께로 접촉되어 의족을 형성하여 성장 촉진이 가능하게 된다.

본 발명의 내피세포 이식장치에 직경 4mm의 인공혈관을 설치한 다음, 1ml당 4만개의 내피세포를 함유한 배양액을 넣고 5000rpm의 속도로 10분간 회전시킨후, 배양액을 제거하고 생리식염수로 세척한 다음, 트립신 용액으로 인공혈관의 내벽에 붙어 있는 내피세포를 떼어내어 그 숫자를 헤모사이토메타로 조사하였다. 한편 대조군으로 상기와 같은 인공혈관에 내피세포 함유 배양액을 넣고 인공혈관을 10분간 맛사지한 후, 내피세포의 숫자를 조사하였다. 이때 대조군은 인공혈관 내벽의 단위면적(cm³)당 약 800개의 내피세포가 부착된 반면 본 발명의 내피세포 이식장치를 사용한 인공혈관은 단위면적당 약 11,000개의 내피세포가 부착되었다. 따라서 본 발명의 내피세포 이식장치의 효과를 확인할 수 있었다.

본 발명의 내피세포 이식장치는 100-200g 사이의 원심력이 생성되도록 하는 것이 적당하다. 100g 이하에서는 원심력이 충분하지 않아 내피세포의 이송이 충분하지 않을 수 있고 200g이상에서는 원심력이 너무 커 내피세포의 손상을 가져올 수 있다. 이와 같은 원심력을 얻기 위해서는 내피세포 이식장치의 회전속도가 약 5000-10000rpm이 적당하다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 내피세포를 포함하는 배양액이 채워진 인공혈관이 길이 중심축을 따라 회전가능하게 하여, 배양액이 원심력을 받아 인공혈관의 내벽에 균일한 두께로 층을 이룰 수 있게 함으로써, 배양액과 내피세포가 인공혈관의 내벽에 균일하게 층을 이루게 되고, 이에 따라 내피세포가 이 내벽에 균일하게 의족을 내릴 수 있게 되어 내피세포의 접착력 및 성장력을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상판(10a)과 하판(10b)이 결합/분리가능한 상태로 일정한 간격을 두고 배치되는 2쌍의 회전지지판(10)과, 상기 한쌍의 회전지지판(10) 사이에 탈장착이 가능하도록 구성된 원통관(20)과, 이 원통관(20)의 양측으로 나란하게 위치하도록 하판(10b)에 조합된 지지대(30)로 이루어지되, 상기 회전지지판(10)은 일면에 원통관(20)과 나란한 위치에 구동수단(40)이 조합되어 이 원통관(20)의 길이 중심축을 중심으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전지지판(10)은 상판(10a)과 하판(10b)이 접하는 면 중앙에 각각 거치홈(11)이 형성되고, 상기 하판(10b)의 마주보는 면에는 거치홈(11)을 중심으로 좌우측에 각각 설치구멍(12)이 형성된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 소구경 인공혈관에의 내피세포 이식장치.

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