KR100734584B1 - Stamp for cell dissociation, method for cell dissociation using the same, and apparatus for manual/automatical cell dissociation using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정방형의 미세 패턴이 있는 스탬프의 개략 사시도,1 is a schematic perspective view of a stamp having a square fine pattern according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 육각형의 미세 패턴이 있는 스탬프의 개략 사시도,Figure 2 is a schematic perspective view of a stamp with a hexagonal fine pattern according to another embodiment of the present invention,
도 3은 도 1의 스탬프로 배양된 세포 집락을 분할하는 과정을 보여주는 개요도,Figure 3 is a schematic diagram showing the process of dividing the cell colonies cultured with the stamp of Figure 1,
도 4는 도 2의 스탬프로 배양된 세포 집락을 분할하는 과정을 보여주는 개요도,Figure 4 is a schematic diagram showing the process of dividing the cell colonies cultured with the stamp of Figure 2,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스탬프를 이용한 세포 분할 방법을 설명하기 위한 흐름도,5 is a flowchart illustrating a cell division method using a stamp according to an embodiment of the present invention;
도 6에서 세포 집락이 분할된 후의 개략 도시도,6 is a schematic diagram after division of cell colonies in FIG. 6,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스탬프를 적용하기 위해 배양된 인간 배아 줄기 세포의 사진,7 is a photograph of human embryonic stem cells cultured for applying a stamp according to an embodiment of the present invention,
도 8은 도 1의 스탬프에 의해 분할된 배아줄기 세포를 나타내는 사진,8 is a photograph showing embryonic stem cells divided by the stamp of FIG.
도 9는 도 8의 분할된 배아줄기 세포를 배양 접시 바닥에서 분리한 사진,Figure 9 is a photograph of the separated embryonic stem cells of Figure 8 separated from the culture dish bottom,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스탬프의 몰드 제작 공정을 설명하기 위한 공정도,10 to 12 is a process chart for explaining a mold manufacturing process of the stamp according to an embodiment of the present invention,
도 13은 완성된 스탬프 몰드의 확대 패턴사진,13 is an enlarged pattern photo of a completed stamp mold,
도 14는 완성된 스탬프 몰드로 제조된 스탬프의 사진,14 is a photograph of a stamp made of a completed stamp mold,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 수동 세포 분할 장치의 개략 사시도,15 is a schematic perspective view of a manual cell division apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 세포 분할 장치의 개략 사시도,16 is a schematic perspective view of an automatic cell division apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 세포 분할 장치의 개략 사시도이다.17 is a schematic perspective view of an automatic cell division apparatus according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
10. 배양 접시 100, 100'. 스탬프10. Petri
110, 110'. 몸체 120, 120'. 미세패턴부110, 110 '.
130, 130'. 미세패턴 140. 벽130, 130 '.
300. 수동 세포 분할 장치 310. 하우징 300. Manual
320. 고정통 가이드 330. 스탬프 고정통320. Canister
400, 500. 자동 세포 분할 장치 450, 560. 실린더400, 500. Automatic
본 발명은 세포 분할용 스탬프, 스탬프를 이용한 세포 분할 방법 및 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 인간 및 동물 세포의 세포배양(in vitro)에서 2차원 혹은 3차원적으로 자라는 세포군(cell populations)을 분리(dissociation), 분할 (division) 또는 패터닝(patterning)하는 인간 및 동물 세포 분할용 스탬프, 스탬프를 이용한 세포 분할 방법, 스탬프를 이용한 수동 및 자동 분할 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a cell division stamp, a cell division method and apparatus using a stamp, and more particularly, cell populations that grow in two or three dimensions in the in vitro culture of human and animal cells. The present invention relates to a stamp for human and animal cell division, a cell division method using a stamp, and manual and automatic division apparatus using a stamp, for dissociation, division or patterning.
인간 및 동물세포의 특성을 유지하면서 지속적인 배양을 하기 위해서는 세포에 따라 적당한 시간과 조건에서 계대배양(subculture)을 하는 것이 중요하다. 하지만 계대배양을 하기 위해 효소나 화합물을 이용할 경우 세포독성을 보이는 경우가 많아 세포배양에 매우 큰 장애가 되고 있다. 이를 기계적인 방법이나 수작업으로 대체할 경우 시간이 많이 소요되며 일정한 세포수를 유지하여 배양을 할 수 없다는 등의 문제점이 있다. 인간 배아줄기세포는 그 대표적인 예라고 할 수 있겠다. In order to sustain culture while maintaining the characteristics of human and animal cells, it is important to subculture at a suitable time and conditions depending on the cells. However, the use of enzymes or compounds for subculture is often very cytotoxic, which is a major obstacle to cell culture. If this is replaced by a mechanical method or by hand, it takes a lot of time and there is a problem such as not being able to culture by maintaining a constant number of cells. Human embryonic stem cells are a typical example.
인간 배아줄기세포는 무한 증식(self-renewal)하며 인체의 모든 조직 세포로 분화할 수 있다는 특성(pluripotency)으로 인해 1998년 최초로 분리된 후(Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM., Science. 282(5391), 1145-1147, 1998), 난치병 치료를 위한 세포 치료제로서의 개발 중요성이 강조되고 경제산업적 유용성이 크게 부각되고 있다. 인간 배아줄기세포는 영양세포 (feeder-cells)와 함께 공배양 (co-culture) 하거나 적당한 성장 인자가 포함된 배양액에 단일 배양함으로써 체외 배양이 가능하다. 특히, 배아줄기세포는 같은 특성을 가진 세포끼리 모여 세포 집락 (cell colony)를 형성하면서 자라는 특성이 있다. Human embryonic stem cells are self-renewal and have been isolated for the first time in 1998 due to their pluripotency, which can differentiate into all tissue cells of the human body (Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM., Science. 282 (5391), 1145-1147, 1998), The importance of development as a cell therapy for the treatment of intractable disease is emphasized, and the economic and industrial utility is highlighted. Human embryonic stem cells can be cultured in vitro by co-culture with feeder-cells or by single culture in a culture medium containing appropriate growth factors. In particular, embryonic stem cells are characterized by growing with cells having the same characteristics, forming a cell colony.
현재 기술수준에서는 인간 배아줄기세포를 단일 세포로 분리 (dissociation)하여 계대배양하는 것이 불가능하며, 계대배양을 위해서는 배양접시에 붙어 자라는 세포를 효소(예를 들면, collagenase IV, GIBCO-BRL/Invitrogen, Carlsbad, CA)를 이용하여 떼어 내고 기계적인 방법으로 잘게 나누어 새로운 배양 접시에 옮긴 후 배양을 계속하거나(효소적인 방법, enzymatic method), 모든 과정을 수작업에 의존하여 cell scraper 혹은 날카로운 장치를 이용하여 임의적으로 세포를 분리 또는 분할하는 방법 (기계적인 방법, mechanical method)을 이용하고 있다 (Schatten G, Smith J, Navara C, Park JH, Pedersen R., Nature Methods, 2(6):455-463, 2005). In the current state of the art, it is impossible to subculture by dissociating human embryonic stem cells into single cells, and for subculture, the cells growing on the culture dish are enzymes (eg, collagenase IV, GIBCO-BRL / Invitrogen, Carlsbad, Calif.) Can be removed and finely divided into mechanical plates, transferred to a new petri dish, and the culture can be continued (enzymatic method, enzymatic method), or the whole process can be relyed on by hand using a cell scraper or a sharp device. (Mechanical method) (Schatten G, Smith J, Navara C, Park JH, Pedersen R., Nature Methods, 2 (6): 455-463, 2005). ).
기계적인 방법의 경우 미분화 세포만을 선택적으로 취함으로써 세포의 질을 안정적으로 유지 할 수 있고 상대적으로 비슷한 크기의 세포군을 계대배양 할 수 있으나 시간적인 소모가 크고 한정된 시간에 다룰 수 있는 세포 양이 매우 적어 효율성이 부족하다는 단점이 있다. 효소적인 방법은 기계적인 방법보다는 좀 더 단축된 시간에 많은 양을 다룰 수 있다는 장점이 있으나, 분화세포를 미분화세포와 함께 계대배양할 수 있고 세포의 크기가 일정하지 않으며 계대 (passage)를 거듭할수록 염색체 이상을 초래할 가능성 높다는 문제점이 지적되고 있다(Maitra A, Arking DE, Shivapurkar N, Ikeda M, Stastny V, Kassauei K, Sui G, Cutler DJ, Liu Y, Brimble SN, Noaksson K, Hyllner J, Schulz TC, Zeng X, Freed WJ, Crook J, Abraham S, Colman A, Sartipy P, Matsui S, Carpenter M, Gazdar AF, Rao M, Chakravarti A., Nature Genetics, 37(10):1099-1103, 2005 Mitalipova MM, Rao RR, Hoyer DM, Johnson JA, Meisner LF, Jones KL, Dalton S, Stice SL. Nature Biotechnology, 23(1):19-20, 2005). 이를 개선하기 위한 새로운 배양 방법들이 개발되고 있으나 아직 초기단계이다 (Joannides A, Fiore-Heriche C, Westmore K, Caldwell M, Compston A, Allen N, Chandran S. Stem Cells, 24(2):230-235, 2006). In the mechanical method, by selectively taking only undifferentiated cells, the cell quality can be maintained stably, and the cell populations of relatively similar size can be passaged, but the time-consuming and very small amount of cells can be handled in a limited time. The disadvantage is the lack of efficiency. Enzymatic methods have the advantage that they can handle large amounts in a shorter time than mechanical methods, but differentiated cells can be passaged together with undifferentiated cells, the size of the cells is not constant, and as the passage is repeated Problems have been pointed out that are likely to cause chromosomal abnormalities (Maitra A, Arking DE, Shivapurkar N, Ikeda M, Stastny V, Kassauei K, Sui G, Cutler DJ, Liu Y, Brimble SN, Noaksson K, Hyllner J, Schulz TC , Zeng X, Freed WJ, Crook J, Abraham S, Colman A, Sartipy P, Matsui S, Carpenter M, Gazdar AF, Rao M, Chakravarti A., Nature Genetics, 37 (10): 1099-1103, 2005 Mitalipova MM , Rao RR, Hoyer DM, Johnson JA, Meisner LF, Jones KL, Dalton S, Stice SL. Nature Biotechnology, 23 (1): 19-20, 2005). New culture methods are being developed to improve this but are still in the early stages (Joannides A, Fiore-Heriche C, Westmore K, Caldwell M, Compston A, Allen N, Chandran S. Stem Cells, 24 (2): 230-235 , 2006).
인간 배아 줄기세포의 연구 개발의 중요성으로 인해 효율적인 대량 배양이 필수적으로 요구 되고 있으며 선도적으로 배양 방법에 대한 연구와 개발이 절실히 요구된다. Due to the importance of research and development of human embryonic stem cells, efficient mass culture is indispensable and leading research and development are urgently needed.
세포의 패터닝 방법은 활발히 연구되어 왔고 다양한 제안들이 보고되어 왔다. 광촉매의 작용에 의하여 상기 세포 접착부와 상기 세포 접착 저해부를 패턴상에 형성하는 에너지 조사방식(일본 공개특허 2005-261432, 일본 공개특허 2005-270055), 단층막을 형성하기 위해서 스탬프를 이용하여 표면에 하이드록실 그룹을 패터닝하고, 하이드록실에 반응하는 두 기능을 가진 분자(hydroxyl-reactive bifunctional molecule)를 이용하여 세포를 패터닝 혹은 어레이를 제작하는 방식(미합중국 특허 제6,548,263호) 등이 제시되었다. 그러나 이러한 방식들은 세포배양 전단계에서의 표면 가공을 한 것이므로 인간배아줄기세포 등 임상적인 이용을 목적으로 배양하는 세포에 적용하기에는 적합하지 않다. 따라서 효율적으로 인간 배아 줄기세포를 패터닝 및 분리하는 새로운 장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.Cell patterning methods have been actively studied and various proposals have been reported. An energy irradiation method for forming the cell adhesion part and the cell adhesion inhibition part on a pattern by the action of a photocatalyst (Japanese Patent Publication No. 2005-261432, Japanese Patent No. 2005-270055), and using a stamp to form a single layer film, Patterns of hydroxy groups and methods of patterning or arraying cells using hydroxyl-reactive bifunctional molecules (US Pat. No. 6,548,263) have been proposed. However, these methods are surface processing in the previous stage of cell culture, and thus are not suitable for application to cells cultured for clinical use such as human embryonic stem cells. Therefore, there is an urgent need for the development of new devices for efficiently patterning and isolating human embryonic stem cells.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명은 기존의 효소적인 방법 또는 기계적으로 계대 배양하기 어려운 인간 및 동물 세포군을 일정 세포수를 포함한 세포 단위(cell units)로 손쉽게 분리 (dissociation), 분할(divide), 패터닝(patterning)하여 효율적으로 대량 계대배양 할 수 있는 인간 및 동물 세포 분할용 스탬프, 스탬프를 이용한 세포 분할 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above, the present invention is easy to separate the human and animal cell population difficult to pass passage by conventional enzymatic method or mechanically (cell unit) including a certain number of cells ( It is an object of the present invention to provide a stamp for splitting human and animal cells and a cell division method using a stamp that can be efficiently sub-cultured by dissociation, division, and patterning.
또한, 본 발명은 상기 스탬프에 적정한 압력을 수동 또는 자동으로 가하여 인간 및 동물 세포군을 분할할 수 있도록 하는 스탬프를 이용한 수동 세포 분할장치 및 스탬프를 이용한 자동 세포 분할 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a manual cell splitting device using a stamp and an automatic cell splitting device using a stamp to divide human and animal cell groups by manually or automatically applying appropriate pressure to the stamp.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인간 및 동물세포 분할용 스탬프는, 상면 및 하면을 갖는 몸체; 및, 상기 몸체의 상면 또는 하면 중 어느 하나의 면에 위치하며, 소정 높이와 폭을 가지는 미세패턴이 적어도 하나 이상 반복되는 미세패턴부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Human and animal cell division stamp according to the present invention for achieving the above object, the body having a top and bottom; And a fine pattern part disposed on any one surface of the upper or lower surface of the body and repeating at least one fine pattern having a predetermined height and width.
상기 미세패턴은 상기 높이와 폭 및 미세패턴의 형상을 규정하는 벽을 포함하며, 상기 벽의 단부는 다른 부분보다 그 두께가 작은 것이 바람직하다.The micropattern includes a wall defining the height and width and the shape of the micropattern, and the end portion of the wall is preferably smaller in thickness than other portions.
상기 몸체는 인간 및 동물세포가 배양되는 배양접시의 모양에 따라 다각형을 가질 수 있으며, 특히 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 원형 중 어느 하나의 형상을 갖는 것이 바람직하다.The body may have a polygon according to the shape of the culture plate in which human and animal cells are cultured, and in particular, the body may have a shape of any one of a triangle, a square, a pentagon, a hexagon, and a circle.
상기 미세패턴부의 각 미세패턴은 다각형을 가질 수 있으며, 특히 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 원형 중 어느 하나의 형상을 갖는 것이 바람직하다.Each of the micropatterns may have a polygonal shape, and in particular, the micropattern may have a shape of any one of a triangle, a square, a pentagon, a hexagon, and a circle.
또한, 상기 미세패턴의 높이 및 폭은 1μm 이상인 것이 바람직하다.In addition, the height and width of the fine pattern is preferably 1μm or more.
또한, 상기 몸체 및 상기 미세패턴부의 재질은 폴리다이메칠실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리우레탄(polyurethans), 폴리에스테르(polyester) 중 어느 하나의 물질로 형성된 것이 좋다.In addition, the material of the body and the fine pattern portion is polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (polymethylmethacrylate (PMMA), polyacrylates (polyacrylates), polycarbonates (polycarbonates), polysilicon ( Polycyclic olefins, polyimides (polyimides), polyurethane (polyurethans), it is preferably formed of any one material of polyester (polyester).
상기 미세패턴부에는 친수성을 높이기 위해 그 표면을 플라즈마 표면처리 혹은 PEG(polyethylene glycol)와 같은 친수성을 높이는 화학물질을 이용한 코팅처리를 행하는 것이 바람직하다.In order to increase the hydrophilicity, the fine pattern portion is preferably subjected to a coating treatment using a plasma surface treatment or a chemical substance that enhances hydrophilicity such as polyethylene glycol (PEG).
한편, 상기 목적은 상기 스탬프를 이용한 본 발명에 따른 세포 분할 방법에 의해 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 스탬프를 이용한 세포 분할 방법은, a) 세포집락을 배양 접시에 준비하는 단계; b) 상기 배양 접시의 상부에 상기 배양 접시와 수평이 되도록 상기 스탬프를 위치시키는 단계; c) 상기 스탬프를 이용하여 상기 배양접시에 소정시간 동안 균일한 압력을 가하여 상기 세포집락들을 분할하는 단 계; 및, d) 상기 스탬프를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the above object can be achieved by the cell division method according to the present invention using the stamp. Cell division method using a stamp according to the present invention, a) preparing a cell colony in a culture dish; b) placing the stamp on top of the petri dish so as to be horizontal with the petri dish; c) dividing the cell colonies by applying a uniform pressure to the culture dish using the stamp for a predetermined time; And, d) removing the stamp.
상기 분할 하고자 하는 세포는 줄기세포인 것이 바람직하다.The cells to be divided are preferably stem cells.
한편, 본 발명에는 상기 스탬프를 이용한 수동 세포 분할 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 수동 세포 분할 장치는, 내부 저면에 세포가 담긴 배양 접시가 고정되며, 상부면에 개구가 형성된 하우징; 상기 하우징의 상기 개구를 관통하며, 하단이 상기 배양 접시 상부에 위치하고 상단이 상기 개구를 통해 상기 하우징 외부로 노출되도록 설치되는 고정통 가이드; 상기 고정통 가이드 내부에 삽입되어 이동 가능하게 설치되며, 상면에는 와이어가 설치되고 하면에는 상기 스탬프가 부착되는 스탬프 고정통; 및, 상기 스탬프가 원하는 압력으로 상기 스탬프 고정통이 상기 배양 접시를 가압하도록 상기 스탬프 고정통 상부에 얹혀지는 무게추;를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the present invention discloses a manual cell division apparatus using the stamp. Manual cell division apparatus according to the present invention, the culture plate containing the cells in the inner bottom is fixed, the housing is formed with an opening on the upper surface; A fixing guide configured to penetrate the opening of the housing, the lower end of which is positioned above the culture dish, and the upper end of which is exposed to the outside of the housing through the opening; A stamp fixing cylinder inserted into the fixing cylinder guide and installed to be movable, and having a wire installed on an upper surface thereof and a stamp attached to the lower surface thereof; And a weight which is placed on the stamp holder to the stamp holder to press the culture dish to the stamp holder at a desired pressure.
또한, 본 발명에는 상기 스탬프를 이용한 자동 세포 분할 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 세포 분할 장치는, 배양접시가 고정되는 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트의 일측단으로부터 상부 방향으로 돌출되도록 설치되는 측부 플레이트; 상기 하부 플레이트와 평행하도록 상기 측면 플레이트의 상단과 연결되는 상부 플레이트; 일단이 상기 상부 플레이트의 하면에 고정되며, 상기 하부 플레이트 방향으로 돌출되게 설치되는 실린더 가이드; 및, 상기 실린더 가이드를 통해 상하 이동 가능하게 설치되며, 하면에 상기 스탬프가 고정되어 상기 배양접시에 담긴 세포를 설정된 압력으로 가압하는 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention discloses an automatic cell division apparatus using the stamp. Automatic cell division device according to an embodiment of the present invention, the lower plate is fixed culture plate; A side plate installed to protrude upward from one end of the lower plate; An upper plate connected to an upper end of the side plate to be parallel to the lower plate; A cylinder guide having one end fixed to a lower surface of the upper plate and installed to protrude toward the lower plate; And a cylinder which is installed to be movable up and down through the cylinder guide, and has a stamp fixed to a lower surface to pressurize the cells contained in the culture dish at a predetermined pressure.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 스탬프를 이용한 자동 세포 분할 장치는, 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트의 일측단으로부터 상부 방향으로 돌출되도록 설치되는 측부 플레이트; 상기 하부 플레이트와 평행하도록 상기 측면 플레이트의 상단과 연결되는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 하면에 고정되며, 상기 하부 플레이트 방향으로 돌출되게 설치되고 하면에는 상기 스탬프가 고정되는 스탬프 고정대; 일단이 상기 하부 플레이트의 상면에 고정되며, 상기 상부 플레이트 방향으로 돌출되게 설치되는 실린더 스테이지; 및, 상기 실린더 스테이지를 통해 상하 이동 가능하게 설치되며, 상면에 상기 스탬프가 고정되어 상기 배양접시에 담긴 세포를 설정된 압력으로 가압하는 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Automatic cell splitting apparatus using the stamp according to another embodiment of the present invention, the lower plate; A side plate installed to protrude upward from one end of the lower plate; An upper plate connected to an upper end of the side plate to be parallel to the lower plate; A stamp holder fixed to the lower surface of the upper plate, installed to protrude in the lower plate direction, and fixed to the stamp on the lower surface; A cylinder stage having one end fixed to an upper surface of the lower plate and installed to protrude in the upper plate direction; And a cylinder which is installed to be movable up and down through the cylinder stage, wherein the stamp is fixed to an upper surface to press the cells contained in the culture dish at a predetermined pressure.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인간 및 동물 세포 분할용 스탬프, 스탬프를 이용한 세포 분할 방법 및, 스탬프를 이용한 수동 및 자동 세포 분할 장치를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing the preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a human and animal cell division stamp, a cell division method using a stamp, and a manual and automatic cell division apparatus using a stamp according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
< 인간 및 동물 세포 분할용 스탬프 ><Stamp for splitting human and animal cells>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인간 및 동물 세포 분할용 스탬프이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인간 및 동물 세포 분할용 스탬프의 개략 사시도이다.1 is a stamp for human and animal cell division according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic perspective view of a stamp for human and animal cell division according to another embodiment of the present invention.
스탬프(100, 100’)는 몸체(110, 110’)와 미세패턴부(120, 120’)로 구성된 다. 몸체(110, 110’)는 세포가 배양되는 배양 접시의 모양 및 이용 목적에 따라 다양한 형태를 갖는다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 몸체(110, 100')가 사각형, 원형인 것이 개시되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 삼각형, 오각형, 육각형 등의 다각형으로 다양한 형태로 제작이 가능하다.The
미세패턴부(120, 120’)는 몸체(110, 100') 상면에 위치하며 다수의 미세패턴(130, 130')이 반복되게 형성된다. 각각의 미세패턴(130)은 높이(H)와 폭(W)을 가지며, 각각의 높이(H)와 폭(W)은 벽(140)에 의해 규정되어 진다. 따라서, 도 1에서의 각 미세패턴(130)은 4개의 벽(140) 의해 형성되며, 도 2에서의 각 미세패턴(130')은 6개의 벽(140’)에 의해 형성된다.The
미세패턴(130)의 높이(H)는 홈의 단차 즉, 벽(140)의 높이를 말하고, 미세패턴(130)의 폭(W)은 각 미세패턴(130)의 마주보는 벽(140)간의 거리를 말한다. 이러한 각 미세패턴(130, 130')의 높이(H)와 폭(W)은 1㎛ 이상인 것이 바람직하다. The height H of the
도 1에 도시된 바와 같이, 미세패턴(130)의 벽(140)의 단부(141)는 다른 부분보다 그 두께가 작은 것이 바람직하다. 스탬프(100)에 의한 세포 분할 시, 상기 각 미세패턴(130)의 단부가 세포 집락과 접촉하면서 세포 집락을 분할하게 되는데, 이렇게 벽(140)의 단부(141)를 가늘게 함으로써, 세포의 사멸되는 영역(dead zone)을 줄일 수 있게 된다. As shown in FIG. 1, the
한편, 각 미세패턴(130, 130')은 세포의 용도 또는 이용 목적에 따라 다양한 형태를 갖는다. 즉, 본 실시예에서는 미세패턴(130, 130')이 사각형, 육각형인 것이 개시되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 삼각형, 오각형 등의 다각형 또는 원형 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 미세패턴이 원형인 경우 미세패턴의 폭은 지름이 된다.On the other hand, each
한편, 미세패턴이 다양한 형태를 가질 수 있으므로, 각각의 면적 역시 다르게 된다. 이에 의하면 분할되는 세포들의 크기를 조절할 수 있는 이점이 있다. 특히, 분할하고자 하는 세포가 줄기세포인 경우 줄기세포와 배아체의 크기를 조절할 수 있게 되어, 원하는 세포수를 일정하게 조절하여 분할할 수 있는 이점이 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.On the other hand, since the fine pattern may have a variety of forms, each area is also different. This has the advantage of controlling the size of the cells to be divided. In particular, when the cells to be divided are stem cells to be able to control the size of the stem cells and embryonic body, there is an advantage that can be divided by controlling the desired number of cells constantly. This will be described later.
스탬프(100)의 재질 즉, 몸체(110, 100') 및 미세패턴부(120, 120')의 재질은, 폴리다이메칠실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭올레핀(polycyclicolefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리우레탄(polyurethans), 폴리에스테르(polyester) 등의 다양한 폴리머 재질로 형성되는 것이 바람직하다.The material of the
한편, 미세패턴부(120, 120')는 친수성을 높이기 위해 그 표면에 플라즈마 표면처리를 하는 것이 좋다. 플라즈마 표면처리 공정을 행함으로써, 미세패턴부(120, 120')의 표면은 친수성이 좋아지게 된다. 혹은 PEG (polyethylene glycol)와 같은 친수성을 갖는 화합물을 표면에 코팅처리하는 것도 하나의 방법이 될 수 있다. 친수성을 높임으로써, 후술할 미세패턴부(120, 120’)가 세포 집락을 분할할 때 공기방울이 형성되는 것을 방지하게 된다.On the other hand, the
< 스탬프를 이용한 세포 분할 방법 ><Cell division method using stamp>
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스탬프를 이용한 세포의 분할 방법을 나타내는 도면이다. 3 to 5 are diagrams showing a method of dividing cells using a stamp according to an embodiment of the present invention.
먼저 배양 접시(10)에 세포 집락(20)을 준비한다(S210). 인간 배아줄기세포를 계대배양하고 배양배지를 매일 갈아주면서 4-6일 동안 배양하면 세포 집락(cell colony, 20)을 형성하며 자라게 된다. First prepare a
적당한 크기로 세포 집락(20)이 커지면 도 3 및 도 4와 같이, 배양 접시(10)와 수평이 되도록 스탬프(100, 100')를 배양 접시(10) 상부에 위치시킨다(S220).When the
그 후, 스탬프(100, 100')를 하부 방향으로 소정 압력을 일정시간 예를 들면, 대략 1-2초 동안 가하여 세포 집락(20)을 분할하게 된다(S230). Thereafter, the
그리고, 스탬프(100, 100’)를 세포에 손상이 가지 않도록 조심스럽게 수평방향으로 들어 올려 제거한다(S240). Then, the stamp (100, 100 ') is carefully removed in the horizontal direction so as not to damage the cells (S240).
도 6에서 보는 바와 같이 각각의 세포 집락(20)은 스탬프(100, 100’)의 미세패턴(130, 130')의 모양과 대응되게 여러 조각의 세포 단위(cell units, 30)들로 나뉘게 된다. 세포 단위(30)는 일정한 세포수를 포함하게 된다.As shown in FIG. 6, each
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스탬프(100, 100’)를 이용한 세포 분할 방법에 의해 세포를 분할하는 과정을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.7 to 9 are photographs showing the process of dividing cells by the cell division method using the stamp (100, 100 ') according to an embodiment of the present invention.
상기의 인간 배아줄기세포는 계대배양하기 24시간 전에 mitomycin C(Sigma, St.Louis)가 처리된 STO 영양세포(feeder cells)(ATCC, Manassas, VA)를 0.1% 젤라틴(gelatin)이 코팅된 35-mm 배양접시에 seeding 한 후 영양세포 배지(DMEM (GIBCO-BRL, Gaithersburg, MD), 10% FBS, 2 mM glutamine(Sigma, St. Louis, Missouri, USA), 0.1mM ß-mercaptoethanol(Sigma), 1% nonessential amino acid(GIBCO-BRL) 와 함께 370C, 5% CO2 세포 배양기에서 배양하였다. 계대배양 당일 배양배지를 배아줄기세포 배양배지(DMEM/F12 medium (Invitrogen, Carlsbad, CA), 20% knockout serum replacement(Invitrogen), 1% non-essential amino acids (Invitrogen), 0.1 mmol/L-mercaptoethanol(Sigma), 100 U/ml penicillinstreptomycin(Invitrogen), 4 ng/ml basic fibroblast growth factor (bFGF)(Invitrogen)) 로 갈아주고 배양 접시당 50개 정도의 분할된 세포집락을 영양배지 위에 적당한 간격이 되도록 올려 놓았다. 세포가 배양접시 위에 붙어 자랄 수 있도록 안정화 시키기 위해 2일 동안은 배지를 갈아주지 않았으며 이후에는 매일 새로운 배지로 갈아주었다. 세포집락의 크기가 적당히 자랄 때까지 4일-6일 정도 배양하였다(도 7 참조). The human embryonic stem cells were coated with 0.1% gelatin coated with STO feeder cells (ATCC, Manassas, VA) treated with mitomycin C (Sigma, St. Louis) 24 hours before passage. Seeds in -mm culture dishes followed by feeder cell medium (DMEM (GIBCO-BRL, Gaithersburg, MD), 10% FBS, 2 mM glutamine (Sigma, St. Louis, Missouri, USA), 0.1 mM ß-mercaptoethanol (Sigma) , 1% nonessential amino acid (GIBCO-BRL) was incubated in a 37 0 C, 5% CO 2 cell incubator. , 20% knockout serum replacement (Invitrogen), 1% non-essential amino acids (Invitrogen), 0.1 mmol / L-mercaptoethanol (Sigma), 100 U / ml penicillinstreptomycin (Invitrogen), 4 ng / ml basic fibroblast growth factor (bFGF (Invitrogen)) and about 50 divided cell colonies per petri dish were placed on the nutrient medium at appropriate intervals. For 2 days to stabilize so that you can grow attached above did not change after the culture medium was changed every day as a new medium. Cells were incubated about 4-6 days, the size of the colony to grow until properly (see Fig. 7).
계대배양을 위해 배양 배지를 1 ml 정도 배양 접시에 넣어준 후 후술할 도 14의 실제 제작된 스탬프를 이용하여, 상기 세포 집락들을 분할한 후 조심스럽게 스탬프를 제거하였다. 배양 접시안의 세포 집락들은 스탬프의 패턴 모양으로 일정하게 분할됨을 확인하였다(도 8 참조). After subculture, the culture medium was placed in a culture dish of about 1 ml, and the stamps were carefully removed after the cell colonies were divided using the actual manufactured stamp of FIG. It was confirmed that the cell colonies in the culture dish were uniformly divided into the pattern of the stamp (see FIG. 8).
분할된 세포 집락들은 스크랩퍼를 이용하여 배양 접시에서 분리한 후(도 9 참조), 계대배양을 포함한 다양한 목적을 위해 이용될 수 있다.The divided cell colonies can be used for a variety of purposes, including subculture, after separation from the culture dish using a scraper (see FIG. 9).
이와 같이 본 발명에 따른 인간 및 동물세포 분할용 스탬프 및 이를 이용한 세포 분할 방법에 의하면, 배양 접시내의 집락으로 자라는 세포들을 한번에 손쉽게 균일한 세포수를 가진 세포단위로 분할할 수 있고, 또한 목적에 따라 원하는 패턴 모양으로 손쉽게 분할할 수 있는 효과가 있다. 또한 세포집락을 균일한 세포수를 가진 세포단위로 분할할 수 있기 때문에 계대배양시마다 나타날 수 있는 세포수의 변이에 따른 변수를 줄임으로써 더욱 재현성 있는 연구와 실험을 진행 할 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the stamp for splitting human and animal cells according to the present invention and a cell division method using the same, cells grown in colonies in a culture dish can be easily divided into cell units having a uniform number of cells at a time. There is an effect that can be easily divided into the desired pattern shape. In addition, since the cell colonies can be divided into cell units having a uniform number of cells, there is an advantage that a more reproducible research and experiment can be carried out by reducing the variable according to the variation in the number of cells that can appear in each subculture.
최근 국내외에서 인간 배아줄기세포(embryonic stem cells)에 대한 연구의 중요성이 강조되고 있고 많은 양의 세포가 절실히 필요하나 기존의 배양 방식으로는 이를 해결하지 못하고 있다. 그러나, 인간 배아줄기세포의 배양과정에서 본 발명을 적용할 경우 매우 단축된 시간 안에 세포를 분할하는 것이 가능하게 되어, 계대배양 속도를 획기적으로 향상시키고, 세포 배양기 밖에 있는 시간을 줄임으로써 세포의 생존력을 높이고 세포의 특성으로 온전하게 유지하는 최적화 조건을 제공할 수 있게 된다. 이는 인간 배아줄기세포의 활용범위를 확대하기 위한 대량 배양 시스템을 구축하는 데 획기적인 기여가 될 것이다.Recently, the importance of research on human embryonic stem cells (embryonic stem cells) has been emphasized at home and abroad, and a large amount of cells are urgently needed, but conventional culture methods have not solved this problem. However, when the present invention is applied in the process of culturing human embryonic stem cells, it is possible to divide the cells in a very short time, thereby dramatically improving the passage speed and reducing the viability of the cells by reducing the time outside the cell incubator. It is possible to provide an optimization condition that increases the efficiency and maintains the integrity of the cell. This will be a significant contribution to the establishment of a mass culture system to expand the range of utilization of human embryonic stem cells.
인간 배아줄기세포 연구에서 가장 큰 장애는 세포수를 일정하게 조정하여 배양할 수 없다는 점이다. 비록 본 발명의 실시예에서는 단일 세포를 만들 수는 없지만 동일한 크기를 가지는 미세패턴을 이용해 목적에 따라 일정한 세포수를 가진 세포 단위(cell units)로 나누는 것이 가능함으로써, 세포뿐만이 아니라 세포 배양액을 이용한 다양한 실험조건에서의 정량 및 정성 분석이 가능하게 된다.The biggest obstacle in human embryonic stem cell research is the inability to cultivate a constant cell number. Although it is not possible to make a single cell in an embodiment of the present invention, by using a micropattern having the same size, it is possible to divide into cell units having a certain number of cells according to the purpose. Quantitative and qualitative analysis under experimental conditions becomes possible.
계대 후 분할된 인간배아줄기세포를 부유배양(suspension culture) 하여 배 아체(embryoid bodies)를 형성하는 과정은 인간배아줄기세포의 분화 방법에 있어 매우 중요하다. 기존의 계대방법으로는 일정한 수를 가진 인간 배아줄기세포를 배아체 형성을 위해 사용하는 것이 불가능하여 분화 방법을 표준화시키는 것이 매우 어려운 실정이다. 하지만, 본 발명에 의해서 다양한 형상 및 다양한 면적을 갖는 미세패턴을 만들어 인간배아줄기세포를 일정한 수를 가진 단위로 분할한 경우, 일정한 단위 세포수로 구성된 배아체를 만들 수 있다. 본 발명은 배아체를 이용한 분화 방법을 표준화 하는데 이용됨으로써 부가가치를 높일 수 있게 된다. The process of forming embryonic bodies by suspension culture of divided human embryonic stem cells after passage is very important in the method of differentiation of human embryonic stem cells. It is very difficult to standardize differentiation methods because it is impossible to use a certain number of human embryonic stem cells for embryonic body formation using conventional passage methods. However, according to the present invention, when the human embryonic stem cells are divided into units having a predetermined number by making micropatterns having various shapes and various areas, an embryo consisting of a certain number of unit cells can be made. The present invention can be used to standardize the differentiation method using an embryo, it is possible to increase the added value.
또한 본 발명에 따른 스탬프를 이용해 줄기세포 및 배아체, 배아체를 이용한 물질의 스크리닝(screnning) 및 어세이(assay)를 할 수 있을 것이다.In addition, using the stamp according to the present invention will be able to screen and assay for stem cells and embryos, materials using embryos.
물론 본 발명의 실시예에서는 인간 배아줄기세포의 분할에 대해 언급하고 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 스탬프를 이용해 다양한 인간 및 동물세포의 분리, 패터닝, 분할 등에 응용되어 사용될 수 있음은 물론이다. Of course, in the embodiment of the present invention mentioned and described the division of human embryonic stem cells, the scope of the present invention is not limited thereto. That is, it is a matter of course that the stamp of the present invention can be used for the separation, patterning, division, etc. of various human and animal cells.
< 스탬프 제조 방법 ><Stamp manufacturing method>
본 발명에 따른 인간 및 동물세포 분할용 스탬프는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술 혹은 초정밀 가공기술을 통해 스탬프 몰드를 만들고, 상기 스탬프 몰드에 폴리머 수지를 부어 제작된다. 따라서, 본 발명에 따른 상술한 바와 같이 스탬프의 몸체 및 미세패턴부는 폴리다이메칠실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타클릴레이 트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리우레탄(polyurethans), 폴리에스테르 (polyester) 등으로 형성될 수 있다. Stamp for human and animal cell division according to the present invention is produced by stamping the mold through the MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology or ultra-precision processing technology, and poured a polymer resin on the stamp mold. Therefore, as described above according to the present invention, the body and the micropattern of the stamp are polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyacrylates, polycarbonates ), Polycyclic olefins, polyimides, polyurethanes, polyesters, and the like.
도 10 내지 도 13은 MEMS 기술을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 스탬프(100, 100’)의 몰드를 제작하는 다양한 방법을 나타내는 개요도이다. 10-13 are schematic diagrams illustrating various methods of fabricating molds of
먼저 도 10을 참조하면, 실리콘(Si) 웨이퍼(50)에 고분자 물질의 감광막(54)을 도포하고, 원하는 패턴을 그린 마스크(52)를 정렬시킨다. 이 때, 감광막(54)의 두께는 원하는 미세패턴(130, 도1 참조)의 높이가 된다. 자외선을 조사하여 패터닝작업을 하고 감광막(54)에 대한 현상작업(developing)을 마치면, 고분자 물질이 코팅된 몰드(60)가 완성된다. First, referring to FIG. 10, a
도 11을 참조하면, 실리콘 웨이퍼(50)에 감광막(54)을 도포하고 원하는 패턴을 그린 마스크(52)를 정렬시킨다. 감광막(54)에 자외선을 조사하여 패너닝작업을 하고 RIE 등의 건식 식각(dry etching)을 통해서 실리콘 웨이퍼(50)를 깎는다. 이 때, 건식 식각에 의해 깍여지는 높이가 원하는 미세패턴(130, 도 1 참조)의 높이가 된다. 이렇게 하여 실리콘으로만 이루어진 몰드(70)가 제작될 수 있다.Referring to FIG. 11, the
도 12는 스탬프에 의한 세포 분할 시, 세포의 사멸되는 영역(dead zone)을 줄일 수 있게 하기 위해 미세패턴(130)의 끝단부(141, 도1 참조)를 가늘게 만들 수 있도록 하는 제작방법을 보여준다. 실리콘 웨이퍼(50) 위에 산화막 또는 질화막과 같이 습식 식각(wet etching)에 견딜 수 있는 보호층(56)을 생성시킨다. 그 위에 감광막(54)을 도포하고 원하는 패턴을 그린 마스크(52)를 정렬시킨다. 그리고 감광막(54) 및 보호층(56)에 대하여 패터닝을 한다. 그 후에 습식 식각 또는 건식 식각을 수행하여 원하는 미세패턴(130)의 높이 및 끝단부 모양이 형성된 몰드(80)를 형성할 수 있다. FIG. 12 shows a fabrication method that enables the tip portion 141 (see FIG. 1) of the
또한 대량양산을 위한 몰드를 제작하기 위한 다른 하나의 방법으로써, 상기 기술된 방식을 통해 크롬/금(Cr/Au) 층을 패터닝하여 전기도금 기판(electroplating substrate)을 만들고 니켈 혹은 구리와 같은 금속이 녹아있는 용액에 기판을 담근다. 전극패드를 통해 전기를 가하여 패터닝된 부분에 니켈 혹은 구리와 같은 금속을 원하는 높이만큼 증착시켜 몰드를 제작할 수 있다. In addition, as another method for fabricating molds for mass production, the chromium / gold (Cr / Au) layer is patterned in the manner described above to form an electroplating substrate and a metal such as nickel or copper may be used. Dip the substrate into the dissolved solution. By applying electricity through the electrode pad, a metal such as nickel or copper may be deposited on the patterned portion to a desired height to manufacture a mold.
상기와 같은 MEMS 기술을 통해 만들어진 몰드를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 스탬프를 제작하는 과정은 다음과 같다. The process of manufacturing a stamp according to an embodiment of the present invention using a mold made through the MEMS technique as described above is as follows.
투명하고 탄성을 갖는 폴리다이메칠실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)을 이용하여 완성된 몰드에 부어 경화시킨 복제 몰딩(replica molding)방법으로 제작하여 스탬프로 사용하였다. 경화시키는 과정은 완성된 몰드에 경화제와 10:1의 비율로 섞은 pre-PDMS를 붓고 60℃ 에서 1시간동안 경화시켜 완성하였다. It was prepared by a replica molding method that was poured into a completed mold using a transparent and elastic polydimethylsiloxane (PDMS) and cured, and used as a stamp. The curing process was completed by pouring pre-PDMS mixed with a curing agent in a ratio of 10: 1 to the finished mold and curing at 60 ° C. for 1 hour.
또는, 완성된 몰드에 anti-stiction 층을 도포하고 PMMA(polymethyl methacrylate)를 완성된 몰드와 압착하는 방식으로 주형을 떠서, 스탬프를 제작하였다. Alternatively, a stamp was prepared by applying an anti-stiction layer to the finished mold and squeezing the mold by pressing polymethyl methacrylate (PMMA) with the finished mold.
도 13은 상기 실시예에 의해 제조된 스탬프의 실제 몰드를 촬영한 사진이고, 도 14는 상기 몰드를 이용하여 제작된 실제 스탬프를 촬영한 사진을 나타낸 것이 다. 스탬프의 미세패턴의 폭은 대략 200μm 이고, 미세패턴의 높이는 대략 40 μm 정도이다. 상기 스탬프는 한번에 세포의 패턴을 낼 수 있도록 35-mm 배양 접시(culture dish) 크기에 맞도록 스탬프를 제작한 것이다.FIG. 13 is a photograph of a real mold of a stamp manufactured according to the embodiment, and FIG. 14 is a photograph of a real stamp manufactured using the mold. The width of the fine pattern of the stamp is about 200 μm, and the height of the fine pattern is about 40 μm. The stamp is manufactured to fit a 35-mm culture dish size to produce a pattern of cells at a time.
< 스탬프를 이용한 세포 분할 장치 ><Cell division device using stamp>
본 발명에 따른 스탬프로 배양 접시에 배양된 세포 집락들을 모두 균일한 조건으로 분할하고 반복실험에서의 재현성을 높이기 위해서는, 세포 표면에 작용하는 스탬프의 일정한 압력과 속도를 유지해야 된다. In order to divide all of the cell colonies cultured in the culture dish with the stamp according to the present invention under uniform conditions and to increase the reproducibility in the repeated experiment, it is necessary to maintain a constant pressure and speed of the stamp acting on the cell surface.
수동적인 방법으로 동일한 힘을 세포에 가하는 방법으로는, 배양 접시의 높이보다 대략 1 mm 가량 더 두꺼운 스탬프를 제작(결국 스탬프의 몸체 높이를 조절)하여 세포 위에 스탬프를 놓고 배양 접시 덮개로 누르거나 스탬프 위에 균일하게 압력을 전달할 수 있는 지지판을 붙이고 손잡이를 달아주는 방법이 있다. 또한, 스탬프로 세포 표면에 압력을 가할 때, 배양 접시 바닥과 수평 방향으로의 움직임이 생길 경우 세포에 손상이 올 수 있으므로 스탬프의 수평 이동을 최소화하기 위해서는 배양 접시 면적과 거의 같은 크기와 모양으로 스탬프를 제작하여 스탬프와 배양 접시 측면과의 여분 공간을 최소화하는 것이 요구된다. 그리고, 빠른 속도로 세포 표면에 압력을 가하고 떼어 것 역시 요구된다. 스탬프의 모양과 크기의 최적화 과정은 전체적인 세포 수율을 올리는데 있어서도 중요하다. To apply the same force to the cells in a passive way, create a stamp approximately 1 mm thicker than the height of the petri dish (which eventually adjusts the height of the body of the stamp) and place the stamp on the cell and press or stamp it with the petri dish lid. There is a method of attaching a support plate and a handle to attach pressure evenly. In addition, when pressure is applied to the surface of the cell with the stamp, the cells may be damaged if there is a movement in the horizontal direction with the bottom of the culture plate, so that the stamp is about the same size and shape as the culture plate area in order to minimize the horizontal movement of the stamp. It is required to minimize the extra space between the stamp and the petri dish side by making it. Fast pressurization and release of the cell surface is also required. Optimization of the shape and size of the stamp is also important in increasing overall cell yield.
또 다른 방법은, 스탬프의 압력과 속도를 최적화한 후 자동화 방법을 개발하는 것이다. 스탬프를 장치에 장착하고 스탬프가 장착된 부위는 레일과 같은 가이 드(guide)를 부착함으로써 수직이동을 조정하고, 받침대 (platform) 위에 올려놓은 배양 접시 중의 세포 집락들을 일정한 압력과 속도를 가하여 분할 또는 패턴을 내는 방법이다. 이는 수동적인 방법보다 더욱 정밀한 패턴을 만들 수 있는 장점이 있다. Another method is to develop an automated method after optimizing the pressure and speed of the stamp. The stamp is mounted on the device and the stamped area is adjusted vertically by attaching a guide like a rail, and the cell colonies in the culture dish placed on the platform are divided or applied at constant pressure and speed. It is a way to make a pattern. This has the advantage of creating a more precise pattern than the manual method.
이러한 문제 인식을 갖고 본 출원인은 스탬프를 이용하여 수동 또는 자동으로 세포를 압착하여 분할하는 수동/자동 세포 분할 장치를 개발하였다.Recognizing this problem, the present applicant has developed a manual / automatic cell division apparatus that compresses and divides cells manually or automatically using stamps.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 상기 스탬프를 이용한 수동 세포 분할 장치(300)의 개략 사시도이다. 도시된 바와 같이 스탬프를 이용한 수동 세포 분할 장치(300)는 하우징(310), 고정통 가이드(320) 및 스탬프 고정통(330)을 포함한다.15 is a schematic perspective view of a manual
하우징(310)은 대략 사각형의 박스 형태를 가지며, 내부 저면에는 세포가 배양된 배양 접시(10)가 설치된다. 배양 접시(10)는 미도시된 고정용 홀더에 의해 고정된다. 하우징(310)의 상부면에는 일정 높이를 갖는 개구(311)가 형성된다. The
고정통 가이드(320)는 하우징(310)의 개구(311)를 관통하도록 상기 하우징(310)의 높이 방향으로 설치된다. 고정통 가이드(320)는 상기 개구(311)를 통해 상하 이동가능하게 설치되며, 개구(311)에 형성된 나사(312)에 의해 고정된다. 고정통 가이드(320) 내부는 빈 공간이다.The fixed
스탬프 고정통(330)은 상기 고정통 가이드(320) 내부에 삽입되어 상하 이동 가능하도록 설치되며, 하면에는 본 발명의 실시예에 따른 스탬프(100)가 고정된다. 스탬프(100)는 접착제 또는 진공압착에 의한 방식으로 고정시킬 수도 있다. 한편, 스탬프 고정통(330) 상면에는 스탬프 고정통(330)을 하부 방향으로 가압하기 위한 무게추(340)가 얹혀진다. 상기 무게추(340)의 무게는 스탬프 고정통(330)에 부착된 스탬프(100)가 배양 접시(10)에 담긴 세포를 분할하기 위한 필요 압력에 따라 달라질 수 있다. 스탬프 고정통(330) 상면에는 와이어(350)가 고정된다. 상기 와이어(350)를 이용하여 스탬프 고정통(330)을 하부 또는 상부 방향으로 이동시킬 수 있게 된다. The
이와 같이 구성된 상기 스탬프를 이용한 수동 세포 분할 장치(300)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the manual
먼저, 분할하고자 하는 세포 집락이 담겨진 배양 접시(10)를 하우징(310) 저면에 위치시킨 후 홀더(미도시)를 이용하여 고정시킨다. 그리고, 고정통 가이드(320)를 하우징(310)의 개구(311)에 삽입한 후, 나사(312)를 이용하여 적절한 위치에 고정시킨다. 그 후, 스탬프(100)가 고정된 스탬프 고정통(330)을 고정통 가이드(320)에 삽입한다. 스탬프 고정통(330) 상면에 무게추(340)를 얹은 후 상기 와이어(350)를 놓게 된다. 그러면, 스탬프 고정통(330)은 스탬프 가이드(320)를 따라 하부 방향으로 내려가게 되고, 끝까지 도달하게 되면 스탬프 고정통(330)에 접착된 스탬프(100)는 배양 접시(10)에 담겨져 있는 세포 집락을 분할하게 된다. First, the
여기서 스탬프 고정통(330)을 어느 위치에서 내리느냐 또는 무게추(340)의 무게를 어느 정도로 하느냐에 따라 세포에 가해지는 스탬프(100)의 힘이 달라지게 되므로, 이들을 적절히 조절하여 세포에 가하는 힘을 조절한다. 세포를 분할한 후 와이어(350)를 잡아당겨 스탬프 고정통(330)을 들어 올린다.In this case, the force of the
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 스탬프를 이용한 자동 세포 분할 장치 의 개략 사시도이다. 도시된 바와 같이 자동 세포 분할 장치(400)는 하부 플레이트(410), 측부 플레이트(420), 상부 플레이트(430), 실린더 가이드(440) 및 실린더(450)를 포함한다. 16 is a schematic perspective view of an automatic cell division apparatus using a stamp according to an embodiment of the present invention. As shown, the automatic
하부 플레이트(410)에는 분할하고자 하는 세포 집락이 배양된 배양 접시(10)가 미도시된 고정장치에 의해 고정된다. 하부 플레이트(410)의 일측단에는 상부방향으로 측부 플레이트(420)가 소정 높이를 갖도록 설치된다. 그리고, 측부 플레이트(420)의 상단에는 상기 하부 플레이트(410)와 평행하도록 상부 플레이트(430)가 설치된다.The
실린더 가이드(440)는 상부 플레이트(430) 하면에 고정되며, 하부 플레이트(410) 방향으로 소정 길이 돌출되게 설치된다. The
실린더(450)는 실린더 가이드(440)를 통해 상하 이동가능하게 형성된다. 실린더(450)는 유압 또는 공압 실린더가 적용될 수 있다. 실린더(450) 하단에는 본 발명의 실시예에 따른 스탬프(100)가 고정된다. 스탬프(100)는 접착제 또는 진공압착에 의한 방식으로 고정시킬 수도 있다. 한편, 도시되지는 않았지만 상기 실린더(450)를 구동시키기 위한 구동부가 상기 상부 플레이트(430) 또는 외부에 형성될 수 있다.The
이와 같이 구성된 상기 스탬프를 이용한 자동 세포 분할 장치(400)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the automatic
먼저 하부 플레이트(410)에 배양 접시(10)를 미도시된 고정장치를 이용하여 고정한다. 그리고, 스탬프(100)를 실린더(450) 하면에 접착시킨다. 그 후, 작동 명 령을 구동부에 인가하면 실린더(450)는 아래로 움직이면서, 배양 접시(10) 내에 담겨있는 세포 집락을 누르고 올라옴으로써 세포 분할을 수행한다. 한편, 실린더(450)를 작동하기 전에 실린더(450)의 구동 세팅값을 미리 지정하게 된다. 즉, 적정한 가압력, 가압시간등을 미리 설정하게 된다. First, the
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스탬프를 이용한 자동 세포 분할 장치(500)의 개략 사시도이다.17 is a schematic perspective view of an automatic
도 16의 자동 세포 분할 장치(400)는 실린더(450)에 고정된 스탬프(100)가 아래로 내려와 배양 접시(10)에 있는 세포를 압착하여 분할하나, 본 실시예에 개시된 자동 세포 분할 장치(500)는 스탬프(100)가 고정되고 실린더(560)에 고정된 배양 접시(10)가 상승하여 세포를 압착하여 분할하는 방식이다.The automatic
앞선 실시예와 마찬가지로 본 실시예에 있어서도, 하부 플레이트(510)의 일측단에는 상부방향으로 측부 플레이트(520)가 소정 높이를 갖도록 설치되고, 측부 플레이트(520)의 상단에는 상기 하부 플레이트(510)와 평행하도록 상부 플레이트(530)가 설치된다.In the present embodiment, as in the previous embodiment, the
상부 플레이트(530) 하면에는 스탬프 고정대(540)가 하부 플레이트(510) 방향으로 돌출되게 설치된다. 그리고, 스탬프 고정대(540) 하면에는 스탬프(100)가 고정된다. The
하부 플레이트(510)의 상면에는 실린더 스테이지(550)가 고정되게 설치되고, 그 위에는 실린더(560)가 상기 실린더 스테이지(550)를 통해 상하 이동 가능하도록 설치된다. 실린더(560) 상부에는 배양 접시(10)가 고정된다. 스탬프(100)는 접착제 또는 진공압착에 의한 방식으로 고정시킬 수도 있다. 한편, 도시되지는 않았지만 상기 실린더(560)를 구동시키기 위한 구동부가 상기 하부 플레이트(510) 또는 외부에 형성될 수 있다.A
본 실시예에 따른 자동 세포 분할 장치(500)는 앞선 실시예에 따른 자동 세포 분할 장치(400)와 그 동작이 유사하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.The automatic
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are possible. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인간 및 동물세포의 분할용 스탬프 및 이를 이용한 세포 분할 방법에 의하면, 배양 접시내의 집락으로 자라는 세포들을 한번에 손쉽게 균일한 세포수를 가진 세포단위로 분할할 수 있고, 또한 목적에 따라 원하는 패턴 모양으로 손쉽게 분할할 수 있는 효과가 있다. 또한 세포집락을 균일한 세포수를 가진 세포단위로 분할할 수 있기 때문에 계대배양시마다 나타날 수 있는 세포수의 변이에 따른 변수를 줄임으로써 더욱 재현성 있는 연구와 실험을 진행 할 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the stamp for splitting human and animal cells according to the present invention and a cell division method using the same, cells growing in colonies in a culture dish can be easily divided into cell units having a uniform number of cells at a time. In addition, there is an effect that can be easily divided into the desired pattern shape according to the purpose. In addition, since the cell colonies can be divided into cell units having a uniform number of cells, there is an advantage that a more reproducible research and experiment can be carried out by reducing the variable according to the variation in the number of cells that can appear in each subculture.
한편, 기존의 패터닝 방법은 세포를 배양하기 전 미리 배양 접시에 표면처리 를 해줌으로 인해 세포의 활성도, 형상 또는 기능에 가변적인 영향을 주었으나, 본 발명에 의하면 세포를 온전한 상태로 배양한 상태에서 순각적으로 기계적 힘으로 가하여 패터닝 또는 분할을 하기 때문에 세포에 미치는 영향이 미비하고, 배양시간에 따른 세포의 변형에도 자유로운 이점이 있다. 그리고, 순간적으로 힘을 가하여 패턴을 내는 것이기 때문에 기존의 세포 분할 방식에 비해 세포에 미치는 영향이 적고 효소적인 방법을 사용하지 않아 유전자변형을 초래할 기능성이 상대적으로 매우 적으며 매우 단축된 시간 내에 대량 계대배양하는 것이 가능하다. On the other hand, the conventional patterning method has a variable effect on the activity, shape or function of the cells due to the surface treatment to the culture dish in advance before culturing the cells, according to the present invention in the state of incubating the cells intact Since the patterning or splitting is performed by mechanical force, the effect on the cells is insignificant, and there is a free advantage in the deformation of the cells according to the incubation time. In addition, since it generates a pattern by applying a force instantaneously, the effect on cells is less than that of the conventional cell division method, and there is relatively little functionality to cause genetic modification by using an enzymatic method and mass passage in a very short time. It is possible to incubate.
특히, 본 발명에 의하면 인간배아줄기세포 배양에 있어서, 매우 단축된 시간 안에 대량의 세포를 분할함으로써 계대 배양 속도를 획기적으로 향상시키고, 또한 세포 배양기 밖에 나와 있는 시간을 줄임으로써 세포의 생존력(viability)를 높이고 세포의 특성을 온전하게 유지하는 최적화 조건을 제시할 수 있게 된다. 그러므로, 본 발명은 인간 배아 줄기세포 활용범위를 극대화 시키는데 요구되는 필수 요건을 근접하게 해결하는 중요한 발명이 된다고 할 수 있다. In particular, according to the present invention, in viable human embryonic stem cell culture, by virtue of dividing a large amount of cells in a very short time, the passage culture rate is dramatically improved, and the viability of the cells is reduced by reducing the time spent outside the cell incubator. It is possible to suggest optimization conditions for increasing the concentration and maintaining the integrity of the cell. Therefore, the present invention can be said to be an important invention that closely addresses the essential requirements required to maximize human embryonic stem cell utilization range.
또한, 본 발명에 의하면, 다양한 형상 및 면적을 갖는 미세패턴에 의해 인간배아줄기세포를 일정한 수를 가진 단위로 분할한 경우, 일정한 단위 세포수로 구성된 배아체를 만들 수 있다. 본 발명은 배아체를 이용한 분화 방법을 표준화 하는데 이용됨으로써 부가가치를 높일 수 있다. In addition, according to the present invention, when the human embryonic stem cells are divided into units having a certain number by a micropattern having various shapes and areas, an embryo consisting of a certain number of unit cells can be made. The present invention can be used to standardize differentiation methods using embryos to increase added value.
나아가 본 발명에 의하면 기존의 효소적인 방법과 기계적인 방법을 이용할 수 없는 다양한 인간 및 동물세포의 분리, 패터닝, 분할 등에 응용되어 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 스탬프는 일회용으로 제작될 수 있고, 경제적인 측면 에도 경쟁력이 크므로, 세포를 이용한 생물학 실험의 전반에서 이용가치가 높으며 산업적 부가가치를 높일 수 있게 된다.Furthermore, according to the present invention, it can be applied to the separation, patterning, division, etc. of various human and animal cells that cannot use existing enzymatic and mechanical methods. In addition, the stamp according to the present invention can be produced in a single-use, and economically competitive because it is high in the overall value of the biological experiments using the cell, it is possible to increase the industrial added value.
한편, 본 발명에 따른 스탬프를 이용한 수동/자동 세포 분할 장치에 의하면, 스탬프를 배양 접시에 있는 세포 집락들에 일정한 압력과 속도를 가함으로써 정확하게 패터닝 또는 분할할 수 있는 효과가 있다.On the other hand, according to the manual / automatic cell splitting apparatus using a stamp according to the present invention, there is an effect that the stamp can be accurately patterned or divided by applying a constant pressure and speed to the cell colonies in the culture dish.
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