KR101242656B1

KR101242656B1 - 인공 췌도 구조물 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101242656B1
Application number: KR1020110019677A
Authority: KR
Inventors: 강경신; 조동우; 박정훈; 설영준; 박재성
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2013-03-20
Also published as: KR20120101749A

Abstract

인체의 면역 거부 반응을 최소화하고 췌도 세포의 손실을 막을 수 있는 인공 췌도 구조물 및 이의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 인공 췌도 구조물은 벽에 의해 상호 분리된 복수의 공간부를 형성하여 각 공간부에 췌도 세포를 독립적으로 위치시키는 지지체와, 복수의 공간부를 덮도록 지지체에 고정되어 췌도 세포를 가두며, 항체보다 작은 크기의 미세 공극을 구비하는 보호 피막을 포함한다. 지지체는 양쪽면이 개방된 형태로 이루어져 두 개의 보호 피막이 지지체에 접합되거나, 한쪽면이 개방된 형태로 이루어져 한 개의 보호 피막이 지지체에 접합될 수 있다.

Description

인공 췌도 구조물 및 이의 제조 방법 {ARTIFICIAL PANCREATIC ISLET CELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 인공 췌도 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안전한 생체 이식을 위해 이종 췌도 세포를 피막화한 인공 췌도 구조물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

당뇨병은 인슐린 작용의 부족에 의한 만성 고혈당증을 특징으로 하면서 여러 가지 인체 대사의 이상을 수반하는 질환군이다. 인슐린은 주로 탄수화물 대사에 관여하므로 기본적으로 탄수화물 대사의 이상이 문제가 되지만, 이로 인해 인체 내의 모든 영양소 대사가 영향을 받게 되므로 당뇨병은 총체적인 대사 상의 질병이라 할 수 있다.

당뇨병은 크게 제1형 당뇨병과 제2형 당뇨병으로 분류된다. 제1형 당뇨병은 주로 소아에서 발생하며, 췌장 베타(β) 세포의 파괴성 병변에 의한 인슐린 결핍으로 생긴다. 제2형 당뇨병은 주로 성인에서 발생하고, 인슐린 분비 저하와 인슐린 저항성에 의해 생기며, 지속적인 인슐린 주사가 필요하지만 심한 경우 췌도 이식이 요구되기도 한다.

췌도 이식의 경우 다른 장기와 마찬가지로 당뇨병 치료를 위한 췌도 기증자 역시 부족한 상태가 지속되고 있고, 최근에는 인간이 아닌 동물의 췌도를 이용한 인공 췌장 연구가 진행되고 있다. 여러 동물 중 돼지는 생리학적 기전이 인간과 유사하므로 인공 췌장 생산을 위한 최적의 공여 동물로 인정받고 있다. 하지만 돼지의 췌도 이식 또한 면역 거부 반응이라는 한계가 있으므로 이를 극복하기 위한 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 인체의 면역 거부 반응을 최소화하고 췌도 세포의 손실을 막을 수 있는 인공 췌도 구조물 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 췌도 구조물은 벽에 의해 상호 분리된 복수의 공간부를 형성하여 각 공간부에 췌도 세포를 독립적으로 위치시키는 지지체와, 복수의 공간부를 덮도록 지지체에 고정되어 췌도 세포를 가두며 항체보다 작은 크기의 미세 공극을 구비하는 보호 피막을 포함한다.

복수의 공간부는 지지체를 관통하도록 형성되어 지지체의 양쪽면을 개방시키며, 보호 피막은 두 개로 구비되어 지지체의 양쪽면에 하나씩 접합될 수 있다.

다른 한편으로, 지지체는 벽과 연결된 바닥부를 포함하고, 복수의 공간부는 지지체의 한쪽면을 개방시키며, 보호 피막은 한 개로 구비되어 지지체의 한쪽면에 접합될 수 있다.

복수의 공간부는 같은 크기와 같은 모양을 가지며, 이웃한 공간부와 등간격으로 배치되어 지지체 전체에서 균일한 패턴으로 배치될 수 있다.

지지체는 단층 구조이고, 기 설정된 두께를 가질 수 있다. 지지체는 폴리디메틸실록산(PDMS)과 광 경화성 무기-유기 네크워크 복합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

보호 피막은 생체 적합성 조직 접합제를 이용하여 지지체에 접합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 제조 방법은, 광 조형 시스템으로 광 경화 수지를 입체로 성형하여 제조하고자 하는 지지체와 역상의 모양을 가지는 희생 몰드를 제조하는 단계와, 희생 몰드에 액상의 지지체 형성 물질을 주입 후 경화시키는 단계와, 경화된 지지체로부터 희생 몰드를 제거하여 복수의 공간부가 형성된 지지체를 제조하는 단계와, 지지체에 형성된 복수의 공간부에 췌도 세포를 위치시키는 단계와, 항체보다 작은 크기의 미세 공극이 형성된 보호 피막을 준비하고, 복수의 공간부를 덮도록 지지체에 보호 피막을 접합시키는 단계를 포함한다.

광 조형 시스템으로 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템이 적용될 수 있다.

희생 몰드는 복수의 공간부에 대응하는 복수의 블록과, 복수의 블록을 일체로 연결하며 상기 지지체 형성 물질이 흐르는 내부 공간을 형성하는 연결 구조체를 포함할 수 있다.

연결 구조체는 복수의 블록을 둘러싸는 외곽층과, 복수의 블록 및 외곽층의 상면과 하면에 밀착되며 복수의 미세 관통공을 형성하는 한 쌍의 지지층과, 한 쌍의 지지층 가운데 어느 한 지지층의 외측에 위치하며 주입구를 형성하는 주입층을 포함할 수 있다.

연결 구조체는 한 쌍의 지지층 가운데 어느 한 지지층과 외곽층 사이에 위치하는 프레임 모양의 보조 지지층을 더 포함할 수 있다.

액상의 지지체 형성 물질은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하며, 열에 의해 경화될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 제조 방법은, 광 조형 시스템으로 광 경화 물질을 입체로 성형하여 복수의 공간부가 형성된 지지체를 제조하는 단계와, 지지체에 형성된 복수의 공간부에 췌도 세포를 위치시키는 단계와, 항체보다 작은 크기의 미세 공극이 형성된 보호 피막을 준비하고, 복수의 공간부를 덮도록 지지체에 보호 피막을 접합시키는 단계를 포함한다.

지지체는 광 경화성 무기-유기 네크워크 복합체를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 지지체의 공간부로 산소와 영양분이 투과하는데 제한이 없으므로 이식된 췌도 세포의 생존률을 높일 수 있고, 대사 물질의 확산을 촉진시킬 수 있다. 그리고 특정 공간부에 위치한 췌도 세포가 괴사하는 일이 발생하여도 다른 공간부에 위치한 췌도 세포들에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 면역 거부 반응을 효과적으로 억제할 수 있고, 췌도 세포의 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 인공 췌도 구조물의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 인공 췌도 구조물의 작용을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 인공 췌도 구조물의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 인공 췌도 구조물의 첫 번째 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 7은 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템의 개념도이다.
도 8a는 제1 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 지지체를 제조하기 위한 제1 희생 몰드를 나타낸 사시도이다.
도 8b는 도 8a에 도시한 제1 희생 몰드의 분해 사시도이다.
도 9a는 제2 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 지지체를 제조하기 위한 제2 희생 몰드를 나타낸 사시도이다.
도 9b는 도 9a에 도시한 제2 희생 몰드의 분해 사시도이다.
도 10은 도 6에 도시한 인공 췌도 구조물의 제조 방법 중 제2 단계를 나타낸 개략도이다.
도 11은 도 6에 도시한 인공 췌도 구조물의 제조 방법 중 제3 단계를 나타낸 개략도이다.
도 12는 도 6에 도시한 제1 단계 내지 제3 단계를 거쳐 완성된 폴리디메틸실록산(PDMS) 지지체의 사진이다.
도 13은 도 12에 도시한 폴리디메틸실록산(PDMS) 지지체의 확대 현미경 사진이다.
도 14는 미세 공극이 형성된 보호 피막의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 15는 인공 췌도 구조물의 두 번째 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 인공 췌도 구조물의 결합 상태를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 인공 췌도 구조물의 작용을 나타낸 개념도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 인공 췌도 구조물(100)은 상호 분리된 복수의 공간부(11)를 형성하여 각각의 공간부(11)에 췌도 세포를 저장하는 지지체(10)와, 복수의 공간부(11)를 덮도록 지지체(10)에 고정되어 췌도 세포(30)를 가두며 복수의 미세 공극(21)이 형성된 한 쌍의 보호 피막(20)을 포함한다.

췌도 세포(랑거한스섬 세포, Langerhans islet cell)(30)는 동물(예를 들어 돼지)의 췌도 세포이며, 인체의 면역 거부 반응을 막기 위해 피막화되어야 한다. 인공 췌도 구조물(100)은 이종 췌도 세포(30)의 피막화를 위한 구조물로서, 인간의 항체로부터 췌도 세포(30)를 보호하면서 췌도 세포(30)를 향한 산소 및 대사 물질의 출입과 췌도 세포(30)에서 분비되는 인슐린의 배출을 원활하게 한다.

지지체(10)는 일정한 두께를 지닌 대략적인 판재 모양으로 형성되고, 지지체(10)에 형성된 공간부(11)는 췌도 세포(30)를 저장하는 용도로 사용된다. 복수의 공간부(11)는 같은 크기와 같은 모양을 가지며, 이웃한 공간부(11)와 등간격으로 배치되어 지지체(10) 전체에 균일한 패턴으로 배치된다. 따라서 지지체(10)는 각 공간부(11)에 균일한 양의 췌도 세포(30)를 독립적으로 위치시키면서 지지체(10) 전체에 복수의 췌도 세포(30)를 균일하게 분포시킬 수 있다.

도 1에서는 정사각 지지체에 복수의 정사각 공간부가 형성된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 지지체(10)와 공간부(11)의 형상은 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 원형 지지체에 복수의 원형 공간부가 형성될 수도 있다.

췌도 세포(30)의 평균적인 크기를 대략 200㎛라 가정할 때, 각 공간부(11)의 폭(w)(도 2 참조)은 대략 250㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 그리고 지지체(10)는 복수의 공간부(11) 사이에 일정한 두께의 벽(12)을 형성하는데, 이 벽(12)의 두께(t)(도 2 참조)는 대략 50㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 그러나 이 수치들은 하나의 예시일 뿐 공간부(11)의 크기와 벽(12)의 두께는 다양하게 변할 수 있다. 즉 지지체(10)의 전체 크기와 공간부(11)의 크기 및 벽(12)의 두께 등은 이식될 환자의 건강 상태와 이식 부위 등에 따라 다양하게 변할 수 있다.

지지체(10)는 이를 관통하는 복수의 공간부(11)에 의해 양쪽면(도면을 기준으로 상면과 하면)이 개방된 형태이므로 한 쌍의 보호 피막(20)이 복수의 공간부(11)를 덮도록 지지체(10)에 고정된다. 이로써 각 공간부(11)에 위치하는 췌도 세포(30)는 지지체(10)의 벽(12)과 한 쌍의 보호 피막(20)으로 둘러싸여 보호되므로, 인공 췌도 구조물(100)은 췌도 세포의 손실을 막을 수 있다.

보호 피막(20)에는 대략 15nm 이하의 크기를 가지는 복수의 미세 공극(21)이 형성된다. 보호 피막(20)은 미세 공극(21)을 통해 산소와 영양분을 공간부(11)로 출입시켜 췌도 세포(30)에 영양을 공급하며, 췌도 세포(30)에서 분비된 인슐린을 배출하여 당뇨병 치료가 이루어지도록 한다. 한편, 혈액 내의 면역 세포(항체)는 보호 피막(20)의 미세 공극(21)을 통과하지 못하고 차단되므로 이종 췌도의 거부 반응을 방지할 수 있다.

지지체(10)는 원활한 물질 전달을 위하여 단층으로 구성된다. 지지체(10)는 생분해성(biodegradable)이 아니면서 생체 안정성(biostability)과 생체 적합성(biocompatibility)을 지닌 물질로 제조되어 생체 이식 후 발열과 염증이 일어나지 않으며 주위 조직과 잘 융화될 수 있다. 또한, 지지체(10)는 유연한 성질의 물질로 제조되어 인체 운동에 의한 물리적 부하에 의해 유발되는 기계적 열화와 피로를 방지할 수 있다.

이러한 특징을 만족하는 지지체(10) 물질로서 폴리디메틸실록산(PDMS, poly-dimethlysiloxane)과, 광 경화성 무기-유기 네크워크 복합체가 사용될 수 있다. 무기-유기 네트워크 복합체는 유기적으로 변형된 세라믹 물질(organically modified ceramics)로서 프라운호퍼 협회의 상표명 ORMOCER®s을 들 수 있다. 지지체(10)의 구성 물질은 전술한 예들에 한정되지 않으며 위에 기재한 특징을 만족하는 다른 물질로 대체될 수 있다.

보호 피막(20)은 복수의 미세 공극(21)이 형성되어 있고 지지체(10)와 마찬가지로 생분해성이 아니면서 생체 안정성과 생체 적합성을 지닌 박막으로 제조된다. 보호 피막(20)은 폴리카보네이트(polycarbonate) 등으로 제조될 수 있다. 또한, 보호 피막(20)은 생체 적합성 조직 접합제를 이용하여 지지체(10)에 고정된다. 이러한 조직 접합제로서 상표명 히스토아크릴, 상표명 파이브린글루 등이 사용될 수 있다.

전술한 인공 췌도 구조물(100)은 두 개의 보호 피막(20) 사이에 췌도 세포(30)를 균일하게 위치시켜 물질 전달을 원활하게 한다. 따라서 지지체(10)의 공간부(11)로 산소와 영양분이 투과하는데 제한이 없으므로 이식된 췌도 세포(30)의 생존률을 높일 수 있고, 대사 물질의 확산을 촉진시킬 수 있다.

그리고 각 공간부(11)에 췌도 세포(30)가 독립적으로 위치하므로, 특정 공간부(11)에 위치한 췌도 세포(30)가 괴사하는 일이 발생하여도 다른 공간부(11)에 위치한 췌도 세포(30)에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 따라서 복수의 췌도 세포(30)가 연쇄적으로 괴사하는 문제를 효과적으로 예방할 수 있다.

또한, 인공 췌도 구조물(100)은 면역 반응을 일으키는 항체가 췌도 세포(30)에 접근하지 못하도록 차단함에 따라, 면역 거부 반응을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 지지체(10)와 두 개의 보호 피막(20)이 췌도 세포(30)를 견고하게 가두고 있으므로 췌도 세포(30)의 손실을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 인공 췌도 구조물의 결합 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4와 도 5를 참고하면, 제2 실시예의 인공 췌도 구조물(200)은 지지체(101)가 바닥부(13)를 포함하며 하나의 보호 피막(20)이 지지체(101)에 고정되는 구조를 제외하고 전술한 제1 실시예의 인공 췌도 구조물(100)과 같은 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.

지지체(101)는 바닥부(13)와, 복수의 공간부(11)를 구획하는 벽(12)으로 구성된다. 그리고 보호 피막(20)이 바닥부(13)의 반대쪽에서 복수의 공간부(11)를 덮도록 지지체(101)에 고정되어 췌도 세포(30)를 공간부(11)에 가둔다. 지지체(101)는 한쪽면(도면을 기준으로 상면)이 개방된 형태로 이루어지므로, 제1 실시예와 달리 인공 췌도 구조물(200)에 하나의 보호 피막(20)이 사용된다.

바닥부(13)가 있는 것을 제외한 지지체(101)의 기본 구조와 구성 물질, 보호 피막(20)의 구조와 구성 물질, 및 인공 췌도 구조물(200)의 작용 등은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

다음으로, 인공 췌도 구조물(100, 200)의 제조 방법에 대해 설명한다. 인공 췌도 구조물(100, 200)의 제조 방법은 지지체(10, 101)가 광 경화성이 아닌 물질로 제조되는 경우와, 광 경화성 물질로 제조되는 경우로 나누어 설명한다. 첫 번째 경우 지지체(10, 101)는 폴리디메틸실록산(PDMS)로 형성되고, 두 번째 경우 지지체(10, 101)는 광 경화성 무기-유기 네크워크 복합체로 형성된다.

도 6은 인공 췌도 구조물의 첫 번째 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 6을 참고하면, 인공 췌도 구조물의 제조 방법은 광 조형 시스템을 이용하여 희생 몰드를 제조하는 제1 단계(S10)와, 희생 몰드에 액상의 지지체 형성 물질을 주입 후 경화시키는 제2 단계(S20)와, 경화된 지지체로부터 희생 몰드를 제거하여 지지체를 완성하는 제3 단계(S30)와, 지지체에 형성된 복수의 공간부에 췌도 세포를 위치시키는 제4 단계(S40)와, 지지체와 보호 피막을 접합시켜 복수의 췌도 세포를 가두는 제5 단계(S50)를 포함한다.

제1 단계(S10)에서 희생 몰드는 알칼리 계열의 광 경화 수지로 형성되며, 해상도가 우수한 투영 기반 마이크로 광 조형(projection based micro-stereolithography, pMSTL) 시스템을 이용하여 제조될 수 있다. 도 7에 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템의 개념도를 나타내었다.

도 7을 참고하면, 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템(40)은 광원인 자외선 램프(41)와, 광 경화 수지가 도포되는 투명한 윈도우(42)와, 자외선 램프(41)로부터 자외선을 제공받고 희생 몰드의 2차원 이미지를 구현하여 윈도우(42)로 제공하는 디지털 마이크로미러 장치(digital micromirror device, DMD)(43)와, 윈도우(42) 상에 설치되어 광 경화 수지의 경화 위치를 제어하는 3축 스테이지(44)를 포함한다.

디지털 마이크로미러 장치(43)는 화소별로 배치되어 개별적으로 제어되는 복수의 마이크로미러(431)를 포함한다. 자외선 램프(41)에서 방출된 자외선은 렌즈(45)와 셔터(46)를 거쳐 디지털 마이크로미러 장치(43)로 입사하고, 마이크로미러(431)의 작동에 의해 화소별 광량이 변화되어 2차원 자외선 이미지로 변환된 후 윈도우(42)로 제공된다. 디지털 마이크로미러 장치(43)와 윈도우(42) 사이에 포커싱 렌즈(47)가 배치될 수 있다.

윈도우(42)에 제공되는 2차원 이미지는 제작하고자 하는 희생 몰드의 3차원 이미지를 일정 간격으로 슬라이싱하여 얻은 2차원 이미지이다. 이로써 윈도우(42) 상에 도포된 광 경화 수지는 디지털 마이크로미러 장치(43)로부터 입사된 2차원 이미지에 의해 2차원 평면 형상으로 성형되고, 이 성형된 형상이 다층으로 적층되면서 의도한 형상의 희생 몰드로 완성된다.

도 8a는 제1 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 지지체를 제조하기 위한 희생 몰드(이하, 편의상 '제1 희생 몰드'라 한다)를 나타낸 사시도이고, 도 8b는 도 8a에 도시한 제1 희생 몰드의 분해 사시도이다.

도 8a와 도 8b를 참고하면, 제1 희생 몰드(501)는 상호 이격된 복수의 블록(51)과, 복수의 블록(51)을 일체로 연결하며 내부에 액상의 지지체 형성 물질이 흐르는 공간을 형성하는 연결 구조체(52)를 포함한다. 각각의 블록(51)은 지지체(10)의 공간부(11)와 같은 크기 및 같은 모양으로 형성된다.

연결 구조체(52)는 복수의 블록(51)의 상면과 하면에 밀착되어 복수의 블록(51)을 지지하는 한 쌍의 지지층(53)과, 복수의 블록(51)을 둘러싸며 한 쌍의 지지층(53) 사이에 위치하는 외곽층(54)과, 어느 한 지지층(53)의 외측에 밀착되는 주입층(55)을 포함한다. 한 쌍의 지지층(53)에는 각 블록(51)보다 작은 크기의 미세 관통공(531)이 형성되고, 주입층(55)의 중앙에는 액상의 지지체 형성 물질이 주입되는 주입구(551)가 형성된다.

한 쌍의 지지층(53)과 외곽층(54)으로 둘러싸인 복수의 블록(51) 사이의 공간이 제1 실시예의 지지체(10)와 같은 모양으로 이루어진다.

도 9a는 제2 실시예에 따른 인공 췌도 구조물의 지지체를 제조하기 위한 희생 몰드(이하, 편의상 '제2 희생 몰드'라 한다)를 나타낸 사시도이고, 도 9b는 도 9a에 도시한 제2 희생 몰드의 분해 사시도이다.

도 9a와 도 9b를 참고하면, 제2 희생 몰드(502)는 어느 한 지지층(53)과 복수의 블록(51)을 둘러싸는 외곽층(54) 사이에 프레임 모양의 보조 지지층(56)이 더 형성된 것을 제외하고 전술한 제1 희생 몰드와 같은 구조로 이루어진다. 제2 희생 몰드(502)에서 외곽층(54)으로 둘러싸인 복수의 블록(51) 사이 공간이 지지체(101)의 벽(12)에 대응하고, 보조 지지층(56)의 내부 공간이 지지체(101)의 바닥부(13)에 대응한다. 도 9b에서 도면 부호 521은 연결 구조체를 나타낸다.

제1 희생 몰드(501)와 제2 희생 몰드(502)의 형상은 도시한 예에 한정되지 않으며, 후술하는 제2 단계(S20)와 제3 단계(S30)를 거쳐 지지체 제조가 가능한 형상이면 모두 적용 가능하다.

도 10은 도 6에 도시한 인공 췌도 구조물의 제조 방법 중 제2 단계를 나타낸 개략도이다.

도 10을 참고하면, 제2 단계(S20)는 주사기 등의 주입 기구(60)를 이용하여 희생 몰드 안에 액상의 지지체 형성 물질을 주입하는 공정과, 지지체 형성 물질이 주입된 희생 몰드를 오븐에 투입하여 지지체 형성 물질을 열 경화시키는 공정을 포함한다. 액상의 지지체 형성 물질은 액상의 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하며, 24시간 동안 60℃의 온도 조건에서 경화될 수 있다. 도 10에서는 희생 몰드로 제1 희생 몰드(501)를 예로 들어 도시하였다.

제1 희생 몰드(501)에 액상의 지지체 형성 물질을 주입하면 제1 희생 몰드(501)에 채워져 있던 공기가 지지층(53)(도 8b 참조)의 미세 관통공(531)(도 8b 참조)을 통해 외부로 빠져나가면서 지지체 형성 물질이 제1 희생 몰드(501)의 내부 공간을 채운다. 제2 단계(S20)를 거쳐 제1 희생 몰드(501)에 지지체(10)가 부착된다.

도 11은 도 6에 도시한 인공 췌도 구조물의 제조 방법 중 제3 단계를 나타낸 개략도이다.

도 11을 참고하면, 제3 단계(S30)는 희생 몰드와 지지체(10)를 희생 몰드 식각액(62)에 담가 희생 몰드를 제거하는 공정과, 지지체(10)를 탈이온수(63)로 세정하는 공정을 포함한다. 희생 몰드 식각액(62)은 지지체(10)를 손상시키지 않으면서 희생 몰드만 선택적으로 제거하는 물질, 예를 들어 NaOH 용액이 사용될 수 있다. 제3 단계(S30)를 거쳐 지지체(10)가 완성된다. 도 11에서도 희생 몰드로 제1 희생 몰드(501)를 예로 들어 도시하였다.

도 10과 도 11에서 제1 희생 몰드(501) 대신 제2 희생 몰드(502)가 적용될 수 있다. 이 경우 제2 단계(S20)에서 액상의 지지체 형성 물질은 복수의 블록(51) 사이 공간뿐만 아니라 보조 지지층(56)의 내부 공간을 모두 채우며, 제2 단계(S20)와 제3 단계(S30)를 거쳐 한쪽면이 개방된 제2 실시예의 지지체(101)가 완성된다.

도 12는 제1 단계 내지 제3 단계를 거쳐 완성된 폴리디메틸실록산(PDMS) 지지체의 사진이고, 도 13은 도 12에 도시한 폴리디메틸실록산(PDMS) 지지체의 확대 현미경 사진이다. 도 12와 도 13을 참고하면, 복수의 공간부를 구비한 미세 구조의 지지체가 정밀하게 제조된 것을 확인할 수 있다.

다시 도 6을 참고하면, 제4 단계(S40)에서는 지지체에 형성된 복수의 공간부에 췌도 세포를 파종하는 작업이 이루어지고, 제5 단계(S50)에서는 지지체와 보호 피막을 접합시켜 복수의 췌도 세포를 가두는 작업이 이루어진다. 도 14에 미세 공극이 형성된 보호 피막의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 나타내었다. 전술한 제1 단계(S10) 내지 제5 단계(S50)를 거쳐 인공 췌도 구조물의 제작이 완료된다.

도 15는 인공 췌도 구조물의 두 번째 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 15를 참고하면, 인공 췌도 구조물의 제조 방법은 광 조형 시스템을 이용하여 지지체를 직접 제조하는 제1 단계(S100)와, 지지체에 형성된 복수의 공간부에 췌도 세포를 위치시키는 제2 단계(S200)와, 지지체와 보호 피막을 접합시켜 복수의 췌도 세포를 가두는 제3 단계(S300)를 포함한다.

제1 단계(S100)에서 해상도가 우수한 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템이 사용될 수 있다. 도 7을 참고하면, 두 번째 제조 방법에서는 첫 번째 제조 방법과 달리 윈도우(42) 상에 지지체 제조용 광 경화 물질이 도포되고, 윈도우(42)에 제공되는 2차원 이미지는 제작하고자 하는 지지체의 3차원 이미지를 일정 간격으로 슬라이싱하여 얻은 2차원 이미지가 적용된다.

따라서 윈도우(42) 상에 도포된 광 경화 물질은 디지털 마이크로미러 장치(43)로부터 입사된 2차원 이미지에 의해 2차원 평면 형상으로 성형되고, 이 성형된 형상이 다층으로 적층되면서 의도한 형상의 지지체로 완성된다.

다시 도 15를 참고하면, 제2 단계(S200)는 첫 번째 제조 방법의 제4 단계(S40)와 동일하고, 제3 단계(S300)는 첫 번째 제조 방법의 제5 단계(S50)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 두 번째 제조 방법에서는 광 조형 시스템을 이용하여 지지체를 직접 제조할 수 있으므로 인공 췌도 구조물의 제조 과정을 간소화할 수 있다.

전술한 두가지 제조 방법에 따르면, 쾌속 조형 기술의 하나인 투영 기반 마이크로 광 조형 기술을 이용하여 췌도 피막화를 위한 지지체를 단시간에 제작할 수 있고, 균일한 모양의 지지체를 다량으로 생산할 수 있다. 또한, 희생 몰드를 이용하여 지지체를 제작함으로써 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같이 생체 내 주입이 가능한 다양한 재료들로 지지체를 제작할 수 있으므로 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100, 200: 인공 췌도 구조물 10, 101: 지지체
11: 공간부 12: 벽
13: 바닥부 20: 보호 피막
21: 미세 공극 30: 췌도 세포
40: 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템
41: 자외선 램프 42: 윈도우
43: 디지털 마이크로미러 장치 431: 마이크로미러
44: 3축 스테이지 46: 셔터
501: 제1 희생 몰드 502: 제1 희생 몰드
51: 블록 52, 521: 연결 구조체
53: 지지층 54: 외곽층
55: 주입층 56: 보조 지지층

Claims

벽에 의해 상호 분리된 복수의 공간부를 형성하여 각 공간부에 췌도 세포를 독립적으로 위치시키는 지지체; 및
상기 복수의 공간부를 덮도록 상기 지지체에 고정되어 췌도 세포를 가두며, 항체보다 작은 크기의 미세 공극을 구비하는 보호 피막
을 포함하는 인공 췌도 구조물.
제1항에 있어서,
상기 복수의 공간부는 상기 지지체를 관통하도록 형성되어 상기 지지체의 양쪽면을 개방시키며, 상기 보호 피막은 두 개로 구비되어 상기 지지체의 양쪽면에 하나씩 접합되는 인공 췌도 구조물.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 상기 벽과 연결된 바닥부를 포함하고, 상기 복수의 공간부는 상기 지지체의 한쪽면을 개방시키며, 상기 보호 피막은 한 개로 구비되어 상기 지지체의 한쪽면에 접합되는 인공 췌도 구조물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 공간부는 같은 크기와 같은 모양을 가지며, 이웃한 공간부와 등간격으로 배치되어 상기 지지체 전체에서 균일한 패턴으로 배치되는 인공 췌도 구조물.
제4항에 있어서,
상기 지지체는 단층 구조이고, 기 설정된 두께를 가지는 인공 췌도 구조물.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 폴리디메틸실록산(PDMS)과 광 경화성 무기-유기 네크워크 복합체 중 어느 하나를 포함하는 인공 췌도 구조물.
제1항에 있어서,
상기 보호 피막은 생체 적합성 조직 접합제를 이용하여 상기 지지체에 접합되는 인공 췌도 구조물.
광 조형 시스템으로 광 경화 수지를 입체로 성형하여 제조하고자 하는 지지체와 역상의 모양을 가지는 희생 몰드를 제조하는 단계;
상기 희생 몰드에 액상의 지지체 형성 물질을 주입 후 경화시키는 단계;
상기 경화된 지지체로부터 상기 희생 몰드를 제거하여 복수의 공간부가 형성된 지지체를 제조하는 단계;
상기 지지체에 형성된 복수의 공간부에 췌도 세포를 위치시키는 단계; 및
항체보다 작은 크기의 미세 공극이 형성된 보호 피막을 준비하고, 상기 복수의 공간부를 덮도록 상기 지지체에 상기 보호 피막을 접합시키는 단계
를 포함하는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 광 조형 시스템으로 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템이 적용되는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 희생 몰드는 상기 복수의 공간부에 대응하는 복수의 블록과, 상기 복수의 블록을 일체로 연결하며 상기 지지체 형성 물질이 흐르는 내부 공간을 형성하는 연결 구조체를 포함하는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 연결 구조체는,
상기 복수의 블록을 둘러싸는 외곽층;
상기 복수의 블록 및 상기 외곽층의 상면과 하면에 밀착되며 복수의 미세 관통공을 형성하는 한 쌍의 지지층; 및
상기 한 쌍의 지지층 가운데 어느 한 지지층의 외측에 위치하며 주입구를 형성하는 주입층
을 포함하는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 연결 구조체는 상기 한 쌍의 지지층 가운데 어느 한 지지층과 상기 외곽층 사이에 위치하는 프레임 모양의 보조 지지층을 더 포함하는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액상의 지지체 형성 물질은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하며, 열에 의해 경화되는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
광 조형 시스템으로 광 경화 물질을 입체로 성형하여 복수의 공간부가 형성된 지지체를 제조하는 단계;
상기 지지체에 형성된 복수의 공간부에 췌도 세포를 위치시키는 단계; 및
항체보다 작은 크기의 미세 공극이 형성된 보호 피막을 준비하고, 상기 복수의 공간부를 덮도록 상기 지지체에 상기 보호 피막을 접합시키는 단계
를 포함하는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 광 조형 시스템으로 투영 기반 마이크로 광 조형 시스템이 적용되는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 지지체는 광 경화성 무기-유기 네크워크 복합체를 포함하는 인공 췌도 구조물의 제조 방법.