KR101270133B1 - 줄기세포 배양장치 - Google Patents

줄기세포 배양장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101270133B1
KR101270133B1 KR1020100124223A KR20100124223A KR101270133B1 KR 101270133 B1 KR101270133 B1 KR 101270133B1 KR 1020100124223 A KR1020100124223 A KR 1020100124223A KR 20100124223 A KR20100124223 A KR 20100124223A KR 101270133 B1 KR101270133 B1 KR 101270133B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light source
light
stem cell
cell culture
stem cells
Prior art date
Application number
KR1020100124223A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120063154A (ko
Inventor
황해령
글렌 칼더헤드 로버트
Original Assignee
주식회사 루트로닉
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 루트로닉 filed Critical 주식회사 루트로닉
Priority to KR1020100124223A priority Critical patent/KR101270133B1/ko
Priority to PCT/KR2011/009440 priority patent/WO2012077980A2/ko
Publication of KR20120063154A publication Critical patent/KR20120063154A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101270133B1 publication Critical patent/KR101270133B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/22—Transparent or translucent parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/34—Internal compartments or partitions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/10—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by light emitting elements located inside the reactor, e.g. LED or OLED
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion

Abstract

본 발명은 줄기세포 배양장치에 대한 것으로서, 특히 가시광선 영역에서 근적외선 영역의 파장 중 특정 대역의 파장 광을 이용해 줄기세포의 증식율과 수명을 높이되, 광원과 배양환경을 분리함으로써 광원으로 인해 배양환경의 온도가 상승하는 것과 같은 문제를 최소화할 수 있는 줄기세포 배양장치에 대한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 내부에 배양 대상 줄기세포를 담은 용기를 수용하는 밀폐형 배양챔버, 상기 배양챔버 상부에 위치하며 상기 용기로 광을 조사하기 위한 광원 및 상기 광원을 제어하는 광원제어부를 포함하되, 상기 광원제어부는 상기 줄기세포의 증식모드 또는 상기 줄기세포의 유지모드 중 어느 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치에 의해 달성된다.

Description

줄기세포 배양장치{Apparatus for culturing stem cells}
본 발명은 줄기세포 배양장치에 대한 것으로서, 특히 가시광선 영역에서 근적외선 영역의 파장 중 특정 대역의 파장 광을 이용해 줄기세포의 증식율과 수명을 높이되, 광원과 배양환경을 분리함으로써 광원으로 인해 배양환경의 온도가 상승하는 것과 같은 문제를 최소화할 수 있는 줄기세포 배양장치에 대한 것이다.
줄기세포(stem cell)란 아직 분화하지 않은 미성숙 상태의 세포로서 체외 배양에서도 미분화 상태를 유지하면서 무한정으로 분열, 복제할 수 있는 능력을 갖는 세포를 말한다. 또한, 개체의 발달 시기와 위치하는 장소 등에 따라 생물체를 이루는 많은 종류의 서로 다른 세포로 분화해 나갈 수 있는 모세포이므로 이러한 줄기세포를 추출하여 환자의 병변에 이식하면 손상된 세포가 정상적으로 복원돼 병이 치료되거나 조직과 장기가 재생되는 효과를 볼 수 있다.
한편, 사람의 줄기세포는 유래에 따라 수정란이 처음 분열할 때 형성되는 만능 줄기세포(난자와 정자의 수정이후 8세포기까지), 이 만능 줄기세포들이 계속 분열해 만들어지는 배아 줄기세포(전분화능세포, pluripotent cell) 그리고 성숙한 조직과 기관에 들어있는 다기능 줄기세포(성체 줄기세포, multipotent cell) 등으로 나눌 수 있으며, 그 수득과정에서 윤리적 문제 등과 같은 현실적인 문제점이 존재하는데 배아 줄기세포의 경우, 상당한 논란을 일으키면서 몇몇 국가에서는 사용을 금지하기도 하였다.
성체 줄기세포는 환자로부터 채취하여 동일 환자에게 재이식되는 특성으로 인해 자가 줄기세포라고도 불리는 것으로, 자가 PRP(Platelet Rich Plasma, 혈소판 농축혈장)가 상처 및 뼈 치료에 성공적으로 사용되는 것은 바로 이러한 자가 줄기세포와 관계된다. 이러한 성체 줄기세포의 경우는 사실상 사용 금지문제가 거의 없으나 그 수가 극히 적고 주요 시술을 위해 충분한 양으로 증식시키는데 어려움이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 외인성 줄기세포는 환자 외부에서 유래될 수 있으며, 자가 줄기세포보다 충분히 많은 수로 확보가능하다. 윤리적으로 허용 가능한 외부 유래 소스는 특수한 줄기세포 은행 기관에 기증된 인간의 장기와 조직, 제대혈, 동물 배아 줄기세포(논란에서 자유롭지는 않다) 그리고 인간 양수가 있다. 후자는 풍부한 다기능 줄기세포를 제공하며, 다양한 줄기세포 소스에 대해 바티칸으로부터 승인을 받은 바 있다.
발명의 발명자는 특정 파장대역의 광을 정기적으로 줄기세포에 조사하면 줄기세포의 증식율과 수명이 월등히 높아진다는 것을 발견하였으며, 이를 이용한 줄기세포 배양장치를 설계하였다. 줄기세포의 수명을 높이기 위해서는 충분한 광량이 제공되어야 하는데 광원과의 거리가 가깝게 설계되는 경우, 광원에서 발생하는 열이 줄기세포에 직접적으로 영향을 주는 문제점이 발견되었다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 특정 파장대역의 광을 이용하여 줄기세포의 증식율과 수명을 늘리는 줄기세포 배양장치를 제공하기 위한 목적이 있다.
또한, 광원의 발열에 의해 줄기세포의 배양환경에 영향을 줄 수 있는 요인을 제거한 줄기세포 배양장치를 제공하기 위한 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 내부에 배양 대상 줄기세포를 담은 용기를 수용하는 밀폐형 배양챔버, 상기 배양챔버 상부에 위치하며 상기 용기로 광을 조사하기 위한 광원 및 상기 광원을 제어하는 광원제어부를 포함하되, 상기 광원제어부는 상기 줄기세포의 증식모드 또는 상기 줄기세포의 유지모드 중 어느 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치에 의해 달성된다.
이때, 상기 배양챔버는 내부의 온도을 조절하는 온도조절수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배양챔버 내부의 가스농도를 조절하는 가스조절수단을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 가스농도는 O2와 CO2의 비율로 결정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원은 발광다이오드(LED) 또는 레이저다이오드(LD)를 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 레이저다이오드(LD)를 사용한 경우는 디포커스되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 광원에서 조사되는 광의 파장은 400nm 내지 940nm 범위인 것이 바람직하며, 특히 상기 광원으로부터 용기로 조사되는 광의 에너지는 1 내지 15J/cm2인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원제어부의 상기 증식모드는 광원을 2주에 1회 내지 7회 작동시키는 제어모드이며, 상기 유지모드는 2달에 1회 내지 5회 작동시키는 제어모드이다.
또한, 상기 줄기세포 배양장치는 광원의 온도를 조절하기 위한 광원온도조절수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 광원온도조절수단은 냉각팬을 포함하는 공냉식이거나 광원에 결합된 냉매 탱크, 일단이 냉매 탱크에 연결되어 냉매를 유입시키는 유입호스, 일단이 냉매 탱크에 연결되어 냉매를 유출시키는 유출호스 그리고 유입호스와 유출호스의 타단에 연결되어 냉매를 냉각시키고 순환시키는 냉매순환부를 포함하는 수냉식일 수 있다.
또한, 상기 줄기세포 배양장치는 용기와 광원 사이의 거리를 조절할 수 있도록 광원의 높이를 상하로 조절할 수 있는 거리조절수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배양챔버는 상부에 광투과성의 투명격벽을 더 포함하고, 상기 광원은 상기 투명격벽을 통해 상기 배양챔버 내부로 광을 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원 및 상기 투명격벽에 대해 외부 광을 차단하는 덮개인 광차단부재를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 광차단부재는 밀폐수단 내부의 공기를 외부와 순환시키기 위한 공기순환수단을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 특정 파장대역의 광을 이용하여 줄기세포의 증식율과 수명을 늘리는 줄기세포 배양장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광원의 발열에 의해 줄기세포의 배양환경에 영향을 줄 수 있는 요인을 제거한 줄기세포 배양장치를 제공할 수 있는 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 줄기세포 배양장치의 개념도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 줄기세포 배양장치의 광원 및 광원온도조절수단의 개념도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 줄기세포 배양장치의 냉매 탱크에 대한 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 줄기세포 배양장치의 내부를 나타낸 개념도이다.
본 실시예의 줄기세포 배양장치는 배양챔버(100), 가스조절수단(200), 온도조절수단(미도시), 광원(300), 광원온도조절수단(310) 등으로 구성된다.
배양챔버(100)는 내부에 줄기세포를 담은 용기(10)를 수용하는 구조로서 도시되지는 않았으나 위 용기(10)를 배양챔버(100) 내에 넣거나 뺄 수 있는 도어가 구비될 수 있으며, 배양챔버(100) 내부를 관찰할 수 있는 윈도우가 설치될 수도 있다. 윈도우가 설치된 경우에는 관찰하지 않을 때 내부에 외부 광이 유입되지 않도록 윈도우를 가리는 커튼 등이 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 도어와 윈도우는 일체로 구성될 수 있다.
배양챔버(100)에 수용되는 용기(10)는 시험관, 플라스크, 배양접시가 사용될 수 있다. 용기(10)에 수용되어 배양되는 줄기세포는 신경상피 줄기세포, 중간엽줄기세포, 조혈모세포 등 인간과 동물의 모든 형태의 줄기세포가 될 수 있다.
배양챔버(100)에는 배양챔버(100) 내부의 공기 중 가스농도를 줄기세포배양에 적절하게 조절할 수 있는 가스조절수단(200)이 결합되며, 줄기세포배양에 적절한 온도 등의 환경을 제공할 수 있도록 한다. 특히, 가스조절수단(200)에는 줄기세포의 배양에 있어서 적절한 O2/CO2 비율 및 이러한 가스 분위기의 유지를 위한 가스 순환수단이 포함될 필요가 있다. 가스 순환수단은 적절한 O2/CO2 비율을 갖는 가스를 배양챔버(100) 내부로 유입시키는 유입구와 배양챔버(100) 내부의 가스를 배출하는 배출구를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 배양챔버(100)에는 배양챔버(100)의 내부 온도를 조절하기 위한 온도조절수단(미도시)이 결합되며, 온도조절수단(미도시)은 가열수단과 냉각수단이 결합된 구성으로서 직접 배양챔버(100)의 내벽을 가열하거나 냉각하도록 결합되거나 가스조절수단(200)을 통해 유입되는 가스를 가열 또는 냉각하여 배양챔버(100) 내부로 유입시킴으로써 간접적으로 배양챔버(100)의 온도를 조절하도록 구성될 수 있다.
배양챔버(100)에는 또한 가스조절수단(200)이 적절히 배양환경을 조절하고 있는지 확인할 수 있는 온도센서나 가스센서와 이 센서들의 데이터를 연산해 배양챔버(100) 외부에 표시하는 배양챔버(100) 제어부가 부가될 수 있으며, 이러한 배양챔버(100) 제어부는 단순히 센서의 데이터를 표시하는 것 이외에도 후술하는 광원(200), 온도조절수단(미도시), 가스조절수단(200) 및 거리조절수단(320) 등을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
사용자가 배양챔버(100) 내부와 격리된 상태에서 제어부를 제어하기 위해 제어부의 제어패널은 배양챔버(100)의 외부에 위치하도록 하며, 제어패널은 사용자가 설정한 광조사 시간과 광조사 동작의 남은 시간, LED출력(mW), 광출력특성(연속파 또는 펄스 주파수 설정), 광파장 등의 파라미터를 조정하는 컨트롤 버튼과 조정된 결과를 출력하는 디스플레이가 포함된다.
배양챔버(100)의 상부는 광투과성 투명격벽(110)을 포함하며, 투명격벽(110)의 상부에는 배양챔버(100)의 내부로 조정된 광을 조사하는 광원(300)을 포함한다. 광투과성 투명격벽(110)은 통상적으로 유리패널을 사용할 수 있으나 목적에 따라서는 특정파장의 광을 차단할 수 있는 광필터를 사용할 수 있다. 투명격벽(110)은 광은 통과시키되 공기나 열을 차단하여 광원(300)의 열에 의해 배양챔버(100) 내부의 온도가 영향을 받는 것을 차단하는 역할을 한다.
광원(300)은 발광다이오드 또는 레이저다이오드의 어레이를 사용한 면 형태의 광원인 것이 바람직하며, 파장 대역은 400nm 내지 940nm 범위의 근적외선에서 가시광선 영역 중에서 선택되고, 그 파장 대역의 범위는 협소한(1nm 이하) 것이 바람직하다. 레이저 반도체 어레이를 사용할 경우 각 레이저 반도체는 디포커스되어 용기에 균일한 광이 조사되도록 한다.
또한, 광원(300)은 광파장 범위를 조절할 수 있는 것이 바람직하며, 광파장 범위의 조절은 다이오드 헤드를 교체하거나 방출 파장 특성이 다른 발광다이오드들을 어레이에 적절하게 배열하여 구현할 수 있다.
광원(300)의 광출력이나 그 주기 또는 펄스폭을 조절하기 위해 별도의 광원제어부가 외부에 마련될 수 있으며, 이때 광원제어부는 위 배양챔버(100) 제어부에 일체로 형성될 수 있다. 광원제어부는 광의 파장과 에너지 레벨, 주파수를 정밀하게 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
특히, 광원제어부는 광출력에 의해 용기에 도달되는 광의 에너지가 1 내지 15J/cm2가 되도록 것이 바람직하며, 줄기세포를 증식시키기 위한 증식모드 또는 증식된 줄기세포를 유지시키기 위한 유지모드 중 어느 하나 이상을 갖을 수 있다. 증식모드는 광원을 2주에 1회 내지 7회 작동시키는 제어모드이며, 유지모드는 2달에 1회 내지 5회 작동시키는 제어모드이다.
한편, 광원(300)은 반도체인 발광다이오드를 사용할 경우 발열이 미미하나 발광다이오드의 구동회로의 발열이 발광다이오드에 전달되어 그 동작특성에 영향을 미쳐 이상적인 파장대역으로부터 광의 파장대역이 이동될 수 있으므로 광원(300)의 열을 냉각시키기 위한 광원온도조절수단(310)이 결합된다. 광원(300)이 반도체 레이저인 경우 반도체 레이저와 회로의 발열 모두를 고려하여야 한다. 광원온도조절수단(310)은 이러한 구동회로의 열을 제거함으로써 발광다이오드가 이상적인 파장대역의 광을 조사할 수 있도록 한다.
광원온도조절수단(310)은 광원(300)의 광조사면 반대면에 냉각팬이 결합된 공냉식을 사용하거나 냉매의 순환에 의한 수냉식 등 다양한 냉각수단이 이용될 수 있다.
도 2는 광원온도조절수단(310)이 수냉식인 경우의 예시적인 구조이다. 기본적으로 광원온도조절수단(310)은 냉매 탱크(312), 유입호스(316), 유출호스(317) 및 냉매순환부(318)를 포함하여 구성된다. 냉매 탱크는 광원(300)의 광조사면에 대해 반대면에 결합되어 광원(300)의 구동 회로에서 발생되는 열이 냉매 탱크에 저장된 냉매로 빠져나오도록 한다. 냉매 탱크(312)에는 냉매가 냉매 탱크(312) 내부에 유입되는 유입구(314)와 유출되는 유출구(315)를 포함하며, 유입구(314)와 유출구(315)에는 각각 유입 호스(316)와 유출 호스(317)가 결합된다. 냉매 탱크의 냉매는 냉매 탱크에 각각 일단이 연결된 유입 호스(316)와 유출 호스(317)에 의해 냉매 탱크(312)로 유입 및 유출되며, 유입 호스(316)와 유출 호스(317)의 타단에는 냉매순환부(318)가 연결된다. 냉매순환부(318)에서는 유출 호스(317)로부터 냉매를 유입받아 냉각시키며, 냉각된 냉매를 다시 유입 호스(316)로 일정한 압력으로 내보내도록 구성되어 전체적으로 냉매가 냉매 탱크(312)에서 열을 받고 냉매순환부(318)에서 열을 배출하면서 순환되도록 한다.
도 3은 냉매 탱크의 단면도로서 냉매 탱크(312)는 통상적으로 냉매를 저장하는 빈 공간을 갖는 탱크 형상일 수 있으나 도 3에서와 같이 내부에 격벽(313)을 포함함으로써 유로를 형성하여 열을 효율적으로 전달받을 수 있는 구조를 가질 수 있다. 또한, 광원(300)으로부터 냉매 탱크(312) 내부의 냉매로 열전달이 용이하도록 광원(300)과 냉매 탱크(312) 사이에는 금속 재료와 같은 열전달율이 높은 재료로 이루어진 판재인 열전달부재(311)가 형성될 수 있다.
또한, 광원(300)에는 광원(300)의 광조사높이를 조절할 수 있는 거리조절수단(320)이 결합되어 줄기세포와 광원(300)과의 거리를 조절할 수 있도록 구성된다. 광원(300)은 수평으로 지지하는 지지대(321)에 의해 지지되고, 거리조절수단(320)은 수직 로드(rod)에 이러한 지지대(321)가 상하로 이동가능하도록 결합되어 광원(300)과 줄기세포를 담은 용기(100)와의 거리를 조절한다. 이때, 거리조절수단(320)의 제어는 위 광원제어부 또는 배양챔버(100) 제어부에서 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 광원(300)에는 조사되는 광이 아닌 외부 광이 투명격벽(110)을 통해 배양챔버(100) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 투명격벽(110)과 광원(300)을 둘러싸고 외부 광을 차단하는 광차단부재(330)가 설치될 수 있다. 특히, 광원온도조절수단(310)이 공냉식인 경우 광차단부재(330)에 의해 외부로 공기가 빠져나오지 못해 광원온도조절수단(310)이 있음에도 불구하고 광원(300)이 냉각되지 못하는 상태가 될 수 있다. 이를 위해 광차단부재(330)의 내부 공기와 외부 공기를 순환시킬 수 있는 공기순환수단(340)이 광차단부재(330)에 설치되는 것이 바람직하며, 공기순환수단(340)은 단순한 통풍구가 될 수 있으나 적극적으로 공기를 유입시키거나 유출시키는 팬으로 구성될 수 있다.
<실험예>
돼지의 조직은 인간에 생체적합성을 갖는 좋은 예이다. 예를 들어, 특별히 처리된 돼지 피부는 인간의 화상치료의 이식 치료용으로 일반적으로 사용되고 있으며, 돼지의 심장 판막은 인간의 심장 판막의 대체용으로 사용되고 있다.
줄기세포와 관련하여 연구를 위한 최고의 세포는 배아로부터 얻는 전분화능 줄기세포이다. 이러한 전분화능 줄기세포는 다양한 조각들을 포함하므로 각 동물로부터 수득될 수 있으며, 유전적으로 여러 종류의 신경 조직 특히 뉴런과 성상세포로 분화되는 신경상피 줄기세포(NSCs)는 배아의 중뇌 도관으로부터 비교적 쉽게 얻을 수 있다.
돼지의 신경상피 줄기세포를 배양액에서 증식시키고, 배양된 신경상피 줄기세포의 수를 일정 기간 이상 유지시키는 실험을 하였다.
1. 실험준비
생후 14일 된 돼지의 배아로부터 중간뇌판(mesencephalic plate)를 분리하고, 신경상피 줄기세포를 현미경을 통해 추출하였다. 증식된 줄기세포가 다른 동물에게 제대로 이식될 수 있는 확인하는 추가적인 실험을 위해 돼지는 트랜스제닉(transgenic)된 '그린 피그(Green Pigs)'를 사용하여 호스트 조직과 도너 조직을 식별할 수 있도록 하였다. 추출된 세포는 소태아혈청(Fetal Bovine Serum) 15%, 항생물질들을 포함하는 배양액을 담은 배양 접시에서 배양되었다. 세포는 37℃에서 배양되고, 뉴로스피어(Neurospheres)의 형성이 관찰된 것이다. 형성된 뉴로스피어는 네스틴(Nestin) 면역염색법에 의해 진정한 줄기세포를 포함하는지 확인하였다.
2. 증식실험
뉴로스피어의 형성 후 배양 접시에는 830nm의 디포커스(defocus)된 레이저빔이 조사되었다. 레이저빔 발생장치로는 GaAlAs 다이오드 레이저(모델명: OhLaser-3D1, JMLL사)가 사용되었으며, 2주에 3회 정도 조사하되 실험군을 분리하여 각각 1, 2, 4, 6, 8, 10 및 15 J/cm2의 에너지를 조사하였다. 레이저빔 발생수단은 배양 접시로부터 정확히 같은 높이에 있도록 하여 디포커스된 레이저빔이 배양접시에서 직경 5cm가 되도록 하였다. 각 실험군은 정확히 같은 방법으로 다루어졌으며, 실험군과의 비교를 위해 레이저빔을 조사하지 않은 대조군을 준비하였다.
뉴로스피어의 증식은 광조사 후 1주, 2주, 4주 그리고 6주 후에 평가되었으며, 평가방법으로 샘플 뉴로스피어에 대해 네스틴(Nestin) 염색을 이용하여 뉴로스피어에 줄기세포가 포함하는지 평가하였다.
증식실험의 결과 뉴로스피어는 레이저빔을 조사하지 않은 경우부터 10J/cm2까지 레이저빔의 에너지가 높아질수록 그 수가 증가된 것이 확인되었다. 증식된 모든 뉴로스피어는 훌륭한 생존 줄기세포의 수를 가지고 포지티브로 염색되었다. 15J/cm2의 레이저빔을 조사한 표본에서는 뉴로스피어의 수가 급격히 줄어들었으나 여전히 대조군에 비해서는 높게 유지되었다. 6주 후의 평가에서는 6, 8, 10J/cm2의 레이저빔을 조사한 표본에서 통계적 유의성을 가졌으며(p(모비율)=0.05, 0.01, 0.001), 특히 10J/cm2의 레이저빔이 줄기세포의 증식에 가장 적절한 것으로 나타났다.
3. 유지실험
증식된 뉴로스피어 배양물들을 인큐베이터에 유지하면서 매달 1회 내지 2회 지속파의 830nm로 디포커스된 레이저빔을 증식실험에서 가장 효과적인 것으로 확인된 10J/cm2의 에너지로 조사하였다. 한편 실험군과의 대조를 위해 레이저빔을 조사하지 않은 대조군을 준비하였다. 실험 시작 후 1, 2, 4, 6, 8 ,12개월에 뉴로스피어의 수가 유지되는지 여부를 확인하였으며, 샘플 뉴로스피어에 대해 네스틴 염색을 적용하여 줄기세포의 양과 질을 확인하였다.
실험결과 레이저빔을 1회를 조사한 실험군과 2회를 조사한 실험군 모두 12개월까지 대조군과 비교하여 통계적 유의성을 가지고 뉴로스피어의 수가 유지되었다. 각 뉴로스피어의 줄기세포의 질과 양도 함께 유지된 것이 확인되었다. 대조군의 경우 2개월째 평가에서 뉴로스피어의 수가 줄어들기 시작하였으며, 12개월 후에는 뉴로스피어가 거의 남아있지 않았고, 줄기세포의 질과 양도 매우 낮은 것으로 확인되었으며, 일부는 분화된 모습을 보였다. 레이저빔을 매달 1회 조사한 경우 증식된 뉴로스피어의 유지에 가장 적절한 것으로 평가되었다.
4. 이식실험
생후 12주된 수컷 실험쥐를 사용하여 앞에서 배양된 돼지의 뉴로스피어의 이식실험을 진행하였다. 실험쥐는 모두 파킨슨병과 헌팅던병을 보유하고 있으며, 이식을 하는 실험군과 이식을 하지 않은 대조군으로 나누었다. 실험군에 대해서는 흑질(Substantia nigra)에 배양된 뉴로스피어를 이식하였다.
실험군에 대해서는 2주마다 일부 표본을 해부하여 자외선 조사에 의해 그린 형광물질을 확인함으로써 도너 조직의 생존여부를 확인하고, 네스틴 염색으로 줄기세포의 생존을 확인하였다.
또한 표본에 대해 염색을 통해 이식영역에서 신경계(Golgi 염색) 또는 성상세포(Holzer 염색)가 자라나고 있는지 확인하였다. 또한, 동시에 질병과 관련된 행동이 개선되었는지 확인하였다.
실험결과 실험군에 대해 파킨슨병과 헌팅던병 그룹 모두 이식 후 6주 후부터 6개월 동안 걸음걸이가 개선된 것이 확인되었다. 특히 파키슨병 그룹은 제자리 돌기 성향이 줄고, 헌팅던병 그룹은 기억력이 향상되었다(Maze Training). 표본의 조직 실험에서는 파킨슨병 그룹의 경우 중뇌의 복측피개영역에서 새로운 도파민작용성 뉴런(Golgi 염색)이 자라나 신경계가 자라난 것이 확인되었고, 이들 모두 자외선에 그린 형광을 띄어 호스트가 아닌 도너로부터 발생된 것을 확인하였다. 헌팅던 그룹의 경우 그린 형광을 나타내는 신경 세포(Holzer 염색)가 자라난 것이 확인되었다.
10 : 용기 100 : 배양챔버
110 : 투명격벽 200 : 가스조절수단
300 : 광원 310 : 광원온도조절수단
311 : 열전달부재 312 : 냉매 탱크
313 : 격벽 314 : 유입구
315 : 유출구 316 : 유입 호스
317 : 유출 호스 318 : 냉매순환부
320 : 거리조절수단 321 : 지지대
330 : 광차단부재 340 : 공기순환수단
210 : 온도조절수단

Claims (16)

  1. 내부에 배양 대상 줄기세포를 담은 용기를 수용하는 밀폐형 배양챔버;
    상기 배양챔버 상부에 위치하며 상기 용기로 광을 조사하기 위한 광원 및
    상기 광원을 제어하는 광원제어부
    를 포함하되,
    상기 광원의 온도를 조절하기 위한 광원온도조절수단을 더 포함하며, 상기 광원제어부는 상기 줄기세포의 증식모드 또는 상기 줄기세포의 유지모드 중 어느 하나 이상을 갖고, 상기 광원온도조절수단은,
    상기 광원에 결합된 냉매 탱크;
    일단이 상기 냉매 탱크에 연결되어 냉매를 유입시키는 유입호스;
    일단이 상기 냉매 탱크에 연결되어 냉매를 유출시키는 유출호스 및
    상기 유입호스와 상기 유출호스의 타단에 연결되어 상기 냉매를 냉각시키고 순환시키는 냉매순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양챔버 내부의 온도을 조절하는 온도조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양챔버 내부의 가스농도를 조절하는 가스조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.

  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스농도는 O2와 CO2의 비율인 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 발광다이오드(LED) 또는 레이저다이오드(LD)를 이용하는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원에서 조사되는 광의 파장은 400nm 내지 940nm 범위인 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 상기 용기로 조사되는 광의 에너지는 1 내지 15J/cm2인 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증식모드는 상기 광원을 2주에 1회 내지 7회 작동시키는 있는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지모드는 상기 광원을 2달에 1회 내지 5회 작동시키는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원온도조절수단은 냉각팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 줄기세포 배양장치.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기와 상기 광원 사이의 거리를 조절할 수 있도록 상기 광원의 높이를 상하로 조절할 수 있는 거리조절수단을 더 포함하는 줄기세포 배양장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양챔버는 상부에 광투과성의 투명격벽을 더 포함하고 상기 광원은 상기 투명격벽을 통해 상기 배양챔버 내부로 광을 조사하는 줄기세포 배양장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 투명격벽에 대해 외부 광을 차단하는 덮개인 광차단부재를 더 포함하는 줄기세포 배양장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광차단부재는 내부의 공기를 외부와 순환시키기 위한 공기순환수단을 더 포함하는 줄기세포 배양장치.
KR1020100124223A 2010-12-07 2010-12-07 줄기세포 배양장치 KR101270133B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100124223A KR101270133B1 (ko) 2010-12-07 2010-12-07 줄기세포 배양장치
PCT/KR2011/009440 WO2012077980A2 (ko) 2010-12-07 2011-12-07 줄기세포 배양장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100124223A KR101270133B1 (ko) 2010-12-07 2010-12-07 줄기세포 배양장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120063154A KR20120063154A (ko) 2012-06-15
KR101270133B1 true KR101270133B1 (ko) 2013-05-31

Family

ID=46207607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100124223A KR101270133B1 (ko) 2010-12-07 2010-12-07 줄기세포 배양장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101270133B1 (ko)
WO (1) WO2012077980A2 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107711507B (zh) * 2017-11-13 2022-09-30 华侨大学 一种植物组织培养一体化装置
KR102072158B1 (ko) * 2018-06-07 2020-01-31 박준한 혼합액 주입 장치
WO2019245078A1 (ko) * 2018-06-20 2019-12-26 주식회사 디오스템스 줄기세포 증식기
WO2019245079A1 (ko) * 2018-06-20 2019-12-26 주식회사 디오스템스 필터 어셈블리 및 이를 포함하는 줄기세포 증식기
CN111154648B (zh) * 2019-12-27 2022-10-25 新乡医学院三全学院 一种干细胞源性外泌体培养装置
CN112322459B (zh) * 2020-10-14 2021-06-18 广州市粤家科技发展有限公司 一种微生物培养用光源强度调整设备
KR102572369B1 (ko) * 2020-11-11 2023-08-30 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 세포 및 동물용 광치료 테스트 장치
CN114181828B (zh) * 2021-12-03 2022-10-28 深圳市新一仑生物科技有限公司 一种基于模块化的干细胞自动扩增培养设备
CN117070349B (zh) * 2023-08-28 2024-01-19 杭州诚佑生物科技有限公司 一种基于红光照射原理改善干细胞活跃度的培养皿

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004524046A (ja) * 2001-04-26 2004-08-12 ソシエテ・ヌベル・セル・ティシュー・プログレス 温度調節を備えた細胞および組織培養装置
KR100967624B1 (ko) * 2008-02-20 2010-07-05 전남대학교산학협력단 배양 조건을 유지하기 위한 광섬유 유도 광조사 장치 및방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4068919B2 (ja) * 2002-08-02 2008-03-26 浜松ホトニクス株式会社 細胞培養装置及び方法
JP2007222089A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Sumitomo Chemical Co Ltd 光照射微生物培養装置、並びに、光照射微生物培養試験方法
KR200419404Y1 (ko) * 2006-04-11 2006-06-20 윤택림 세포자극용 광조사기
KR200425122Y1 (ko) * 2006-06-13 2006-08-29 (주)바이오아테코 배양기
KR100799988B1 (ko) * 2006-11-30 2008-01-31 연세대학교 산학협력단 줄기세포 배양을 위하여 다양한 기계적 자극을 가하는 세포 배양 장치 및 그것을 이용한 줄기세포 배양방법
KR100960106B1 (ko) * 2008-01-21 2010-05-27 전남대학교산학협력단 다중 세포배양기를 구비한 인큐베이터

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004524046A (ja) * 2001-04-26 2004-08-12 ソシエテ・ヌベル・セル・ティシュー・プログレス 温度調節を備えた細胞および組織培養装置
KR100967624B1 (ko) * 2008-02-20 2010-07-05 전남대학교산학협력단 배양 조건을 유지하기 위한 광섬유 유도 광조사 장치 및방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012077980A2 (ko) 2012-06-14
WO2012077980A3 (ko) 2012-10-04
KR20120063154A (ko) 2012-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101270133B1 (ko) 줄기세포 배양장치
JP6928598B2 (ja) ヒトおよび大型哺乳動物の肺のバイオリアクター
Williams et al. Perfusion bioreactor for small diameter tissue-engineered arteries
Telfer Fertility preservation: progress and prospects for developing human immature oocytes in vitro
GB2438352A (en) Cell culture chamber
JPWO2004011593A1 (ja) 生体由来の細胞または組織の自動培養装置
CN104342402B (zh) 一种骨髓去分化间充质干细胞的培养方法
JP6377929B2 (ja) 幹細胞培養装置、および幹細胞培養方法
JP4564720B2 (ja) インキュベータおよび細胞培養方法
JP2007508025A (ja) 二つのキャビネットを備えた実験室用装置
CA2676546A1 (en) Method for preparing an organ for transplantation
JP7023277B2 (ja) 生体内環境に近い培養容器およびそれを備える培養ディッシュ
KR20170058405A (ko) 포유류 정자의 품질을 향상시키기 위한 방법
KR102157896B1 (ko) 광 투과도를 이용한 세포 배양 상태를 확인할 수 있는 세포배양기 및 세포배양 모니터링 및 제어 시스템
JP2012080839A (ja) 工業的に培養可能な藻体の培養システム
KR102191186B1 (ko) 광 투과도를 이용한 세포 배양 상태를 확인할 수 있는 세포배양기 및 세포배양 모니터링 및 제어 시스템
CN112569227A (zh) 一种具有神经保护功能的3d立体移植材料体系及其应用
JP7205817B2 (ja) 幹細胞様細胞の調製方法
CN117070349B (zh) 一种基于红光照射原理改善干细胞活跃度的培养皿
KR101895195B1 (ko) 세포 체외 증식을 위한 바이오리액터
Yamashita et al. In vitro and ex ovo culture of reptilian and avian neural progenitor cells
Mohaqiq et al. Investigation of slow freezing of human testicular tissue on proliferation, colonization and viability of human spermatogonial stem cells
JP2005511067A (ja) 核移入のための卵の調製方法およびその使用
CN210916091U (zh) 光能波干细胞培养装置
CN107177617A (zh) 一种靶向沉默HDAC1基因的LV‑HDAC1shRNA慢病毒合成方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160523

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170519

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180523

Year of fee payment: 6