KR101364544B1 - 체외 혈관성 조직 제작방법 - Google Patents

체외 혈관성 조직 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혈관성 조직의 질병을 체외에서 연구하고 치료법을 개발하는데 사용될 수 있도록 여러 혈관성 질환에서 유래된 조직세포와 혈관세포를 이용하여 신생혈관형성을 유도하게 하는 체외 혈관성 조직 제작방법에 관한 것으로, 컨테이너에 혈관성 조직세포를 공급하는 단계; 상기 혈관성 조직세포를 덮도록 하이드로젤을 공급하는 단계; 혈관성 조직세포 위에 도포된 상기 하이드로젤의 상측에 혈관세포 공급부를 형성하도록 성형하는 단계; 및 상기 혈관세포 공급부에 혈관세포를 공급하는 단계를 포함한다.

Description

체외 혈관성 조직 제작방법{Extracorporeal vascularized organ manufancturing method}
본 발명은 체외 혈관성 조직 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혈관성 조직에 의해 유도되는 질병치료를 위하여 체외에서 연구개발하기 위한 목적으로 고안된 체외 혈관성 조직 제작방법에 관한 것으로 여러 혈관성 질환에서 유래된 조직세포와 혈관세포를 체외에서 공동 배양하여 체외 혈관성 조직을 얻을 수 있는 체외 혈관성 조직 제작방법에 관한 것이다.
최근 인구의 노령화, 흡연율 증가, 식생활의 변화, 운동 부족 등으로 암의 발병이 증가하고 있고, 이를 치료하기 위한 항암제의 개발이 활발히 진행되고 있다. 지금까지 개발된 항암제들은 대부분 그 효과와 함께 정상세포 파괴에 따른 독성, 항암제에 대한 내성 발생 및 재발과 같은 문제점을 가지고 있고 더불어 같은 항암제라 하더라도 환자 개개인마다 유전자 변형의 차이나 후생 유전적 차이에 따라 그 반응정도는 모두 다르기 때문에 새로운 기전을 바탕으로 한하는 항암제 개발은 물론이거니와 항암제에 대한 환자개인의 반응정도를 예측할 수 있는 방법 또한 요구되어지고 있다. 따라서, 암의 발병원인과 진행과정의 원인을 밝혀 보다 근본적인 해결책을 제시하려는 노력이 진행되고 왔고, 1971년 J. Folkman에 의해 종양의 성장 및 전이를 막기 위하여 신생혈관생성억제제(anti-angiogenic agent)가 새로운 대안으로 제시 되었다[Folkman 등, N. Engl. J. Med., 285, p1182, 1971].
신생혈관생성(Angiogenesis)이란 기존의 혈관에서부터 새로운 혈관이 생성되는 과정을 의미하며, 종양의 성장과 전이(metastasis), 당뇨병성 망막증(diabetic retinopathy), 건선(psoriasis), 만성 염증(chronicinflammation), 궤양(ulcer)과 같은 다양한 질환의 원인이 되고 있다[Carmeliet 등, Nature, 407, p249, 2000]. 특히, 암과 같은 과도한 신생혈관생성이 일어나는 경우는, 이러한 신생혈관생성을 억제하는 것만으로도 종양의 성장과 전이를 효과적으로 억제할 수 있다.
신생혈관생성 억제를 통하여 항암제를 개발하기 위한 표적으로 혈관 내피세포 성장인자(VEGF), 혈관 내피세포성장인자 수용체(VEGFR : vascular endothelial growth factor receptor), 염기성 섬유아세포 성장인자(bFGF :basic fibroblast growth factor), 전환 성장인자 알파 및 베타(TGF-α, -β), 표피 성장인자(EGF : epidermal growth factor), 혈소판 유래 성장인자(PDGF : platelet-derived growth factor)등을 들 수 있다.
이러한 항암제를 환자에게 투여할 경우, 특정 항암제의 종류와 투여량에 따라 항암제에 대한 환자의 반응정도가 달라서 의사의 경험 또는 학계에 알려진 데이터에 의존하기에는 무리가 있다. 또한, 항암제는 암세포 뿐만 아니라 정상세포도 파괴시키므로, 환자에게 투여횟수가 많아야 4차이내로 한정되므로, 항암제의 종류 또는 투여량을 다양하게 시험하는 것은 불가능하다.
따라서, 환자에게 적합한 항암제를 찾아내기 위해서는, 그 환자가 가지고 있는 암세포에 직접 항암제를 시험해야 하지만, 현재로서는 이를 해결할 수 있는 방법이 제시된 바 없다.
그러므로, 이러한 불확실하고, 성공확률이 낮은 항암제의 선택은 결국 수명이 얼마 남지 않은 암환자에게는 목숨을 담보로 하는 확률게임에 지나지 않는다. 그러나, 암환자 또는 그 가족이 부담해야 하는 비용이 상당함에도 불구하고 치료결과는 예측할 수 없는 것이 현실이다.
또한, 간, 뇌 등을 비롯한 혈관성 조직에서 유래된 질병의 경우에도 그 환자에게 적합한 치료법의 선택에 있어서, 암 치료와 마찬가지로 이미 알려진 수많은 치료법 중 의사의 경험 또는 학계에 알려진 데이터에 의존할 수밖에 없다.
따라서 여러 계열의 약물효과를 사전에 테스트해 봄으로써 환자에게 약물의 효력과 부작용 측면을 모두 만족시키는 표적치료제를 선별하여 주기 위해서는 이러한 측면을 충족시키면서 인체와 유사한 환경을 재현할 수 있는 세포배양방법의 고안이 절실하게 필요하다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 혈관성 조직에 의해 유도되는 질병치료를 위하여 체외에서 연구개발하기 위한 목적으로 고안된 체외 혈관성 조직 제작방법에 관한 것으로 여러 혈관성 질환에서 유래된 조직세포와 혈관세포를 체외에서 공동 배양하여 체외 혈관성 조직을 얻을 수 있는 체외 혈관성 조직 제작방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 컨테이너에 혈관성 조직세포를 공급하는 단계; 상기 혈관성 조직세포를 덮도록 하이드로젤을 공급하는 단계; 혈관성 조직세포 위에 도포된 상기 하이드로젤의 상측에 혈관세포 공급부를 형성하도록 성형하는 단계; 및 상기 혈관세포 공급부에 혈관세포를 공급하는 단계를 포함하는 체외 혈관성 조직 제작방법이다.
상기 혈관세포공급부는 상기 하이드로젤을 눌러 성형할 수 있다. 따라서, 상기 성형커버의 형상에 따라 상기 혈관세포 공급부의 형상 및 크기를 자유롭게 변경할 수 있다.
또, 상기 혈관성 조직세포는, 암세포, 뇌세포, 간세포 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 즉, 혈관세포와 신호교환을 통해 신생혈관을 형성하는 세포는 모두 본 발명의 대상이 될 수 있다.
또한, 상기 하이드로젤은 세포결합역(細胞結合域, cell binding domain)을 가지고, 동시에 생분해성인 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 혈관성 조직에 인체와 유사한 환경을 제공할 수 있다. 특히, 상기 하이드로젤은 천연하이드로젤 또는 합성하이드로젤일 수 있다.
또한, 상기 혈관세포와 상기 혈관성 조직세포의 중량비는 1~10인 것을 특징으로 한다. 즉, 혈관성 조직세포가 혈관세포보다 더 많은 양을 가지도록 함으로써, 혈관성 조직세포로부터 제공되는 혈관 내피세포 성장인자(VEGF)에 의한 혈관의 생성을 파악하기 용이해진다. 상기 혈관세포와 상기 혈관성 조직세포의 중량비율은 신생혈관을 유도할 수 있는 최소한의 혈관 세포량을 기준으로 정하며, 혈관성 조직 세포량은 혈관 세포량 대비 상향 또는 하향 조절가능하다.
또, 상기 공급홀에 혈관세포를 공급하는 단계 후에, 상기 공급홀에 하이드로젤을 충진하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 상기 혈관세포의 상측도 체내와 같은 환경이 제공될 수 있다.
또, 상기 컨테이너에 혈관성 조직세포를 공급하기 전에 하이드로젤을 공급하고 경화시킬 수 있다. 따라서, 상기 혈관성 조직세포의 주위 전부가 하이드로젤에 의해 감싸질 수 있다.
본 발명에 따른 체외 혈관성 조직 제작방법을 통하여, 암세포, 간세포, 신경세포 등을 체외에서 혈관세포와 함께 공동 배양하여 신생혈관을 생성시켜 암조직, 간조직, 뇌조직 등을 인체와 유사한 환경으로 체외에서 대량으로 제작할 수 있다.
따라서, 본 발명을 통해 얻어진 체외 혈관성 조직에 의해, 혈관성 조직에 관련된 질병을 체외에서 연구하고 치료법을 개발하는데 사용될 수 있으며, 환자에게 적합한 치료법을 빠른 시간 내에 찾을 수 있다.
그러므로, 혈관성 조직에 관련된 암, 간질환, 뇌졸증, 치매 등과 같은 질병에 적정 치료제를 선별함으로써 질병의 완치율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 체외 혈관성 조직 제작방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 체외 혈관성 조직 제작방법으로 제작된 체외 혈관성 조직에 약물실험을 하는 모습의 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 체외 혈관성 조직 제작방법의 변형예이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 체외 혈관성 조직 제작방법을 나타낸다.
먼저, 컨테이너(10)에 혈관성 조직세포(12)를 공급한다. 상기 컨테이너(10)는 내부를 관찰할 수 있도록 투명재질의 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 그 형상의 제한은 없다.
상기 혈관성 조직세포(12)로는 인체의 여러 기관에서 유래된 암세포를 비롯하여 간이나 뇌 등에서 발생되는 기타 혈관성 질병에서 유래되는 여러 조직세포 중에서 선택할 수 있다. 상기 혈관성 조직세포(12)는 환자로부터 채취할 수 있으며, 예를 들어 암세포를 사용하는 경우 대략적으로 2~4만개를 공급한다. 상기 혈관성 조직세포는 세포배양액에서 배양하고, 세포배양액을 제거한 후에 상기 컨테이너(10)에 공급하는 것도 가능하다. 상기 세포배양액으로는 공지의 세포배양액을 사용할 수 있으며, 예를 들어, DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium) 또는 α-MEM(α-Minimum Essential Medium)를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 혈관성 조직세포(12)의 위로 하이드로젤(14)를 공급한다. 상기 하이드로젤(14)은 세포결합역(細胞結合域, cell binding domain)을 가지고, 동시에 생분해성일 것이 요구된다. 따라서, 이러한 하이드로젤(14)로는 천연하이드젤 또는 합성하이드로젤을 사용할 수 있다. 상기 천연하이드로젤로는 콜라겐 등을 사용할 수 있으며, 합성하이드로젤로는 상용의 큐겔(QGel™, QGel SA, Switzerland)을 사용할 수 있다. 이러한 하이드로젤(14)을 이용하여 신체내와 같은 함수율을 가지는 환경을 혈관성 조직세포(12)에 제공할 수 있다.
또한, 상기 혈관성 조직세포(12)를 공급하기 전에 상기 컨테이너(10) 내부에 밀 하이드로젤(14)을 공급하고 경화시키는 것도 가능하다. 따라서, 상기 혈관성 조직세포(12)는 주위가 전부 하이드로젤(14)로 둘러싸여서 좀더 인체 내부조건과 유사한 환경을 제공받을 수 있다.
그리고, 상기 하이드로젤(14)의 상부에 혈관세포 공급부를 형성시킨다. 상기 혈관세포 공급부는 혈액세포(18)가 특정 위치에 모일 수 있는 형상을 가져야 하며, 중심부가 주변부에 비하여 낮도록 경사지게 또는 곡면으로 형성되는 오목부(15)를 형성하거나, 특정위치만 홈을 파서 형성하는 공급홀(16)을 형성시키는 것이 가능하다. 본 발명의 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 오목부(15)를 형성하는 것과 동시에 상기 오목부(15)의 중심에 공급홀(16)을 형성시키고 있다. 상기 혈관세포 공급부는 상기 혈관성 조직세포(12)에 대하여 이격되어야 하며, 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공급부가 상기 혈관성 조직세포(12)에 대하여 거리를 두고 있어야 한다.
이러한 혈관세포 공급부를 성형하기 위하여, 본 발명에서는 성형커버(22)를 사용한다. 상기 성형커버(22)는 상기 컨테이너(10)를 덮도록 형성되며, 저면은 상기 오목부(15)에 대응하는 사면을 가지며, 상기 사면의 중심에는 상기 공급홀(16)에 대응되는 성형커버돌기(26)를 가진다. 그리고, 상기 공급홀(16)을 제외한 부분에 대하여도 압력을 가하여, 상기 하이드로젤(14)의 상부가 상기 성형커버(22)의 하부의 형상과 동일한 형상을 가지도록 한다.
이 상태에서, 대략 35~40℃ 및 이산화탄소 3~10중량%의 조건에서 상기 컨테이너(10)를 20~40분간 두어서, 상기 하이드로젤(14)을 경화(curing)시킨다. 이를 통해, 상기 하이드로젤(14)이 상기 오목부(15) 및 상기 공급홀(16)이 형성된 상태로 그 형상을 유지할 수 있다.
그리고, 상기 공급홀(16)에 혈액세포(18)를 공급한다. 이 때, 상기 혈액세포는 대략 상기 혈관세포(18)와 상기 혈관성 조직세포(12)의 중량비는 1~10이 되도록 한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 혈관성 조직세포(12)는 상기 공급홀(16)보다 넓게 퍼져 있고, 상기 혈관세포(18)는 상기 혈관성 조직세포(12)보다 작은 단면적을 가지는 공급홀(16)의 바닥면에 배치된다.
그리고, 상기 공급홀(16)에 혈관세포(18)가 공급된 상태에서 그 상측으로 세포배양액(28)을 주입한다. 상기 세포배양액(28)으로는 공지의 세포배양액을 사용할 수 있으며, 예를 들어, DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium) 또는 α-MEM(α-Minimum Essential Medium)를 사용할 수 있다.
따라서, 상기 혈관성 조직포(12)로부터 발생되는 신생혈관생성을 위한 신호물질을 통해 상기 혈관세포(18)로부터 상기 혈관성 조직세포(12)를 향해 신생혈관(20)이 형성되며, 이 때 신생혈관(20)의 형성모습이 도 1에 도시된 바와 같이, 위로 갈수록 좁아지는 대략 산형을 이루게 된다. 이 결과, 상기 신생혈관(20)의 모습이 뚜렷하게 보일 수 있으며, 약물시험시 상기 신생혈관(20)의 파괴모습을 쉽게 관찰할 수 있다.
상기와 같은 과정 후에 일정시간이 지나면, 상기 혈관성 조직세포(12)의 신호물질에 의해 상기 혈관세포(18)로부터 신생혈관(20)이 형성되어서, 상기 혈관세포(18)와 상기 혈관성 조직세포(12)가 상기 신생혈관(20)에 의해 연결되는 혈관성 조직을 체외에서 얻을 수 있게 된다.
이렇게 얻어지는 혈관성 조직에 대하여 약물검사 등 다양한 시험을 하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 혈관성 조직을 시험패널(30) 상에서 동시에 제작한다. 즉, 상기 시험패널(30)에 상기 컨테이너(10)를 장착하고, 상술한 과정을 통해 각각의 컨테이너(10)에서 혈관성 조직이 형성되도록 한다. 따라서, 체외에서 혈관성 조직을 다량으로 제작가능하게 된다.
그리고, 각각의 컨테이너(10)에 약물주입기(40)를 통해 공지의 약물을 종류 별 또는 투여량을 달리하면서, 상기 신생혈관(20)의 파괴 또는 상기 혈관성 조직세포(12)의 파괴를 관찰한다. 이러한 관찰결과를 통해, 환자에게 적합한 치료법 또는 약물을 결정할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 체외 혈관성 조직 제작방법의 변형예이다. 변형예에서는 도 1의 체외 혈관성 조직 제작방법과 달리, 공급홀(16)에 혈액세포(18)를 공급한 후에, 상기 공급홀(16)에 하이드로젤을 추가로 주입하여, 상기 혈액세포(18)의 상부공간에도 인체 내부와 유사한 환경을 제공하도록 한다. 그 외의 구성은 도 1의 제작방법과 도 3의 제작방법이 동일하다. 따라서, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 컨테이너 12: 혈관성 조직세포
14: 하이드로젤 15: 오목부
16: 공급홀 18: 혈관세포
20: 신생혈관 22: 성형커버
24: 성형커버플랜지 26: 성형커버돌기
28: 세포배양액 30: 시험패널
40: 약액주입기

Claims (8)

  1. 컨테이너에 혈관성 조직세포를 공급하는 단계;
    상기 혈관성 조직세포를 덮도록 하이드로젤을 공급하는 단계;
    상기 하이드로젤의 상측으로 상기 하이드로젤의 상측에 상기 혈관성 조직세포에 대하여 이격되는 혈관세포 공급부를 형성하도록 성형하는 단계; 및
    상기 혈관세포 공급부에 혈관세포를 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 혈관성 조직세포는, 암세포, 뇌세포, 간세포 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 체외 혈관성 조직 제작방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혈관세포 공급부는 상기 하이드로젤을 눌러 성형하는 성형커버에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 체외 혈관성 조직 제작방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 하이드로젤은 세포결합역(細胞結合域, cell binding domain)을 가지고, 동시에 생분해성인 것을 특징으로 하는 체외 혈관성 조직 제작방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하이드로젤은 천연하이드로젤 또는 합성하이드로젤인 것을 특징으로 하는 체외 혈관성 조직 제작방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 혈관세포 공급부에 혈관세포를 공급하는 단계 후에, 상기 혈관세포 공급부에 하이드로젤을 충진하는 것을 특징으로 하는 체외 혈관성 조직 제작방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너에 혈관성 조직세포를 공급하기 전에 하이드로젤을 공급하고 경화시킨 것을 특징으로 하는 체외 혈관성 조직 제작방법.
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