KR101514508B1 - 세포 배양 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 세포 배양 장치는 세포 칩과 결합하고, 약물이 순환되는 하나 이상의 유로가 형성되는 세포칩 수용부; 상기 유로에 형성되어 약물의 와류를 일으키는 와류 생성부; 상기 세포칩 수용부와 연결되고, 상기 유로로 공급되는 약물이 저장되는 약물 저장부; 및 상기 세포 칩 수용부와 상기 약물 저장부 상호 간의 약물 순환을 발생시키는 순환 기구;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 세포 배양 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 약물에 대한 세포의 반응을 체내와 유사한 환경에서 검사할 수 있는 세포 배양 장치에 관한 것이다.
최근 인간의 각종 질병을 빠르게 진단하기 위한 바이오 의료장치 및 바이오 기술의 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 기존에 병원이나 연구소에서 장기간에 걸쳐 특정 질병에 대한 검사를 수행하던 것을 단시간에 검사 결과를 보여 줄 수 있는 실험장치 및 기구에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.
한편, 신약개발 및 신약에 대한 안정성을 실험하기 위해서는 신약(즉, 약물)과 세포 간의 반응을 관찰하는 것이 필수적이다. 일반적으로 약물과 세포 간의 반응실험은 배양 접시 등을 이용하여 이루어진다.
그러나 배양 접시 내에서 이루어지는 약물과 세포 간의 반응은 체내에서 이루어지는 약물과 세포 간의 반응과 매우 상이하므로, 배양 접시를 이용한 실험결과만으로는 약물과 세포 간의 반응을 정확하게 관찰 또는 검사하기 어렵다. 따라서, 체내와 유사한 환경에서 약물과 세포 간의 반응을 관찰할 수 있는 새로운 장치의 개발이 필요하다.
한편, 출원인이 조사한 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다. 그러나 이들 특허문헌은 모두 중합효소연쇄반응(PCR: polymerase Chain Reaction)에 관한 것으로서, 전술된 문제점을 해결하기 위한 기술로는 적합하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 체내와 유사한 환경에서 약물과 세포 간의 반응을 관찰 또는 검사할 수 있는 세포 배양 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치는 세포 칩과 결합하고, 약물이 순환되는 하나 이상의 유로가 형성되는 세포칩 수용부; 상기 유로에 형성되어 약물의 와류를 일으키는 와류 생성부; 상기 세포칩 수용부와 연결되고, 상기 유로로 공급되는 약물이 저장되는 약물 저장부; 및 상기 세포 칩 수용부와 상기 약물 저장부 상호 간의 약물 순환을 발생시키는 순환 기구;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 상기 유로의 측벽에 형성되는 복수의 돌기일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 높이방향을 따라 간격을 두고 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 길이방향을 따라 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 상기 유로의 바닥에 형성되는 복수의 돌기일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 폭 방향을 따라 간격을 두고 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 길이 방향을 따라 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 크기가 다른 2종 이상의 돌기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 원 기둥 또는 각 기둥 또는 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 세포칩 수용부는 약물 저장부와 연결되는 하나 이상의 연결관을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 유로는 지그재그 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 유로는 이종(異種)의 약물이 독립적으로 이동할 수 있도록 상호 분리된 복수의 유로로 이루어질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치는 일면에 약물이 순환되는 하나 이상의 유로가 형성되는 세포칩 수용부; 상기 세포칩 수용부와 결합하고, 상기 유로에 침지되는 생체물질이 부착되는 세포 칩; 상기 유로에 형성되어 약물의 와류를 일으키는 와류 생성부; 상기 세포칩 수용부와 연결되고, 상기 유로로 공급되는 약물이 저장되는 약물 저장부; 및 상기 세포 칩 수용부와 상기 약물 저장부 상호 간의 약물 순환을 발생시키는 순환 기구;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 세포 칩은 생체물질이 부착되고 상기 유로를 향해 돌출되는 복수의 돌기를 구비할 수 있다.
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본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 약물 저장부는, 동종 또는 이종의 약물을 개별적으로 저장할 수 있도록 복수의 약물 저장 공간으로 분할될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 순환 기구는, 상기 복수의 약물 저장 공간과 상기 세포 칩 저장부를 선택적으로 연결할 수 있도록 결합 및 분리가 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 순환 기구는 하나 이상의 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 세포 칩 수용부 또는 상기 약물 저장부는 상기 세포 칩 수용부과 상기 약물 저장부 사이를 순환하는 약물에 포함된 이물질을 여과하기 위한 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 상기 유로의 측벽에 형성되는 복수의 돌기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 높이방향을 따라 간격을 두고 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 길이방향을 따라 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 상기 유로의 바닥에 형성되는 복수의 돌기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 폭 방향을 따라 간격을 두고 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 길이 방향을 따라 서로 다른 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 크기가 다른 2종 이상의 돌기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 와류 생성부는 원 기둥 또는 각 기둥 또는 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 세포칩 수용부는 약물 저장부와 연결되는 하나 이상의 연결관을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 유로는 지그재그 형태일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 세포 배양 장치에서 상기 유로는 이종(異種)의 약물이 독립적으로 이동할 수 있도록 상호 분리된 복수의 유로로 이루어질 수 있다.
본 발명은 체내와 유사한 환경에서 약물과 세포 간의 반응을 관찰 또는 검사할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 약물과 세포 간의 반응실험결과에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 세포 배양 장치의 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 A-A 단면도이고,
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 다른 형태에 따른 A-A 단면도이고,
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 또 다른 형태를 설명하기 위한 평면도이고,
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 세포 배양 장치를 나타낸 도면이고,
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시된 세포 칩 수용부의 다른 형태를 나타낸 평면도이고,
도 11은 도 7에 도시된 세포 배양 장치에 세포 칩이 장착된 상태를 나타낸 도면이고,
도 12는 도 11에 도시된 세포 배양 장치의 B-B 단면을 나타낸 도면이고,
도 13은 본 발명의 제3실시 예에 따른 세포 배양 장치의 분리 사시도이고,
도 14는 도 13에 도시된 세포 배양 장치의 결합 사시도이고,
도 15는 도 13에 도시된 하부 몸체의 다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 A-A 단면도이고,
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 다른 형태에 따른 A-A 단면도이고,
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 또 다른 형태를 설명하기 위한 평면도이고,
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 세포 배양 장치를 나타낸 도면이고,
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시된 세포 칩 수용부의 다른 형태를 나타낸 평면도이고,
도 11은 도 7에 도시된 세포 배양 장치에 세포 칩이 장착된 상태를 나타낸 도면이고,
도 12는 도 11에 도시된 세포 배양 장치의 B-B 단면을 나타낸 도면이고,
도 13은 본 발명의 제3실시 예에 따른 세포 배양 장치의 분리 사시도이고,
도 14는 도 13에 도시된 세포 배양 장치의 결합 사시도이고,
도 15는 도 13에 도시된 하부 몸체의 다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.
약물과 생체물질 간의 정확한 반응 결과를 도출하기 위해 생체 내 실험(in vivo experiment)이 이루어질 수 있다. 아울러, 생체 내 실험은 생체물질이 부착된 세포 칩을 복잡한 약물 유로가 형성된 수용부에 침지시키는 방식으로 이루어질 수 있다.
한편, 약물은 서로 다른 점도 및 밀도를 갖는 2가지 이상의 반응 시약을 포함할 수 있다. 그런데 약물의 순환이 이루어지는 유로는 상당히 미세하므로, 시약들의 혼합비율이 유로에서의 위치마다 상이할 수 있다. 즉, 유로의 길이방향 또는 유로의 높이방향을 따라 약물의 농도편차가 발생할 수 있다. 이러한 약물의 농도편차는 생체물질과 약물의 반응실험에 대한 신뢰성을 떨어뜨리므로, 약물의 농도편차의 발생을 억제 또는 최소화하는 세포 배양 장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 약물의 와류생성을 유발하여 약물의 농도편차를 최소화하는 세포 배양 장치를 제공할 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 와류란 약물의 농도편차를 감소시키는 불규칙한 흐름을 포함하는 의미임을 밝혀둔다. 따라서, 본 명세서에서 와류는 층류(laminar flow)를 제외한 모든 흐름을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 세포 배양 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 A-A 단면도이고, 도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 다른 형태에 따른 A-A 단면도이고, 도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 세포 배양 장치의 또 다른 형태를 설명하기 위한 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 세포 배양 장치를 나타낸 도면이고, 도 8 내지 도 10은 도 7에 도시된 세포 칩 수용부의 다른 형태를 나타낸 평면도이고, 도 11은 도 7에 도시된 세포 배양 장치에 세포 칩이 장착된 상태를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 세포 배양 장치의 B-B 단면을 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 제3실시 예에 따른 세포 배양 장치의 분리 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 세포 배양 장치의 결합 사시도이고, 도 15는 도 13에 도시된 하부 몸체의 다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 세포 배양 장치(1000)를 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
본 실시 예에 따른 세포 배양 장치(1000)는 세포 칩 수용부(100)를 포함할 수 있다. 아울러, 세포 배양 장치(1000)는 세포 칩 수용부(100)에 약물을 지속적으로 순환시키는 약물 순환 수단을 더 포함할 수 있다.
세포 칩 수용부(100)는 약물(710)과 세포 칩(600)을 수용할 수 있다. 부연 설명하면, 세포 칩 수용부(100)의 내부에는 약물(710)이 채워질 수 있으며, 세포 칩 수용부(100)의 일면에는 세포 칩(600)이 얹어질 수 있다. 여기서, 세포 칩(600)은 생체물질(700)이 부착된 돌기(610)가 약물(710)에 잠겨지도록 도 2에 도시된 바와 같이 상하 반전된 상태로 얹어질 수 있다.
세포 칩 수용부(100)에는 칸막이(102)가 형성될 수 있다. 칸막이(102)는 세포 칩 수용부(100) 내부에 임의의 형태로 형성될 수 있으며, 이를 통해 약물(710)이 순환할 수 있는 하나 이상의 유로(110)를 형성할 수 있다. 참고로, 본 실시 예에서 다수의 칸막이(102)는 세포 칩 수용부(100)의 일 방향(도 1 기준으로 Y축 방향)을 따라 병렬로 형성되어 5개의 유로(110)를 형성할 수 있다.
세포 칩 수용부(100)에는 연결관(122, 124)이 형성될 수 있다. 연결관(122, 124)은 약물을 공급하는 약물 공급 수단(예를 들어, 도 7의 약물 저장부(200))과 연결될 수 있다. 연결관(122, 124)은 유로(110)의 양단에 각각 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 연결관(122)은 유로(110)의 일단에 형성되고, 연결관(124)은 유로(110)의 타단에 형성될 수 있다. 이 경우, 연결관(122), 유로(110), 연결관(124)으로 연속되는 약물(710)의 순환이 이루어질 수 있다.
유로(110)에는 약물(710)의 농도편차를 경감시키는 와류 생성부(130)가 형성될 수 있다. 여기서, 와류 생성부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 유로(110)의 측벽에 형성되는 복수의 돌기(132, 134)일 수 있다. 또는, 와류 생성부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 유로(110)의 측벽과 바닥에 형성되는 복수의 돌기(132, 134, 136)일 수 있다. 이와 같이 형성된 와류 생성부(130)는 약물(710)의 상하 유동을 지속적으로 유발하여, 약물(710)의 농도를 세포 칩 수용부(100) 전체에 걸쳐 균일하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따르면 생체물질(700)과 약물(710)의 반응결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상호 마주보는 돌기들(132, 134) 간의 거리(L1)는 도 2에 도시된 바와 같이 세포 칩(600)에 형성된 돌기(610)의 지름(D)보다 클 수 있다. 이러한 한정은 세포 칩(600)과 세포 칩 수용부(100)를 결합하는 과정에서, 생체물질(700)이 와류 생성부(130)와 접촉하는 현상을 최소화시킬 수 있다.
와류 생성부(130)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 변형될 수 있다.
예를 들어, 와류 생성부(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 크기를 갖는 돌기(132, 134, 136)일 수 있다. 부연 설명하면, 제1돌기(132)는 제2돌기(134)보다 작고, 제2돌기(134)는 제3돌기(136)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 제1돌기들(132) 간의 거리(L1)는 제2돌기들(134) 간의 거리(L2)보다 크고, 제2돌기들(134) 간의 거리(L2)는 제3돌기들(136) 간의 거리(L3)보다 클 수 있다. 이러한 와류 생성부(130)의 구조는 약물의 와류생성을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 와류 생성부(130)와 생체물질(700) 간의 원치 않는 접촉을 최소화시킬 수 있다. 참고로, 돌기(132, 134, 136)는 원 기둥 또는 각 기둥 또는 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상일 수 있다.
와류 생성부(130)의 다른 형태는 도 5에 도시된 바와 같이 유로(110)의 길이 방향(도 5 기준으로 Y축 방향)을 따라 소정의 간격을 두고 형성되는 복수의 돌기(132, 134)로 이루어질 수 있다. 아울러, 와류 생성부(130)는 유로(110)의 길이 방향을 따라 교대로 배치되는 서로 다른 크기의 돌기(132, 134)로 이루어질 수 있다. 즉, 돌기들(132) 간의 거리(L4)는 돌기들(134) 간의 거리(L5)보다 작을 수 있다.
이와 같이 이루어진 와류 생성부(130)는 유로(110)의 길이방향을 따라 야기될 수 있는 약물의 농도편차를 최소화할 수 있다. 따라서, 본 형태는 유로(110)의 길이가 길고 유로(110)의 폭이 좁은 경우에 유용할 수 있다.
와류 생성부(130)의 또 따른 형태는 도 6에 도시된 바와 같이 유로(110)의 길이방향(도 6 기준으로 Y축 방향)을 따라 서로 다른 길이를 갖는 돌기(132)로 이루어질 수 있다. 여기서, 돌기(132)는 유로(110)의 길이방향을 따라갈수록 그 길이가 점차 감소하다가 다시 증가하도록 배치될 수 있다. 또는, 돌기(132)는 세포 칩 수용부(100)에서 약물(710)의 유속이 느린 부분에 국부적으로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 와류 생성부(130)는 돌기(132)로 인한 약물의 유동 저항을 최소화할 수 있으므로, 약물 순환에 필요한 구동력의 크기를 감소킬 수 있으며 이를 통해 전류의 소모량을 감소시킬 수 있다.
다음에서는 도 7 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 세포 배양 장치(1000)를 설명한다.
세포 배양 장치(1000)는 세포 칩 수용부(100), 약물 저장부(200), 순환 기수(300)를 포함할 수 있다. 여기서, 세포 칩 수용부(100), 약물 저장부(200), 순환 기구(300)는 하나의 몸체(1002)에 일체로 형성될 수 있다. 또는, 세포 칩 수용부(100), 약물 저장부(200), 순환 기구(300)는 하나의 몸체에 집약될 수 있다. 그러나 세포 칩 수용부(100), 약물 저장부(200), 순환 기구(300)가 반드시 일체로 형성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 세포 칩 수용부(100), 약물 저장부(200), 순환 기구(300) 중 어느 하나가 분리될 수 있다.
세포 칩 수용부(100)는 하나 이상의 세포 칩을 수용할 수 있다. 이를 위해 세포 칩 수용부(100)는 세포 칩을 수용하는 공간을 구비할 수 있다. 상기 공간에는 세포 칩이 상하 반전된 상태로 장착될 수 있다(도 12 참조).
세포 칩 수용부(100)는 순환 기구(300)와 연결되기 위한 복수의 제1연결관(122, 124, 126, 128)을 포함할 수 있다. 제1연결관(122, 124, 126, 128)은 세포 칩 수용부(100)의 일 방향(도 7 기준으로 Y축 방향)을 따라 형성될 수 있다. 여기서, 제1연결관(122, 124, 126, 128)의 형성위치 및 형성간격은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1연결관(122, 124, 126, 128)의 형성간격은 모두 동일하거나 또는 부분적으로 다를 수 있다. 아울러, 제1연결관(122, 124, 126, 128)의 수도 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 7에는 4개의 제1연결관(122, 124, 126, 128)이 세포 칩 수용부(100)에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 제1연결관의 수를 증감할 수 있다.
한편, 세포 칩 수용부(100)는 약물의 흐름을 유도하는 유로(110)를 가질 수 있다. 부연 설명하면, 유로(110)는 세포 칩 수용부(100)를 부분적으로 구획하는 복수의 칸막이(102)에 의해 형성될 수 있다. 복수의 칸막이(102)에는 와류 생성부(130)가 형성될 수 있다.
이와 같이 형성되는 유로(110)는 세포 칩 수용부(100)로 유입되는 약물이 세포 칩에 부착된 일종 이상의 생체물질들과 순차적으로 접촉 또는 반응하도록 유도할 수 있다.
유로(110)의 여러 형태를 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
유로(110)의 일 형태는 도 8에 도시된 바와 같이 X축 방향으로 연장되는 칸막이(102)에 의해 사행(지그재그) 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 세포 칩 수용부(100)의 연결관들(122, 128)은 배관들(310, 312)과 각각 연결되고, 나머지 연결관들(124, 126)은 폐쇄될 수 있다. 이러한 형태의 유로(110)는 Y축 방향으로 서로 다른 종류의 생체물질이 배열된 경우에 적합할 수 있다.
유로(110)의 다른 형태는 도 9에 도시된 바와 같이 Y축 방향으로 연장되는 칸막이(102)에 의해 사행(지그재그) 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 세포 칩 수용부(100)의 연결관들(122, 124, 126) 중 어느 하나는 제1배관(310)과 연결되고, 연결관(128)은 제2배관(312)과 연결될 수 있다. 이러한 형태의 유로(110)는 X축 방향으로 서로 다른 종류의 생체물질이 배열된 경우에 적합할 수 있다.
유로(110, 112)의 또 다른 형태는 도 10에 도시된 바와 같이 2개의 영역으로 분할될 수 있다. 부연 설명하면, 세포 칩 수용부(100)의 일 부분에는 제1연결관(122)으로부터 제1연결관(124)으로 연결되는 제1유로(110)가 형성되고, 세포 칩 수용부(100)의 나머지 부분에는 제1연결관(126)으로부터 제1연결관(128)으로 연결되는 제2유로(112)가 형성될 수 있다. 이러한 형태의 유로(110, 112)는 하나의 세포 칩에 대해 서로 다른 약물을 실험하는 경우에 적합할 수 있다.
한편, 각각의 유로(110)에는 와류 생성부(130)가 형성되어 있으므로, 약물의 유동이 활발하게 일어나도록 할 수 있으며 이를 통해 약물의 농도가 유로(110)의 길이방향 또는 유로(110)의 높이방향을 따라 달라지는 현상을 억제할 수 있다.
약물 저장부(200)는 약물을 저장할 수 있다. 이를 위해 약물 저장부(200)는 하나 이상의 약물 저장 공간(210, 212, 214)을 포함할 수 있다. 각각의 약물 저장 공간(210, 212, 214)은 칸막이(202)에 의해 분할될 수 있다.
약물 저장 공간(210, 212, 214)에는 동종 또는 이종의 약물이 저장될 수 있다. 일 예로, 제1약물 저장 공간(210), 제2약물 저장 공간(212), 제3약물 저장 공간(214)에는 동일 종류의 약물이 저장될 수 있다. 다른 예로, 제1약물 저장 공간(210), 제2약물 저장 공간(212), 제3약물 저장 공간(214)에는 각각 다른 종류의 약물이 저장될 수 있다. 또 다른 예로, 제1약물 저장 공간(210)과 제2약물 저장 공간(212)에는 동일 종류의 약물이 저장되고, 제3약물 저장 공간(214)에는 다른 종류의 약물이 저장될 수 있다. 그러나 약물의 저장 형태가 전술된 3가지 예로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 달라질 수 있다. 마찬가지로, 도 7에는 약물 저장부(200)가 3개의 약물 저장 공간(210, 212, 214)으로 분할되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 약물 저장 공간(210, 212, 124)의 수를 증감할 수 있다.
약물 저장부(200)는 세포 칩 수용부(100)와 동일한 체적 또는 세포 칩 수용부(100)보다 큰 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, 약물 저장부(200)는 일정량의 약물이 세포 칩 수용부(100)와 약물 저장부(200) 사이로 순환될 수 있도록, 충분한 체적을 가질 수 있다. 한편, 도 7에서는 약물 저장 공간(210, 212, 214)의 체적이 세포 칩 수용부(100)의 체적보다 작게 도시되어 있으나, 필요에 따라 각각의 약물 저장 공간(210, 212, 214)의 체적이 세포 칩 수용부(100)의 체적과 같거나 또는 이보다 클 수 있다.
약물 저장부(200)는 순환 기구(300)와 연결되기 위한 복수의 제2연결관(220, 222)을 포함할 수 있다. 제2연결관(220, 222)은 약물 저장부(200)의 일 방향(도 7 기준으로 Y축 방향)을 따라 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 제2연결관(220, 222)은 약물 저장 공간(210, 212, 214)마다 각각 형성될 수 있다. 여기서, 제2연결관(220)은 약물이 배출되는 출구로 이용될 수 있고, 제2연결관(222)은 배출된 약물이 재유입되는 입구로 이용될 수 있다. 그러나 제2연결관(220, 222)에서 출구 및 입구가 정해져 있는 것은 아니며, 필요에 따라 출구 및 입구가 변경될 수 있다. 예를 들어, 제2연결관(222)이 출구가 되고 제2연결관(220)이 입구가 될 수 있다.
약물 저장부(200)는 순환 기구(300)를 매개로 세포 칩 수용부(100)와 연결될 수 있다. 따라서, 약물 저장부(200)의 약물은 순환 기구(300)를 통해 세포 칩 수용부(100)로 공급될 수 있다. 마찬가지로, 세포 칩 수용부(100)에 공급된 약물은 순환 기구(300)를 통해 약물 저장부(200)로 공급될 수 있다.
이와 같이 구성된 약물 저장부(200)는 세포 칩 수용부(100)와 마주보는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 약물 저장부(200)는 도 7에 도시된 바와 같이 Y축을 기준으로 세포 칩 수용부(100)와 대칭형태로 배치될 수 있다. 그러나 약물 저장부(200)의 배치구조가 도 7에 도시된 형태로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 달라질 수 있다.
순환 기구(300)는 세포 칩 수용부(100)와 약물 저장부(200) 사이에 배치될 수 있다. 부연 설명하면, 순환 기구(300)는 세포 칩 수용부(100)의 제1연결관(122, 124, 126, 128)과 약물 저장부(200)의 제2연결관(220, 222)을 연결할 수 있다. 아울러, 순환 기구(300)는 약물 저장부(200)의 약물을 세포 칩 수용부(100)로 이송시키고, 세포 칩 수용부(100)로 이송된 약물을 약물 저장부(200)로 유입시킬 수 있다. 따라서, 약물 저장부(200)의 약물은 순환 기구(300)에 의해 약물 저장부(200)와 세포 칩 수용부(100) 사이를 순환할 수 있다.
순환 기구(300)는 배관(310, 312)을 포함할 수 있다. 부연 설명하면, 제1배관(310)은 세포 칩 수용부(100)의 제1연결관(122)과 약물 저장부(200)의 제2연결관(220)을 연결할 수 있고, 제2배관(312)은 세포 칩 수용부(100)의 제1연결관(124)과 약물 저장부(200)의 제2연결관(222)을 연결할 수 있다. 다만, 이와 같은 연결형태는 단지 예시적인 것이므로 필요에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1배관(310)은 세포 칩 수용부(100)의 제1연결관(122)과 약물 저장부(200)의 제2연결관(220)을 연결하고, 제2배관(312)은 세포 칩 수용부(100)의 제1연결관(128)과 약물 저장부(200)의 제2연결관(222)을 연결할 수 있다. 아울러, 도 7에서는 배관(310, 312)이 세포 칩 수용부(100)와 제1약물 저장 공간(210)을 연결하는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 세포 칩 수용부(100)와 제2약물 저장 공간(212) 또는 제3약물 저장 공간(214)을 연결할 수 있다.
순환 기구(300)는 펌프(320)를 더 포함할 수 있다. 펌프(320)는 배관(310, 312) 또는 연결관(122, 124, 126, 128, 220, 222)에 장착되어, 약물의 이송을 가능케 할 수 있다. 예를 들어, 제1배관(310)에 장착된 제1펌프(320)는 약물 저장부(200)의 약물을 세포 칩 수용부(100)로 압송시키고, 제2배관(312)에 장착된 제2펌프(322)는 세포 칩 수용부(100)의 약물을 약물 저장부(200)로 압송시킬 수 있다. 한편, 본 실시 예에서는 제1배관(310)과 제2배관(312)에 각각 펌프(320, 322)가 장착되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 제1펌프(320) 또는 제2펌프(322)를 생략할 수 있다.
한편, 순환 기구(300)는 세포 칩 수용부(100) 및 약물 저장부(200)와 자유롭게 결합 및 분리될 수 있다. 따라서, 사용자는 세포 칩 수용부(100)에 장착된 세포 칩의 실험목적에 따라 다수의 약물 저장 공간(210, 212, 214) 중 어느 하나를 택일하여 약물실험을 수행할 수 있다.
이와 같이 구성된 세포 배양 장치(1000)는 도 11에 도시된 바와 같이 세포 칩 수용부(100)에 하나 이상의 세포 칩(600)을 수용할 수 있다. 여기서, 세포 칩(600)은 도 12에 도시된 바와 같이 상하 반전된 상태로 배치될 수 있다. 이에 따라 세포 칩(600)의 돌기(610, pillar)에 부착된 생체물질(700)은 세포 칩 수용부(100)에 공급되는 약물(710)과 반응할 수 있다. 여기서, 약물(710)은 순환 기구(300)를 통해 세포 칩 수용부(100)와 약물 저장부(200) 사이를 지속적으로 순환하므로, 약물(710)에 대한 생체물질(700)의 반응을 체내와 유사한 환경에서 관찰할 수 있으며, 약물(710)에 대한 생체물질(700)의 장기적 실험 또는 관측이 가능할 수 있다.
아울러, 본 세포 배양 장치(1000)는 세포 칩 수용부(100)에 다양한 형태의 유로(110)를 형성할 수 있으므로, 생체 내 실험(in vivo experiment) 또는 체내 배양(culture in vivo)과 유사한 환경을 조성할 수 있다. 따라서, 본 세포 배양 장치(1000)는 약물(710)이 인체에 미치는 영향을 비교적 정확하게 실험 및 관측할 수 있다.
또한, 본 세포 배양 장치(1000)는 약물의 지속적인 공급과 이에 따른 노폐물 축적과 약물의 농도 변화에 대한 생체물질(700)의 반응을 실험 및 관측할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 세포 배양 장치(1000)는 세포 칩 수용부(100) 또는 약물 저장부(200)에 필터(500)를 장착하여, 약물(710)과 생체물질(700)의 반응과정에서 발생하는 이물질을 선택적으로 제거할 수 있다. 아울러, 필터(500)에 여과된 이물질을 수거하여, 약물(710)과 생체물질(700)의 반응과정에서 발생하는 이물질 또는 노폐물을 별도로 관측할 수 있다.
다음에서는 본 발명의 제3실시 예에 따른 세포 배양 장치(1000)를 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명한다. 참고로, 본 실시 예에서 제2실시 예와 동일한 구성요소는 제2실시 예와 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 예에 따른 세포 배양 장치(1000)는 하부 몸체(800)와 상부 몸체(900)를 더 포함할 수 있다.
하부 몸체(800)는 수용 공간(810)을 구비할 수 있다. 수용 공간(810)에는 중앙 부분을 테두리 부분과 분리시키는 주벽(820)이 형성될 수 있다. 이에 따라 수용 공간(810)은 주벽(820)에 의해 2개의 부분을 분할될 수 있다. 여기서, 주벽(820)에 의해 둘러싸인 공간(제1공간)에는 세포 칩 수용부(100), 약물 저장부(200), 순환 기구(300)가 모두 수용될 수 있다. 그리고 주벽(820)에 의해 분리된 외곽(제2공간)에는 습도 조절부(400)가 형성될 수 있다.
습도 조절부(400)는 물 저장 공간(410)과 가열기(420)를 포함할 수 있다. 물 저장 공간(410)은 상당량의 물을 저장할 수 있고, 가열기(420)는 물 저장 공간(410)에 저장된 물을 가열할 수 있다. 이와 같이 구성된 습도 조절부(400)는 주벽(820)의 주변에서 수증기를 발생시켜 세포 배양 장치(1000) 내부의 습도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 한편, 도 13 및 도 14에는 가열기(420)가 물 저장 공간(410)의 일 부분에 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 물 저장 공간(410)의 전 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 아울러, 가열기(420)는 필요에 따라 생략될 수 있다.
상부 몸체(900)는 하부 몸체(800)와 결합할 수 있다. 부연 설명하면, 상부 몸체(900)는 하부 몸체(800)와 결합하여 수용 공간(810)을 밀폐시킬 수 있다. 이와 같이 구성된 상부 몸체(900)는 외부의 이물질이 세포 배양 장치(1000) 내부로 유입되는 것을 차단하고 외부의 충격으로부터 세포 칩 수용부(100)와 약물 저장부(200)를 보호할 수 있다.
하부 몸체(800)와 상부 몸체(900)에는 구멍(830, 930)이 각각 형성될 수 있다. 상기 구멍(830, 930)으로는 펌프(310, 312)와 외부 전원을 연결하는 전선(도시되지 않음)이 인출될 수 있다. 그러나 상기 구멍(830, 930)은 전선인출 구멍으로만 사용되는 것은 아니며, 필요에 따라 공기통로로 이용될 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
1000 세포 배양 장치
100 세포 칩 수용부
110 유로 120 연결관
130 와류생성부 132 돌기
200 약물 저장부
210 약물 저장 공간 202 칸막이
300 순환 기구
310, 312 배관 320 펌프
400 습도 조절부 410 물 저장 공간
420 가열기
500 필터
100 세포 칩 수용부
110 유로 120 연결관
130 와류생성부 132 돌기
200 약물 저장부
210 약물 저장 공간 202 칸막이
300 순환 기구
310, 312 배관 320 펌프
400 습도 조절부 410 물 저장 공간
420 가열기
500 필터
Claims (30)
- 세포 칩과 결합하고, 약물이 순환되는 하나 이상의 유로가 형성되는 세포칩 수용부;
상기 유로에 형성되어 약물의 와류를 일으키는 와류 생성부;
상기 세포칩 수용부와 연결되고, 상기 유로로 공급되는 약물이 저장되는 약물 저장부; 및
상기 세포 칩 수용부와 상기 약물 저장부 상호 간의 약물 순환을 발생시키는 순환 기구;
를 포함하는 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
상기 와류 생성부는 상기 유로의 측벽에 형성되는 복수의 돌기인 세포 배양 장치. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 높이방향을 따라 간격을 두고 형성되는 세포 배양 장치. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 길이방향을 따라 서로 다른 크기로 형성되는 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
상기 와류 생성부는 상기 유로의 바닥에 형성되는 복수의 돌기인 세포 배양 장치. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 폭 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 세포 배양 장치. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 길이 방향을 따라 서로 다른 크기로 형성되는 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
상기 와류 생성부는 크기가 다른 2종 이상의 돌기를 포함하는 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
상기 와류 생성부는 원 기둥 또는 각 기둥 또는 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상인 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
상기 세포칩 수용부는 약물 저장부와 연결되는 하나 이상의 연결관을 구비하는 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유로는 지그재그 형태인 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유로는 이종(異種)의 약물이 독립적으로 이동할 수 있도록 상호 분리된 복수의 유로로 이루어지는 세포 배양 장치. - 일면에 약물이 순환되는 하나 이상의 유로가 형성되는 세포칩 수용부;
상기 세포칩 수용부와 결합하고, 상기 유로에 침지되는 생체물질이 부착되는 세포 칩;
상기 유로에 형성되어 약물의 와류를 일으키는 와류 생성부;
상기 세포칩 수용부와 연결되고, 상기 유로로 공급되는 약물이 저장되는 약물 저장부; 및
상기 세포칩 수용부와 상기 약물 저장부 상호 간의 약물 순환을 발생시키는 순환 기구;
를 포함하는 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 세포 칩은 생체물질이 부착되고 상기 유로를 향해 돌출되는 복수의 돌기를 구비하는 세포 배양 장치. - 삭제
- 제13항에 있어서,
상기 약물 저장부는,
동종 또는 이종의 약물을 개별적으로 저장할 수 있도록 복수의 약물 저장 공간으로 분할되는 세포 배양 장치. - 제16항에 있어서,
상기 순환 기구는,
상기 복수의 약물 저장 공간과 상기 세포 칩 저장부를 선택적으로 연결할 수 있도록 결합 및 분리가 가능한 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 순환 기구는 하나 이상의 펌프를 포함하는 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 세포 칩 수용부 및 상기 약물 저장부 중 적어도 하나는,
상기 세포 칩 수용부과 상기 약물 저장부 사이를 순환하는 약물에 포함된 이물질을 여과하기 위한 필터를 포함하는 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 와류 생성부는 상기 유로의 측벽에 형성되는 복수의 돌기인 세포 배양 장치. - 제20항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 높이방향을 따라 간격을 두고 형성되는 세포 배양 장치. - 제20항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 측벽의 길이방향을 따라 서로 다른 크기로 형성되는 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 와류 생성부는 상기 유로의 바닥에 형성되는 복수의 돌기인 세포 배양 장치. - 제23항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 폭 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 세포 배양 장치. - 제23항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 바닥의 길이 방향을 따라 서로 다른 크기로 형성되는 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 와류 생성부는 크기가 다른 2종 이상의 돌기를 포함하는 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 와류 생성부는 원 기둥 또는 각 기둥 또는 원뿔 또는 각뿔 또는 절두형 원뿔 또는 절두형 각뿔 형상인 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 세포칩 수용부는 약물 저장부와 연결되는 하나 이상의 연결관을 구비하는 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 유로는 지그재그 형태인 세포 배양 장치. - 제13항에 있어서,
상기 유로는 이종(異種)의 약물이 독립적으로 이동할 수 있도록 상호 분리된 복수의 유로로 이루어지는 세포 배양 장치.
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