KR101728939B1 - 원심 동적 필터링 장치 및 이를 이용한 세포 분리 시스템 - Google Patents

원심 동적 필터링 장치 및 이를 이용한 세포 분리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원심 동적 필터링 장치를 공개하며, 이 장치는 회전축(28), 회전축에 수직으로 연결되어 그를 따라 회전하는 회전 아암(211), 회전 아암(28)의 원단에 고정 연결되는 미소공 막필터(31)을 포함한다. 미소공 막필터(31)는 진입구(311), 진출구(312), 진입구 및 진출구와 각각 연통되는 프론트 캐비티(313)와 리어 캐비티(314) 및 두 개의 캐비티 사이에 구비되는 필터막(315)을 포함하며, 필터막(315)의 필터 구멍은 분리하고자 하는 세포의 크기보다 작다. 본 발명은 또한 세포 분리 시스템을 더 공개한다.

Description

원심 동적 필터링 장치 및 이를 이용한 세포 분리 시스템{CENTRIFUGAL DYNAMIC FILTERING APPARATUS AND CELL SEPARATION SYSTEM USING SAME}
본 발명은 생물 세포 분리 분야와 관련되며, 특히 원심 동적 필터링 장치 및 미소공 막필터를 포함하는 세포 분리 시스템과 관련되며, 이 시스템을 이용하여 세포 신속 분리 방법을 수립할 수 있다.
질병 치료의 가장 좋은 방법 중 하나는 생체 조직을 이용하여 병들고 노화된 조직을 재건하고 갱신하는 것이며, 이러한 치료 방법을 세포 치료라고 한다. 세포 치료는 이미 백년의 역사를 가지고 있으며, 현재 종양, 간장 질병, 흉터 제거 등의 각 분야에서 널리 응용되고 있으며, 또한 광범위한 발전 전망을 가지고 있다.
세포 치료의 가장 기초적인 문제는 먼저 목표 세포를 분리해 내는 것이다. 종래 기술에서 세포의 분리는 모두 원심분리기를 통해 실현하는데, 이러한 분리 방법은 조작이 번작할 뿐만 아니라, 조작 시 여러 번 반복하여 세포액을 추출하고 집어 넣어야 하기 때문에, 세포에 기계적 손상과 오염을 초래하기 쉬우며, 실험실의 환경 조건에 대한 요구가 매우 엄격하여, 세포의 품질에 영향을 미치고, 세포 분리 원가를 증가시킨다.
따라서, 세포 분리에 사용하는 보다 향상된 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적 중 하나는 원심 동적 필터링 장치를 제공하는 것이며, 이 장치는 구조가 간단하고, 조작이 편리하여, 신속하게 세포를 분리할 수 있으며, 또한 분리가 완전 밀폐 시스템 내에서 진행되므로, 분리 과정에서 발생되는 세포 손상을 경감하고, 세포 오염을 피할 수 있으며, 분리의 전 과정이 컴퓨터에 의해 자동으로 제어될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술방안을 채용한다:
원심 동적 필터링 장치는 생체 세포 분리에 사용되며, 회전축, 상기 회전축에 수직으로 연결되어 그를 따라 회전하는 회전 아암 및 상기 회전 아암의 원단에 고정 연결되는 미소공 막필터를 포함한다.
그 중, 상기 미소공 막필터는 진입구, 진출구, 상기 진입구 및 진출구와 각각 연통되는 프론트 캐비티와 리어 캐비티, 상기 프론트 캐비티와 리어 캐비티 사이에 구비되는 필터막을 포함한다.
상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 분리하고자 하는 세포의 직경보다 작다.
상기 진입구 및 상기 프론트 캐비티는 상기 회전 아암의 원단에 위치하고, 상기 진출구 및 상기 리어 캐비티는 상기 회전 아암의 근단에 위치하여, 세포 현탁액 중 수분과 생체 입자 및 생체 분자는 액체의 유동 압력으로 상기 필터막을 통과하게 하고, 세포는 상기 필터막에 막혀 원심력의 작용에 의해 상기 필터막에서 떨어져 상기 프론트 캐비티에 저장되게 하여, 세포가 막 구멍을 막는 것을 방지한다.
바람직하게, 상기 회전 아암의 길이는 10-30cm이며, 회전 속도는 500-1500RPM이며, 발생되는 원심력은 100-500g이다.
바람직하게, 상기 미소공 막필터의 단면은 원형 또는 사각형이다.
바람직하게, 상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 1-30um이다.
바람직하게, 상기 필터막은 폴리올레핀류 또는 폴리아미드류의 재료로 만든다.
바람직하게, 상기 필터막은 폴리프로필렌, 혼합 셀룰로오스, 폴리에틸렌 재료 또는 나이론 재료로 만든다.
바람직하게, 상기 미소공 막필터의 상기 진입구는 액체 진입관과 연결되고, 상기 액체 진입관은 회전 조인트를 통해 그 상류의 파이프와 연결되며, 상기 회전 조인트는 상기 회전 아암의 축 상의 고정 지지대에 구비된다.
상기 회전 조인트의 비회전단은 상기 액체 진입관의 상류 파이프에 연결되어 연통되며, 상기 회전 조인트의 회전단은 상기 액체 진입관을 통해 상기 미소공 막필터와 연결되어, 상기 미소공 막필터가 상기 회전축 전동 시 세포 현탁액 필터링을 연속적으로 진행하게 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 원심 동적 필터링 장치 구조 특히 미소공 막필터를 포함하는 세포 분리 시스템을 제공한다. 이 시스템은 완전 밀폐 상태에서 전 자동으로 목표 세포의 분리를 완성한다. 그 구조가 간단하고, 조작이 편리하며, 또한 전 과정이 밀폐되어, 쉽게 오염되지 아니한다.
상기 목표를 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술방안을 채용한다.
세포 분리 시스템은 일회용 완전 밀폐 파이프 시스템 및 계기 시스템을 포함한다.
그 중, 상기 일회용 완전 밀폐 파이프 시스템은 미소공 막필터, 초급 필터, 회전 조인트, 일회용 주사기, 평형액 용기, 세포 현탁액 용기, 효소액 용기 및 연결 파이프를 포함한다.
상기 미소공 막필터는 진입구, 진출구, 상기 진입구 및 진출구와 각각 연통되는 프론트 캐비티와 리어 캐비티, 상기 프론트 캐비티와 리어 캐비티 사이에 구비되는 필터막을 포함하며, 상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 분리하고자 하는 세포의 직경보다 작으며, 상기 진입구 및 상기 프론트 캐비티는 상기 미소공 막필터가 원심력을 받는 원단에 위치하고, 상기 진출구 및 상기 리어 캐비티는 상기 미소공 막필터가 원심력을 받는 근단에 위치하여, 세포 현탁액 중 수분과 생체 입자 및 생체 분자는 액체의 유동 압력으로 상기 필터막을 통과하게 하고, 세포는 상기 필터막에 막혀 원심력의 작용에 의해 상기 필터막에서 떨어져 상기 프론트 캐비티에 저장되게 하며, 세포의 막 구멍에 대한 막힘을 제거한다.
상기 연결 파이프는 제1 파이프, 제2 파이프, 제3 파이프, 제4 파이프, 제5 파이프, 제6 파이프, 제7 파이프를 포함한다.
상기 세포 현탁액 용기는 도치되며, 상기 세포 현탁액 용기의 개구는 상기 제1 파이프에 연결되어 연통되며, 상기 제1 파이프에는 상기 초급 필터가 구비된다.
상기 평형액 용기는 도치되며, 상기 평형액 용기의 개구는 상기 제2 파이프와 연결되어 연통되며, 상기 제2 파이프는 상기 제1 파이프와 연통된다.
상기 제3 파이프의 일단은 상기 제1, 제2 파이프의 교차부와 연통되며, 타단은 상기 일회용 주사기와 연통된다.
상기 제4 파이프의 일단은 상기 일회용 주사기와 연통되며, 타단은 상기 회전 조인트의 고정단과 연통된다.
상기 제5 파이프의 일단은 상기 회전 조인트의 회전단과 연통되며, 타단은 상기 미소공 막필터의 진입구와 연통된다.
상기 제6 파이프의 일단은 상기 미소공 막필터의 진출구와 연통되며, 타단은 폐액 수집 탱크로 연장되어 개구된다.
상기 제7 파이프의 일단은 상기 제1, 제2 파이프의 교차부와 연통되며, 타단은 상기 효소액 용기와 연통된다.
그 중, 상기 계기 시스템은 전동 회전 아암, 전동 주사 펌프, 평형액 온도 제어 장치, 세포 현탁액 온도 제어 장치, 세포 현탁액 진동회전판 및 전자 제어 밸브를 포함한다.
상기 전동 회전 아암의 아암 단은 상기 미소공 막필터에 고정되며, 상기 전동 회전 아암의 회전축은 상기 회전 조인트의 회전축과 동일 직선 상에 있다.
상기 전동 주사 펌프는 상기 일회용 주사기를 제어하며, 상기 평형액 온도 제어 장치는 상기 평형액 용기의 외부에 구비되어, 평형액의 온도를 제어하며, 상기 세포 현탁액 온도 제어 장치는 상기 세포 현탁액 용기의 외부에 구비되어, 세포 현탁액의 온도를 제어하며, 상기 세포 현탁액 용기와 상기 세포 현탁액 온도 제어 장치는 상기 세포 현탁액 진동회전판 상에 구비되며, 상기 세포 현탁액 진동회전판은 컴퓨터에 설정된 주파수를 통해 자동으로 상기 세포 현탁액 용기에 대해 진동을 진행한다.
상기 전자 제어 밸브는 제1 전자 제어 밸브, 제2 전자 제어 밸브, 제3 전자 제어 밸브 및 제4 전자 제어 밸브를 포함한다.
상기 제1 전자 제어 밸브는 상기 제1 파이프에 구비되며, 또한 제1 파이프와 제2 파이프의 교차부 앞에 위치된다.
상기 제2 전자 제어 밸브는 상기 제2 파이프에 구비된다.
상기 제3 전자 제어 밸브는 상기 제4 파이프에 구비되며, 또한 상기 일회용 주사기와 회전 조인트 사이에 위치된다.
상기 제4 전자 제어 밸브는 상기 제7 파이프에 구비된다.
바람직하게, 상기 초급 필터의 필터 구멍의 직경은 목표 세포의 직경보다 크며, 상기 초급 필터의 미소공 막구멍의 직경은 200-300 메쉬이다. 바람직하게, 상기 전자 제어 밸브는 전자 핀치 밸브로서, 파이프를 개방하고 밀폐하는 것을 제어한다.
바람직하게, 상기 미소공 막필터의 상기 프론트 캐비티와 리어 캐비티는 상기 필터막이 분리되어 형성되며, 상기 진입구는 상기 프론트 캐비티의 상부 또는 측벽에 구비되고, 상기 진출구는 상기 리어 캐비티의 저부 또는 측벽에 구비된다.
바람직하게, 상기 필터막은 친수성 막이다.
바람직하게, 상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 1-30um이다.
바람직하게, 상기 필터막은 폴리올레핀류 또는 폴리아미드류의 재료로 만든다.
바람직하게, 상기 필터막은 폴리프로필렌, 혼합 셀룰로오스, 폴리에틸렌 재료 또는 나이론 재료로 만든다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다: 본 발명 원심 동적 필터링 장치 및 이를 이용한 미소공 믹필터의 세포 분리 시스템은, 그 구조가 간단하고, 조작이 편리하여, 신속하게 세포를 분리할 수 있으며, 분리가 완전 밀폐 시스템 내에서 진행되어, 세포의 손상 및 오염의 초래가 적으며, 분리 전 과정이 컴퓨터를 통해 자동으로 제어되고, 작동에 대한 실험실의 요구가 낮다. 본 발명의 기타 우월적 특징은 아래 실시 방식에서 설명된다.
도 1은 본 발명 원심 동적 필터링 장치의 실시예의 입체도이다.
도 2는 도 1에 도시된 원심 동적 필터링 장치의 측면 설명도이다.
도 3은 도 1에 도시된 원심 동적 필터링 장치 중의 미소공 막필터의 측면 설명도이다.
도 4는 도 1에 도시된 원심 동적 필터링 장치 중의 미소공 막필터의 액체 진입관을 고정하는 회전 조인트의 설명도이다.
도 5는 도 1에 도시된 원심 동적 필터링 장치 중의 미소공 막필터를 포함하는 세포 분리 시스템의 설명도이다.
다음은 첨부 도면을 결합하여, 본 발명의 바람직한 실시 방식을 상세히 소개한다. 아래의 바람직한 실시예는 단지 예시적인 작용을 할 뿐, 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 아니된다.
(一) 원심 동적 필터링 장치
도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예의 원심 동적 필터링 장치이며, 이 실시예의 세포 분리에 사용하는 원심 동적 필터링 장치는 회전축(28), 회전축에 수직으로 연결되어 그를 따라 회전하는 회전 아암(211), 회전 아암의 원단(far end)에 고정 연결되는 미소공 막필터(31)를 포함한다.
그 중, 미소공 막필터(microporous membrane filter) (31)는 진입구(311), 진출구(312), 진입구와 연통되는 프론트 캐비티(313), 진출구와 연통되는 리어 캐비티(314) 및 프론트 캐비티(313)와 리어 캐비티(314) 사이에 구비되는 필터막(315)을 포함한다. 바람직하게, 진입구(311)는 프론트 캐비티(313)의 상단에 구비되며, 진출구(312)는 리어 캐비티(314)의 하단에 구비된다. 도 3에 도시된 바와 같이 액체는 주사(injection)로 발생되는 액체 압력에 의해 유동한다.
그 중, 필터막(315)은 친수성 필터링 막으로, 폴리올레핀류(polyolefins) 또는 폴리아미드류(polyamides)의 재질로 만든다. 바람직하게, 필터막은 폴리프로필렌(polypropylene), 혼합 셀룰로오스(mixed cellulose), 폴리에틸렌 재료 또는 나이론의 재료로 만든다. 필터막(315)의 필터 구멍(3150)은 분리 추출하고자 하는 세포의 크기보다 작아, 추출하고자 하는 세포가 프론트 캐비티(313)에 분리되어 남게 하며, 수분 및 기타 생체 분자는 리어 캐비티(314)로 유동한 후, 진출구(312)로 유출되게 한다. 일반적으로 체세포의 크기는 5-30um 이며, 구체적으로, 필터막(315)의 필터 구멍(3150)의 직경은 5um 보다 작다, 바람직하게, 필터막의 필터 구멍의 직경은 1-30um 이며, 더욱 바람직하게, 필터 구멍(3150)의 직경은 3um-5um 이다.
바람직하게, 본 실시예에서, 미소공 막필터(31)는 캐비티를 구비하며 일정한 두께를 가진 원형 케익 형상이며, 필터막(315)의 액체 진입면은 회전 아암의 원단에 위치하고, 액체 진출면은 회전 아암의 근단(near end)에 위치한다. 회전 아암의 회전은 원심력을 발생하여, 필터막에 의해 막힌 세포가 그 과립이 커 더욱 큰 원심력을 받아 필터막에서 떨어져 이탈하게 하여, 막 구멍(1350)이 막히지 않게 하며, 수분 및 쓸모없거나 유해한 생체 분자가 액체 압력의 작용 하에 막 구멍을 통과하여 유출되게 한다.
바람직하게, 프론트 캐비티(313)는 회전 아암(211)의 원단에 위치하며, 리어 캐비티(314)는 회전 아암(211)의 근단에 위치한다. 즉, 프론트 캐비티(313)의 위치와 리어 캐비티(314)의 위치를 서로 비교하면, 프론트 캐비티(313)가 리어 캐비티(314) 보다 상기 회전축(211)에서 더 멀다. 이렇게, 액체는 진입구(311)에서 진출구(312)로 유동하여, 회전축(211)에서 먼 위치에서 회전축(211)에 가까운 방향으로 유동한다. 즉 유체의 유동 방향은 회전축(211)이 회전할 때 미소공 막필터(31)가 받는 원심력 방향과 상반된다. 이로서 세포 현탁액이 프론트 캐비티(313)에 도달 할 때, 세포가 필터막(315)에 의해 프론트 캐비티(313)에 분리됨과 동시에, 원심력의 작용 하에 필터막(315)에서 떨어지게 되어, 필터 구멍(3150)을 막지 아니하여, 필터 과정이 원활하게 지속되게 한다.
본 실시예에서, 액체 진입관(375)은 회전 조인트(33)를 통해 그 상류의 파이프와 연결된다. 그 중, 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 조인트(33)는 비회전단(331)과 회전단(332)을 포함하며, 비회전단(331)은 회전단(332)을 수용하는 챔버를 형성하며, 회전단(332)은 그 챔버 내에서 회전할 수 있다. 비회전단(331)과 회전단(332)이 접합되는 부위는 실링(333)이 구비된다. 비회전단(331)은 상류의 파이프와 고정되게 연통되며, 그 회전단(332)의 연결 부위(3320)는 액체 진입관(375)과 연통된다. 따라서, 액체 진입관(375)은 회전 조인트의 비회전 부위에 고정됨과 동시에, 회전축(28)을 따라 함께 회전할 수 있다. 더욱 바람직하게, 회전 조인트(33)는 회전축(28) 상 또는 그 연장선 상에(축 방향으로 이격되어) 구비되어, 직접적 또는 간접적으로 회전하게 되며, 액체 진입관(375)과 미소공 막필터(31) 부분이 동기적으로 회전하게 한다.
(二) 세포 분리 시스템
다음은, 본 발명의 세포 분리 시스템의 바람직한 실시예를 소개한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 세포 추출 시스템은, 일회용 완전 밀폐 파이프 시스템과 계기 시스템의 두 부분을 포함한다.
그 중, 일회용 완전 밀폐 파이프 시스템(3)은 미소공 막필터(31), 초급 필터(32), 회전 조인트(33), 일회용 주사기(34), 평형액 용기(35), 세포 현탁액 용기(36), 효소액 용기(38), 연결 파이프(37)를 포함한다. 다음은 이들 각각에 대해 설명한다.
(1) 미소공 막필터(31)는, 그 구조에 대해 원심 동적 필터링 장치에서 이미 설명하였으므로, 여기에서는 생략한다.
(2) 초급 필터(32)는, 세포 현탁액 중 큰 과립 불순물을 필터링할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 초급 필터(32)는 액체 방향의 최 전단에 구비된다. 즉, 세포 현탁액 저장 용기(36)와 가장 가까워, 조직을 세척하고 필터링하는 과정에서, 일부 상대적으로 큰 불순물(예를 들면 소화되지 아니한 조직 토막 및 대분자(大分子))가 먼저 필터링될 수 있게 한다. 바람직하게, 본 실시예에서, 복수의 실험에 근거하여, 초급 필터(32)는 200 메쉬 필터이며, 이러한 배치 조건에서, 필터링 효과가 상대적으로 더 양호하다. 또한 200-300 메쉬의 필터는 모두 비교적 바람직하다. 당연히, 본 발명의 기타 실시예에서, 어떠한 적당한 구조의 필터링 장치도 사용 가능하다.
(3) 회전 조인트(33)는, 그 구조에 대해 상기 원심 동적 필터링 장치에서 이미 설명하였으므로, 여기에서는 생략한다.
(4) 일회용 주사기(34)는, 전동 주사 펌프(23) (아래에 설명함)의 구동 하에, 액체를 추출하고 주사하는데 사용한다.
(5) 평형액 용기(35)는, 평형액(완충액 또는 세척액이라고도 함)을 수용하며, 가열 보온 장치(24)에 의해 37로 유지된다. 37의 온도는 인체 온도에 근접하므로, 세포의 보호에 유리하다. 세포 보호의 필요에 따라, 가열 보온 장치(24)를 통해 온도가 조절되도록 설치된다.
여기서 평형액은, 인산염 완충액(PBS)를 채용하거나, 유산 링거액(lactated ringers solution)을 채용할 수도 있다. 본 실시에에서, 평형액은 바람직하게 유산 링거액을 사용는데, 그 이유는 그 전해질 농도, PH, 삼투압 등이 세포 외액(extracellular fluids)과 매우 가까워, 세포 생존에 더욱 유리하며, 세포 액 중에 잔류하는 교원질 효소(collagenase)를 세척하는데 적용되어, 세포에 대한 유해 영향을 제거하기 때문이다. 바람직하게, 세포 추출의 과정에서 원료를 체온과 근접한 온도로 유지할 필요가 있어, 본 실시예의 시스템에는 보온 장치(25)가 구비되며, 이 보온 장치는 세포 현탁액 저장 용기(36)를 가열하여 일정한 온도로 유지하며, 일반적으로 37를 유지한다. 온도의 균일을 위하여, 바람직하게, 상기 보온 장치(25)는 세포 현탁액 저장 용기(36)의 외벽을 둘러싼다.
(6) 세포 현탁액 저장 용기(36)는, 본 실시예에서 도치되는 세포 저장 용기를 채용하며, 그 개구는 아래를 향한다. 상기 현탁액 저장 용기(36)는 세포를 추출하기 위해 인체로부터 획득하는 원료를 수용하는데 사용되며, 원료는 각종 조직일 수 있는데, 지방 조직, 혈액, 골수, 근육, 피부, 간장, 근육막, 태반, 탯줄, 체액, 분비물, 세포 배양액 등을 포함하지만 이에 한정되지는 아니한다. 본 실시예에서는 지방 조직을 채용하여 지방 줄기 세포를 분리한다. 이러한 지방 조직은 종래 기술 중의 적합한 방법을 채용하여 획득 할 수 있는데, 예를 들면 지방 흡인술(주사기 사용) 또는 지방 절제술을 채용할 수 있다. 지방 조직의 추출 수량은 각종 요소에 달려 있으며, 피추출자의 지방 제공 능력 및 지방 줄기 세포의 수요를 포함한다. 바람직하게, 교원질 효소액과 지방 조직의 혼합을 가속화하고, 효소의 지방 조직에 대한 소화를 가속화하기 위해, 본 실시예의 시스템에서 세포 현탁액 용기(36)와 그 보온 장치(25)는 모두 진동 장치의 진동판(26) 상에 위치하여, 세포 현탁액(36)에 대해 진동을 진행한다.
(7) 효소액 용기(38)는, 조직 처리 과정 중에 필요한 약액을 조제하기 위해 사용하며, 본 실시예에서는 교원질 효소액이다.
(8) 연결 파이프(37)는 제1 파이프(371), 제2 파이프(372), 제3 파이프(373), 제4 파이프(374), 제5 파이프(375), 제6 파이프(376), 제7 파이프(377)을 포함한다.
그 중, 제1 파이프(371)는 상기 도치된 세포 현탁액 용기(36)의 개구에 연결되어 연통되며, 제1 파이프(371)에는 상기 초급 필터(32)가 구비된다.
상기 평형액 용기(35)도 도치되며, 평형액 용기(35)의 개구는 제2 파이프(372)와 연결되어 연통되며, 제2 파이프(372)는 제1 파이프(371)와 연통된다.
제3 파이프(373)의 일단은 제1, 제2 파이프(371. 372)의 교차부와 연통되며, 또한 타단은 일회용 주사기(34)와 연통된다.
제4 파이프(374)의 일단은 일회용 주사기(34)와 연통되며, 또한 타단은 회전 조인트(33)의 고정단과 연통된다.
제5 파이프(375)의 일단은 회전 조인트(33)의 회전단과 연통되며, 또한 타단은 미소공 막필터(31)의 진입구와 연통된다.
제6 파이프(376)의 일단은 미소공 막필터(31)의 진출구와 연통되며, 또한 타단은 폐액 수집 탱크(27)로 연장되어 개구된다.
제7 파이프(377)의 일단은 제1, 제2 파이프 교차부와 연통되며, 또한 타단은 효소액 용기와 연통된다.
본 시스템에서, 세포 분리 완료 후, 열용접 가위(thermal scissors)를 사용하여 미소공 막필터(31)의 진입구와 진출구을 연결하는 파이프 즉 제5 파이프(375)와 제6 파이프(376)를 직접 전단하여 밀폐할 수 있으며, 밀폐된 미소공 막필터(31) 중에 필요한 세포를 남겨, 직접 사용을 위해 저장할 수 있다.
상기 각 파이프는 경질 또는 연질일 수 있으며, 구체적인 필요에 의해 결정된다. 바람직한 본 실시예에서, 각 파이프는 연질 파이프이며, 예를 들면 임상 응용 중 통상 사용하는 폴리에틸렌 파이프이거나, 실리콘 수지 파이프 또는 종래 기술에서 이미 알려진 기타 재료의 파이프이다. 파이프 내경의 크기는 통과하는 액체 또는 조직의 크기, 수량 및 필요한 유속 등에 달려 있다. 이러한 파이프는 상기 주사 장치가 발생하는 정압과 부압을 견딜 수 있어야 한다.
상기 일회용 완전 밀폐 파이프 시스템(1)의 각 구성 부분은 모두 일회용으로 사용되며, 완전 밀폐되므로, 세포 현탁액 중에서 세포를 분리해 내는 전 과정이 오염되지 않은 파이프 시스템 중에서 진행됨을 보장한다.
다음은 세포 분리 시스템의 계기 시스템(2)을 소개하며, 이 시스템은 중복 사용이 가능하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 계기 시스템(2)은 전동 회전 아암(21), 전자(電磁) 제어 밸브(22), 전동 주사 펌프(23), 평형액 온도 제어 장치(24), 세포 현탁액 온도 제어 장치(25), 세포 현탁액 진동판(26)을 포함한다.
전동 회전 아암(21)의 기능 아암 단(211)은 상기 미소공 막필터(31)에 고정되며, 전동 회전 아암(21)의 회전축은 상기 시스템의 회전 조인트(33)와 동일 직선 상에 있어, 회전 조인트(33)가 그를 따라 동기적으로 회전하게 한다. 기능 아암 단의 반대 단에, 상기 전동 회전 아암(21)은 평형 단(212)이 구비된다. 즉 평형 블록이 구비된다. 전동 회전 아암(21)은 모터(28)로 구동한다.
전동 주사 펌프(23)는 일회용 주사기(34)를 제어한다.
평형액 온도 제어 장치(24)는 평형액 용기(35)의 외부에 구비되어, 평형액의 온도를 제어한다.
세포 현탁액 온도 제어 장치(25)는 세포 현탁액 용기(36) 외부에 구비되어, 세포 현탁액의 온도를 제어할 수 있다. 그밖에, 세포 현탁액 용기(36)와 세포 현탁액 온도 제어 장치(25)는 세포 현탁액 진동판(26) (미도시) 상에 구비되며, 세포 현탁액 진동회전판은 컴퓨터에 설정된 주파수를 통해 자동으로 세포 현탁액 용기(36)에 대해 진동을 진행할 수 있다.
전자 제어 밸브(22)는 제1 전자 제어 밸브(221), 제2 전자 제어 밸브(222), 제3 전자 제어 밸브(223), 제4 전자 제어 밸브(224)를 포함한다.
제1 전자 제어 밸브(221)는 상기 제1 파이프(371)에 구비되며, 제1 파이프(371)와 제2 파이프(372)의 교차부 앞에 위치된다.
제2 전자 제어 밸브(222)는 제2 파이프(372)에 구비된다.
제3 전자 제어 밸브(223)는 제4 파이프(374)에 구비되며, 또한 일회용 주사기(34)와 회전 조인트(33) 사이에 위치된다.
제4 전자 제어 밸브(224)는 제7 파이프(377)에 구비된다.
상기 제1, 제2, 제3, 제4 전자 제어 밸브(221, 222, 223, 224)는 전자 핀치 밸브(electromagnetic pinch valve)로서, 파이프의 개방과 밀폐를 제어할 수 있다.
미소공 막필터(31), 초급 필터(32), 회전 조인트(33), 일회용 주사기(34), 세포 현탁액 용기(36), 평형액 용기(35), 효소액 용기(38) 및 관련 파이프(37)로 구성되는 일회용 밀폐 파이프 시스템과, 전동 원심 회전 아암(21), 전동 주사 펌프(23), 전자 핀치 밸브(22), 평형액 온도 제어 장치(24), 세포 현탁액 온도 제어 장치(25), 세포 현탁액 진동회전판(26)으로 구성되는 계기 시스템은, 공동으로 상기 세포 분리 시스템을 형성하여 , 조직 세포의 세척, 효소 분해 소화, 세포의 필터링 분리, 세포의 세척 및 수집 등의 업무를 처리할 수 있다. 구조가 간단하고, 신속하게 필요한 세포를 획득할 수 있으며, 전 과정이 밀폐되고, 오염이 없으며, 적응성이 강해, 세포 추출의 양산화에 유리하다.
(三) 세포 분리 방법
다음은 상기 실시예의 세포 분리 시스템과 대응하여, 상기 시스템을 이용한 세포 분리 방법을 소개한다. 본 방법의 설명을 통해, 상기 시스템의 구조와 기능을 명확하게 이해할 수 있다.
본 실시예의 세포 분리 방법은, 인체에서 추출한 지방 조직을 원료로 하여, 지방 줄기 세포를 추출한다. 이 방법은 다음 절차를 포함한다(절차에서 언급되지 않은 밸브는 모두 밀폐된 것임):
1. 평형액을 예열하고, 일회용 용기, 필터, 주사기 및 파이프 시스템을 연결한다.
평형액 온도 제어 보온 장치(24)는 37로 설정하고, 포장된 평형액체(35)를 온도 제어 보온 장치(24) 중에 넣고, 평형액을 37로 예열하며, 예열된 37 평형액은 교원질 효소액의 조제에 사용할 뿐만 아니라, 적합한 세포 세척액을 제공할 수도 있다. 일회용 파이프 시스템을 계기에 연결한다: 제1 파이프(371)는 세포 현탁액 용기(36)와 연결되고, 제2 파이프(372)는 평형액 용기(35)와 연결되며, 제7 파이프(377)는 효소액 용기(38)와 연결되며, 일회용 주사기(34)는 전동 주사 펌프(23)와 연결되며, 회전 조인트(33)는 고정 프레임에 구비되고, 원심 필터(31)는 회전 아암 기능 단(211)에 구비된다.
2. 지방 조직을 효소로 분해한다.
지방 조직을 세포 현탁액 용기(36)에 넣으며, 본 실시예에서 상기 용기는 PVC주입액 봉지가 아니다. 예열 평형액 용기(35)에서 지방과 균등한 체적의 평형액을 추출하여, 효소액 용기(38)에 주입한다. 본 실시예에서 효소 희석액은 유산 링거액이며, 교원질 효소 제품 설명서가 정한 효소 활성에 근거하여 적당한 교원질 효소를 취해, 양자를 혼합하여 지방 소화 효소액을 형성하며, 효소액 용기(38) 내의 교원질 효소액을 세포 현탁액 용기(36)에 주입한다. 상기 용기 외부의 온도 제어 보온 장치(25)는 온도가 37로 설정된다. 상기 용기를 적재한 진동판(26)은 작동하며, 회전 속도는 100RPM, 시간은 20~40분이다. 효소 활성 및 지방 소화 정도에 근거하여 사전 설정된 효소 분해 시간을 조정한다.
지방은 효소에 의해 소화된 후, 아래에서부터 위로 수용액, 유상층(乳狀層), 유층(油層)의 3개 층으로 나누어 진다. 지방 줄기 세포는 수용액과 유상층 내에 위치한다. 세포 현탁액 장치(36) 최저층은 파이프(371)와 연결되기 때문에, 주사 펌프의 정량 설치를 통해, 세포액에서 세포를 필터링하여 분리할 수 있다. 물론, 본 발명의 기타 실시예에서, 원료가 기타 조직 또는 조직 부분일 때, 용액층이 3층이 아닐 수 있다. 그러나 세포액의 량은 제어할 수 있으며, 당업자가 상응하게 조정하기만 하면, 목적하는 세포를 얻을 수 있다.
3. 필터링 장치를 이용하여 불순물과 대분자를 필터링하고, 미소공 막필터를 이용하여 동적으로 필터링하여 세포를 분리 추출한다.
(1) 컴퓨터의 사전 설정된 변수에 따라, 필터링, 원심, 분리 과정이 시작된다. 밸브(221)를 열고, 전동 주사 펌프(23) 상의 주사기(34)를 이용하여, 세포 현탁액 용기(36) 최하층의 수용성 세포 현탁액을 추출한다. 이 때, 세포 현탁액은 초급 필터(32)를 통과하여, 그 중에 소화되지 아니한 조직, 불순물 등이 필터링된다.
(2) 밸브(221)를 닫고, 밸브(223)를 열며, 전동 주사 펌프 상의 주사기(34)를 이용하여, 그 내부의 용액을 제4 파이프(374), 회전 조인트(33), 제5 파이프(375)를 통해 회전 중의 원심 동적 필터링 장치에 주입하여, 프론트 캐비티에 도달하게 하며, 수분 및 작은 생체 분자는, 특히 교원질 효소는 막 구멍을 통해 리어 캐비티로 유입되어, 제6 파이프(376)를 거쳐, 폐액 탱크(27)로 배출되며, 세포는 프론트 캐비티에 남고, 또한 원심력 차이 때문에, 세포는 막 구멍에서 떨어져 나가, 막 구멍을 막지 아니한다. 본 실시예에서 회전 아암의 반경은 20cm이며, 회전 속도는 1500RPM이다.
(3) 컴퓨터의 사전 설정에 근거하여, 유수(油水) 분리면 아래의 용액이 추출될 때까지 추출 과정을 반복한다.
세포 분리 효율을 제고하기 위해, 평형액을 중복 주입하여 재차 필터링 할 수 있는데, 구체적인 절차는 다음을 포함한다:
A, 밸브(222)를 열고, 평형액 수용 장치(35) 중의 37 평형액 적당량을 추출하며, 본 실시예서는 100ml이다. 밸브(222)를 닫고, 밸브(221)를 열며, 평형액을 세포 현탁액 용기(36)로 주입하고, (2)과정을 중복한다. 유상층 내 잔류 세포를 획득한다.
4. 평형액을 사용하여 원심 동적 필터링 장치 중에서 추출한 세포를 세척한다.
먼저, 밸브(222)를 열고, 주사기(34)를 이용하여 처리액 수용 용기(35)로부터 평형액을 추출한다. 그런 다음, 밸브(222)를 닫고, 밸브(223)를 열어, 평형액이 제4 파이프(374)를 통해 동적 원심 장치(31)의 프론트 캐비티로 유입되게 하여, 프론트 캐비티에 남아 있는 세포액을 연속적으로 희석되게 씻어, 유해한 소분자(小分子) 물질을 철저히 제거한다. 본 실시예의 세척액은 150ml이다.
세척 절차는 주로 세포 또는 세포액 중의 잔존하는 효소를 제거하기 위함이다.
5. 미소공 막필터(31)를 수거하며, 파이프를 밀폐하여 사용에 대비한다.
미소공 막필터(31)를 수거하며, 그 안의 용액은 직접 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 열 용접 가위를 채용하여 직접 액체 진입관 및 진출관을 열용접으로 절단하여 밀폐하고, 보존하여 사용에 대비한다. 직접 사용 전에 미소공 막필터(31)를 진동 장치에 적재하고 진동하여 흡출한다.
상기 실시예의 세포 분리 방법은 전 자동으로 조직의 소화, 초보 필터링, 동적 필터링을 완성하여 세포 획득 및 세포 수집 등의 절차를 실현한다. 또한 전체 절차를 일회용 밀봉 파이프를 통해 완성하므로, 외계 환경에 노출될 필요가 없어, 오염이 없고, 조작 중의 세포의 기계적 손상을 감소하여, 세포의 생존율을 제고한다.
물론, 본 발명의 기타 실시예에서, 파이프 시스템은 상응하는 기능을 실현할 수만 있다면, 상기 실시예와 다르게 설계할 수도 있다.
상기 설명은 단지 본 발명의 바람직한 실시예에 불과하므로, 이에 의해 본 발명의 보호 범위를 제한해서는 아니된다. 어떠한 본 발명의 기술방안과 균등 변환 및 치환은 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 생체 세포 분리에 사용되며, 회전축, 상기 회전축에 수직으로 연결되어 그를 따라 회전하는 회전 아암 및 상기 회전 아암의 원단에 고정 연결되는 미소공 막필터를 포함하는 원심 동적 필터링 장치로서,
    상기 미소공 막필터는 진입구, 진출구, 상기 진입구 및 진출구와 각각 연통되는 프론트 캐비티와 리어 캐비티, 상기 프론트 캐비티와 리어 캐비티 사이에 구비되는 필터막을 포함하며,
    상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 분리하고자 하는 세포의 직경보다 작으며,
    상기 진입구 및 상기 프론트 캐비티는 상기 회전 아암의 원단에 위치하고, 상기 진출구 및 상기 리어 캐비티는 상기 회전 아암의 근단에 위치하여, 세포 현탁액 중 수분과 생체 입자 및 생체 분자는 액체의 유동 압력으로 상기 필터막을 통과하게 하고, 세포는 상기 필터막에 막혀 원심력의 작용에 의해 상기 필터막에서 떨어져 상기 프론트 캐비티에 저장되게 하며,
    상기 미소공 막필터의 상기 진입구는 액체 진입관과 연결되고, 상기 액체 진입관은 회전 조인트를 통해 그 상류의 파이프와 연결되며, 상기 회전 조인트는 상기 회전 아암의 축 상의 고정 지지대에 구비되며,
    상기 회전 조인트의 비회전단은 상기 액체 진입관의 상류 파이프에 연결되어 연통되며, 상기 회전 조인트의 회전단은 상기 액체 진입관을 통해 상기 미소공 막필터와 연결되어, 상기 미소공 막필터가 상기 회전축 전동 시 세포 현탁액 필터링을 연속적으로 진행하게 하며,
    상기 회전 조인트는 회전축으로부터 축 방향으로 이격되어 위치되며, 상기 회전 조인트의 회전단은 상기 액체 진입관을 통하여 상기 회전 아암과 동기화하여 회전축에 의해 간접적으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 원심 동적 필터링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 아암의 길이는 10-30cm이며, 회전 속도는 500-1500RPM이며, 발생되는 원심력은 100-500g인 것을 특징으로 하는 원심 동적 필터링 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 미소공 막필터의 단면은 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 원심 동적 필터링 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 1-30um인 것을 특징으로 하는 원심 동적 필터링 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터막은 폴리올레핀류 또는 폴리아미드류의 재료로 만드는 것을 특징으로 하는 원심 동적 필터링 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 필터막은 폴리프로필렌, 혼합 셀룰로오스, 폴리에틸렌 재료 또는 나이론 재료로 만드는 것을 특징으로 하는 원심 동적 필터링 장치.
  7. 삭제
  8. 일회용 완전 밀폐 파이프 시스템 및 계기 시스템으로 구성되며.
    상기 일회용 완전 밀폐 파이프 시스템은 미소공 막필터, 초급 필터, 회전 조인트, 일회용 주사기, 평형액 용기, 세포 현탁액 용기, 효소액 용기 및 연결 파이프를 포함하며,
    상기 미소공 막필터는 진입구, 진출구, 상기 진입구 및 진출구와 각각 연통되는 프론트 캐비티와 리어 캐비티, 상기 프론트 캐비티와 리어 캐비티 사이에 구비되는 필터막을 포함하며, 상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 분리하고자 하는 세포의 직경보다 작으며, 상기 진입구 및 상기 프론트 캐비티는 상기 미소공 막필터가 원심력을 받는 원단에 위치하고, 상기 진출구 및 상기 리어 캐비티는 상기 미소공 막필터가 원심력을 받는 근단에 위치하여, 세포 현탁액 중 수분과 생체 입자 및 생체 분자는 액체의 유동 압력으로 상기 필터막을 통과하게 하고, 세포는 상기 필터막에 막혀 원심력의 작용에 의해 상기 필터막에서 떨어져 상기 프론트 캐비티에 저장되게 하며,
    상기 연결 파이프는 제1 파이프, 제2 파이프, 제3 파이프, 제4 파이프, 제5 파이프, 제6 파이프, 제7 파이프를 포함하며,
    상기 세포 현탁액 용기는 도치되며, 상기 세포 현탁액 용기의 개구는 상기 제1 파이프에 연결되어 연통되며, 상기 제1 파이프에는 상기 초급 필터가 구비되며,
    상기 평형액 용기는 도치되며, 상기 평형액 용기의 개구는 상기 제2 파이프와 연결되어 연통되며, 상기 제2 파이프는 상기 제1 파이프와 연통되며,
    상기 제3 파이프의 일단은 상기 제1, 제2 파이프의 교차부와 연통되며, 타단은 상기 일회용 주사기와 연통되며,
    상기 제4 파이프의 일단은 상기 일회용 주사기와 연통되며, 타단은 상기 회전 조인트의 고정단과 연통되며,
    상기 제5 파이프의 일단은 상기 회전 조인트의 회전단과 연통되며, 타단은 상기 미소공 막필터의 진입구와 연통되며,
    상기 제6 파이프의 일단은 상기 미소공 막필터의 진출구와 연통되며, 타단은 폐액 수집 탱크로 연장되어 개구되며,
    상기 제7 파이프의 일단은 상기 제1, 제2 파이프의 교차부와 연통되며, 타단은 상기 효소액 용기와 연통되며,
    상기 계기 시스템은 전동 회전 아암, 전동 주사 펌프, 평형액 온도 제어 장치, 세포 현탁액 온도 제어 장치, 세포 현탁액 진동회전판 및 전자 제어 밸브를 포함하며,
    상기 전동 회전 아암의 아암 단은 상기 미소공 막필터에 고정되며, 상기 전동 회전 아암의 회전축은 상기 회전 조인트의 회전축과 동일 직선 상에 있으며,
    상기 전동 주사 펌프는 상기 일회용 주사기를 제어하며, 상기 평형액 온도 제어 장치는 상기 평형액 용기의 외부에 구비되어, 평형액의 온도를 제어하며, 상기 세포 현탁액 온도 제어 장치는 상기 세포 현탁액 용기의 외부에 구비되어, 세포 현탁액의 온도를 제어하며, 상기 세포 현탁액 용기와 상기 세포 현탁액 온도 제어 장치는 상기 세포 현탁액 진동회전판 상에 구비되며, 상기 세포 현탁액 진동회전판은 컴퓨터에 설정된 주파수를 통해 자동으로 상기 세포 현탁액 용기에 대해 진동을 진행하며,
    상기 전자 제어 밸브는 제1 전자 제어 밸브, 제2 전자 제어 밸브, 제3 전자 제어 밸브 및 제4 전자 제어 밸브를 포함하며,
    상기 제1 전자 제어 밸브는 상기 제1 파이프에 구비되며, 또한 제1 파이프와 제2 파이프의 교차부 앞에 위치되며,
    상기 제2 전자 제어 밸브는 상기 제2 파이프에 구비되며,
    상기 제3 전자 제어 밸브는 상기 제4 파이프에 구비되며, 또한 상기 일회용 주사기와 회전 조인트 사이에 위치되며,
    상기 제4 전자 제어 밸브는 상기 제7 파이프에 구비되며,
    상기 회전 조인트는 회전축으로부터 축 방향으로 이격되어 위치되며, 상기 회전 조인트의 회전단은 상기 제5 파이프를 통하여 상기 회전 아암과 동기화하여 회전축에 의해 간접적으로 회전가능한 것을 특징으로 하는세포 분리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 초급 필터의 필터 구멍의 직경은 목표 세포의 직경보다 크며, 상기 초급 필터의 미소공 막구멍의 직경은 200-300 메쉬인 것을 특징으로 하는 세포 분리 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 전자 제어 밸브는 전자 핀치 밸브로서, 파이프를 개방하고 밀폐하는 것을 제어하는 것을 특징으로 하는 세포 분리 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 미소공 막필터의 상기 프론트 캐비티와 리어 캐비티는 상기 필터막이 분리되어 형성되며, 상기 진입구는 상기 프론트 캐비티의 상부 또는 측벽에 구비되고, 상기 진출구는 상기 리어 캐비티의 저부 또는 측벽에 구비되는 것을 특징으로 하는 세포 분리 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 필터막은 친수성 막인 것을 특징으로 하는 세포 분리 시스템.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 필터막의 필터 구멍의 직경은 1-30um인 것을 특징으로 하는 세포 분리 시스템.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 필터막은 폴리올레핀류 또는 폴리아미드류의 재료로 만드는 것을 특징으로 하는 세포 분리 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 필터막은 폴리프로필렌, 혼합 셀룰로오스, 폴리에틸렌 재료 또는 나이론 재료로 만드는 것을 특징으로 하는 세포 분리 시스템.
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