KR101744663B1 - 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩 - Google Patents
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Abstract
위-장-간 생체 모사 마이크로 칩이 개시되며, 이러한 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩은 분석대상물질이 위액과 함께 유입된 다음, 중화액에 의해 중화된 소화물 상태로 유출되는 위 채널, 및 장 세포가 배치되고 상기 중화된 소화물 중 적어도 일부가 상기 장 세포를 통과하도록 상기 위 채널과 연결되는 장 채널을 포함하는 위-장 채널부; 및 간 세포가 배치되고, 상기 장 세포를 통과한 물질 중 적어도 일부가 상기 간 세포와 접촉되도록 상기 장 채널과 연결되는 간 채널부를 포함하되, 상기 간 채널부는 상기 간 세포와 접촉된 물질 중 적어도 일부가 타겟 조직과 접촉되도록 형성된다.
Description
본원은 약물 또는 식품 성분의 소화/흡수/대사를 동시에 평가하기 위한 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩에 관한 것이다.
온 칩 세포 배양 기술은, 인체 내부 환경과 유사한 환경을 조성하는 마이크로 칩에서 세포를 배양함으로써, 세포의 생리학적 유사성을 높일 수 있는 기술이다.
종래의 온 칩 세포 배양 기술로는 국제공개공보 WO2013-086592(발명의 명칭 "ORGAN CHIPS AND USES THEREOF"), 국제공개공보 WO2013-086486(발명의 명칭 "INTEGRATED HUMAN ORGAN-ON-CHIP AL SYSTEMS") 등이 개시되어 있다.
다만, 이러한 종래기술들은 개별 장기 구조의 모사에 있어서의 구체성이 떨어지거나, 세부적인 생물학적 프로세스(예를 들면 소화-흡수-대사)에 대한 구체적인 모사가 이루어지지 않아, 실제 인체 내에서 이루어지는 작용 결과의 예상에 있어 한계가 있었다.
즉, 신약이나 새로운 식품 소재를 개발하기 위해서는, 신약 또는 식품의 성분들을 투여하거나 섭취했을 경우 소화-흡수-대사 과정을 거치면서 그 성분들이 어떻게 변화하는지에 대한 정확한 정보가 필요하다. 하지만, 종래의 세포 배양 모델은 소화 반응, 흡수 반응, 대사 반응 등을 개별적으로 평가하는 등, 실체 인체 반응과의 차이가 커서 정확한 예측에 한계가 있었다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 약물이나 식품과 같은 분석대상물질이 소화-흡수-대사를 거친 후 실제 타겟 조직(target tissue)에 도달하였을 때 실제로 일어나는 작용효과(분석대상물질의 효능)를 종래에 비해 훨씬 정확하게 예측하고 분석할 수 있는 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 인체 내에서 벌어지는 소화-흡수-대사를 거치며 일어나는 분석대상물질의 성분 변화를 보다 정확하게 추적하고 분석할 수 있는 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩은, 분석대상물질이 위액과 함께 유입된 다음, 중화액에 의해 중화된 소화물 상태로 유출되는 위 채널, 및 장 세포가 배치되고 상기 중화된 소화물 중 적어도 일부가 상기 장 세포를 통과하도록 상기 위 채널과 연결되는 장 채널을 포함하는 위-장 채널부; 및 간 세포가 배치되고, 상기 장 세포를 통과한 물질 중 적어도 일부가 상기 간 세포와 접촉되도록 상기 장 채널과 연결되는 간 채널부를 포함하되, 상기 간 채널부는 상기 간 세포와 접촉된 물질 중 적어도 일부가 타겟 조직과 접촉되도록 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 장 채널은 장 세포 배양 구조물 을 갖는 장 챔버를 포함하고, 상기 장 세포 배양 구조물은 흡수성 고분자를 포함하는 재질이고, 그 일면에는 상기 장 세포가 적어도 일부 접촉되도록 위치할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 장 챔버는, 바닥면을 형성하는 다공성 멤브레인부를 더 포함하고, 상기 장 세포 배양 구조물은 상기 다공성 멤브레인부 상에 안착될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 장 세포 배양 구조물은 그 일면에 복수의 돌기가 형성되는 융모 모사 구조물이고, 상기 장 세포는 상기 복수의 돌기에 적어도 일부 접촉되도록 위치할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 돌기는 상향 돌출되고, 상기 장 세포는 상기 복수의 돌기 상에 위치될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 장 챔버의 상측에는 장 세포를 상기 복수의 돌기 상에 주입하기 위한 장 세포 주입 홀이 형성되고, 상기 장 세포 주입 홀에는 탈착 가능한 커버가 구비될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중화된 소화물 중 적어도 일부는, 상기 장 세포 배양 구조물의 일측에서 타측으로 상기 장 세포 배양 구조물을 통과하여 상기 간 채널부에 배치된 상기 간 세포에 도달할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 위 채널은, 분석대상물질과 위액이 유입되는 2종 유입부; 상기 2종 유입부와 연결되는 위 챔버; 및 상기 위 챔버와 상기 장 채널을 연결하는 연결 경로를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 연결 경로에는 상기 중화액이 유입되는 중화액 유입부가 연결될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 위-장 채널부는, 상기 중화된 소화물 중 상기 장 세포를 미통과한 물질을 유출하는 제1 출구부를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 간 채널부는, 소정의 용액이 유입되는 용액 유입부; 및 유입된 상기 용액이 상기 간 세포와 상기 타겟 조직을 거쳐 유출되는 제2 출구부를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 간 채널부 중 상기 타겟 조직이 배치된 부분의 상측에는, 상기 타겟 조직을 상기 간 채널부에 주입하기 위한 타겟 조직 주입 홀이 형성되고, 상기 타겟 조직 주입 홀에는 탈착 가능한 커버가 구비될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 간 채널부는, 소정의 용액이 유입되는 용액 유입부; 및 유입된 상기 용액이 상기 간 세포와 상기 타겟 조직을 거쳐 유출되는 제2 출구부를 포함하고, 상기 2종 유입부에서 상기 제1 출구부로의 유체의 흐름에 대한 제1 유속, 및 상기 용액 유입부에서 상기 제2 출구부로의 유체의 흐름에 대한 제2 유속을 조절하는 유속 조절부를 더 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유속 조절부는 펌프 및 중력 유동 디바이스(gravity flow device) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유속 조절부가 상기 중력 유동 디바이스를 포함하는 경우, 상기 2종 유입부 및 상기 용액 유입부의 위치와 상기 제1 출구부 및 상기 제2 출구부의 위치는, 상기 2종 유입부에서 상기 제1 출구부 방향으로 유체의 흐름이 형성될 때 상기 용액 유입부에서 상기 제2 출구부 방향으로 유체의 흐름이 형성되도록 설정될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제2 측면에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩은, 베이스 층; 상기 베이스 층 상에 적층되고, 간 세포와 타겟 조직이 간격을 두고 배치되는 간 채널부가 형성되는 제1 층; 상기 제1 층 상에 적층되고, 장 세포를 포함하는 장 챔버가 상기 간 채널부 내에 배치된 간 세포의 상측에 형성되는 제2 층; 상기 제2 층 상에 적층되고, 위 챔버 및 상기 위 챔버를 상기 장 챔버와 연결하는 연결 경로가 형성되는 제3 층; 및 상기 제3 층 상에 적층되고, 분석대상물질과 위액을 상기 위 챔버로 유입시키는 2종 유입부, 중화액을 상기 연결 경로로 유입시키는 중화액 유입부, 및 소정의 용액을 상기 간 채널부 내의 상기 간 세포와 타겟 조직으로 유입시키는 용액 유입부가 형성되는 제4 층을 포함하고, 상기 위 챔버로 유입된 상기 분석대상물질과 상기 위액이 상기 위 챔버에서 유출된 후 상기 중화액에 의해 중화된 소화물 중 적어도 일부는, 상기 장 챔버의 장 세포를 통과하여 상기 장 세포 하측의 상기 간 세포와 접촉된 다음, 타겟 조직에 도달하여 반응할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제4 층에는, 상기 중화된 소화물 중 상기 장 세포를 미통과한 물질을 유출하는 제1 출구부 및 상기 용액 유입부를 통해 유입된 상기 용액이 상기 간 세포와 상기 타겟 조직을 거쳐 유출되는 제2 출구부가 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2종 유입부에서 상기 제1 출구부로의 유체의 흐름에 대한 제1 유속, 및 상기 용액 유입부에서 상기 제2 출구부로의 유체의 흐름에 대한 제2 유속을 조절하는 유속 조절부를 더 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유속 조절부는 펌프 및 중력 유동 디바이스(gravity flow device) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유속 조절부가 상기 중력 유동 디바이스를 포함하는 경우, 상기 2종 유입부 및 상기 용액 유입부의 위치와 상기 제1 출구부 및 상기 제2 출구부의 위치는, 상기 2종 유입부에서 상기 제1 출구부 방향으로 유체의 흐름이 형성될 때 상기 용액 유입부에서 상기 제2 출구부 방향으로 유체의 흐름이 형성되도록 설정될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제3층 및 상기 제4 층에는, 장 세포를 상기 장 챔버로 주입하기 위한 장 세포 주입 홀이 상기 장 챔버의 상측에 형성되며, 상기 장 세포 주입 홀에는 탈착 가능한 커버가 구비될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제1층 내지 상기 제4 층에는, 상기 타겟 조직을 상기 간 채널부에 주입하기 위한 타겟 조직 주입 홀이 상기 간 채널부 중 상기 타겟 조직이 배치된 부분의 상측에 형성되고, 상기 타겟 조직 주입 홀에는 탈착 가능한 커버가 구비될 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 구강 섭취를 통해 흡수된 분석대상물질이 소화-흡수-대사 과정을 거친 후 혈액 순환을 통해 타겟 조직으로 이동하는 과정을 하나의 마이크로 칩 내에서 연속적으로 재현하는 형태로 모사함으로써, 실체 인체 반응과의 유사성을 크게 높일 수 있어, 인체 내의 복잡한 현상을 체외에서 보다 정확히 예측하고 분석할 수 있다.
즉, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 소화-흡수-대사 과정을 거친 분석대상물질의 최종 대사체가 타겟 조직에 직접적으로 작용되도록 함으로써, 분석대상물질의 효능을 보다 정확히 예측하고 평가할 수 있다. 이에 따라, 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩은 약물 및 식품 소재 개발에 활용할 수 있는 플랫폼으로서의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 위 챔버, 장 챔버 및 간 세포를 거쳐 타겟 조직에 도달한 최종 대사체가 제2 출구부를 통해 외부로 배출됨으로써, 이렇게 배출된 최종 대사체의 분석을 통해, 인체 내에서 벌어지는 소화-흡수-대사를 거치며 일어나는 분석대상물질의 성분 변화를 보다 정확하게 추적할 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 소화/흡수/대사 과정을 별도로 평가하지 않고 단일한 하나의 장치에서 연속적으로 분석할 수 있어, 분석대상물질의 성분 변화를 보다 간편하게 예측할 수 있다. 즉, 본원에 의하면, 예측의 정확성과 편리함이 극대화될 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 위-장 채널부와 간 채널부를 오버랩하여 도시한 개략적인 평면도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 위-장 채널부의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 간 채널부의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 채널 유속을 조절하는 유속 조절부의 일 구현예를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩과 관련한 실험 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 위-장 채널부와 간 채널부를 오버랩하여 도시한 개략적인 평면도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 위-장 채널부의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 간 채널부의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 채널 유속을 조절하는 유속 조절부의 일 구현예를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩과 관련한 실험 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩(이하 ‘본 생체 모사 마이크로 칩’이라 함)(100)에 대해 설명한다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 개략적인 단면도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 위-장 채널부와 간 채널부를 오버랩하여 도시한 개략적인 평면도이다.
본 생체 모사 마이크로 칩(100)은 위-장 채널부(1) 및 간 채널부(2)를 포함한다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 위-장 채널부의 개략적인 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 위-장 채널부(1)는 위 채널(11) 및 장 채널(12)을 포함한다.
위 채널(11)에는 분석대상물질이 위액과 함께 유입된 다음, 중화액(neutralization buffer)에 의해 중화된 소화물 상태로 유출된다.
여기서, 분석대상물질은 약물 또는 식품일 수 있다. 예를 들어, 분석대상물질은 항암 효과, 항비만 효과, 항당뇨 효과, 특정 장기에 대한 독성 등을 검증하기 위한 약물일 수 있다. 이러한 분석대상물질의 특성에 대응하여 후술할 타겟 조직(200)이 설정될 수 있다. 예시적으로, 타겟 티슈 공간에 배치되는 타겟 조직(200)은 암세포, 지방세포, 췌장세포, 신장세포 등일 수 있다. 또한, 타겟 조직(200)은 인간 유래 세포일 수도 있고 동물 유래 세포일 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 위 채널(11)은 2종 유입부(112), 위 챔버(111) 및 연결 경로(114)를 포함할 수 있다.
2종 유입부(112)를 통해 분석대상물질과 위액이 유입될 수 있다. 예시적으로 도 2 및 도 3을 참조하면, 2종 유입부(112)는 분석대상물질이 유입되는 분석대상물질 유입부(112a)와 위액이 유입되는 위액 유입부(112b)를 포함할 수 있다. 즉, 2종 유입부(112)는 2종류(분석대상물질 및 위액)의 물질이 유입되는 유입구(inlet)라 할 수 있다.
위 챔버(111)는 2종 유입부(112)와 연결된다. 위 챔버(111)는 위(stomach)를 모사한 구성이다. 예시적으로 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 2종 유입부(112)는 분석대상물질 유입부(112a)를 통해 유입된 분석대상물질과 위액 유입부(112b)를 통해 유입된 위액이 서로 혼합된 상태로 위 챔버(111)에 도달하도록, 위 챔버(111)와 연결될 수 있다.
또한, 연결 경로(114)는 위 챔버(111)와 후술할 장 채널(12)을 연결하는 경로를 형성하는 구성이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 연결 경로(114)에는 중화액이 유입되는 중화액 유입부(113)가 연결될 수 있다.
이와 같이, 위 채널(11)은, 분석대상물질이 위 챔버(111)에서 위액에 의하여 소화가 되고 난 다음, 장 채널(12)과 연결되는 연결 경로(113)에서 중화액에 의해 중화되는 과정을 거치도록 형성된다. 다시 말해, 위 채널(11)은 위(stomach)에서의 소화 과정을 모사한 채널이다.
후술하겠지만, 위 채널(11)에서 중화된 소화물 중 적어도 일부는, 융모 모사 구조물(1211)과 같은 장 세포 배양 구조물의 일측에서 타측으로 장 세포 배양 구조물을 통과하여 간 채널부(2)에 배치된 간 세포(21)에 도달할 수 있다.
한편, 장 채널(12)에는 장 세포(122)가 배치된다. 예시적으로, 장 세포(122)는 장 채널(12)에 배치된 다음 장 채널(12) 내에서 소정의 기간 동안 배양된 장 세포일 수 있다. 예시적으로, 장 세포(122)는 Caco-2와 같은 세포주일 수도 있고, 환자 또는 동물에게서 분리된 primary cell일 수도 있다.
또한, 장 채널(12)은 위 채널(11)에서 중화된 소화물 중 적어도 일부가 장 세포(122)를 통과하도록 위 채널(11)과 연결된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 장 채널(12)은 장 세포 배양 구조물을 갖는 장 챔버(121)를 포함할 수 있다.
예시적으로, 장 세포 배양 구조물은 융모 모사 구조물(1211)일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 장 세포 배양 구조물은 일반적인 평판 형태의 세포 배양 구조물일 수도 있다. 다시 말해, 장 세포는 돌기 상에 위치될 수도 있고(3차원 세포 배양이라고 칭함), 또는 평판 형태의 멤브레인 상에 2차원상으로 배양될 수도 있다(2차원 세포 배양이라고 칭함). 다만, 이하에서는 설명의 편의상 장 세포 배양 구조물이 주로 융모 모사 구조물(1211)에 해당하는 것으로 한정하여 설명하기로 한다.
장 챔버(121)는 장(gut)의 조직 구조를 모사한 구성이다.
또한, 융모 모사 구조물(1211)은 장 내부에 형성되는 융모를 모사한 구성으로서, 융모 모사 구조물(1211)의 일면에는 복수의 돌기(1211a)가 형성될 수 있다.
또한, 융모 모사 구조물(1211)(장 세포 배양 구조물)은 흡수성 고분자를 포함하는 재질일 수 있다.
예시적으로, 융모 모사 구조물(1211)(장 세포 배양 구조물)은 고체 형태로 가공이 가능하고 세포배양이 가능한 물질로 제작할 수 있다. 일반적으로 biomaterial로 일컬어지는 물질에 해당된다. 예시적으로, 융모 모사 구조물(1211)은 천연 하이드로젤 (예를 들면 콜라젠, 젤라틴, 알지네이트 등), 합성 고분자 물질(예를 들면 polyethylene glycol 등), agarose , cellulose, 또는 chitosan과 같은 물질로 제작할 수 있다. 다만, 융모 모사 구조물(1211)에 적용되는 물질은 이에만 한정되는 것은 아니다.
장 세포(122)는 융모 모사 구조물(1211)(장 세포 배양 구조물)의 일면에 적어도 일부 접촉되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 장 세포(122)는 복수의 돌기(1211a)에 적어도 일부 접촉되도록 형성될 수 있다.
예시적으로 도 1을 참조하면, 융모 모사 구조물(1211)의 일면은 상면일 수 있으며, 복수의 돌기(1211a)는 상향 돌출될 수 있다. 또한, 장 세포(122)는 복수의 돌기(1211a) 상에 형성될 수 있다.
돌기(1211a) 상에 장 세포(122)가 안착된 융모 모사 구조물(1211)의 제조 방법을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 플라스틱 기판(plastic substrate)을 레이저 어블레이션(laser ablation)을 통해 홈 가공하여 상면에 복수의 홈이 함몰된 플라스틱 몰드(plastic mold)를 형성한다. 다음으로, 플라스틱 몰드 상에 PDMS를 채워 경화(curing)한 다음 플라스틱 몰드로부터 분리(peel off)하여 PDMS로 이루어진 역몰드(reverse mold)을 형성한다. 다음으로, 역몰드 상에 알지네이트 몰딩(alginate molding)을 한 후 역 몰드를 떼어내어(peel off) 알지네이트 몰드를 형성한다. 이러한 알지네이트 몰드는 플라스틱 몰드와 동일하게 상면에 복수의 홈이 함몰된 상태로 형성된다. 다음으로, 알지네이트 몰드 상에 collagen/PEG 하이드로 젤을 채운 후 알지네이트를 용해(dissolve)시키면, 상면에 복수의 돌기를 갖는 융모 모사 구조물(1211)이 형성된다. 다음으로, 이러한 융모 모사 구조물(1211)의 복수의 돌기 사이에 장 세포(122)의 시드 셀(seed cell)을 주입한 후, 배양을 통해 복수의 돌기를 전반적으로 덮도록 증식될 수 있다.
이와 같은 제조 방법을 통해, 도 1에 도시된 바와 같은 돌기(1211a)를 갖는 융모 모사 구조물(1211) 및 돌기(1211a)를 덮는 장 세포(122)가 형성될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 장 챔버(121)는 그 바닥면을 형성하는 다공성 멤브레인부(1212)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 다공성 멤브레인부(1212)는 다공성의 플렉서블한 멤브레인(flexible porous membrane) 상에 콜라겐 하이드로 젤(collagen hydrogel)을 얇게 도포하는 방식으로 구비될 수 있다. 예시적으로, 다공성 멤브레인부(1212)에 적용되는 멤브레인은 주로 polystyrene, polyethylene, PDMS(poly dimethyl siloxane 등의 물질에 0.2 um 내지 1 um 크기의 기공이 뚫려 있을 수 있다.
또한, 융모 모사 구조물(1211)은 다공성 멤브레인부(1212) 상에 안착될 수 있다.
예시적으로 정리하면, 장 챔버(121)는 그 바닥면에 있는 다공성 멤브레인 위에 콜라겐 하이드로 젤을 얇게 도포하고, 그 위에 장 내벽을 모사한 융모 구조(5x5 mm)를 갖는 하이드로 젤 재질의 융모 모사 구조물(1211)을 얹어 고정하는 형태로 구비될 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 장 챔버(121)의 상측에는 장 세포(122)를 복수의 돌기(1211a) 상에 주입하기 위한 장 세포 주입 홀(1213)이 형성될 수 있다. 이러한 장 세포 주입 홀(1213)에는 탈착 가능한 커버(1214)가 구비될 수 있다.
예시적으로, 커버(1214)를 열고 장 세포 주입 홀(1213)을 통해 장 세포(122)(Caco-2 cells)를 주입하여 융모 모사 구조물(1211)의 복수의 돌기(1211a) 상에 가라앉도록 한 다음, 커버(1214)를 닫고 소정의 기간 동안 장 세포(122)를 배양할 수 있다. 이때, 장 세포(122)를 배양함에 있어 유체 흐름에 의한 영향을 제거하기 위하여 커버(1214)에 형성되어 있는 홀을 커버 핀(1214a)으로 막아줄 수 있다.
또한, 위-장 채널부(1)는 제1 출구부(13)를 포함할 수 있다.
제1 출구부(13)는 위 채널(11)에서 중화된 소화물 중 장 세포(122)를 미통과한 물질의 유출구(outlet)이다. 예시적으로 도 1을 참조하면, 위 챔버(111)에서 연결 경로(114)를 거치며 중화된 소화물은 장 채널(12)의 장 챔버(121)로 이동되고, 중화된 소화물 중 적어도 일부는 장 세포(122)가 안착되어 있는 융모 모사 구조물(1211)을 통과하여 장 챔버(121) 하측의 간 채널부(2)로 이동하게 된다. 또한, 중화된 소화물 중 장 세포(122)를 통과하지 못한 물질은 상술한 제1 출구부(13)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 장 채널(12)은 위 채널(11)을 통과하며 중화된 소화물이 장(gut) 내벽에 형성된 융모에 분포하고 있는 장 세포(122)를 통해 흡수되는 과정을 모사한 구성이다.
한편, 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 간 채널부의 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 간 채널부(2)에는 간 세포(21)(HepG2 cells)가 배치된다. 또한, 간 채널부(2)는 상술한 장 챔버(121)의 장 세포(122)를 통과한 물질 중 적어도 일부가 간 세포(21)와 접촉되도록 장 채널(12)과 연결된다. 즉, 위 채널(11)을 거쳐 중화된 소화물 중 적어도 일부는, 장 챔버(121)의 융모 모사 구조물(1211)을 통과하여 간 채널부(2)에 배치된 간 세포(21)에 도달할 수 있다.
예를 들어 도 1을 참조하면, 간 채널부(2)는 장 세포(122)가 돌기(1211a) 상에 안착되어 있는 융모 모사 구조물(1211)의 하측에 간 세포(21)가 위치하도록 구비될 수 있다.
예시적으로, 간 세포(21)는 간 채널부(2)의 용액 유입부(22)를 통해 주입되어, 융모 모사 구조물(1211)의 하측으로 이동된 후 소정의 기간 동안 배양될 수 있다. 보다 구체적인 예로, 장 세포(122)는 장 챔버(121) 내에 주입 후 최대 30일 동안 배양될 수 있으며, 그 후 간 채널부(2)에 주입된 간 세포(21)는 기주입된 장 세포(122)와 함께 최대 10일 동안 배양될 수 있다. 다만, 간 세포(21)는 초기 세포 농도에 따라 10일보다 더 오래 배양될 수도 있다.
이와 같이, 본 생체 모사 마이크로 칩(100)은 동일한 마이크로 칩 내에서 장 세포, 간 세포 등 다른 종류의 세포를 동시에 배양하면서 활성을 유지할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
또한, 간 채널부(2)는 간 세포(21)와 접촉된 물질 중 적어도 일부가 타겟 조직(200)과 접촉되도록 형성된다.
예시적으로 도 1 및 도 4를 참조하면, 간 채널부(2)는 간 채널부(2)로 유입된 용액이 간 세포(21)와 타겟 조직(200)을 거쳐 유출되는 출구(outlet)인 제2 출구부(23)를 포함할 수 있다. 제2 출구부(23)를 통해 유출되는 용액에는, 타겟 조직(200)과 접촉되어 반응한 물질이 포함될 수 있다.
또한, 간 채널부(2)는 소정의 용액이 유입될 수 있는 용액 유입부(22)를 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 용액 유입부(22)를 통해 소정의 용액을 유입시키면서, 간 세포(21)가 배치된 영역에서 타겟 조직(200)이 배치된 영역으로의 흐름 및 타겟 조직(200)이 배치된 영역에서 제2 출구부(23)로의 흐름을 형성시킬 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 간 채널부(2) 중 타겟 조직(200)이 배치된 부분의 상측에는, 타겟 조직(200)을 간 채널부(2)에 주입하기 위한 타겟 조직 주입 홀(24)이 형성될 수 있다. 이러한 타겟 조직 주입 홀(24)에는 탈착 가능한 커버(25)가 구비될 수 있다.
예시적으로, 커버(25)를 열고 타겟 조직 주입 홀(24)을 통해 주입된 타겟 조직(200)은 소정의 시간 동안 배양될 수 있다. 여기서, 소정의 시간이라 함은, 분석대상물질이 소화되고 흡수되고 대사된 다음 타겟 조직(200)에 도달하였을 때 타겟 조직(200)에 대한 작용효과를 충분히 검증할 수 있는 정도로 배양될 수 있는 시간을 의미할 수 있다.
한편, 도 5는 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩의 채널 유속을 조절하는 유속 조절부의 일 구현예를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 5는 세포 배양을 위해 제작된 swing machine을 이용하여 속도, 각도, 정지시간 등의 변수 조절을 통해 기판을 기울임으로써, 유체의 흐름을 제공하는 형태의 유속 조절부를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 생체 모사 마이크로 칩(100)은 2종 유입부(112)에서 제1 출구부(13)로의 유체의 흐름에 대한 제1 유속, 및 용액 유입부(22)에서 제2 출구부(23)로의 유체의 흐름에 대한 제2 유속을 조절하는 유속 조절부(3)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 유속은 위-장 채널부(1)의 유체 흐름의 속도를 의미하는 것으로서, 제1 유속의 변화에 따라 분석대상물질이 위 챔버(111) 내에서 머무르는 시간 및 분석대상물질의 소화물이 장 챔버(121) 내에서 머무르는 시간이 변동될 수 있다. 즉, 제1 유속의 변화에 따라 위에서 체류하는 시간(소화 시간) 및 장에서 체류하는 시간(흡수 시간)의 제어가 가능할 수 있다.
또한, 제2 유속은 간 채널부(2)의 유체 흐름의 속도를 의미하는 것으로서, 간 대사 과정을 거친 최종 대사체가 혈액 순환을 통해 타겟 조직(200) 측으로 이동되는 속도에 대응하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 유속을 높임으로써, 최종 대사체의 이동 속도 또한 증가될 수 있을 것이다.
유속 조절부(3)는 펌프 및 중력 유동 디바이스(gravity flow device) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적으로, 정확한 흐름을 비교적 짧은 시간(24시간 이내) 동안 조성하고자 하는 경우에는 유속 조절부(3)로 syringe pump를 사용할 수 있다. 다른 예로, 유속 조절부(3)로 peristaltic pump를 사용할 수 있다. 구체적으로, 유속 조절부(3)는 peristaltic pump, syringe pump 등의 능동 펌프(active pump) 또는 gravity를 이용하거나 osmotic pressure, surface tenstion 등을 이용한 수동 펌프 (passive pump)일 수 있다. 유속 조절부(3)로는 상기 언급된 디바이스 이외에도 다양한 기타 유체공급장치가 적용될 수 있다.
중력 유동 디바이스는 본 생체 모사 마이크로 칩(100)이 안착되는 기판, 및 기판의 이동 속도, 기울어진 각도, 정지시간 등을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다. 즉, 중력 유동 디바이스는 기판의 이동 속도, 기울어진 각도 등을 중력으로 환산하여 제어함으로써, 본 생체 모사 마이크로 칩(100)에 중력에 의한 유체의 흐름이 형성되도록 한다.
유속 조절부(3)가 이러한 중력 유동 디바이스를 포함하는 경우, 2종 유입부(112) 및 용액 유입부(22)의 위치와 제1 출구부(13) 및 제2 출구부(23)의 위치는, 2종 유입부(112)에서 제1 출구부(13) 방향으로 유체의 흐름이 형성될 때 용액 유입부(22)에서 제2 출구부(23) 방향으로 유체의 흐름이 형성되도록 설정될 수 있다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 본 생체 모사 마이크로 칩(100)에 중력 유동 디바이스에 의한 중력이 작용하였을 때, 제1 유속과 제2 유속이 모두 양의 값을 가질 수 있도록, 도 2를 기준으로, 2종 유입부(112)와 용액 유입부(22)는 좌측 편에 마련되고, 제1 출구부(13)와 제2 출구부(23)는 우측 편에 마련될 수 있다.
한편, 이하에서는 본 생체 모사 마이크로 칩(100)을 칩의 구조적 관점에서 설명하기로 한다.
본 생체 모사 마이크로 칩(100)은 제1 층(110), 제2 층(120), 제3 층(130) 및 제4 층(140)을 포함할 수 있다.
또한, 본 생체 모사 마이크로 칩(100)은 베이스 층(105)을 포함할 수 있다. 예시적으로, 베이스 층(105)은 글래스(glass) 재질일 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 층(110)은 베이스 층(105) 상에 적층될 수 있다. 또한, 제1 층(110)에는 간 세포(21)와 타겟 조직(200)이 간격을 두고 배치되는 간 채널부(2)가 형성될 수 있다. 다만, 간 채널부(2) 중 용액 유입부(22)와 제2 출구부(23)는 후술할 제4 층(140)에 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제2 층(120)은 제1 층(110) 상에 적층될 수 있다. 또한, 제2 층(120)에는 장 세포(122)를 포함하는 장 챔버(121)가 형성될 수 있다. 제2 층(120)에서, 장 챔버(121)는 간 채널부(2) 내에 배치된 간 세포(21)의 상측에 형성될 수 있다. 이러한 장 챔버(121)와 간 세포(21)의 배치 관계를 통하여, 장 챔버(121)의 장 세포(122)를 통과한 물질이 간 세포(21)와 접촉될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제3 층(130)은 제2 층(120) 상에 적층될 수 있다. 또한, 제3 층(130)에는 위 챔버(111)가 형성될 수 있다. 또한, 제3 층(130)에는 위 챔버(111)를 장 챔버(121)와 연결하는 연결 경로(114)가 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장 챔버(121)는 제2 층(120) 뿐만 아니라, 제3층(130)에도 형성될 수 있다. 다만, 장 세포(122)는 제3 층(130)에 형성되는 연결 경로(114)보다 하측인 제2 층(120)에 위치함으로써, 연결 경로(114)를 통해 이동된 물질이 중력의 작용 등에 따라 보다 원활하게 장 세포(122)를 통과하도록 유도할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제4 층(140)은 제3 층(130) 상에 적층될 수 있다. 또한, 제4 층(140)에는 분석대상물질과 위액을 위 챔버(111)로 유입시키는 2종 유입부(112), 중화액을 연결 경로(114)로 유입시키는 중화액 유입부(113), 및 소정의 용액을 간 채널부(2) 내의 간 세포(21)와 타겟 조직(200)으로 유입시키는 용액 유입부(22)가 형성될 수 있다.
또한, 제4 층(140)에는, 중화된 소화물 중 장 세포(122)를 미통과한 물질을 유출하는 제1 출구부(13) 및 용액 유입부(22)를 통해 유입된 용액이 간 세포(21)와 타겟 조직(200)을 거쳐 유출되는 제2 출구부(23)가 형성될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 제4 층(140)에는 위-장 채널부(1)의 유입구(2종 유입부; 112)와 유출구(제1 출구부; 13), 간 채널부(1)의 유입구(용액 유입부; 22)와 유출구(제2 출구부; 23)가 형성될 수 있다. 또한, 제4 층(140) 하측의 제3 층(130)에는 위 챔버(111)와 연결 경로(114)가 형성될 수 있다. 또한, 제3 층(130) 하측의 제2 층(120)에는 장 챔버(121)가 형성되고, 장 챔버(121)의 내측에는 연결 경로(114)를 통해 이동된 물질이 장 세포(122)를 통과할 수 있도록 장 세포(122)가 배치될 수 있다. 또한, 제2 층(120) 하측의 제1 층(110)에는 간 세포(122)와 타겟 조직(200)이 배치될 수 있다. 이때, 간 세포(122)는 제2 층(120)의 장 세포(122)를 통과한 물질과 접촉될 수 있는 위치에 배치되고, 타겟 조직(200)은 간 세포(122)에 접촉된 물질이 이동되는 위치에 배치됨이 바람직하다.
또한, 제1 층(110) 내지 제4 층(140)은 PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함하는 재질일 수 있다. 즉, 본 생체 모사 마이크로 칩(100)은 PDMS 칩일 수 있다.
이러한 본 생체 모사 마이크로 칩(100)의 제조는 포토리소그래피 공정을 통하여 미세 채널을 구현하는 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 포토리소그래피 공정을 통해 양각의 채널 패턴이 형성된 웨이퍼 위에 액상의 PDMS를 부은 다음 고형화하고, 고형화된 PDMS를 웨이퍼로부터 떼어냄으로써, 간 채널부(2)를 갖는 제1 층(110)이 형성될 수 있다. 또한, 각 층들간의 결합은 플라즈마 가공 또는 접착제를 이용하여 이루어질 수 있다. 이러한 미세 유체 채널을 갖는 PDMS 층의 제조 및 결합 방법은 당 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 생체 모사 마이크로 칩(100)에서 분석대상물질이 이동되는 과정을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제4 층(140)에 형성된 2종 유입부(112) 중 분석대상물질 유입부(112a)를 통해 분석대상물질이 유입되고, 위액 유입부(112b)를 통해 위액이 유입된다. 유입된 분석대상물질과 위액은 각기 다른 경로를 통해 이동되다가 하나의 경로로 합류(도 3 참조)하여 제3 층(130)의 위 챔버(111)로 이동된다. 위 챔버(111)는 제4 층(140)에 형성되는 2종 유입부(112)에 비해 낮은 위치인 제3 층(130)에 형성되므로, 2종 유입부(112)에서 위 챔버(111)로의 흐름이 중력 작용에 의하여 자연스럽게 유도될 수 있다. 이를 통해 분석대상물질의 위(stomach)에서의 위액에 의한 소화가 모사된다.
다음으로, 제3 층(130)의 위 챔버(111)에서 연결 경로(114)로 유출된 소화물은 연결 경로(114)의 중간에 연결되는 중화액 유입부(113)를 통해 유입되는 중화액에 의해 중화된 후 장 챔버(121)로 이동되고, 장 챔버(121)로 이동된 물질 중 적어도 일부는 장 챔버(121)의 내부 중 제2 층(120)에 위치하고 있는 장 세포(122), 융모 모사 구조물(1211) 및 다공성 멤브레인부(1212)를 통과하여 제1 층(110)의 간 채널부(2)에 위치하고 있는 간 세포(21)에 도달하게 된다.
다음으로, 간 세포(21)와 접촉한 물질 중 적어도 일부는 간 채널부(2) 내의 유체 흐름을 따라 타겟 조직(200)에 도달하여 타겟 조직(200)에 대한 직접적인 작용이 이루어질 수 있다. 여기서, 간 채널부(2) 내의 유체 흐름은 간 대사 과정 이후 인체 내의 혈액 순환을 모사한 것이라 할 수 있다.
이러한 타겟 조직(200)으로 배양되는 세포의 종류에 따라 평가하고자 하는 분석대상물질(약물)의 효능 종류가 달라질 수 있다. 예를 들어, 타겟 조직(200)은 암세포, 지방세포, 췌장세포, 신장세포 등을 배양한 것일 수 있으며, 타겟 조직(200)의 반응을 통해 확인하고자 하는 분석대상물질의 효능은 항암 효과, 항비만 효과, 항당뇨 효과, 특정 장기에 대한 독성 등일 수 있다.
또한, 간 세포(21)를 거쳐 타겟 조직(200)에 도달하여 반응한 물질이 제2 출구부(23)를 통해 배출되는 것을 추출하여 분석 기기를 통해 분석함으로써, 분석대상물질이 소화-흡수-대사 과정을 거친 후 변화된 상태(분해된 농도 등)를 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 유속 조절부(3)는 2종 유입부(112)에서 제1 출구부(13)로의 유체의 흐름에 대한 제1 유속, 및 용액 유입부(22)에서 제2 출구부(23)로의 유체의 흐름에 대한 제2 유속을 조절할 수 있다.
또한, 유속 조절부(3)는 펌프 및 중력 유동 디바이스(gravity flow device) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 유속 조절부(3)가 중력 유동 디바이스를 포함하는 경우, 2종 유입부(112) 및 용액 유입부(22)의 위치와 제1 출구부(13) 및 제2 출구부(23)의 위치는, 2종 유입부(112)에서 제1 출구부(13) 방향으로 유체의 흐름이 형성될 때 용액 유입부(22)에서 제2 출구부(23) 방향으로 유체의 흐름이 형성되도록 설정될 수 있다.
이러한 유속 조절부(3)는 장 내벽과 조직 내 혈과의 유체 흐름을 재현하기 위한 유체 흐름 재현 시스템이라 할 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 제3층(130) 및 제4 층(140)에는, 장 세포(122)를 장 챔버(121)로 주입하기 위한 장 세포 주입 홀(1213)이 장 챔버(121)의 상측에 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 장 세포 주입 홀(1213)에는 탈착 가능한 커버(1214)가 구비될 수 있다.
또한 도 1을 참조하면, 제1층(110) 내지 제4 층(140)에는, 타겟 조직(200)을 간 채널부(2)에 주입하기 위한 타겟 조직 주입 홀(24)이 간 채널부(2) 중 타겟 조직(200)이 배치된 부분의 상측에형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 타겟 조직 주입 홀(24)에는 탈착 가능한 커버(25)가 구비될 수 있다.
즉, 장 세포 주입 홀(1213)을 통해 제2 층(120)의 융모 모사 구조물(1211) 상에 장 세포(122)가 주입된 다음 소정의 기간(이를 테면 최대 20일) 동안 배양될 수 있다. 또한, 간 세포(21)는 용액 유입부(22)를 통해 주입되어 제1 층(110) 중 융모 모사 구조물(1211) 하측에 대응하는 위치까지 이동된 후 소정의 기간(이를 테면 최대 5일) 동안 배양될 수 있다. 또한, 타겟 조직(200)은 타겟 조직 주입 홀(24)을 통해 제1 층(110)의 간 채널부(2) 내에 주입된 다음 소정의 기간 동안 배양될 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩과 관련한 실험 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 위-장-간 마이크로 칩(100) 내에서 배양된 장세포(Caco-2)와 간세포(HepG2)의 대사활성 측정 결과, 마이크로 칩 조건(Flow)에서 배양된 경우 일반 세포배양 조건(Static) 에 비해 대사 활성이 높아짐을 확인할 수 있다.
또한 도 7을 참조하면, 본 위-장-간 마이크로 칩(100)에서 모델물질(Apigenin)을 사용하여 분석한 흡수/대사 패턴. 물질 분석을 통해 위-장-간을 통과한 후에 생성되는 물질들의 비율과 양을 평가할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상 설명한 본원의 일 실시예에 따른 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩은 위-장-간을 모사한 마이크로 칩이지만, 분석대상 물질의 종류, 특성 또는 분석 필요에 따라 위-장, 장-간 등으로 일부만 선택하여 분석을 다르게 할 수 있다. 이러한 경우, 마이크로 칩에서 해당 부분만 구현하여 연결할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩
1: 위-장 채널부 11: 위 채널
111: 위 챔버 112: 2종 유입부
112a: 분석대상물질 유입부 112b: 위액 유입부
113: 중화액 유입부 114: 연결 경로
12: 장 채널 121: 장 챔버
1211: 융모 모사 구조물 1211a: 돌기
1212: 다공성 멤브레인부 1213: 장 세포 주입 홀
1214: 장 세포 주입 홀의 커버 1214a: 커버 핀
122: 장 세포 13: 제1 출구부
2: 간 채널부 21: 간 세포
22: 용액 유입부 23: 제2 출구부
24: 타겟 조직 주입 홀 25: 타겟 조직 주입 홀의 커버
3: 유속 조절부
105: 베이스 층 110: 제1 층
120: 제2 층 130: 제3 층
140: 제4 층 200: 타겟 조직
1: 위-장 채널부 11: 위 채널
111: 위 챔버 112: 2종 유입부
112a: 분석대상물질 유입부 112b: 위액 유입부
113: 중화액 유입부 114: 연결 경로
12: 장 채널 121: 장 챔버
1211: 융모 모사 구조물 1211a: 돌기
1212: 다공성 멤브레인부 1213: 장 세포 주입 홀
1214: 장 세포 주입 홀의 커버 1214a: 커버 핀
122: 장 세포 13: 제1 출구부
2: 간 채널부 21: 간 세포
22: 용액 유입부 23: 제2 출구부
24: 타겟 조직 주입 홀 25: 타겟 조직 주입 홀의 커버
3: 유속 조절부
105: 베이스 층 110: 제1 층
120: 제2 층 130: 제3 층
140: 제4 층 200: 타겟 조직
Claims (22)
- 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩으로서,
분석대상물질이 위액과 함께 유입된 다음, 중화액에 의해 중화된 소화물 상태로 유출되는 위 채널, 및 장 세포가 배치되고 상기 중화된 소화물 중 적어도 일부가 상기 장 세포를 통과하도록 상기 위 채널과 연결되는 장 채널을 포함하는 위-장 채널부; 및
간 세포가 배치되고, 상기 장 세포를 통과한 물질 중 적어도 일부가 상기 간 세포와 접촉되도록 상기 장 채널과 연결되며, 상기 간 세포와 접촉된 물질 중 적어도 일부가 타겟 조직과 접촉되도록 형성되는 간 채널부를 포함하되,
상기 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩은, 베이스 층, 상기 베이스 층 상에 적층되는 제1 층, 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층, 상기 제2 층 상에 적층되는 제3 층 및 상기 제3 층 상에 적층되는 제4 층을 포함하도록 형성되고,
상기 제1 층에는 상기 간 채널부가 형성되고,
상기 제2 층에는 상기 장 세포를 포함하는 장 챔버가 상기 간 채널부 내에 배치된 간 세포의 상측에 위치하도록 형성되고,
상기 제3 층에는 위 챔버 및 상기 위 챔버를 상기 장 챔버와 연결하는 연결 경로가 형성되고,
상기 제4 층에는 분석대상물질과 위액을 상기 위 챔버로 유입시키는 2종 유입부, 중화액을 상기 연결 경로로 유입시키는 중화액 유입부, 및 소정의 용액을 상기 간 채널부 내의 상기 간 세포와 타겟 조직으로 유입시키는 용액 유입부가 형성되고,
상기 장 챔버는, 일면에 상향 돌출된 복수의 돌기가 형성되는 융모 모사 구조물인 장 세포 배양 구조물을 가지고,
상기 제3 층 및 상기 제4 층에서, 상기 장 챔버의 상측에는 상기 장 세포의 시드 셀을 상기 복수의 돌기 사이에 주입할 수 있도록 장 세포 주입 홀이 형성되고,
상기 장 세포는, 상기 주입된 시드 셀의 배양에 의해 상기 복수의 돌기를 덮도록 상기 복수의 돌기 상에 형성되며,
상기 장 챔버에서, 상기 장 세포 배양 구조물은 상기 장 세포가 상기 제3 층에 형성되는 상기 위 채널과 연결되는 연결 경로보다 하측에 위치하도록 상기 제2 층에 구비되고,
상기 장 세포 주입 홀에는 탈착 가능한 커버가 구비되되, 상기 커버에는 유체 흐름에 의한 영향을 제거하기 위한 홀이 형성되며,
상기 제1 층 내지 상기 제4 층에서, 상기 간 채널부 중 상기 타겟 조직이 배치된 부분의 상측에는, 상기 타겟 조직을 상기 간 채널부에 주입하기 위한 타겟 조직 주입 홀이 형성되고, 상기 타겟 조직 주입 홀에는 탈착 가능한 커버가 구비되는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 제1항에 있어서,
상기 장 세포 배양 구조물은 흡수성 고분자를 포함하는 재질이고, 그 일면에는 상기 장 세포가 적어도 일부 접촉되도록 위치하는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 제2항에 있어서,
상기 장 챔버는, 바닥면을 형성하는 다공성 멤브레인부를 더 포함하고,
상기 장 세포 배양 구조물은 상기 다공성 멤브레인부 상에 안착되는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 제2항에 있어서,
상기 장 세포는 상기 복수의 돌기에 적어도 일부 접촉되도록 위치하는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 삭제
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 중화된 소화물 중 적어도 일부는, 상기 장 세포 배양 구조물의 일측에서 타측으로 상기 장 세포 배양 구조물을 통과하여 상기 간 채널부에 배치된 상기 간 세포에 도달하는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 위-장 채널부는, 상기 중화된 소화물 중 상기 장 세포를 미통과한 물질을 유출하는 제1 출구부를 포함하는 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 제1항에 있어서,
상기 간 채널부는,
상기 용액 유입부로 유입된 상기 용액이 상기 간 세포와 상기 타겟 조직을 거쳐 유출되는 제2 출구부를 포함하는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 간 채널부는,
상기 용액 유입부로 유입된 상기 용액이 상기 간 세포와 상기 타겟 조직을 거쳐 유출되는 제2 출구부를 포함하고,
상기 2종 유입부에서 상기 제1 출구부로의 유체의 흐름에 대한 제1 유속, 및
상기 용액 유입부에서 상기 제2 출구부로의 유체의 흐름에 대한 제2 유속을 조절하는 유속 조절부를 더 포함하는 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 제13항에 있어서,
상기 유속 조절부는 펌프 및 중력 유동 디바이스(gravity flow device) 중 하나 이상을 포함하는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 제14항에 있어서,
상기 유속 조절부가 상기 중력 유동 디바이스를 포함하는 경우,
상기 2종 유입부 및 상기 용액 유입부의 위치와 상기 제1 출구부 및 상기 제2 출구부의 위치는, 상기 2종 유입부에서 상기 제1 출구부 방향으로 유체의 흐름이 형성될 때 상기 용액 유입부에서 상기 제2 출구부 방향으로 유체의 흐름이 형성되도록 설정되는 것인, 위-장-간 생체 모사 마이크로 칩. - 삭제
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230143375A (ko) | 2022-04-05 | 2023-10-12 | 한림대학교 산학협력단 | 장기 모사 칩 구조체 제조방법 |
| KR20230143372A (ko) | 2022-04-05 | 2023-10-12 | 한림대학교 산학협력단 | 장기 모사 칩 |
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|---|---|---|---|---|
| BR112021005063A2 (pt) | 2018-09-20 | 2021-06-08 | Masterbuilt Manufacturing, Llc | defumador para preparação e defumação de um produto alimentício |
| USD935840S1 (en) | 2019-08-08 | 2021-11-16 | Masterbuilt Manufacturing, Llc | Gravity fed smoker |
Citations (3)
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| JP2014073125A (ja) | 2008-07-16 | 2014-04-24 | Childrens Medical Center Corp | マイクロチャネルを有する臓器模倣装置ならびにその使用および製造方法 |
| KR101410294B1 (ko) | 2014-04-09 | 2014-06-20 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법 |
| KR101473930B1 (ko) * | 2013-09-13 | 2014-12-17 | 홍익대학교 산학협력단 | 식품재료의 항산화능 측정용 마이크로 유체칩 및 그를 이용한 측정 시스템 |
-
2015
- 2015-06-25 KR KR1020150090177A patent/KR101744663B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
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| Yuki Imura et al., 'Micro Total Bioassay System for Oral Drugs: Evaluation of Gastrointestinal Degradation, Intestinal Absorption, Hepatic Metabolism, and Bioactivity', ANALYTICAL SCIENCES, 2012.03.* |
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|---|---|---|---|---|
| KR20230143375A (ko) | 2022-04-05 | 2023-10-12 | 한림대학교 산학협력단 | 장기 모사 칩 구조체 제조방법 |
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