KR101767339B1 - 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 - Google Patents

생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 상측이 개구된 상측 개구부를 갖는 몸체; 상기 몸체의 바닥에 형성되어 췌장이 안착되며, 생체의 췌장 적출을 위해 일부가 개구된 하측 개구부를 구비하는 바닥면; 상기 몸체의 상측 개구부를 덮는 투시 가능한 커버 글라스;를 포함하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치를 제공한다.

Description

생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법{Window apparatus and method for in vivo microscopic imaging of pancreatic tissue for obtaining image using the same}
본 발명은 생체 내 췌장 질환의 미세 영상 연구를 위한 췌장용 윈도우 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다.
형광 신호를 이용한 레이저 주사 공초점 현미경은 세포 및 분자 수준의 현상을 관찰하기 위한 목적으로 사용된다.
실험체 예컨대, 마우스의 췌장은 고형 장기와 같은 인간의 췌장과는 다르게 그 성질이 부드럽고 널리 퍼져서 존재하는 특성이 있기 때문에 일반적인 윈도우를 적용하여 광학 영상기술에 대한 연구를 진행할 경우 그 유동성으로 인해 영상 정보를 획득하는데 한계점이 존재한다.
이러한 한계로 인하여 이전까지 조직의 적출 및 고정 후 관찰이 주요 췌장의 분자생물학적 연구의 대부분을 차지해 왔으나, 실제 살아있는 실험체 내에서의 췌장 섬세포의 변화나, 췌장 혈관 및 실질 내의 변화를 파악하는 것은 어려웠다.
따라서 실험체를 살아있는 상태를 유지해 주는 동시에 세포 및 분자수준의 구조와 상호작용을 파악하는 것은 생체 내 췌장 조직의 미세영상 연구에 있어서 극복해야 할 주요 과제로 대두되었다.
이에 생체 내 췌장 조직 및 혈관에서 발생하는 분자생물학적 기전을 관찰할 수 있으면서 동시에 동일 부위를 연속적으로 이미징 가능한 공초점 현미경에 최적화된 이미징 윈도우의 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 생체 내 췌장 조직의 세포 및 분자 수준 미세영상 획득의 안정성을 확보하고, 이를 통해 생체 내에서 섬세포를 포함한 췌장실질 및 혈관에서의 세포 및 분자 수준의 연구를 가능케 하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치는, 상측이 개구된 상측 개구부를 갖는 몸체; 상기 몸체의 바닥에 형성되어 췌장이 안착되며, 생체의 췌장 적출을 위해 일부가 개구된 하측 개구부를 구비하는 바닥면; 상기 몸체의 상측 개구부를 덮는 투시 가능한 커버 글라스;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 상측 개구부의 주변에는 커버 글라스가 안착되도록 글라스 안착부가 단차지게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 몸체의 측면에는 그 둘레를 따라 봉합홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 하측 개구부와 바닥면은 1:2의 면적비를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 틸팅 마운트가 안착되는 플레이트부, 상기 플레이트부의 일측에 돌출되어 상기 몸체를 파지하는 핑거부를 구비한 홀더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 홀더는 핑거부와 단차지게 형성된 단턱부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치를 이용한 영상 획득 방법은, 윈도우 장치의 홀더에 안착된 틸팅 마운트를 이용하여 윈도우 장치의 각도를 조절하며, 상기 틸팅 마운트의 각도 조절에 의해 상기 윈도우 장치에 안착된 커버 글라스와 공초점 현미경 시스템의 대물렌즈가 호흡 또는 순환 과정 중에서 평행 상태를 유지하는 단계; 복수의 파장을 갖는 레이저 광을 상기 윈도우 장치를 통해 췌장 조직에 조사하는 단계; 상기 췌장 조직에서 여기된 형광 신호를 광검출부에서 검출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 생체의 췌장 섬세포 및 혈관을 실시간으로 영상화하는 작업을 수행한다. 췌장이 몸에서 분리되는 것을 방지하고, 동시에 장의 연동 운동과 같은 복강 내 상황에 영향을 받지 않음으로 인하여 영상화 과정에 있어서 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 파장의 형광 신호 검출이 가능한 공초점 현미경을 결속함으로써, 췌장에서 발생하는 다양한 질병의 병태생리학 및 해당 질병에서의 치료약물의 전달 및 효능을 확인할 수 있는 효과를 지니고 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 췌장용 윈도우 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 췌장용 윈도우 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 췌장용 윈도우 장치용 홀더를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 췌장용 윈도우 장치를 이용한 영상 획득 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 췌장용 윈도우 장치를 통해 공초점 광학 현미경을 이용하여 획득한 췌장 조직의 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 췌장용 윈도우 장치를 통해 췌장의 섬세포를 7일 간 연속적으로 이미지을 시행했을 때의 췌장 조직의 변화 및 영상 정보에 대한 이미지이다.
도 7은 기존의 윈도우 장치와 본 발명의 윈도우 장치를 이용하여 획득한 췌장 섬세포의 이미징을 비교한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 일 실시예에 의한 윈도우 장치(100)는 링 형상의 윈도우 몸체(110), 윈도우 몸체(110)의 하부에 일부가 개방된 바닥면(120)을 포함한다.
윈도우 몸체(110)는 상측 방향으로 개구된 상측 개구부(111)를 가지며, 상측 개구부(111)의 외곽에는 커버 글라스(130)가 안착되도록 글라스 안착부(112)가 형성된다. 글라스 안착부(112)는 윈도우 몸체(110)에 단턱 형태로 형성될 수 있다. 즉, 글라스 안착부(112)는 상측 개구부(111)의 주변에 계단 형상으로 단차지게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상측 개구부(111)는 췌장 조직 관찰을 위한 충분한 직경 예컨대, 11mm의 직경을 가질 수 있고, 글라스 안착부(112)는 상측 개구부(111)로부터 그 주변에 1mm의 폭으로 형성되며, 이에 따라 글라스 안착부(112)에는 12mm 직경의 투명 재질의 커버 글라스(130)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(130)는 접착제 등으로 글라스 안착부(112)에 접착 고정될 수 있다.
윈도우 몸체(110)의 측면에는 내측으로 오목하게 봉합홈(113)이 형성되며, 봉합홈(113)은 실험체의 피부 조직과 쌈지봉합(purse string suture)을 가능케 한다. 윈도우 몸체(110)는 측면에 봉합홈(113)이 형성될 수 있을 정도의 충분한 두께를 갖는다.
즉, 장기간의 관찰 시 실험체는 돌출 부위의 연결 부위가 있을 경우 이를 스스로 제거할 수 있는 가능성이 있다. 이에 따라 윈도우 몸체(110)는 실만을 이용하여 실험체의 복강 표면과 연결하기 위해서 쌈지봉합이 가능하도록 윈도우 몸체(110)의 측면에 내측 방향으로 홈이 파여 있는 형태를 취하는 것이 바람직하다. 봉합홈(113)은 또한 후술하는 홀더(140)의 핑거부(142)에 결합되는 역할도 수행한다.
바닥면(120)은 윈도우 몸체(110)의 하부에 형성되며, 바닥면(120)의 일부에는 실험체의 췌장을 적출하기 위한 하측 개구부(121)가 형성된다. 바닥면(120)은 실험체의 적출된 췌장이 안착되는 곳으로, 적출된 췌장이 안정적으로 지지될 수 있도록 윈도우 몸체(110)의 전체 단면적의 2/3 이상을 차지할 수 있다. 즉, 하측 개구부(121)와 바닥면(120)은 1:2의 면적비를 가질 수 있다.
복강 내의 췌장 조직은 윈도우 몸체(110)의 하측 개구부(121)를 통하여 상측 방향으로 적출되어 바닥면(120) 상에 넓게 배치되며, 바닥면(120)의 충분한 지지력에 의해 배치된 상태를 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 윈도우 장치의 홀더를 도시한 것이다.
도 3을 참고하면, 일 실시예에 의한 홀더(140)는 윈도우 몸체(110)를 파지하여 공초점 현미경 시스템의 대물렌즈와 평행하게 유지시켜 주는 것으로, 틸팅 마운트(150)가 안착되는 플레이트부(141)와, 윈도우 몸체(110)를 파지하는 핑거부(142)를 포함한다.
플레이트부(141)는 그 상면에 틸팅 마운트(150)가 안착되도록 소정 두께의 평평한 판 형태로 형성되며, 틸팅 마운트(150)와의 견고한 결합을 위해 복수의 체결공(141a)이 형성된다. 체결공(141a)을 통해 스크류 등의 고정부재를 이용하여 틸팅 마운트(150)가 플레이트부(141)에 고정 결합될 수 있다.
일 실시예에 따른 틸팅 마운트는 키네마틱(kinematic) 틸팅 마운트로서, 윈도우 몸체(110)의 각도를 조절하여 윈도우 몸체(110) 상에 고정된 커버 글라스(130)와 대물렌즈(120)가 평행 상태를 유지하도록 한다.
키네마틱 틸팅 마운트를 통해 윈도우 장치의 각도를 조절하여 윈도우 몸체(110)에 배치된 커버 글라스(130)와 대물렌즈를 평행하게 유지한 상태로 고정해두면, 호흡 및 순환이 생리적으로 유지되는 동안에도 윈도우 장치의 움직임은 억제될 수 있어 안정적으로 영상을 획득할 수 있다.
핑거부(142)는 플레이트부(141)의 일측에 서로 평행하게 돌출되는 제1핑거(143) 및 제2핑거(144)를 포함하며, 제1핑거 및 제2핑거의 서로 마주보는 면에는 각각 윈도우 몸체(110)의 봉합홈(113)에 대응 결합되도록 단턱(145)이 형성된다.
도 4는 본 실시예에 따른 공초점 현미경 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 췌장용 섬세포의 영상 획득 과정은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 실험체의 췌장 조직을 관찰하기 위해 실험체의 복강 측 피부를 절개하며, 절개된 복강을 통해 췌장 조직을 적출하여 윈도우 장치의 바닥면(120) 상에 넓게 배치한다. 이와 같이 췌장이 적출된 상태에서 윈도우 몸체(110)의 상측에 커버 글라스(130)를 덮고 접착 고정하게 되면 췌장 조직을 안정적으로 그리고 연속적으로 관찰할 수 있다.
그 후 윈도우 장치의 홀더(140)에 안착된 틸팅 마운트를 이용하여 윈도우 장치의 각도를 조절한다. 즉, 실험체의 호흡 및 순환에 따른 움직임을 유지하도록 하되, 세포수준으로 섬세포의 변화를 관찰할 수 있도록 윈도우 몸체(110)에 안착된 커버 글라스(130)와 대물렌즈는 평행한 상태로 유지시킨다.
다음으로, 복수의 파장을 갖는 레이저 광을 윈도우 장치를 통해 췌장 조직에 조사하고, 췌장 조직에서 여기된 형광 신호를 광검출부를 통해 검출함으로써 영상 신호를 획득할 수 있다.
즉, 일 실시예는 네 가지 파장의 빛을 방출하는 레이저 광원, 광원으로부터 나오는 빛을 X-Y 방향으로 스캐닝하는 광학계, 형광 신호를 검출하는 광검출부를 구비하여 광학 영상을 획득하는 공초점 현미경 시스템을 이용할 수 있으며, 공초점 현미경 시스템의 대물렌즈를 투과한 빛이 일 실시예에 의한 윈도우 장치를 통과하여 생체 내 췌장 조직에 입사될 수 있다.
이때 일 실시예에 따른 공초점 현미경 시스템은 가시광 대역인 405nm, 488nm, 561nm 및 640nm의 4파장 레이저 광원, 다각형 회전 거울(polygonal rotation mirror) 및 갈바노 미러(galvanometer mirror), 대물렌즈(OBJ)를 포함하며, 이들 구성을 통해 XY 래스터 스캐닝 패턴을 형성한다.
공초점 현미경 시스템은 복수의 ND(Neutral Density filter), 미러(M) 및 빔 스플리터(Dichroic Beam Splitter, DBS)와 유방조직에서 여기된 형광 신호를 검출하기 위한 BPF(Beam Pass Filter) 및 광전자 증배관(photomultiplier tube: PMT)을 포함할 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 발명은 췌장용 윈도우 장치를 통한 공초점 광학 영상 현미경을 이용하여 실제 동물 모델에서 췌장 조직과 섬세포의 영상화를 수행하였다.
즉, 이미징 시행 2시간 전에 형광 물질(Alexa647)이 결합된 항체(CD31)를 실험체(마우스)에게 주입하였다. 이로 인해서 혈관이 염색되었고, 췌장 조직의 섬세포가 자가형광을 발현하여 도 5와 같은 이미지를 획득할 수 있다.
또한 도 6을 참고하면, 췌장 섬세포의 반복적인 영상을 얻기 위하여 실험체에 녹색형광단백질(GFP)이 결합된 유전자 변형 실험체(Transgenic mouse)를 사용할 수도 있다. 유전자 변형 실험체를 이용하여 췌장 조직의 동일한 섬세포를 1일부터 7일까지 반복적으로 이미징하였다.
이에 따라 도 6 및 도 7과 같이 본 발명의 윈도우 장치는 적출된 췌장 조직을 안정적으로 지지해 주므로 1일부터 7일까지의 반복적인 이미징시 기존의 윈도우 장치를 이용하는 경우와 비교하여 췌장의 안정적인 영상의 획득이 가능하고, 또한 동일한 섬세포를 7일간 연속적으로 확인하는 것이 가능하다.
즉, 일 실시예에 따르면, 일련의 실험을 통해 췌장 윈도우는 동물 모델의 췌장 조직으로의 저침습적이고 미세한 접근에 유용함을 확인하였고, 췌장 섬세포와 혈관의 안정적이고 장기간 지속적으로 영상 확보가 가능하며, 세포 간의 상호 작용과 단일 세포 수준의 동태 파악에 관한 영상화에 적합함을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
즉, 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.
따라서, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 윈도우 장치 110; 윈도우 몸체
111; 상측 개구부 112; 글라스 안착부
113; 봉합홈 120; 바닥면
121; 하측 개구부 130; 커버 글라스
140; 홀더 141; 플레이트부
142; 핑거부

Claims (7)

  1. 상측이 개구된 상측 개구부를 갖는 윈도우 몸체;
    상기 윈도우 몸체의 바닥에 형성되어 췌장 조직이 안착되며, 췌장 조직의 적출을 위해 일부가 개구된 하측 개구부를 구비하는 바닥면;
    상기 윈도우 몸체의 상측 개구부를 덮는 투시 가능한 커버 글라스;
    를 포함하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상측 개구부의 주변에는 커버 글라스가 안착되도록 글라스 안착부가 단차 형성되는 것을 특징으로 하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우 몸체의 측면에는 그 둘레를 따라 봉합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하측 개구부와 바닥면은 1:2의 면적비를 갖는 것을 특징으로 하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    틸팅 마운트가 안착되는 플레이트부, 상기 플레이트부의 일측에 돌출되어 상기 윈도우 몸체를 파지하는 핑거부를 구비한 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홀더는 핑거부와 단차지게 형성된 단턱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 윈도우 장치를 이용하며, 상기 윈도우 장치의 홀더에 안착된 틸팅 마운트를 이용하여 윈도우 장치의 각도를 조절하며, 상기 틸팅 마운트의 각도 조절에 의해 상기 윈도우 장치에 안착된 커버 글라스와 공초점 현미경 시스템의 대물렌즈가 호흡 또는 순환 과정 중에서 평행 상태를 유지하는 단계;
    복수의 파장을 갖는 레이저 광을 상기 윈도우 장치를 통해 췌장 조직에 조사하는 단계;
    상기 췌장 조직에서 여기된 형광 신호를 광검출부에서 검출하는 단계;
    를 포함하는 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치를 이용한 영상 획득 방법.
KR1020160065091A 2016-05-26 2016-05-26 생체 내 췌장조직 미세영상 획득을 위한 윈도우 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 KR101767339B1 (ko)

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KR20200017136A (ko) 2018-08-08 2020-02-18 한국과학기술원 척수 신경을 관찰하기 위한 윈도우 장치 및 이를 이용한 관찰 방법

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JP2014523793A (ja) 2011-07-26 2014-09-18 グリセンス インコーポレイテッド 気密密閉された筐体を有する組織埋め込み型センサ

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