KR101790258B1

KR101790258B1 - 세포 포집 필터 및 이를 갖는 세포 포집 장치

Info

Publication number: KR101790258B1
Application number: KR1020150158679A
Authority: KR
Inventors: 전병희
Original assignee: 주식회사 싸이토젠
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-10-26
Also published as: KR20170017677A

Abstract

본 발명의 실시예는, 혈액을 포함한 혼합 시료로부터 유체의 흐름 압력에 의해 표적 세포를 필터링하기 위한 세포 포집 필터로서, 상기 세포 포집 필터는 자동화된 세포 분리장치에 적용가능한 것으로, 상기 세포 포집 필터를 디쉬 상에 위치시키고 버퍼액을 투입하거나, 또는 상기 세포 포집 필터를 이미 버퍼액이 있는 디쉬 상에 놓여진 상태에서 유체의 흐름 압력으로 필터링을 수행하는 것인 세포 포집 필터이며, 금속으로 이루어진 필터 본체에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공이 마련되며, 상기 필터 본체의 두께를 t, 상기 세공의 가로 방향 길이를 a, 상기 세공의 세로 방향 길이를 b, 필터의 가로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 l, 필터의 세로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 m이라고 할 때, 상기 a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2이고, 상기 l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2이며, 상기 t와 a의 비율 또는 상기 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8이며, 금속으로 이루어진 상기 필터 본체의 두께(t)는 2.5㎛ 내지 9㎛이며, 상기 a와 l의 비율 a/l은 0.9 내지 1.6이고, 상기 b와 m의 비율 b/m은 0.9 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터를 제공한다.

Description

세포 포집 필터 및 이를 갖는 세포 포집 장치{CELL COLLECTING FILTER AND CELL COLLECTING DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 세포 포집 필터 및 이를 갖는 세포 포집 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 자동화된 세포 분리장치에 적용가능하며, 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형은 억제되는 금속성의 세포 포집 필터 및 세포 포집 장치에 관한 것이다.

유전자 해석, 암진단 등 바이오 기술의 발달에 따라 세포를 이용한 다양한 검사 또는 검진 방법이 개발되고 있다. 이러한 세포를 이용한 검사 또는 검진을 위해서는 인간 또는 동물의 혈액으로부터 살아 있는 세포(live cell)를 포집하기 위한 기술이 필요하다.

세포 포집의 예로서 암진단을 위해 혈중 종양세포(CTCs: Circulating Tumor Cells)를 이용하는 방법이 있다.

종래 암환자의 현재 상태에 대한 임상적 확인을 위하여 조직검사가 이루어지고 있으나, 이러한 조직검사는 시간, 비용 및 환자의 상태 등에 의해 반복적으로 실시하기에 어려움이 있고 부작용으로 감염이나 출혈을 일으킬 수 있는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 암환자의 세포로부터 혈중 종양세포를 채집하는 기술이 개발되었다.

혈중 종양세포(CTC/CTCs)는 1차적인 종양조직, 즉 원발암으로부터 떨어져 나와 혈액 속을 돌아다니는 소수의 종양세포로 전이암의 핵심요인으로 알려져 있다. 통계에 따르면 암 환자의 약 90%가 전이암으로 인하여 사망하고 있는 것으로 알려져 있다.

혈중 종양세포는 혈구 성분 10⁸∼10⁹ 개당 약 1개 비율로 존재한다고 알려져 있다. 따라서 혈중 종양세포의 검출을 위해서는 안전하고 간편할 뿐만 아니라 높은 회수율을 갖는 세포 포집 방법이 요구된다.

혈중 종양세포의 포집을 위한 방법으로서, 항 EpCAM(상피 세포 접착 분자) 항체를 고정화한 자성 입자 또는 기둥 형상 구조 등의 수지 표면에 캡처 항체를 결합시킨 마이크로 유체 디바이스를 이용하는 방법과, 혈중 종양세포와 혈구 세포의 크기 차이를 이용하여 필터를 사용하는 방법이 알려져 있다.

필터를 사용하는 방법으로서, 유체로부터 세포를 여과하기 위한 파릴렌 멤브레인 필터(Parylene membrane filter)를 사용하는 방법이 있다. 멤브레인 필터는 챔버 내에 장착되어 있으며, 표적 세포가 통과되지 못하도록 형성되어 있는 복수의 세공(pore)들을 갖는다. 그러나 이 기술에서는 멤브레인 필터에 여과되어 있는 암세포를 챔버로부터 회수하여 채집하기 곤란한 문제가 있다. 또한, 주사기에 의하여 챔버에 주입되는 세포가 손상될 우려가 높다.

세포 포집을 위한 필터로서, 정밀여과 장치의 중앙사각구멍(Central square hole)에 복수의 필터패치(Filter patch)들을 설치하는 방법이 있다. 필터패치들은 세포의 여과를 위한 복수의 세공들을 갖는 멤브레인으로 구성되어 있다. 그러나 이 방법 역시 정밀여과 장치의 필터패치에 여과되어 있는 세포를 중앙사각구멍으로부터 회수하여 채집하기 곤란하고, 표적 세포가 손상될 우려가 높았다.

따라서, 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형이 방지되고 활성에 영향을 주지 않는 간단하면서도 경제적인 구조의 세포 포집 필터가 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형, 또는 세포 활성의 변화를 억제할 수 있는 세포 포집 필터 및 이를 구비한 세포 포집 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 자동화된 세포 분리장치에 적용가능한 간단하면서도 경제적인 세포 포집 필터 및 세포 포집 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는, 혈액을 포함한 혼합 시료로부터 유체의 흐름 압력에 의해 표적 세포를 필터링하기 위한 세포 포집 필터로서, 상기 세포 포집 필터는 자동화된 세포 분리장치에 적용가능한 것으로, 상기 세포 포집 필터를 디쉬 상에 위치시키고 버퍼액을 투입하거나, 또는 상기 세포 포집 필터를 이미 버퍼액이 있는 디쉬 상에 놓여진 상태에서 유체의 흐름 압력으로 필터링을 수행하는 것인 세포 포집 필터이며, 금속으로 이루어진 필터 본체에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공이 마련되며, 상기 필터 본체의 두께를 t, 상기 세공의 가로 방향 길이를 a, 상기 세공의 세로 방향 길이를 b, 필터의 가로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 l, 필터의 세로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 m이라고 할 때, 상기 a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2이고, 상기 l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2이며, 상기 t와 a의 비율 또는 상기 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8이며, 금속으로 이루어진 상기 필터 본체의 두께(t)는 2.5㎛ 내지 9㎛이며, 상기 a와 l의 비율 a/l은 0.9 내지 1.6이고, 상기 b와 m의 비율 b/m은 0.9 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터를 제공한다.

삭제

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a 또는 b는 표적 세포의 직경에 대하여 40 내지 70%의 크기를 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 필터 본체는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어진 것일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 세포 포집 장치로서, 내측에 유체 유통가능한 중공부를 가진 튜브와, 상기 튜브의 하측에 마련되며 전술한 바와 같은 세포 포집 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 포집 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형이 방지되고 활성에 영향을 주지 않는 간단하면서도 경제적인 구조의 세포 포집 필터 및 이를 구비한 세포 포집 장치를 제공할 수 있다.

특히, 세포 포집 필터에 형성되는 세공(구멍)이나 두께에 대한 최적화를 통해 표적 세포를 손상시키지 않고 회수율을 높일 수 있게 된다.

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 세포 분리장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세포 포집 장치를 나타내는 분해 구성도이다.
도 3은 도 2의 세포 포집 장치의 측단면도이다.
도 4는 도 2의 세포 포집 장치의 세포 포집 필터의 개략적인 구성을 나타낸 사시도이다.
도 5는 표적 세포의 포집 프로세스를 설명하는 부분 단면도이다.
도 6은 도 4의 세포 포집 필터의 일부를 나타낸 절단 사시도이다.

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(접속, 접촉, 결합)"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.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 세포 분리장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.

도시된 바와 같이, 세포 분리장치(1)는 피펫팅 모듈(pipetting module)(10)과 작업 모듈(20)을 포함하며, 피펫팅 모듈(10)은 레일(30)을 따라 작업 모듈(20) 상에서 이동하며(도면에서 좌우 방향으로 이동) 세포 분리/포집 공정을 수행한다.

피펫팅 모듈(10)은 다수개의 피펫 작업대(11)와, 이 피펫 작업대(11)를 피펫팅 모듈 본체에 대해 상하 및 좌우로 이동시키는 구동부(12)를 포함할 수 있다.

작업 모듈(20)은 샘플 튜브 보관부(21), 제1 피펫 랙(pipette rack)(22), 프로세스부(23), 디쉬(dish)/칩(chip) 카트리지부(24), 제2 피펫 랙(25), 및 회수용 튜브 보관부(26)를 포함한다. 참고로, 본 명세서에서 제1 피펫 랙(22)과 제2 피펫 랙(25)의 어느 하나, 또는 양자를 총칭하여 피펫 랙이라 한다.

프로세스부(23)에는 버퍼(buffer)액 보관을 버퍼액 보관 튜브와 액 혼합/추출/분리를 위한 프로세스 튜브가 위치한다.

제1 및 제2 피펫 랙(22; 25)에는 각각 상이한 크기의 피펫이 다수개 보관될 수 있으며, 사용이 완료된 피펫을 수거하기 위한 수거박스가 함께 또는 별도로 마련될 수 있다.

이와 같이 세포 분리장치(1)에는 세포 분리/포집/회수 공정을 위한 각종 구성이 포함되는데, 이러한 세포 분리장치(1)를 이용한 공정 중 가장 중요한 부분 중의 하나는 혈액을 원심분리하거나 버퍼액을 혼합하는 등의 전처리 과정을 거친 후, 이 혼합 시료로부터 표적 세포를 필터링하는 과정이다. 이를 위해 세포 포집 필터(200)(도 2 참조)를 구비한 세포 포집 장치(100)를 디쉬 상에 위치시키고 여기에 버퍼액 등을 투입하여 유체의 흐름 압력에 의해 필터링을 수행하게 된다.

디쉬로 유출된 버퍼액은 별도의 장소로 수거될 수 있다. 또한 세포 포집 장치(100)는 이미 버퍼액이 있는 디쉬 상에 놓여진 상태에서 필터링 작업이 이루어질 수도 있다. 버퍼액은 다수회 세포 포집 장치(100) 내부로 투입될 수 있으며, 또한 세포 포집 장치(100)에 투입되는 버퍼액은 버퍼액 보관 튜브로부터 공급될 수도 있고, 디쉬에 있는 버퍼액으로부터 공급될 수도 있다.

이와 같이, 세포 분리장치(1)는 혈액으로부터 표적 세포를 분리하여 포집하기 위한 장치로서, 세포 포집 필터(200)를 구비한 세포 포집 장치(100)를 포함한다. 여기서, 세포 포집 장치(100)를 세포 포집용 칩, 또는 간략하게 칩(chip)으로 표현하기도 한다.

이하, 세포 포집 장치 또는 세포 포집 필터의 구성을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세포 포집 장치를 나타내는 분해 구성도, 도 3은 도 2의 세포 포집 장치의 측단면도, 도 4는 도 2의 세포 포집 장치의 세포 포집 필터의 개략적인 구성을 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 세포 포집 장치(100)는 상측의 제1 튜브(110) 및 하측의 제2 튜브(120)를 결합하여 구성될 수 있으며, 제2 튜브(120)의 하측에 세포 포집 필터(200)가 마련될 수 있다.

도 3을 함께 참조하면, 제1 튜브(110)는, 제1 튜브 본체(111)와 이 제1 튜브 본체(111)의 하측에 마련된 돌출형 결합부(112)를 가질 수 있다. 제2 튜브(120)는, 제2 튜브 본체(121)와, 이 제2 튜브 본체(121)의 하측에서 내측 방향으로 돌출 설치된 돌출부(122)를 가질 수 있다. 돌출부(122)의 하측에 세포 포집 필터(200)가 고정 결합될 수 있다. 도시된 바와 달리 세포 포집 필터(200)가 돌출부(122)의 상측에 고정 결합되는 것도 가능하다.

이와 같이, 세포 포집 장치(100)는 내측에 유체 유통가능한 중공부를 가진 튜브(110; 120)와, 이 튜브(110; 120)의 하측에 마련된 세포 포집 필터(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 튜브(110; 120)는 2개의 제1 튜브(110) 및 제2 튜브(120)로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 하나의 단일한 튜브로 구성되거나 3개 이상의 파트로 구성된 것일 수도 있다.

또한 세포 포집 필터(200)가 결합된 제2 튜브(120)의 하측에 추가로 튜브가 결합될 수도 있다. 즉, 유체 유통 가능한 튜브의 중간부에 세포 포집 필터(200)가 삽입되어 있는 형태로 구성될 수 있다. 따라서 본 발명의 명세서 또는 청구범위에서 튜브의 하측에 세포 포집 필터(200)가 설치되는 것으로 표현했다고 해서, 이것이 튜브의 중간부에 세포 포집 필터(200)가 마련된 형태의 세포 포집 장치(100) 구성을 배제하는 것은 아니다.

또한 도면에서는 결합부(112)와 제2 튜브 본체(121) 사이의 억지 끼워맞춤에 의해 제1 튜브(110)와 제2 튜브(120)가 고정 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 이러한 결합 방식으로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 나사산 형태에 의한 결합, 또는 접착, 융착 등의 방식으로 제1 튜브(110)와 제2 튜브(120)가 결합되는 것도 가능하다.

세포 포집 장치(100)의 튜브(110); 120)를 통해 유체가 이동하며, 세포 포집 필터(200)의 사이즈 선택성에 의해 표적 세포가 포집 및 회수될 수 있다. 유체는 정량의 유체를 토출할 수 있는 피펫에 의해 세포 포집 장치(100)의 내측으로 공급될 수 있으며, 그 외에도 주사기/시린지(syringe)나 채혈관, 팩 형태의 유체 저장장치 등으로부터 유체가 공급될 수도 있다.

유체는 예컨대 혈액 또는 혈액을 포함하는 용액일 수 있으며, 그 외에도 표적 세포 또는 표적 물질의 포집이 필요한 여하한 형태의 액체 또는 액상 물질일 수 있다. 그러한 예로서, 유체는 혈중 종양세포를 포함하는 혈액일 수 있으며, 이 경우 혈종 종양세포가 표적세포가 되고, 그 외의 혈구(백혈구, 적혈구)가 비표적 세포가 될 수 있다.

도면에서는 세포 포집 장치(100)가 원통 형태로 도시되어 있으나, 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 사각형 등의 다각형으로 구성될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 세포 포집 필터(200)는 금속으로 이루어진 필터 본체(210)와, 이 필터 본체(210)에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공(220)을 포함한다. 이 도면에서는 세공(220)의 크기를 과장하여 표현하였으나, 혈중 종양세포와 같은 표적 세포의 크기를 고려할 때 세공(220)은 도시된 것보다 크기가 작고 그 수는 훨씬 많다. 본 명세서 및 도면에서 x방향은 가로 방향을, y방향은 세로 방향을 각각 나타내는 것으로 한다.

한편, 세공(220)이 매트릭스 형상으로 배치되어 있다고 하여, 세공(220)의 가로방향 배치와 세로방향 배치가 반드시 동일해야 하는 것은 아니며, 또한 예컨대 제1, 3, 5... 열의 세공(220)과 제2, 4, 6열의 세공(220)이 엇갈린 형태로 배치되는 것도 가능하다.

도 5는 표적 세포의 포집 프로세스를 설명하는 부분 단면도이다. 필터 본체(210)에 형성된 세공(220)은 표적 세포(2)의 직경보다는 작고 비표적 세포(3)의 직경보다는 크게 마련된다. 다만, 세공(220)의 길이가 표적 세포(2)의 직경보다 작다 하더라도 그 차이가 너무 작은 경우, 즉 세공(220)이 표적 세포(2)와 비슷한 크기인 경우에는 필터링시 또는 회수시 표적 세포(2)가 손상되거나 변형될 수 있다. 이에 대한 상세는 후술하기로 한다.

도 6은 도 4의 세포 포집 필터의 일부를 나타낸 절단 사시도이다.

도시된 바와 같이 세포 포집 필터(200)의 필터 본체(210)의 두께를 t, 세공(220)의 가로 방향 길이를 a, 세공(220)의 세로 방향 길이를 b, 세포 포집 필터(200)의 가로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리를 l, 세포 포집 필터(200)의 세로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리를 m이라고 할 때, 각 거리(또는 두께)는 다음과 같은 관계를 만족해야 한다. 이러한 관계를 만족할 경우 혈중 종양세포와 같은 극소수 표적 세포를 80% 이상 회수하는 것이 가능하게 되며, 그 표준 편차는 10% 이하가 된다.

1. a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2

2. l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2

3. t와 a의 비율 또는 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8

4. a와 l의 비율 a/l은 0.9 내지 1.6

5. b와 m의 비율 b/m은 0.9 내지 1.6

여기서, 특히 위 3에서 제시한 t/x(x는 a 또는 b) 비율이 표적 세포의 회수율에 있어 중요하며, 또한 a/l 및 b/m의 비율도 회수율 및 세포 포집 필터(200)의 안정성(비변형성)에 중요하다. 이하 각 수치범위의 의미를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 세공(220)의 가로 방향 길이(a)와 세공(220)의 세로 방향 길이(b) 사이의 비율, 즉 a/b가 0.8 미만이거나 1.2 초과인 경우는 세공(220)이 어느 한 쪽의 길이가 상대적으로 긴 직사각 형태가 되는데, 이 경우 기본적으로 원형 형상인 표적 세포의 여과에 적절하지 않으며, 세포의 변형을 유발할 수 있다.

다음으로, 세포 포집 필터(200)의 가로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(l)와, 세포 포집 필터(200)의 세로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(m)의 비율, 즉 1/m이 0.8 미만이거나 1.2 초과인 경우는 다수개의 세공의 분포가 어느 한 쪽 방향으로 불균일하게 배치되며, 따라서 표적 세포의 회수시 회수 방법에 따른 편차가 크게 나오게 된다.

다음으로, 세포 포집 필터(200)의 필터 본체(210)의 두께(t)와, 세공(220)의 가로 방향 또는 세로 방향 길이(a; b)의 비율, 즉 t/x(여기서 x는 a 또는 b)가 0.5 미만이면 표적 세포가 필터를 통과하는 에러가 커지게 되고, t/x가 1.8 초과가 되면 비표적 세포가 필터를 통과하지 못하는 에러가 커지게 되며, 또한 세포에 손상을 주거나 변형을 줄 위험이 커진다.

필터 본체(210)는 금속으로 이루어지는데, 예컨대 스테인리스스틸, 니켈, 알루미늄, 구리 등으로 제조될 수 있다. 이러한 금속제 세포 포집 필터(200)는 유체의 흐름 압력에 대한 저항성이 상대적으로 강하기는 하지만, 필터 본체(210)의 두께가 세공(220)의 길이에 비해 50% 미만으로 작아지면 강한 유체 압력에 의해 일시적으로 변형되었다가 탄성 복원력에 의해 원래 형태로 돌아가면서 세공(220)에 포집되어 있던 표적 세포가 손상되거나 변형될 수 있다. 또한 세포의 활성에 변화가 일어날 수도 있는데, 이로 인해 예컨대 혈중 종양세포(표적 세포)에 의한 암진단의 정확도가 낮아질 수 있다.

한편, 필터 본체(210)의 두께가 세공(220)의 길이에 비해 80% 초과하여 클 경우 필터 본체(210)의 두께가 지나치게 커져서 비표적 세포, 예컨대 혈구 세포가 세공(220)을 제대로 통과하지 못할 수 있다.

예를 들어 세공(220)의 가로 방향 길이(a) 및 세로 방향 길이(b)를 각각 5㎛(마이크로미터)로 하는 경우, 필터 본체(210)의 두께(t)는 2.5㎛ 내지 9㎛ 이어야 하며, 그 두께(t)가 2.5㎛ 미만이 되거나 9㎛ 초과가 되면 전술한 바와 같은 문제가 발생한다.

다음으로, 세공(220)의 가로 방향 길이(a)와 세포 포집 필터(200)의 가로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(l)의 비율, 즉 a/l이 0.9 미만인 경우 세공(220) 사이의 간격이 커지게 되어 표적 세포의 회수율이 작아지게 되며, a/l이 1.6 초과가 되면 필터 본체(210)의 전체 부피에 비해 캐비티(세공)의 전체 부피가 너무 커지게 되어 필터 본체(210)의 강성이 유지되지 못하게 된다. 이 경우 필터링시 필터 본체(210)가 변형될 위험이 커진다.

한편, 세공(220)의 세로 방향 길이(b)와, 세포 포집 필터(200)의 세로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(m)의 비율, 즉 b/m도 위 a/l의 경우와 동일하게 0.9 미만인 경우 세공(220) 사이의 간격이 커지게 되어 회수율이 작아지게 되고, b/m이 1.6 초과가 되면 필터 본체(210)의 전체 부피에 비해 캐비티의 전체 부피가 너무 커지게 되어 필터 본체의 강성을 유지하지 못하게 된다.

세포 포집 필터(200)의 필터 본체(210)를 폴리머로 하면 필터의 두께를 작게 하는 것이 어렵다. 세포의 포집을 위해서는 유체에 압력을 주어 필터링시켜야 하는데, 이 과정에서 압력에 의해 필터 본체가 휘게 되는 등 필터 본체(210)에 변형이 생기게 되고, 이러한 필터 본체(210)의 변형에 의해 세공 내에 세포가 끼거나 손상을 입게 될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 필터 본체(210)를 금속으로 하여 유체 압력에 의한 변형 저항성을 크게 하였다. 이로써 필터 본체(210)의 두께를 작게 하는 것이 가능하게 되고, 이러한 필터 본체(210)의 두께에 대해 세공의 크기(a; b)와 세공 사이의 크기(l; m)를 일정 비율 내가 되도록 하여 표적 세포의 회수율을 크게 높일 수 있게 된다.

한편, 세공(220)의 가로 방향 길이(a)와, 세공(220)의 세로 방향 길이(b)는 표적 세포의 직경에 대하여 40 내지 70%의 크기를 가질 수 있다. 이 비율이 40% 미만이 되면 표적 세포와 비표적 세포에 대한 선택률이 낮아지게 된다. 즉, 비표적 세포가 세공을 통과하는 비율이 낮아질 수 있게 된다. 반대로 위 비율이 70% 이상이 되면 표적 세포가 세공을 통과하는 비율이 높아지게 되고, 또한 표적 세포가 세공에 끼이게 되어 표적 세포의 회수율이 저하된다. 한편 회수율을 높이기 위해 역세척하는 경우 표적 세포가 손상되거나 활성이 저하되는 문제가 발생한다.

구체적으로, 직경 7.5 내지 15㎛의 혈중 종양세포에 대해 100mmHg의 유체 압력이 가한 실험에서는 혈중 종양세포가 직경 8㎛의 세공(220)을 통과할 수 있었다. 또한 세공(220)의 크기를 일정 정도 이상으로 하면 이에 따라 세공(220) 사이의 거리도 커지게 되는데, 예컨대 7.5㎛의 혈중 종양세포에 대해 세공(220) 사이의 거리(l; m)가 5㎛ 이상이 되면, 세공(220)들 사이에 위치하는 혈중 종양세포는 역세척에 의해 필터 본체(210)의 표면으로부터 탈락되지 않을 수 있다(즉, 회수되지 않을 수 있다). 여기서, 역세척(back washing)이란 혈중 종양세포를 포집한 이후에 포집시의 유체의 흐름과 반대 방향으로 유체를 유동시키는 것을 의미한다. 만약 혈중 종양세포의 회수율을 높이기 위하여 유체의 역세척시 압력을 높이게 되면 혈중 종양세포가 손상될 위험이 커지게 된다.

따라서 세공(220)의 가로/세로 방향의 길이를 표적 세포의 직경에 대해 어느 이상의 크기로 하는 것은 부적절하며, 표적 세포의 회수율 80% 이상 및 그 표준 편차 10% 이하를 위해, 위 비율은 70% 이하가 되어야 한다.

한편, 세공(220)의 가로/세로 방향 길이를 표적 세포의 직경에 대해 40% 미만으로 하면 표적 세포와 비표적 세포에 대한 선택률이 낮아지게 될 뿐만 아니라, 세공(220)의 크기가 지나치게 작아지게 되고 이로 인해 인접한 세공(220) 사이의 거리도 작아지게 된다. 이 경우 세포 포집 필터(200)의 제작이 어려워질 뿐만 아니라 역세척시 세포 포집 필터(200)가 파손되는 문제가 발생한다.

필터 본체(210)는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있다. 필터 본체(210)를 금속으로 하는 경우의 효과에 대해서는 전술한 바와 같다. 예컨대 필터 본체(210)는 전주법(electroforming)에 의해 웨이퍼 상에 니켈을 도금한 후, 이 니켈층을 분리함으로써 얻을 수 있는데, 본 발명이 이러한 제조방법으로 한정되는 것이 아님은 물론이다. 예컨대, 마이크로미터 크기의 세공(220)을 형성하기 위하여 MEMS 기술을 이용한 에칭 방법을 사용하는 것도 가능하다.

한편 도시하지는 않았으나, 필터 본체(210)의 표면에 친수성 박막층 또는 친수성으로 변환 가능한 박막층을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 비교적 적은 압력으로도 유체가 세공(220)을 통과할 수 있게 되어, 필터 본체(210)의 두께를 작게 할 수 있고, 또한 필터링 시 세포 포집 필터(200)가 손상되거나 변형되는 위험이 낮아지게 된다.

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. 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.

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.

1: 세포 분리장치
10: 피펫팅 모듈
20: 작업 모듈
100: 세포 포집 장치
200: 세포 포집 필터
210: 필터 본체
220: 세공

Claims

혈액을 포함한 혼합 시료로부터 유체의 흐름 압력에 의해 표적 세포를 필터링하기 위한 세포 포집 필터로서,
상기 세포 포집 필터는 자동화된 세포 분리장치에 적용가능한 것으로, 상기 세포 포집 필터를 디쉬 상에 위치시키고 버퍼액을 투입하거나, 또는 상기 세포 포집 필터를 이미 버퍼액이 있는 디쉬 상에 놓여진 상태에서 유체의 흐름 압력으로 필터링을 수행하는 것인 세포 포집 필터이며,
금속으로 이루어진 필터 본체에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공이 마련되며,
상기 필터 본체의 두께를 t, 상기 세공의 가로 방향 길이를 a, 상기 세공의 세로 방향 길이를 b, 필터의 가로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 l, 필터의 세로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 m이라고 할 때, 상기 a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2이고, 상기 l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2이며, 상기 t와 a의 비율 또는 상기 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8이며,
금속으로 이루어진 상기 필터 본체의 두께(t)는 2.5㎛ 내지 9㎛이며,
상기 a와 l의 비율 a/l은 0.9 내지 1.6이고, 상기 b와 m의 비율 b/m은 0.9 내지 1.6이고,
상기 a 또는 b는 표적 세포의 직경에 대하여 40 내지 70%의 크기를 가지며,
상기 필터 본체는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어지며,
상기 표적 세포는 혈중 종양세포(CTCs: Circulating Tumor Cells)인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터.
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세포 포집 장치로서,
내측에 유체 유통가능한 중공부를 가진 튜브와,
상기 튜브의 하측에 마련되며, 제1항에 따른 세포 포집 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 포집 장치.
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