KR101855875B1 - 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법 - Google Patents

인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101855875B1
KR101855875B1 KR1020150186624A KR20150186624A KR101855875B1 KR 101855875 B1 KR101855875 B1 KR 101855875B1 KR 1020150186624 A KR1020150186624 A KR 1020150186624A KR 20150186624 A KR20150186624 A KR 20150186624A KR 101855875 B1 KR101855875 B1 KR 101855875B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
flow
fluid outlet
nanofiber mat
cell
Prior art date
Application number
KR1020150186624A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170076402A (ko
Inventor
진송완
정영훈
강동구
곽종영
윤식
장일호
Original Assignee
한국산업기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국산업기술대학교 산학협력단 filed Critical 한국산업기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020150186624A priority Critical patent/KR101855875B1/ko
Publication of KR20170076402A publication Critical patent/KR20170076402A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101855875B1 publication Critical patent/KR101855875B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • G01N33/5008Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02Form or structure of the vessel
    • C12M23/16Microfluidic devices; Capillary tubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/069Vascular Endothelial cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • G01N33/5008Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
    • G01N33/5011Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics for testing antineoplastic activity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/08Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2509/00Medical; Hygiene
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00158Elements containing microarrays, i.e. "biochip"
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00178Special arrangements of analysers
    • G01N2035/00237Handling microquantities of analyte, e.g. microvalves, capillary networks
    • G01N2035/00247Microvalves

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혈류의 이동뿐만 아니라 간질성 흐름을 모사하기에 적합하여 인간세포의 성장 환경을 모사할 수 있는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩과 이를 이용한 세포 반응 측정 방법에 관한 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 어세이 칩은, 양 측면에 서로 다른 세포의 시딩이 가능한 나노섬유매트와, 마이크로 채널을 적층함으로써 서로 다른 인체 조직을 모사할 수 있을 뿐만 아니라 조직이 노출되어 있는 화학적, 물리적 자극을 구현할 수 있으며, 최종적으로 배양된 조직에 항암제나 화학약품을 투여하여 약물 테스트에 이용될 수 있다. 아울러 유체의 배출 속도의 제어에 의해, 혈류의 이동뿐만 아니라 간질성 흐름을 모사할 수 있어 보다 복잡한 인간세포의 성장 환경을 모사할 수 있다.

Description

인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법{ASSAY CHIP FOR SIMULATING HUMAN INTERSTITIAL FLOW AND BLOOD FLOW, AND METHOD FOR MEASURING CELL REACTION USING THE SAME}
본 발명은 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혈류의 이동뿐만 아니라 간질성 흐름을 모사하기에 적합하여 인간세포의 성장 환경을 모사할 수 있는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩과 이를 이용한 세포 반응 측정 방법에 관한 것에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 의학적 기술을 응용하여 인간의 여러 질병을 치료하기 위한 장기 칩(organ-on-a-chip)이 연구 및 개발되어 각광을 받고 있다. 이러한 장기 칩의 장점은 지금까지도 사용되고 있는 동물실험을 대체할 수 있다는 점으로 그간 동물실험의 단점인 윤리적인 문제와 더불어 동물과 사람과의 유전자의 작동메커니즘 차이에 의한 임상시험 실패라는 난제를 해결할 수 있는 방안이 된다.
따라서 장기 칩을 개발하기 위해서는 인간세포로 이루어진 모사 조직과 함께 혈액과 유사한 액체를 순환시킴으로써, 인간의 특정 장기를 모사하고 마이크로칩으로 만들어, 신약개발이나 환자의 특이질환을 모사하여 임상실험을 수행할 수 있어야 한다.
현재까지 많은 장기 칩이 전 세계적으로 활발히 연구 및 개발되었으며 이를 활용하여 동물 실험의 빈도를 줄여나가고 있다. 또한 호주, 일본, 유럽연합(EU)은 이미 의학연구 목적의 영장류 실험을 금지했거나 제한적으로 허용하고 있다.
인간의 질병을 보다 빠르고 정밀하게 진단하고 치료하기 위해서는 최우선 적으로 인간의 실제 조직을 모사하기 위하여 인간세포를 3차원적으로 배양하는 것이 중요하다. 인간의 세포들은 세포 외기질(Extracellular matrix)라는 일종의 세포의 외벽에 의해 보호받고 성장하게 된다. 또한 이러한 세포 외기질에서는 세포와 세포사이로 간질성 흐름(interstitial flow)이 나타나고 조직과 인접한 혈관에서는 혈류가 흐르게 된다.
하지만, 현재까지 개발된 장기 칩에서는 오직 혈류를 통한 세포의 이동과 영양물, 산소 등의 공급 또 질병을 유발시키기 위한 화학물의 주입 등을 이용하여 화학적 자극과 혈류의 흐름을 모사하는 등에만 초점을 맞추어 연구가 진행되었다. 이러한 연구는 세포의 2차원 배양과 물리적 화학적 자극에만 초점을 맞춘 것으로 제한되며, 이는 현재까지 개발된 장기 칩의 단점이다.
하지만 서두에 밝힌 것과 같이 인간의 실제 조직을 모사하기 위해서는 세포를 3차원적으로 배양하고 혈류뿐만 아니라 간질성 흐름에 노출되도록 하는 것이 매우 중요하다. 이러한 노력은 앞으로의 동물실험을 대체하고 인간의 질병을 진단하고 치료하는 것을 가속화 시킬 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0130858호
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실제 인간세포 성장 환경과 유사한 모사조직을 제작하고 마이크로 칩에 결합한 어세이 칩을 제공함으로써 인간의 질병을 연구하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 혈류의 이동뿐만 아니라 간질성 흐름을 모사하기에 적합하여 보다 복잡한 인간세포의 성장 환경을 모사할 수 있는 어세이 칩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 하부 하우징; 상기 하부 하우징과 결합 가능한 상부 하우징; 상기 하부 하우징과 상부 하우징 사이에 배치되는 나노섬유매트; 및 상기 나노섬유매트와 상부 하우징 사이에 배치되는 마이크로 채널을 포함하고, 상기 상부 하우징에는 일면에 상기 마이크로 채널의 일단과 타단에 각각 연결되는 유체 유입구와 제1 유체 배출구가 서로 이격되어 형성되고, 상기 하부 하우징에는 일면에 상기 나노섬유매트와 연결되는 제2 유체 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩을 제공한다.
상기 제1 유체 배출구는 수평방향의 유동을, 제2 유체 배출구는수직방향의 유동을 제어할 수 있다. 또한 상기 어세이 칩은 제1 배출구로 배출되는 유체의 유속과 제2 배출구로 배출되는 유체의 유속을 제어함으로써 인체의 조직에서의 혈관의 흐름과, 세포외 기질(ECM)과 정상 세포 간의 간질성 흐름(interstitial flow)을 모사할 수 있다.
상기 어세이 칩은, 나노섬유매트를 고정하는 가스켓을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가스켓은 콜라겐, 젤라틴, 테프론, 실리콘, 고무, 우레탄, 메탈, 폴리디메틸실록산, 실크, 스테인레스 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있고, 가장 바람직하게는 데프론으로 이루어질 수 있다.
상기 하부 하우징은 일면에 안착홈이 형성될 수 있다.
상기 안착홈에는 상기 나노섬유매트가 안착될 수 있다. 이 때 나노섬유매트는 가스켓이 결합되어 고정화될 수 있다.
상기 유체 유입구, 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구에는 유체를 순환시킬수 있는 펌프가 연결될 수 있다.
상기 유체 유입구, 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구에는 유량을 조절할 수 있는 밸브가 연결될 수 있다.
상기 마이크로 채널, 상부 하우징 및 하부 하우징은,
폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸, 알루미늄 및 유리 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 가장 바람직하게는 폴리카보네이트로 이루어질 수 있다.
상기 나노섬유매트는 실크, 콜라겐 및 젤라틴 중 어느 하나의 천연 고분자, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴 플로라이드, 셀룰로오즈, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리카프로락톤 및 이들의 공중합체 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 가장 바람직하게는 폴리카프로락톤 또는 이의 중합체로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명은 상기 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩을 이용한 세포 반응 측정 방법으로서,
나노섬유매트의 상면에 제1 세포를 시딩하고, 하면에 제2 세포를 시딩하는 단계(단계 a); 유체 유입구에 유체를 투입하는 단계(단계 b); 유체가 상기 마이크로 채널에서 유동하는 단계(단계 c); 및 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구로 유체가 배출되는 단계(단계 d)를 포함하고, 상기 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구로 배출되는 유체의 속도를 제어하여 인체 간질성 흐름 및 혈류의 이동을 모사하는 것을 특징으로, 세포 반응 측정 방법을 제공한다.
상기 제1 세포는 혈관내피세포 등 혈류의 빠름 흐름을 받는 조직세포일 수 있고, 제2 세포는 간세포 등 정상조직세포일 수 있다.
본 발명에 따른 어세이 칩은, 양 측면에 서로 다른 세포의 시딩이 가능한 나노섬유매트와, 마이크로 채널을 적층함으로써 서로 다른 인체 조직을 모사할 수 있을 뿐만 아니라 조직이 노출되어 있는 화학적, 물리적 자극을 구현할 수 있으며, 최종적으로 배양된 조직에 항암제나 화학약품을 투여하여 약물 테스트에 이용될 수 있다.
또한 나노섬유매트가 분리 가능하도록 구성됨으로써 나노섬유매트에 시딩된 세포의 관찰이나 또는 세포의 형광 염색과 약물 처리가 용이하며, 다른 실험에의 이용이 편리한 효과를 갖는다.
아울러 유체의 배출 속도의 제어에 의해, 혈류의 이동뿐만 아니라 간질성 흐름을 모사할 수 있어 보다 복잡한 인간세포의 성장 환경을 모사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩의 분해 시시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 나노섬유매트를 제조하기 위한 전기방사장치 (b) 상기 전기방사장치에 의해 제조된 나노섬유매트를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 기술적 사상을 명확히 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1 ~ 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩(100, 이하 '어세이 칩'이라 함.)은, 하부 하우징(110), 상부 하우징(120), 나노섬유매트(140) 및 마이크로채널(미도시)을 포함하여 구성된다.
하부 하우징(110)은 어세이 칩(100)의 하부를 지지하며, 일면에 안착홈이 형성될 수 있다. 안착홈은 후술하는 나노섬유매트(140) 및 가스켓(130, 150)이 안착 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다. 하부 하우징(110)은 유체가 배출되는 제2 유체 배출구(111)가 형성될 수 있다.
상부 하우징(120)은 하부 하우징(110)과 결합 가능하도록 형성되고 상부 하우징(120)의 일면에 유체 유입구(122)와 제1 유체 배출구(121)가 서로 이격되어 형성될 수 있고, 유체가 채워질 수 있는 유체 저장소가 형성될 수 있다 또한 일면에 안착홈에 형성될 수 있고, 상기 안착홈에 마이크로 채널이 형성될 수 있다.
상부 하우징(120)에 형성된 유체 유입구(122)와 제1 유체 배출구(121)는 마이크로 채널의 일단과 타단에 각각 연결되며, 유체 유입구를 통해 투입된 유체가 수평방향으로 마이크로 채널을 유동한 다음 제1 유체 배출구(121)로 배출될 수 있다.
하부 하우징(110)에 형성된 제2 유체 배출구(111)는 나노섬유매트(140)와 연결될 수 있고, 유체 유입구를 통해 투입된 유체는 마이크로 채널을 유동한 다음 나노섬유매트(140)를 거쳐 수직방향으로 제2 유체 배출구(111)로 배출될 수 있다.
유체 유입구(122)와 유체 배출구(111, 121)에는 펌프를 연결하여 유체를 순환시키거나 밸브와 연결하여 유량을 조절할 수 있다. 상기 펌프는 페리스탈틱 펌프(peristaltic pump) 또는 실린지 펌프일 수 있다. 상기 밸브는 마이크로미터링 밸브(micro-metering valve)일 수 있다.
하부 하우징(110) 및 상부 하우징(120)은 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸, 알루미늄 및 유리 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 폴리카보네이트로 이루어지는 것이 바람직하다.
나노섬유매트(140)는 하부 하우징(110)과 상부 하우징(120) 사이에 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로 마이크로 채널과 하부 하우징(110) 사이에 배치될 수 있다.
나노섬유매트(140)는 전기방사법을 이용하여 균일한 두께를 가지도록 제조될 수 있으며, 두께는 50 ~ 150 ㎛인 것이 바람직하다. 나노섬유매트(140)는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
나노섬유매트(140)는, 클로로포름과 디메틸포름아마이드(DMF)를 1:1로 섞어서 용매를 만들고, 폴리카프로락톤을 넣어 폴리카프로락톤을 녹여 고분자 용액(15 W/V%)을 제조한 다음, 실린지에 넣어서 1 mL/hour의 유량으로 밀어주고, 실린지 앞에는 18kV의 고전압을 인가하여 방사하는 방법으로 제조할 수 있다. 보다 자세하게는 방사 시 노즐과 집적판 사이의 거리는 15cm를 유지하고 집적판을 10 rpm의 이송속도로 회전하면서 약 2시간 동안 방사하여 나노섬유매트(140)를 제조할 수 있다(도 4 참조).
나노섬유매트(140)는 실크, 콜라겐 및 젤라틴 중 어느 하나의 천연 고분자 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴 플로라이드, 셀룰로오즈, 나이론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리카프로락톤 및 이들의 공중합체 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 특히 폴리카프로락톤 또는 이의 중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
나노섬유매트(140)는 양 측면에 서로 다른 세포를 시딩(seeding)하는 것이 가능하며, 서로 다른 세포를 시딩한 나노섬유매트(140)를 마이크로채널 하부에 배치할 수 있다.
가스켓(130, 150)은 나노섬유매트(140)의 상면 또는 하면과 결합되어 나노섬유매트(140)를 고정하는 역할을 할 수 있다. 가스켓(130, 150)은 나노섬유매트(140)와 결합되어 하부 하우징(110)에 안착될 수 있다.
가스켓(130, 150)은 콜라겐 및 젤라틴 중 어느 하나의 천연 고분자 또는 테프론, 실리콘, 고무, 우레탄, 메탈, 폴리디메틸실록산, 실크, 스테인레스 및 유리 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 특히 테프론으로 이루어지는 것이 바람직하다.
마이크로 채널은 상부 하우징(120)과 나노섬유매트(140) 사이에 배치될 수 있다.
마이크로 채널은 나노섬유매트(140)의 상면, 즉 나노섬유매트가 마이크로 채널에 접촉되는 면에 혈관내피세포가 시딩되고, 유체 유입구(122) 및 제1 유체 배출구(121)를 통해 유체를 유동함으로써 인체의 혈관을 모사할 수 있다.
마이크로 채널은 폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸, 알루미늄 및 유리 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 폴리카보네이트로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히 마이크로 채널의 형상은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 인간의 혈관을 모사하는 구조로 다양하게 제작될 수 있으며, 마이크로 채널의 형상이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 어세이 칩(100)에서, 제2 유체 배출구의 유속을 매우 느리게 하고(대략 100 ~ 500 uL/hour 정도), 제1 유체배출구의 유속을 매우 빠르게 하면(대략 400 ~ 2000 uL/hour 정도), 나노섬유매트 상면에 빠른 전단 응력(shear stress)이 가해지고 나노섬유 하면에는 매우 느린 유속이 가해지게 된다. 이때 나노섬유매트 상면에는 혈관내피세포와 같이 인체의 빠른 혈류의 흐름을 받는 세포를 시딩해 놓고, 하면에는 간세포 등과 같은 정상조직세포를 시딩해 두면, 나노섬유매트 상면에 시딩된 혈관내피세포가 빠른 흐름을 먼저 받게 되고, 나노섬유매트 하면에 시딩된 간세포는 유체의 느린 흐름을 받게 된다. 이에 따라 인체의 조직에서의 혈관의 흐름을 모사할 수 있고 세포외 기질(ECM)과 정상 세포 간의 간질성 흐름(interstitial flow)을 모사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩(100)을 이용한 세포 반응 측정 방법은, 나노섬유매트(140)의 상면에 제1 세포를 시딩하고, 하면에 제2 세포를 시딩하는 단계(단계 a); 유체 유입구(122)에 유체를 투입하는 단계(단계 b); 유체가 상기 마이크로 채널에서 유동하는 단계(단계 c); 및 제1 유체 배출구(121) 및 제2 유체 배출구(111)로 유체가 배출되는 단계(단계 d)를 포함하고, 상기 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구로 배출되는 유체의 속도를 제어하여 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사하는 것을 특징으로 한다.
상기 나노섬유매트는 가스켓을 이용하여 고정할 수 있다. 고정을 위해 천연 접착제나 폴리디메틸실록산과 같은 화학약품을 처리할 수 있다.
상기 단계 a에서 상기 제1 세포와 상기 제2 세포는 서로 다른 세포인 것이 바람직하며, 상기 제1 세포 또는 상기 제2 세포를 시딩한 다음 화학약품을 처리할 수 있다.
상기 제1 세포는 혈관내피세포 등과 같은 혈류의 유동을 받는 세포일 수 있으며, 상기 제2 세포는 인체의 정상세포 일수 있다.
상기 투입되는 유체에는 화학 약품 또는 제3 세포가 더 포함될 수 있으며, 타겟이 되는 제2 세포의 미디어를 포함시키는 것이 더욱 바람직하다.
상기 유체 배출구에는 각각 유속을 조절할 수 있는 마이크로미터 밸브가 연결되거나 유체를 순환시킬 수 있는 페리스탈틱 펌프가 연결될 수 있다.
상기 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩(100)은, 배양하고자 하는 인간의 정상세포를 제2 세포로, 인간의 기질세포를 제1 세포로 배양한 후 1일 정도 어세이 칩에 결합하여 유체(미디어, media)를 순환시킴으로써 장기간 세포기능과 배양시간을 유지시켜준 뒤 화학약품이나 항암제를 투여하여 약물 테스트의 일환으로 사용할 수 있다.
100: 어세이칩
110: 하부 하우징
120: 상부 하우징
130, 150: 가스켓
140: 나노섬유매트
111: 제2 유체 배출구
121: 제1 유체 배출구
122: 유체 유입구

Claims (10)

  1. 하부 하우징;
    상기 하부 하우징과 결합 가능한 상부 하우징;
    상기 하부 하우징과 상부 하우징 사이에 배치되는 나노섬유매트; 및
    상기 나노섬유매트와 상부 하우징 사이에 배치되는 마이크로 채널을 포함하고,
    상기 상부 하우징에는 일면에 상기 마이크로 채널의 일단과 타단에 각각 연결되는 유체 유입구와 제1 유체 배출구가 서로 이격되어 형성되고,
    상기 하부 하우징에는 일면에 상기 나노섬유매트와 연결되는 제2 유체 배출구가 형성되며,
    제1 유체 배출구는 수평방향의 유동을, 제2 유체 배출구는 수직방향의 유동을 제어하고,
    상기 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구로 배출되는 유체의 속도를 제어하되, 제2 유체 배출구의 유속보다 제1 유체 배출구의 유속을 빠르게 제어하는 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 어세이 칩은, 나노섬유매트를 고정하는 가스켓을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가스켓은 콜라겐, 젤라틴, 테프론, 실리콘, 고무, 우레탄, 메탈, 폴리디메틸실록산, 실크, 스테인레스 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 하우징은 일면에 안착홈이 형성되고,
    상기 안착홈에 상기 나노섬유매트가 안착되는 것을 특징으로 하는,
    인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 유입구, 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구에는 유체를 순환시킬수 있는 펌프가 연결되는 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 유입구, 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구에는 유량을 조절할 수 있는 밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로 채널, 상부 하우징 및 하부 하우징은,
    폴리디메틸실록산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리실릭올레핀, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 스테인레스 스틸, 알루미늄 및 유리 중 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노섬유매트는 실크, 콜라겐 및 젤라틴 중 어느 하나의 천연 고분자, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴 플로라이드, 셀룰로오즈, 나이론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리카프로락톤 및 이들의 공중합체 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩.
  9. 청구항 1에 따른 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩을 이용한 세포 반응 측정 방법으로서,
    나노섬유매트의 상면에 제1 세포를 시딩하고, 하면에 제2 세포를 시딩하는 단계(단계 a);
    유체 유입구에 유체를 투입하는 단계(단계 b);
    유체가 마이크로 채널에서 유동하는 단계(단계 c); 및
    제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구로 유체가 배출되는 단계(단계 d)를 포함하고,
    상기 제1 유체 배출구 및 제2 유체 배출구로 배출되는 유체의 속도를 제어하되, 제2 유체 배출구의 유속보다 제1 유체 배출구의 유속을 빠르게 제어하여 인체 간질성 흐름 및 혈류의 이동을 모사하는 것을 특징으로 하는, 세포 반응 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 세포는 혈관내피세포이고, 제2 세포는 정상조직세포인 것을 특징으로 하는, 세포 반응 측정 방법.
KR1020150186624A 2015-12-24 2015-12-24 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법 KR101855875B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186624A KR101855875B1 (ko) 2015-12-24 2015-12-24 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150186624A KR101855875B1 (ko) 2015-12-24 2015-12-24 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170076402A KR20170076402A (ko) 2017-07-04
KR101855875B1 true KR101855875B1 (ko) 2018-05-09

Family

ID=59357332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150186624A KR101855875B1 (ko) 2015-12-24 2015-12-24 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101855875B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101870573B1 (ko) 2017-06-16 2018-06-22 방만혁 스테인리스 스틸관과 강관 및 방식층으로 이루어진 복합관 및, 그 제조방법
EP3775887A4 (en) * 2018-03-30 2022-03-30 Arizona Board of Regents on behalf of the University of Arizona VERTICAL FLOW MOLECULAR TEST DEVICE

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101410294B1 (ko) * 2014-04-09 2014-06-20 한국산업기술대학교산학협력단 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법
KR101410293B1 (ko) * 2014-01-29 2014-06-20 한국산업기술대학교산학협력단 세포이동 측정용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포이동 측정 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101410293B1 (ko) * 2014-01-29 2014-06-20 한국산업기술대학교산학협력단 세포이동 측정용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포이동 측정 방법
KR101410294B1 (ko) * 2014-04-09 2014-06-20 한국산업기술대학교산학협력단 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170076402A (ko) 2017-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tehranirokh et al. Microfluidic devices for cell cultivation and proliferation
JP5602718B2 (ja) 三次元マイクロ流体プラットホームおよびその使用方法
AU2011258295B2 (en) Methods, substrates, and systems useful for cell seeding of medical grafts
AU2015241133B2 (en) Systems and methods for biomimetic fluid processing
EP2526978B1 (en) Device and method of generating in vitro blood vessels
EP2480270A2 (en) Methods and apparatus for introducing cells at a tissue site
CN102124096A (zh) 具有微通道的器官模仿装置及其使用和制造方法
JP2022554178A (ja) 改善された細胞接触面を有する細胞培養チャンバ
KR101410294B1 (ko) 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법
JP2017501745A (ja) 体外での複雑な生体組織の再構成のための流体デバイスおよび灌流システム
US20210403850A1 (en) Semipermeable membrane and uses thereof
KR101855875B1 (ko) 인체 간질성 흐름 및 혈류 모사용 어세이 칩, 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법
Ruiz‐Espigares et al. Evolution of Metastasis Study Models toward Metastasis‐On‐A‐Chip: The Ultimate Model?
CN116024086A (zh) 插件式组织培养芯片
CN105754856B (zh) 一种抽屉式三维类血管化组织培养器官芯片及其构建方法
TWI608096B (zh) 微流體裝置及其用途與使用方法
CN109906267A (zh) 微型生物反应器组件
CN109682586B (zh) 一种基于微流控芯片进行体外血管支架评测实验的方法和应用
WO2017142950A1 (en) Microfluidic device for shear flow testing and methods for using the same
CN219174512U (zh) 一种插件式组织培养芯片
CN107955785B (zh) 一种基于肠芯片的体外模拟药代动力学特征的体系及应用
KR101464175B1 (ko) 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 다중 미세유체 채널을 응용한 세포 반응 측정 및 관찰 방법
KR101401781B1 (ko) 세포 배양 및 응용연구를 위한 미세 관류 소자 및 그 제조방법
CN116064236B (zh) 一种多通道微流控芯片及应用
WO2018018614A1 (zh) 微流体装置及其用途与使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant