KR101897250B1 - 항암제 조합에 대한 단일 세포 분석 칩 - Google Patents

항암제 조합에 대한 단일 세포 분석 칩 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 암세포에 효율적인 항암제 또는 항암제 조합을 결정하기 위한 분석 칩은 단일 암세포를 분석하기 위한 일 단위인 챔버, 상기 챔버에 주입되는 유체를 조절하기 위한 복수의 밸브를 포함하며, 상기 챔버는, 항암제 및 세포용해 버퍼를 포함하는 유체가 흐르는 채널, 상기 채널을 따라 흐르는 암세포를 포커싱하기 위한 세포 정렬부, 상기 세포 정렬부에 따라 포커싱된 암세포를 포획하는 세포 포획부 및 포획된 암세포로부터 분비 되는 단백질과 세포 용해를 통해 세포 내부 단백질을 캡쳐하는 항체 어레이를 포함한다.

Description

항암제 조합에 대한 단일 세포 분석 칩{A single cell analysis chip for drug or drug combination}
본 발명은 암세포에 적절한 항암제 조합을 찾기 위한 칩에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 암세포에 적절한 항암제 조합을 찾기 위한 칩의 구조 및 칩을 통한 적절한 항암제 조합 검출 방법에 관한 것이다.
최근 동형 세포 집단 내에서도 개별적 세포들 간의 이질성이 존재함이 드러나고, 다양한 질병의 근원이라는 주장이 거론되기 시작하면서, 기존의 집단 측정 대신 단일 세포 수준에서의 분석 필요성이 대두하기 시작하였다.
미세 유체 공학은 미세 채널 내 유체의 거동을 연구하는 학문으로, 피코/나노 리터 수준의 소량의 액체를 정밀하게 제어할 수 있다는 장점을 앞세워 단일 수준에서 세포의 분리 및 배열 기술을 효과적으로 미세 유체 칩 상에 구현함으로써 단일 세포 분석을 위한 차세대 기술로 많은 각광을 받고 있다.
이러한 기술들은, 그 작동 메커니즘에 따라 동유체력을 이용하는 수동적 방식과 전기학, 광학적 힘을 근간으로 하는 능동적 방식으로 나뉜다. 이들 중, 수동적 방식은 간단한 시스템 구성으로 작동이 가능하여 많이 개발되어 사용되고 있다. 생물학적 세포를 입자로 고려하고 미세 채널 내 특정한 크기의 입자를 포획할 수 잇는 덫을 제작함으로써 원하는 위치에 세포를 배열할 수 있는 기술이다.
종래의 암세포 포획 장치는 암세포를 단일 세포로 포획하는 효율이 상대적으로 낮았다. 구체적으로 종래 기술은 암세포 내부 단백질 추출을 위해 세포용해시약(lysis buffer)를 확산을 통해 세포 용해를 수행하였다. 이 경우, 시간이 오래 걸리면 세포로부터 떨어진 거리에 따라 편차가 발생하는 문제가 있었다.
대한민국공개특허공보 10-2016-0052282의 전문 출원번호 10-2007-0100670
단일 세포 수준에서 항암제 종류 및 조합에 대한 다중 단백질 측정 및 이를 이용한 환자 맞춤형 약물 스크리닝 플랫폼을 제공한다.
본 발명에 따른 암세포에 효율적인 항암제 또는 항암제 조합을 결정하기 위한 분석 칩은 단일 암세포를 분석하기 위한 일 단위인 챔버, 상기 챔버에 주입되는 유체를 조절하기 위한 복수의 밸브를 포함하며, 상기 챔버는, 항암제 및 세포용해 버퍼를 포함하는 유체가 흐르는 채널, 상기 채널을 따라 흐르는 암세포를 포커싱하기 위한 세포 정렬부, 상기 세포 정렬부에 따라 포커싱된 암세포를 포획하는 세포 포획부 및 포획된된 암세포로부터 방출되는 10종류의 단백질을 캡쳐하는 항체 어레이를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 세포 분석 칩은 고효율의 단일 세포 포획 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 세포 분석 칩은 기존에 방법에 비해 빠른 속도로 세포 용해가 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 세포 분석 칩은 고밀도 항체 어레이를 통해 단일 세포에서 분비되는 단백질이나 세포 내부 신호 전달 단백질을 다중으로 측정 가능하다.또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 세포 분석 칩은 다양한 약물에 대하여 일시에 효율성 검증을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 세포에 대한 최적의 항암제 조합 검출 시스템을 나타낸다.
도 2는 상술한 단일 세포 분석 칩을 구성하는 챔버의 구조를 나타낸다.
도 3은 세포 정렬부의 구체적인 형상을 나타낸다.
도 4는 포획된 세포의 수에 따른 포획률을 보여주는 결과이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 상술한 세포 정렬부를 통해 높은 수준의 포획률을 확보할 수 있다.
도 5는 항체 어레이의 구체적인 형상을 나타낸다.
도 6은 믹싱 펌프의 동작을 나타낸다.
도 7은 세포 용해 전/후 채널을 따라 분석한 형광 신호 측정 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항암제 조합에 대한 단일 세포 분석 칩을 통한 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
첨부 도면은 발명의 사상을 이해하기 쉽게 표현하기 위하여 전체적인 구조를 설명함에 있어서는 미소한 부분은 구체적으로 표현하지 않을 수도 있고, 미소한 부분을 설명함에 있어서는 전체적인 구조는 구체적으로 반영되지 않을 수도 있다. 또한, 설치 위치 등 구체적인 부분이 다르더라도 그 작용이 동일한 경우에는 동일한 명칭을 부여함으로써, 이해의 편의를 높일 수 있도록 한다. 또한, 동일한 구성이 복수 개가 있을 때에는 어느 하나의 구성에 대해서만 설명하고 다른 구성에 대해서는 동일한 설명이 적용되는 것으로 하고 그 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 세포에 대한 최적의 항암제 조합 검출 시스템을 나타낸다.
단일 세포 분석 칩(10)은 단일 세포 분석을 위한 복수의 챔버로 구성된다. 단일 세포 분석 칩(10)은 조합되는 항암제의 수에 따른 복수의 채널을 포함할 수 있으며, 채널은 복수의 챔버로 구성된다.
단일 세포 분석칩 (10)의 i는 단일 세포 주입부, ii는 detection antibody 및 형광 probe 주입구, iii washing buffer가 주입된다. iv는 상기 3 용액에 대한 아웃렛 (출구부) 이다. v는 세포 용해 버퍼의 주입구이며, vi는 세포 용해 버퍼의 출구부이다. vi는 또한 복수의 항암제를 주사할 때 주입부로도 사용가능하며 이 때에는 v가 항암제의 공통 출구부로 배출부 역할을 한다. 이때, vi를 통해 주입되는 항암제는 단일의 항암제 또는 서로 다른 항암제가 조합된 항암제 조합 생성물일 수 있다.
도 2는 상술한 단일 세포 분석 칩을 구성하는 챔버의 구조를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단일의 챔버(A)는 유체 채널(100), 세포 포획부(200), 항체 어레이(300), 세포 정렬부(400), 믹싱 펌프(500), 제1 밸브(600), 제2 밸브(700) 및 제3 밸브(800)를 포함한다.
유체 채널(100)은 암세포를 포함하는 세포 주입액, assay용 주입액, 항암제 또는 세포용해 버퍼가 통과하는 채널이다. 유체 채널(100)은 세포 주입액 또는 assay 주입액이 흐르는 제1 채널(a) 및 세포용해 버퍼가 흐르는 제2 채널(b, 항암제는 같은 채널을 흐르나 세포용해 버퍼와 반대 방향으로 흐름)을 포함한다.
단일 챔버에서 제1 채널은 상위 채널 및 하위 채널로 구분될 수 있다. 여기에서, 도 2에 도시된 제1 채널(a) 중, 좌측의 채널을 상위 채널, 우측의 채널을 하위 채널로 지칭한다. 유체 채널(100)은 항암제 조합 생성 장치(20)와 연결되거나, 세포용해 버퍼 공급 장치와 연결될 수 있다. 통상적으로 항암제는 상위 채널에서 하위 채널 방향으로 흐른다.
세포 포획부(200)는 단일 암세포가 포획되는 부분이다. 세포 포획부는(200)는 유체 흐름을 기준으로 상위 채널의 상류에 제공된다. 채널을 따라 이동하는 암세포는 세포 포획부(200)에 포획되며, 포획된 암세포는 식별을 위해 염색될 수 있다.
항체 어레이(antibody array; 300)은 바코드 형상으로 상위 채널에 마련된다. 항체 어레이(300)는 복수의 서로 다른 항체가 마련된 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 항체 어레이(300)는 레퍼런스 어레이 한 개와, 세포 분석을 위한 어레이 열개를 포함할 수 있다. 이 때 레퍼런스 어레이와 세포 분석용 어레이의 형광 신호 색은 다르게 설정하여 식별할 수 있게 만든다. 항체 어레이(300)의 제조는 선행특허문헌 2를 참조한다.
세포 정렬부(400)는 하위 채널에 마련된다. 세포 정렬부(400)는 복수의 정렬 소자를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 예에서 정렬 소자는 원형의 형상을 가질 수 있으며, 정렬 소자의 배치 및 정렬 소자의 구체적인 역할에 대한 설명은 이하에서 추가로 하도록 하며 여기에서는 구체적인 설명을 생략한다.
믹싱 펌프(500)는 상위 채널에 마련된다. 일 실시 예에서 믹싱 펌프(500)는 세 개의 펌프로 구성될 수 있으며, 상위 채널을 압박할 수 있는 형상으로 마련된다. 세 개의 펌프를 개별적인 동작으로, 그러나 주기를 갖게 동작시켜 이종의 유체를 효율적으로 혼합 할 수 있다. 믹싱 펌프의 구체적인 동작에 대한 설명은 이하에서 추가로 하도록 하며 여기에서는 구체적인 설명을 생략한다.
제1 밸브(600), 제2 밸브(700) 및 제3 밸브(800)는 유체의 흐름을 조절하고, 단일 세포에 대한 단백질 검출을 위해 챔버를 고립시키는 역할을 수행한다. 구체적으로 제1 밸브(600)와 제3 밸브(800)는 도 2를 기준으로 상하에서 채널을 닫아 챔버를 고립시킨다. 각 챔버마다 단일 암 세포가 포획되며, 각 암세포마다 발생되는 단백질을 검출해야 하는바, 챔버를 고립시키는 것이 필요하다.
제2 밸브는 세포용해 버퍼의 유입을 제어하기 위한 밸브이다. 도 2를 기준으로 상단의 채널을 통해 챔버로 세포용해 버퍼가 투입되는데, 제2 밸브가 상위 채널 및 하위 채널의 상단에서 세포용해 버퍼의 유입을 제어한다. 제2 밸브가 열리는 경우 세포용해 버퍼가 챔버로 유입된다.
여기까지, 단일 세포 분석 칩(10)을 구성하는 챔버(A)의 구성에 대하여 설명하였으며, 이하에서는 챔버 각 구성의 구체적인 형상 및 그에 따른 기능에 대하여 설명한다.
먼저 도 3 내지 도 4에서 세포 포획부(200) 및 세포 정렬부(400) 를 설명한다.
도 3은 세포 정렬부의 구체적인 형상을 나타낸다.
도 3(a)는 세포 정렬부를 통한 유체의 흐름 및 유체의 흐름에 따른 입자의 움직임을 나타낸다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 제1 채널에는 제1 흐름(c) 및 제2 흐름(d)이 존재한다. 여기에서 제1 흐름(c)은 세포 포획부에 의해 포획되는 제1 입자(e)를 움직이는 흐름이고, 제2 흐름(d)은 세포 포획부에 의해 포획되지 못하는 제2 입자(f)를 움직이는 흐름이다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 제1 입자(e) 및 제2 입자(f)가 채널로 주입되면, 세포 정렬부(400)에 의해 채널의 안쪽으로 입자의 흐름이 유도된다. 그러나, 제1 입자(e)의 경우 최초 주입될 때 제1 흐름(c)을 따라 주입된바, 제2 입자(f)에 우선하여 세포 포획부(200)에 포획된다. 제2 입자(f)는 세포 정렬부(200)에 의해 채널 안쪽으로 유도되기는 하나, 최초 주입될 때 제2 흐름(d)에 따라 주입되어 제1 입자에 비해 포획 우선도가 떨어질 수 밖에 없다. 그러나, 제2 입자(f)는 다음 세포 포획부에 대한 제1 흐름에 따라 움직이는 바, 다음 세포 포획부에 높은 확률로 포획된다.
도 3(b) 내지 (c)는 도 3(a)에서 설명한 입자 움직임 유도를 위한 세포 정렬부의 구체적인 설계를 설명한다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 세포 정렬부(400)는 복수의 정렬 소자(410)을 포함한다. 그리고 바람직한 실시 예에서 정렬 소자(410)는 원형의 형상을 갖는다. 이때 정렬 소자는 일정한 간격을 가지고 사선으로 정렬된다. 채널 안쪽 방향의 사선으로 형성되는 정렬 소자는 입자(a, 예를 들어 암세포)의 흐름을 채널 안쪽으로 유도하는 역할을 한다.
이때, 정렬 소자간의 적절한 거리에 대하여 이하에서 설명한다.
정렬 소자간의 간격이 넓을수록 입자의 흐름이 용이할 수 있으나, 정렬 소자간의 간격이 넓다고 무조건 좋은 것은 아니다. 정렬 소자간의 간격이 넓을수록 입자가 채널 안쪽으로 유도될 여지가 줄어들어 정렬 소자의 제 기능을 발휘하지 못할 수가 있다. 따라서, 정렬 소자간의 적절한 거리를 결정하는 것이 중요하다.
도 3(b)는 채널에 복수의 정렬 소자들이 마련되는 경우, 유체 흐름을 나타낸다. 이때, 유체가 정렬 소자에 의해 두 부분으로 나뉠 때 원형 소자로부터 유체 너비(β, critical streamline)가 정의된다. 이때, 입자가 포커싱(채널 안쪽으로 유도되어 세포 포획부에 포획되기 좋은 흐름(제1 흐름)을 따라 움직임을 뜻함)되기 위해 정렬 소자들(410) 간의 관계를 정해야 한다. 구체적으로 포커싱을 원하는 암세포보다 Dc 값이 작도록 정렬 소자(410)간의 관계를 설계해야 한다. 일반적으로 Dc를 원형 소자로부터의 유체 너비의 2배로 근사하는데, 구체적인 Dc 값은 수학식 1을 통해 획득할 수 있다.
Figure 112017066399500-pat00001
여기에서 G는 λ-D이며, λ 및 D는 도 3(c)에 정의되어 있다. 그리고 N은 λ/Δ λ이다.
결과적으로, 정렬 소자간의 간격은 가장 큰 암세포의 크기보다 커야 하며, Dc 값은 가장 작은 암세포의 크기보다 작아야 한다.
도 4는 단일 세포 포획을 위한 세포 포획부의 설계 및 그에 따른 포획률을 나타낸다.
도 4 (a)는세포 포획부(200)의 구체적인 형상을 나타낸다. 세포 포획부(200)는 상기 세포 정렬부(400)를 통해 정렬되어 흐르는 세포를 자동으로 포획되도록 구성된다. 이를 위해 세포 포획부는 상위 채널과 하위 채널을 연결하는 구조로 되어 있으며, 이를 통해 유체 채널에는 세포 포획부를 통한 제1 흐름과 세포 포획부를 우회하는 제2 흐름이 생성된다.
이때 단일 세포를 효율적으로 포획하기 위해서, 제1 흐름이 단일 세포 크기와 같은 크기를 갖는 것이 필요하다. 따라서 이를 위해 제1 흐름의 유량과 제2 흐름의 유량 비를 결정하는 것이 중요하다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이 A 점과 B 점이 있으며, 제1 흐름의 유량(Qt)와 제2 흐름의 유량(Qb)가 정의된다. 그리고 A 점과 B 점간의 유압 강하는 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112017066399500-pat00002
여기에서 R은 유체 저항이며 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112017066399500-pat00003
여기에서, w는 채널의 너비, h는 채널의 높이, L은 채널의 길이, 그리고 ㅅ는 유체 점도를 나타낸다.
이때, A 점에서 B 점으로의 유압 강하 값은 제1 흐름 및 제2 흐름에서 동일한 것으로 볼 수 있으며, 수학식 4과 같은 식이 성립한다.
Figure 112017066399500-pat00004
그리고, 수학식 4를 수학식 5와 같이 정리할 수 있다.
Figure 112017066399500-pat00005
결과적으로, 단일 세포를 세포 포획부가 잘 포획하기 위해서는 단일 세포 크기에 대응하도록 제1 흐름과 제2 흐름의 유량비를 조절해야 하며, 제1 흐름과 제2 흐름의 유량비는 채널의 너비, 길이, 높이 또는 점도의 조절을 통한
그림 (b)는 포획된 세포의 수에 따른 포획률을 보여주는 결과이다. 도 4(b)에 나타난 바와 같이, 상술한 세포 정렬부를 통해 높은 수준의 포획률을 확보할 수 있다.
도 5는 항체 어레이의 구체적인 형상 및 최종 assay를 나타낸다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 항체 어레이(300)는 레퍼런스 어레이 및 캡쳐 어레이로 구성될 수 있다. 여기에서 레퍼런스 어레이는 암세포가 방출하는 단백질과 무관하게 형광 신호가 나올 수 있는 어떠한 probe를 사용해도 된다. 다만 암세포 단백질을 측정하기 위한 캡쳐 어레이와의 형광 색과는 달라야 신호 구분이 가능하다..
캡쳐 어레이는 복수의 서로 다른 항체가 마련된 어레이일 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 캡쳐 어레이는 10개로 구성될 수 있으며, 암세포가 세포용해 버퍼에 의해 용해되기 전 단백질을 검출하는 어레이 3개와 용해된 후 단백질을 검출하는 어레이 7개로 구성될 수 있다.
도 5(b)는 분석기를 통한 분석을 위해 캡쳐된 단백질에 형상 표지자를 붙인 최종 assay를 나타낸다.
캡쳐 어레이에는 가장 먼저 항체(310)이 부착되어 있다. 그리고, 항암체 또는 세포용해 버퍼 처리를 통해 방출되는 단백질(320)이 부착되어 있던 항체와 결합한다. 그리고 캡쳐된 단백질을 분석하기 위해 형광 표지자(330)이 단백질에 부착된다.
구체적인 실시 예에서, 캡쳐 어레이를 통해 단백질이 모두 결합되면 10 종류 단백질을 검출하기 위한 biotinylated detection antibody를 주입하고, 형광 신호를 획득하기 위하여 streptavidin-Cy5(형광염색체)를 주입하여 형광 신호를 획득하기 위한 최종 assay를 형성 할 수 있다.
항체 어레이(300)에 캡쳐된 단백질 및 최종 획득하는 형광 신호에 기초하여 환자에게 효율적인 항암제 조합을 선택할 수 있다. 특정 암세포에 항암제가 효과가 있을 때 방출되는 단백질의 종류는 앞선 연구에서 알려진 것으로, 이를 통해 항체 어레이(300)에 캡쳐된 단백질을 분석하여 환자에게 효율적인 항암제 조합을 결정할 수 있다.
도 6은 믹싱 펌프의 동작을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 믹싱 펌프(600)는 상위 채널을 압박하는 형태로 마련된다. 그리고 유체(세포용해 버퍼 또는 워싱액)가 채널로 주입되는 경우, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 믹싱 펌프(600)의 동작으로 상위 채널에 먼저 유체가 주입된다. 그리고 믹싱 펌프(600)의 지속적인 동작을 통해 도 6(a)에 도시된 순서로 유체가 순환 및 혼합된다.
도 6(b)는 세 개의 펌프로 구성된 믹싱 펌프의 동작 일 예를 나타낸다. 본 발명의 일 실시 예에서 믹싱 펌프(600)는 도 6(b)에 도시된 바와 같이 동작하여 유체를 순환 및 혼합시킬 수 있다.
도 7은 세포 용해 전/후 채널을 따라 분석한 형광 신호 측정 결과를 나타낸다. 도 7의 결과처럼 시간이 지나면서 세포 용해 물질이 고르게 퍼짐을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항암제 조합에 대한 단일 세포 분석 칩을 통한 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
분석 칩의 채널로 암세포가 주입된다(S1001). 이때, 주입되는 암세포는 효율적인 항암제 조합을 알고자 하는 암환자의 암세포일 수 있다.
주입된 암세포가 채널을 통해 흐르는 과정에서 세포 포획부에 포획된다(S1003). 암세포는 복수의 챔버를 통과하고, 챔버에 포함된 세포 정렬부에 의해 포커싱된다. 포커싱된 암세포는 단일 세포의 형태로 셀 트레퍼에 포획된다. 이때, 포획된 암세포는 식별을 위해 염색될 수 있다.
분석 칩의 복수의 채널로 서로 다른 조합으로 혼합된 항암제가 주입된다(S1005). 서로 다른 조합으로 혼합된 항암제는 각각 서로 다른 채널을 통해 주입된다.
각 약물이 채널에 완전히 주입되며, 제1 밸브 및 제3 밸브가 닫히면서 챔버가 고립된다(S1007). 상술한 바와 같이 챔버는 단일 암세포마다 적절한 항암제를 판단하기 위한 일 테스트 단위로서, 서로 다른 암세포에서 방출되는 단백질들이 섞여 테스트 결과에 오류가 발생하는 것을 막기 위한 것이다.
항암제의 의해 포획된 암세포에서 방출되는 단백질을 캡쳐한다(S1009). 항암제와의 작용을 통해 암세포는 특정의 단백질을 배출할 수 있으며, 이때 방출되는 단백질은 항암제의 적합 여부를 판단하는 일 기준이 될 수 있다. 암세포에서 방출되는 단백질은 항체 어레이에서 캡쳐된다.
세포 용해 전에 방출되는 단백질의 캡쳐가 완료되면, 제1 밸브를 열고 제2 밸브를 닫은 후 세포용해 버퍼를 준비한다(S1011). 제2 밸브는 챔버 내 상위 채널 및 하위 채널을 한번에 닫을 수 있는 밸브이다. 이때도 제3 밸브는 닫혀있는 상태를 유지한다. 그리고 재1 밸브를 열어 모든 챔버에 세포용해 버퍼가 주입되도록 준비될 수 있다.
세포용해 버퍼의 준비가 끝나면, 다시 제1 밸브를 닫아 챔버를 고립시킨다(S1013). 단계 S1007과 마찬가지로 챔버마다 포획된 암세포로부터 방출되는 단백질이 서로 섞이지 않기 위해 챔버를 고립시킨다.
챔버가 고립된 상태에서 제2 밸브를 열어 세포용해 버퍼를 챔버에 주입한다(S1015). 세포용해 버퍼는 암세포에 작용하여 암세포의 멤브레인을 파괴해 암세포를 용해시키는 작용을 한다. 이때, 세포용해 버퍼는 믹싱 펌프를 통해 빠르게 확산될 수 있다.
세포용해 버퍼에 의해 파괴된 암세포로부터 방출되는 단백질을 캡쳐한다(S1017). 단계 S1009와 마찬가지로, 방출되는 단백질은 항체 어레이에 의해 캡쳐된다. 또한, 효율적인 항암제에 노출되었던 암세포가 파괴시 방출하는 단백질은 앞선 연구에서 알려진 것으로, 이때 캡쳐되는 단백질 또한 효율적인 항암제를 판단하기 위한 또 다른 일 기준이 될 수 있다.
단백질 캡쳐가 완료되면, 형광 신호 획득을 위한 형광 표지자를 캡쳐된 단백질에 붙힌다(S1019). 구체적으로, 형광 신호를 획득하기 위한 형광 표지자(예를 들면, biotinylated detection antibody 및 streptavidin-Cy5)를 주입하고, 주입된 형광 표지자가 캡쳐된 단백질과 결합하여 최종 assay를 형성한다.
최종 assay가 형성된 복수의 항체 어레이를 포함하는 분석 칩을 분석기에 삽입하여 가장 효율적인 항암제 조합을 판단한다 (S1021). 상술한 바와 같이, 효율적인 항암제에 노출된 암세포가 방출하는 단백질과 그렇지 않은 암세포가 방출하는 단백질에 차이가 있음을 앞선 연구에서 밝혀진바, 이를 이용하여 테스트 대상인 환자에게 가장 효율적인 항암제 조합을 판단할 수 있다.
이때, 항체 어레이에 캡쳐된 단백질에 부착된 형광 표지자를 통해 형광 신호를 측정할 수 있다. 측정된 형광 신호는 캡쳐된 단백질을 나타낼 수 있으며, 이러한 형광 신호 기반의 다중 immunoassay를 통해 단일 세포 기반의 다중 단백질 측정 및 신호 획득이 가능하다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 암세포에 효율적인 항암제 또는 항암제 조합을 결정하기 위한 분석 칩에 있어서,
    단일 암세포를 분석하기 위한 일 단위인 챔버; 및
    상기 챔버에 주입되는 유체를 조절하기 위한 복수의 밸브를 포함하며,
    상기 챔버는,
    항암제 및 세포용해 버퍼를 포함하는 유체가 흐르는 채널;
    상기 채널을 따라 흐르는 암세포를 포커싱하기 위한 세포 정렬부;
    상기 세포 정렬부에 따라 포커싱된 암세포를 포획하는 세포 포획부; 및
    포획된 암세포로부터 방출되는 단백질을 캡쳐하는 항체 어레이를 포함하는
    분석 칩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 세포용해 버퍼의 확산 및 동시의 단일 세포 용해를 촉진하기 위한 미세유체기반의 믹싱 펌프를 더 포함하는
    분석 칩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세포 정렬부는 암세포를 포커싱하기 위한 복수의 정렬 소자를 포함하고,
    상기 복수의 정렬 소자는 항암제 흐름을 기준으로 사선으로 배열되는
    분석 칩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 정렬 소자는 특정 간격으로 배치되며,
    상기 특정 간격은 테스트하고자 하는 암세포의 크기, 정렬 소자의 크기에 기초하여 결정되는
    분석 칩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 항체 어레이는 상기 암세포가 세포용해 버퍼에 의해 파괴되기 전 방출하는 단백질을 캡쳐하는 제1 어레이 및 세포용해 버퍼에 의해 파괴된 후 방출하는 단백질을 모두 캡쳐하는 제2 어레이를 포함하는
    분석 칩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 항체 어레이는 암세포가 방출하는 단백질과 무관한 형광 신호 방출을 위한 레퍼런스 어레이를 더 포함하는
    분석 칩.
  7. 암세포에 효율적인 항암제 또는 항암제 조합을 결정하기 위한 분석 방법에 있어서,
    분석 칩에 분석하고자 하는 환자의 암세포를 주입하는 단계;
    주입된 단일 암세포가 한 쪽 채널 벽으로 정렬되어 세포 포획부에 의해 포획되는 단계;
    복수의 약물 조합이 분석 칩을 구성하는 각각의 채널로 주입되는 단계;
    각 채널에 약물이 주입된 상태에서 밸브를 닫아 챔버를 고립시키는 단계;
    포획된 암세포가 항암제와의 반응에서 방출하는 단백질을 캡쳐하는 단계;
    세포용해 버퍼를 주입하여 암세포를 파괴하는 단계;
    파괴된 암세포로부터 방출되는 단백질을 캡쳐하는 단계; 및
    단백질이 캡쳐된 항체 어레이를 포함하는 분석 칩을 분석기에 삽입하여 환자에게 가장 효율적인 항암제 또는 항암제 조합을 판단하는 단계를 포함하는
    분석 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 항체 어레이에 캡쳐된 단백질에 형광 프로브를 연결하는 단계를 더 포함하고,
    상기 환자에게 가장 효율적인 항암제 또는 항암제 조합을 판단하는 단계는,
    상기 형광 프로브를 통해 측정할 수 있는 형광 신호에 기초하여 가장 효율적인 항암제 또는 항암제 조합을 판단하는 단계를 포함하는
    분석 방법.
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