KR101927890B1 - Apparatus for Detecting Cell Performing Simultaneous Cell Culture and Detecting Based on Hydrogel and Microfluidic Channel - Google Patents

Apparatus for Detecting Cell Performing Simultaneous Cell Culture and Detecting Based on Hydrogel and Microfluidic Channel Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이드로젤과 미세유체 소자를 기반으로 세포배양과 분석을 동시에 수행할 수 있는 세포분석 장치 및 상기 세포분석 장치를 이용한 세포분석 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cell analyzer capable of simultaneously performing cell culture and analysis based on a hydrogel and a microfluidic device, and a cell analysis method using the cell analyzer.

Description

하이드로젤과 미세유체 채널을 기반으로 세포배양과 분석을 동시에 수행할 수 있는 세포분석 장치{Apparatus for Detecting Cell Performing Simultaneous Cell Culture and Detecting Based on Hydrogel and Microfluidic Channel}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a cell analyzer capable of simultaneously performing cell culture and analysis based on a hydrogel and a microfluidic channel,

하이드로젤과 미세유체 소자를 기반으로 세포배양과 분석을 동시에 수행할 수 있는 세포분석 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 (a) 하나 이상의 중공(through-hole)을 가지고, 상기 중공에 세포배양체가 결합하는 판상의 기판부; (b) 상기 기판부의 중공에 결합되고, 하이드로젤로 구성되고, 기판부와 하이드로젤 층에 의하여 물리적 화학적으로 결합되어 있는 세포배양체; (c) 상기 세포배양체와 결합된 기판부의 일면 혹은 양면에 결합하고, 세포 분석용 물질이 주입되는 하나 이상의 주입구와 연결되는 하나 이상의 미세유체 채널을 가지는 검사부; 및 (d) 상기 세포배양체와 결합된 기판부와 검사부를 결합시키는 결합부를 포함하는 세포분석 장치 및 상기 세포분석 장치를 이용한 세포의 분석방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cell analyzer capable of performing cell culture and analysis simultaneously on the basis of a hydrogel and a microfluidic device, and more particularly, to a cell analyzer capable of performing cell culture and analysis simultaneously on the basis of a hydrogel and a microfluidic device, A plate-like base plate portion for supporting the plate- (b) a cell culture which is bonded to the hollow portion of the substrate portion and is composed of a hydrogel and physically chemically bonded to the substrate portion by a hydrogel layer; (c) an inspection unit having one or more microfluidic channels connected to one or both sides of a substrate unit coupled with the cell culture material and connected to at least one injection port into which a cell analysis material is injected; And (d) a binding unit for binding the substrate and the assay unit combined with the cell culture, and a method for analyzing cells using the cell analysis apparatus.

세계적으로 의료 수준이 높아짐에 따라 다양한 질병의 진단 및 치료를 목적으로 한 바이오 및 의료 분야 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 질병 치료에 사용된 범용적 약물사용의 한계로 인해 환자별 개인맞춤형 의료(personalized medicine)의 필요성이 대두되고, 이를 위한 신약개발 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 신약개발 과정에 있어 기존에 주로 이용되었던 동물실험은 약물실험 대상체가 인체와 상이하다는 한계점이 존재하기에, 이를 극복하기 위해 인체와 유사한 환경을 조성할 수 있는 체외세포배양 기술 개발이 중요한 이슈이다.As the level of medical care in the world increases, researches on biomedical and medical fields for the diagnosis and treatment of various diseases are being actively carried out. Due to the limitations of universal drugs used in the treatment of existing diseases, the need for personalized medicine for each individual patient is emerging, and research on the development of new drugs has been actively pursued. However, there are limitations in the animal experiments that have been mainly used in the development process of new drugs because they are different from the human body. Therefore, development of in vitro cell culture technology that can create a human-like environment is an important issue .

3차원 체외세포배양 기술은 바이오/의료 분야 연구에서 생물학적 분석, 질병 및 질환 모델링, 신약 개발을 위한 약물 스크리닝 등을 수행하는 데 있어 체내 유사환경을 구현하기 위한 핵심기술로 대두되고 있는 기술 분야이다. 이를 신약개발 연구에 접목하기 위해서는 실시간/분자 수준의 세포분석, 대량 스크리닝을 구현하는 것이 중요하고 이를 위해 다양한 방법이 제기되고 있는데, 랩온어칩(lab-on-a-chip) 기술과의 접목이 주목을 받고 있다.3D in vitro cell culture technology is a technological field that is becoming a core technology for realizing the similar environment in the body for biological analysis, disease and disease modeling in biological / medical field research, and drug screening for drug development. It is important to realize real-time / molecular-level cell analysis and mass screening in order to combine this with new drug development research. There are various methods for this, and the combination with lab-on-a-chip technology It is getting attention.

미세공정 기술과 미세유체제어 기술을 기반으로 한 랩온어칩 기술은 마이크로 혹은 나노미터 단위의 미세채널 내에서 소량의 액상시료를 다룸으로써 기존의 실험실 수준에서 수행되던 분석을 반도체 소자 크기만큼 작은 미세유체칩 내에서 수행 가능하게 하는 기술이다. 랩온어칩 기술은 차세대 바이오 스크리닝 기술로 촉망 받고 있으며, 매년 바이오헬스 관련 시장 규모가 빠르게 성장하고 있는 고부가가치 사업 분야이다. The lab-on-a-chip technology, based on microprocessing technology and microfluidic control technology, handles a small amount of liquid sample in microchannel or microchannel unit, This is a technique that can be performed within a chip. The lab-on-a-chip technology is expected to become a next-generation bioscience technology, and is a high-value-added business area in which the bio-health related market grows rapidly every year.

랩온어칩 기술을 이용하여 세포-하이드로젤 미세섬유구조(Onoe et al., Nat. Mater., 12: 584, 2013), 또는 마이크로파티클 (Lu et al., J. Mater. Chem. B, 3: 353, 2015) 을 기반으로 한 미세유체 기반 3차원 세포배양 환경을 구축한 사례들이 보고 되어있다. 또한 미세유체 제어 환경에서 높은 수준의 생물학적 분석을 가능하게 하는 장기 칩(organ-on-a-chip) 기술의 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 하지만 상기 기술들을 신약개발 분야에 도입하기에는 여러 가지 문제점이 존재한다.(Onoe et al., Nat. Mater., 12: 584, 2013) or microparticles (Lu et al., J. Mater. Chem. B, 3 : 353, 2015) have been reported as examples of microfluidic three-dimensional cell culture environments. Research on organ-on-a-chip technology that enables high-level biological analysis in a microfluidic control environment has also been actively conducted. However, there are various problems in introducing the above technologies into the field of new drug development.

현재까지 개발된 약물 반응연구를 위한 장기 칩 기술의 문제점은 생체모사 환경제작에 있어 낮은 재현성을 가지는 (1) 전문가 의존적 공정기술이 필요하고, 세포배양환경과 분석시스템 간의 호환성 등의 문제로 (2) 실시간 분석 및 분자단위의 세포분석에 한계가 있으며, 3차원 배양세포의 핸들링이 용이하지 않아 (3) 대량 샘플 스크리닝에 한계가 있고, (4) 조작성이 떨어져 사용자 친화적이지 않음에 있다. 본 문제점 중 일부를 해결하고자 한 연구는 지속적으로 시도되었지만, 상기 언급한 문제점을 총체적으로 해결할 수 있는 기술개발은 아직 미흡한 상태이다.The problems of the long-term chip technology for the development of the drug response to date are as follows. (1) Expert-dependent process technology is required for the production of biomimetic environment. (2) ), There are limitations in real-time analysis and molecular-based cell analysis, handling of three-dimensional cultured cells is not easy, (3) there is a limit in mass sample screening, and (4) operability is poor and not user friendly. Although researches aimed at solving some of the problems have been continuously tried, there is still a lack of development of a technology capable of solving the above-mentioned problems as a whole.

이에, 본 발명자들은 생체환경을 모사하면서 사용자가 쉽게 사용 가능한 랩온어칩 스크리닝이 가능한 장치를 개발하고자 예의 노력한 결과, 핸들링이 간편한 하이드로젤 세포배양체에 미세유체소자를 결합하는 경우, 쉽게 결합 및 해체가 가능하면서, 다양한 종류의 시약이 적용된 샘플의 분석이 가능한 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to develop a device capable of performing lab-on-a-chip screening that can be easily used by users while simulating the living environment. As a result, when a microfluidic device is bonded to a hydrogel cell cultured product that is easy to handle, And it is possible to analyze a sample to which various kinds of reagents are applied. Thus, the present invention has been completed.

본 배경기술 부분에 기재된 상기 정보는 오직 본 발명의 배경에 대한 이해를 향상시키기 위한 것이며, 이에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 있어 이미 알려진 선행기술을 형성하는 정보를 포함하지 않을 수 있다.The information described in the Background section is intended only to improve the understanding of the background of the present invention and thus does not include information forming a prior art already known to those skilled in the art .

본 발명의 목적은 세포배양과 분석을 동시에 수행할 수 있는 세포분석 장치를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a cell analysis apparatus capable of simultaneously performing cell culture and analysis.

본 발명의 다른 목적은 상기 세포분석장치를 이용한 세포의 분석방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for analyzing cells using the cell analyzer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 하나 이상의 중공(through-hole)을 가지는 기판부; (b) 상기 기판부의 중공에 결합되고, 하이드로젤로 구성되며, 기판부와 하이드로젤 에 의하여 물리적 화학적으로 결합되어 있는 세포배양체; (c) 상기 세포배양체와 결합된 기판부의 일면 혹은 양면에 결합하고, 세포 분석용 물질이 주입되는 하나 이상의 주입구와 연결되는 하나 이상의 미세유체 채널을 가지는 검사부; 및 (d) 상기 세포배양체와 결합된 기판부와 검사부를 결합시키는 결합부를 포함하는 세포배양과 분석을 동시에 수행할 수 있는 세포분석 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: (a) a substrate having at least one through-hole; (b) a cell culture body coupled to the hollow portion of the substrate portion, the cell culture body being composed of a hydrogel and physically chemically bonded to the substrate portion by a hydrogel; (c) an inspection unit having one or more microfluidic channels connected to one or both sides of a substrate unit coupled with the cell culture material and connected to at least one injection port into which a cell analysis material is injected; And (d) a binding portion for binding the substrate portion and the test portion combined with the cell culture, and performing cell culture and analysis simultaneously.

본 발명은 또한, 상기 세포분석 장치를 이용하여, 세포를 분석하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for analyzing cells using the cell analysis apparatus.

본 발명에 따르면, 하나 이상의 3차원 세포배양 환경을 동시에 조성하고, 이를 하나 이상의 반응 채널을 가지는 검사부와 결합하여 동시에 다종의 세포배양 환경을 구축하고 분석할 수 있는 시스템을 구현할 수 있다. According to the present invention, it is possible to construct a system capable of simultaneously constructing one or more three-dimensional cell culture environments and combining the same with an assay unit having one or more reaction channels to simultaneously construct and analyze various cell culture environments.

도 1은 3차원 세포배양체 어레이와 미세유체소자를 기반으로 한 세포배양 및 분석 시스템의 구성을 나타낸 것이다 [(A): 세포배양 및 분석 시스템의 분해도; (B): 조립된 세포배양 및 분석 시스템의 구도; (C): 세포배양체(120)가 집적된 기판부(130), 검사부(110, 111), 결합부(100, 101)가 조립된 세포배양 및 분석 시스템의 단면도].
도 2는 세포배양 및 분석 시스템의 검사부 중 상면부(110)의 상세도면이다. [110a: 주입구; 110b: 반응채널; 110c: 배출구.]
도 3은 세포배양 및 분석 시스템의 세포배양체(120)와 기판부(130)의 상세도면이다. [120a: 하이드로젤 패턴; 120b: 패턴 사이 공간; 120c: 하이드로젤이 흡습된 기판부; 130a: 기판; 130b: 중공]
도 4는 기판부와 결합된 하이드로젤 기반 3차원 세포배양체를 제작하는 과정을 나타낸 것이다 [(A): 고분자물질로 제작된 몰드에 다공성 물질로 제작된 기판부를 얹고 하이드로젤 혼합물을 로딩하여 하이드로젤 패턴과 하이드로젤이 흡습된 기판부가 제작되는 과정; (B): 하이드로젤 혼합물과 붉은 색소를 이용하여 실제 기판부에 결합되어 있는 세포배양체의 제작 과정을 상면에서 관찰한 사진].
도 5는 세포배양체를 구성하는 하이드로젤 패턴의 길이, 너비 또는 높이 등의 변경을 통해 제작된 다양한 형태의 3차원 구조를 가지는 세포배양체를 나타낸 것이다.
도 6은 하이드로젤 패터닝을 이용하여 배양하고자 하는 타겟 세포에 적합한 세포배양체를 제작하고, 타겟 세포를 세포배양체 내에서 3차원 배양하는 과정을 나타낸 것이다 [(A): 세포배양체 내부에서 세포가 3차원 배양되는 모습을 상면에서 관찰한 사진; (B): 세포배양체 내부에서 배양되는 세포를 자세히 관찰하기 위해 상면에서 확대하여 관찰한 사진].
도 7은 다종의 세포가 집적된 세포배양체 어레이와 미세유체소자 검사부를 이용한 살아있는 세포의 실시간 다중 스크리닝을 수행하는 과정을 나타낸 것이다 [(A): 다종의 세포가 집적된 세포배양체 어레이와 미세유체소자 검사부의 결합을 나타낸 모식도; (B): 검사부의 채널을 통해 세 가지 항체가 세포배양체 어레이에 전달되는 과정을 나타낸 모식도; (C): 항체와의 반응이 완료된 세포배양체 어레이의 분석을 통해 실시간 다중 스크리닝 결과를 얻어내는 과정을 나타낸 모식도].
도 8은 다종의 세포가 집적되어 배양 및 약물 스크리닝이 완료된 세포배양체 어레이를 고정(fixation)한 후 절편(section)으로 제작한 세포 마이크로어레이에 미세유체소자 검사부를 결합하여 다중 면역분석법을 수행하는 과정을 나타낸 것이다 [(A): 세포배양체 어레이를 절편으로 제작하는 과정을 나타낸 모식도; (B): 세포 마이크로어레이와 미세유체소자 검사부를 결합하여 다종의 항체를 주입하여 항원-항체 반응을 진행하는 과정을 나타낸 모식도; (C): 면역분석법을 통하여 다종의 세포에서 발현한 바이오마커의 양을 정량적으로 분석하는 과정을 나타낸 모식도].FIG. 1 shows the composition of a cell culture and analysis system based on a three-dimensional cell culture array and a microfluidic device [(A): an exploded view of a cell culture and analysis system; (B): composition of assembled cell culture and assay system; Sectional view of the cell culture and analysis system in which the substrate unit 130, the inspection units 110 and 111, and the binding units 100 and 101, on which the cell cultures 120 are integrated, are assembled.
2 is a detailed view of the upper surface 110 of the inspection unit of the cell culture and analysis system. [110a: injection port; 110b: reaction channel; 110c: outlet.
3 is a detailed view of the cell culture 120 and the substrate portion 130 of the cell culture and analysis system. [120a: hydrogel pattern; 120b: space between patterns; 120c: a substrate portion from which the hydrogel is absorbed; 130a: a substrate; 130b: hollow]
FIG. 4 shows a process for producing a hydrogel-based three-dimensional cell culture body combined with a substrate part. [(A): A substrate made of a porous material is placed on a mold made of a polymer material and the hydrogel mixture is loaded, A process of producing a substrate portion in which a pattern and a hydrogel are absorbed; (B): a photograph of the upper part of a process of producing a cell culture product bound to a substrate using a mixture of a hydrogel and a red pigment; Fig.
FIG. 5 shows cell cultures having various types of three-dimensional structures produced by changing the length, width, or height of a hydrogel pattern constituting a cell culture.
FIG. 6 shows a process of preparing a cell culture suitable for a target cell to be cultured using hydrogel patterning, and culturing the target cell in a three-dimensional culture in a cell culture medium (A): In a cell culture, A photograph of the cultured state observed from above; (B): a photograph taken on an enlarged scale from above to observe the cells cultured inside the cell culture].
FIG. 7 shows a process of performing real-time multiple screening of living cells using a cell culture array in which various kinds of cells are integrated and a microfluidic device testing unit. [A]: A cell culture array in which various cells are integrated and a microfluidic device Fig. (B) is a schematic diagram showing a process in which three antibodies are transferred to a cell culture array through a channel of a test section; (C): a schematic diagram showing a process of obtaining a real-time multiple screening result through analysis of an array of cell cultures that have been reacted with an antibody].
8 is a view illustrating a process of performing multiple immunoassay by binding a microfluidic device test unit to a cell microarray prepared by sectioning a cell culture array in which various types of cells are integrated and culturing and drug screening has been completed, (A): a schematic diagram showing a process of preparing a cell culture array by a slice; (B) is a schematic diagram showing a process of conducting antigen-antibody reaction by injecting various kinds of antibodies by combining a cell microarray and a microfluidic device test part; (C): a schematic diagram showing a process for quantitatively analyzing the amount of biomarker expressed in various cells through immunoassay].

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명은 3차원 세포배양체가 집적된 하이드로젤(hydrogel) 어레이와 이와 결합할 수 있는 미세유체소자를 이용한 세포배양 및 분석장치를 개발하기 위하여, 핸들링이 간편한 하이드로젤로 이루어진 세포배양체와 제작 및 쉽게 결합 및 해체가 가능한 미세유체소자를 결합하여 다양한 종류의 시약이 적용된 샘플의 분석이 가능하도록 하였다. 본 발명은 하이드로젤 세포배양체와 이를 지지하는 기판부가 고집적 어레이 형태의 배양 환경을 구성하며, 이를 통해 원하는 위치에 하나 이상의 종류의 하이드로젤 세포배양체를 집적할 수 있으며, 하이드로젤 세포배양체의 2차원 및 3차원 구조에 따라 다양한 미세환경을 조성하고 배양할 수 있고, 기판부를 활용하여 세포배양체 어레이를 손쉽게 이동시켜 원하는 시점에 미세유체소자 검사부와 결합 및 해체시킬 수 있다.In order to develop a cell culture and analysis apparatus using a hydrogel array integrated with a three-dimensional cell culture and a microfluidic device capable of binding to the cell, a cell culture comprising a hydrogel, which is easy to handle, By combining the microfluidic devices capable of binding and disassembling, it is possible to analyze samples with various kinds of reagents. The present invention relates to a method for producing a hydrogel cell culture, which comprises culturing a hydrogel cell culture and a supporting substrate thereon in a highly integrated array-type culture environment, thereby collecting at least one kind of hydrogel cell culture at a desired position, Various micro environments can be formed and cultured according to the three-dimensional structure, and the cell culture array can be easily moved using the substrate portion, and can be combined with and disassembled with the microfluidic device inspection unit at a desired point.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 하나 이상의 중공(through-hole)을 가지는 기판부;Accordingly, in one aspect, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) a substrate having at least one through-hole;

(b) 상기 기판부의 중공에 결합되고, 하이드로젤로 구성되며, 기판부와 하이드로젤에 의하여 물리적 화학적으로 결합되어 있는 세포배양체;(b) a cell culture body coupled to the hollow portion of the substrate portion, the cell culture body being composed of a hydrogel and physically chemically bonded to the substrate portion by a hydrogel;

(c) 상기 세포배양체와 결합된 기판부의 일면 혹은 양면에 결합하고, 세포 분석용 물질이 주입되는 하나 이상의 주입구와 연결되는 하나 이상의 미세유체 채널을 가지는 검사부; 및(c) an inspection unit having one or more microfluidic channels connected to one or both sides of a substrate unit coupled with the cell culture material and connected to at least one injection port into which a cell analysis material is injected; And

(d) 상기 세포배양체와 결합된 기판부와 검사부를 결합시키는 결합부를 포함하는 세포배양과 분석을 동시에 수행할 수 있는 세포분석 장치에 관한 것이다.(d) a cell analyzer capable of concurrently performing cell culture and analysis including a binding portion for binding a substrate portion and an assay portion combined with the cell culture.

본 발명에서, 상기 기판부는 섬유(fiber)조직으로 이루어지는 등 다공성의 구조를 지니며, 하이드로젤 혼합물을 기판부에 액상(sol)으로 로딩(loading)하였을 때 기판부의 중공뿐만 아니라 기판부의 다른 부분에도 스며들어 기판부와 기판부의 중공에 위치한 세포배양체가 젤화(gelation)된 하이드로젤로 연결되어 안정적인 물리적 결합을 가능하게 하는 것을 포함할 수 있다. In the present invention, the substrate portion has a back porosity structure made of a fiber structure. When the hydrogel mixture is loaded on the substrate portion in a liquid state, not only the hollow portion of the substrate portion but also other portions of the substrate portion And allowing cell culture located in the hollow of the substrate and substrate portions to penetrate into the gelated hydrogel to enable stable physical bonding.

본 발명에서 상기 기판부의 중공 및 세포배양체는 1~100개일 수 있으며, 바람직하게는 2~98개 일 수 있음, 더욱 바람직하게는 2~6개일 수 있다. 더더욱 바람직하게는 3~6개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the hollow and the cell culture of the substrate part may be 1 to 100, preferably 2 to 98, more preferably 2 to 6. Still more preferably 3 to 6, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀룰로오스(cellulose)로 제작된 다공성 구조를 가진 기판부에 한 종의 하이드로젤을 액상으로 로딩하여 기판부의 중공뿐만 그 주변의 기판부에도 하이드로젤이 스며들게 하였고, 이를 젤화시켜 세포배양체와 기판부의 안정적인 결합을 구현하게 하였다.According to one embodiment of the present invention, a hydrogel is loaded in a liquid phase on a substrate portion having a porous structure made of cellulose, so that the hydrogel is impregnated into the hollow portion of the substrate portion as well as the substrate portion thereof. And gelation was performed to achieve stable binding between the cell cultures and the substrate.

상기 기판부와 세포배양체는 상기 언급한 하이드로젤의 흡습 이외에도 물리적/화학적 방법으로 결합이 가능하다. 상기 기판부는 다공성의 구조를 통해 하이드로젤 혼합물이 스며들 수 있는 형태라면 제한되지 않고 종이, 고분자 물질, 금속 등을 포함할 수 있다. 기판부는 하이드로젤 혼합물로 이루어진 세포배양체의 구조적 지지체를 제공하며, 사용자가 운반하는 것을 용이하게 할 수 있다.The substrate portion and the cell culture body can be bound by the physical / chemical method other than the hygroscopicity of the above-mentioned hydrogel. The substrate portion is not limited as long as the hydrogel mixture can permeate through the porous structure, and may include paper, polymer material, metal, and the like. The substrate portion provides a structural support of a cell culture comprising a mixture of hydrogels and can facilitate the transport by the user.

본 발명에 있어서, 상기 주입구의 개수는 반응채널의 개수와 동일하거나 많은 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the number of injection ports may be equal to or greater than the number of reaction channels.

상기 하이드로젤은 하나 이상의 하이드로젤 혼합물일 수 있으며, 상기 기판부는 종이, 금속, 고분자 물질 등의 하이드로젤과 물리적/화학적 결합이 가능한 물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The hydrogel may be a mixture of one or more hydrogels, and the substrate may include a substance capable of physically / chemically bonding with a hydrogel such as paper, metal, polymeric material, or the like.

상기 검사부는 종이, 금속, 고분자 물질 혹은 상기 재료가 혼합된 복합 물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The inspection unit may include a paper, a metal, a polymeric material, or a composite material in which the material is mixed.

본 발명의 상기 기판부를 이용하여 세포배양체의 구조적 지지 및 사용자에 의한 운반을 용이하게 할 수 있다. 상기 세포배양체는 세포를 배양할 수 있는 모든 종류의 하이드로젤을 포함하며, 2차원 및 3차원 구조를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 상기 기판부는 fiber로 이루어지는 등의 다공성의 구조를 지니며, 하이드로젤을 기판부에 액상(sol)으로 로딩(loading)하여 젤화(gelation) 하였을 때 기판부의 중공(through-hole) 이외의 부분에도 하이드로젤이 스며들어, 기판부의 중공에 마련된 세포배양체 부분과 기판부 와의 하이드로젤이 연결되어 안정적인 물리적 결합을 가능하게 하는 것을 포함할 수 있다. The substrate portion of the present invention can be used to facilitate the structural support of the cell culture body and the transportation by the user. The cell culture may include all kinds of hydrogels capable of culturing cells, and may have a two-dimensional and three-dimensional structure. The substrate portion of the present invention has a porous structure such as a fiber or the like. When the hydrogel is loaded on the substrate portion in a liquid state to gelate the substrate portion, The portion of the hydrogel may penetrate the hydrogel, and the hydrogel of the cell culture portion provided in the hollow portion of the substrate portion may be connected to the substrate portion to enable stable physical bonding.

본 발명에 있어서, 상기 세포배양체는 복수개이고, 서로 다른 세포를 배양할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 복수개의 세포배양체는 패턴 구조를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 세포배양체를 구성하는 하이드로젤 구조의 길이, 너비 및 높이 변경에 의해 하나 이상의 패턴을 제작 및 집적할 수 있다. 또한, 상기 세포배양체를 구성하는 하이드로젤 조성의 변경에 의해 하나 이상의 세포배양 환경을 조성 및 집적할 수 있다. In the present invention, the cell cultures may be plurally cultured and different cells may be cultured, and the plurality of cell cultures may have a pattern structure. One or more patterns can be fabricated and integrated by changing the length, width, and height of the hydrogel structure constituting the cell culture. Further, one or more cell culture environments can be formed and integrated by changing the hydrogel composition constituting the cell cultures.

상기 세포배양체는 기판부의 중공에 액상형태로 로딩된 하이드로젤 혼합물질의 젤화를 통해 제작된다. 세포배양체를 구성하는 하이드로젤은 세포를 배양할 수 있는 하이드로젤이라면 제한되지 않고 모두 포함되나, 예를 들어 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 매트리겔(matrigel), 알긴산염(alginate), 파이브로넥틴(fibronectin) 등으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 재료로 제작된 것일 수 있다. 세포배양체를 제작하기 위한 젤화 과정에서 수반되는 하이드로젤 패터닝 기술을 이용하여 2차원 및 3차원 구조를 가질 수 있으며, 길이, 너비 및 높이 변경을 통해 하나 이상의 패턴을 집적할 수 있다. 하나의 세포배양체에는 한 종류 이상의 세포를 배양할 수 있으며, 기판부에 집적된 세포배양체간의 세포 조성과 세포배양체의 구조는 동일하거나 상이할 수 있다.The cell culture is prepared by gelation of a hydrogel mixed material loaded in a liquid form in the hollow of the substrate portion. The hydrogel constituting the cell culture is not limited as long as it is a hydrogel capable of culturing the cells, but includes, for example, collagen, gelatin, matrigel, alginate, Fibronectin, and the like. ≪ RTI ID = 0.0 > The hydrogel patterning technique involved in the gelation process for producing cell cultures can have two-dimensional and three-dimensional structures, and one or more patterns can be integrated by changing the length, width, and height. One or more kinds of cells can be cultured in one cell culture, and the cell composition and the cell culture structure between cell cultures integrated in the substrate portion may be the same or different.

상기 검사부는 기판부에 집적된 세포배양체에 바이오 시약 및 화악 약품 등의 주입, 반응, 배출하는 역할을 수행한다. 검사부를 구성하는 물질은 주로 액상으로 사용되는 바이오 시약 및 화학 약품을 손실 없이 안정적으로 운반할 수 있다면 제한되지 않고 종이, 금속, 고분자 물질 혹은 상기 재료가 혼합된 복합 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 세포배양체를 포함한 기판부와 결합하여 분석을 수행하기 위해 하나 이상의 주입구, 반응채널, 배출구를 포함하며, 하나의 반응채널은 하나 이상의 주입구와 하나 이상의 배출구와 연결되며, 주입구, 반응채널, 배출구의 수는 동일하거나 상이할 수 있다. 세포배양 및 분석 목적에 따라 검사부의 규격, 예를 들면 반응 채널의 너비, 높이, 개수, 주입부와 배출부의 개수, 주입부와 반응채널과 배출부의 연결 방식 등을 조절할 수 있다.The inspecting unit performs a function of injecting, reacting, and discharging a biochemical reagent, a pharmacological agent, and the like to a cell culture body integrated in the substrate portion. The material constituting the inspection part may be a paper, a metal, a polymeric material, or a composite material in which the material is mixed, without being limited as long as it is capable of stably transporting the biochemical reagents and chemicals used in the liquid phase without loss. A reaction channel, and an outlet, wherein one reaction channel is connected to one or more inlet ports and one or more outlet ports, and the inlet port, the reaction channel, and the outlet port are connected to the substrate section including the one or more cell cultures, May be the same or different. Depending on the purpose of the cell culture and analysis, the specifications of the test section, for example, the width, height, number of the reaction channels, the number of the injection section and the discharge section, and the connection method of the injection section and reaction channel and discharge section can be adjusted.

상기 결합부는 상기 세포배양체를 포함하는 기판부와 검사부를 결합시키는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하며, 예를 들어 볼트와 너트를 이용하여 결합하는 방법, 무게추를 이용하여 누르는 방법, 핀치 클램프를 이용하여 고정하는 방법, 자석을 이용하는 방법 등의 여러 형태의 방법 중 하나 이상의 형태를 포함할 수 있다. 이를 통해 세포배양체를 포함하는 기판부와 검사부가 가역적으로 결합할 수 있어, 결합 후 분리 과정을 통해 다시 세포배양체가 포함된 기판부와 검사부를 분리할 수 있는 것을 특징으로 한다.The joining part serves to join the substrate part including the cell cultures with the inspection part. For example, the joining part may be formed by a method using a bolt and a nut, a method using a weight, a method using a pinch clamp A method of using a magnet, and a method of using a magnet. The substrate part including the cell culture product and the test part can be reversibly bound to each other, so that the substrate part including the cell culture product and the test part can be separated from each other through the separation process after the binding.

상기 검사부를 구성하는 물질의 변경을 통해 물리적 및 화학적 특성을 변경하여 사용자의 목적에 적합하게 제작 및 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다. The physical and chemical characteristics of the inspection unit may be changed through modification of the material constituting the inspection unit, so that the inspection unit is manufactured and used in accordance with the purpose of the user.

본 발명의 장치는 상기 검사부를 구성하는 미세유체채널의 길이, 너비 및 높이의 변경에 의해 분석 목적에 따라 검사부의 규격 및 배치를 조절할 수 있다. The apparatus of the present invention can adjust the size and arrangement of the inspection unit according to the analysis purpose by changing the length, width, and height of the microfluidic channel constituting the inspection unit.

본 발명에서 상기 결합부는 상기 세포배양체를 포함하는 기판부와 검사부를 결합시키는 것을 특징으로 하며, 볼트와 너트를 이용하여 결합하는 방법, 무게추를 이용하는 방법, 핀치 클램프와 같은 원리, 자석을 이용하는 방법을 사용할 수 있다. In the present invention, the joining portion joins the substrate portion including the cell cultures with the inspection portion. The joining portion includes a method using a bolt and a nut, a method using a weight, a principle such as a pinch clamp, a method using a magnet Can be used.

본 발명에 있어서, 상기 결합부는 상기 세포배양체를 포함하는 기판부와 검사부를 가역적으로 결합하여, 결합 후 분리작업이 수행되어 세포배양체와 검사부를 분리할 수 있는 구조를 가질 수도 있다. In the present invention, the binding unit may have a structure capable of separating the cell culture and the test unit by reversibly combining the substrate unit including the cell culture product and the test unit, and separating the cell culture product and the test unit.

이하, 도면을 통하여 본 발명을 설명한다. 도 1에는 본 발명에 따른 3차원 세포배양체 어레이와 미세유체소자를 기반으로 한 세포배양 및 분석 시스템의 구성을 나타내었으며, 도 1의 (A)는 세포배양 및 분석 시스템의 분해도를 나타내었으며, (B)는 조립된 세포배양 및 분석 시스템의 구도를 나타내었다. (C)는 세포배양체(130)가 집적된 기판부(120), 검사부(110, 111), 결합부(100, 101)가 조립된 세포배양 및 분석 시스템의 단면을 나타내었다. 도 2는 세포배양 및 분석 시스템의 검사부 중 상면부(110)의 상세도면으로, 주입구(110a), 미세유체 반응채널(110b); 배출구(110c)를 나타내었다. 도 3에는 세포배양 및 분석 시스템의 세포배양체(120)와 기판부(130)의 상세도면을 나타내었으며, 하이드로젤 패턴(120a); 패턴 사이 공간(120b)하이드로젤이 흡습된 기판부(120c), 기판(130a), 중공(130b)을 나타내었다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a cell culture and analysis system based on a three-dimensional cell culture array and a microfluidic device according to the present invention. FIG. 1 (A) shows an exploded view of a cell culture and analysis system. B) shows the composition of the assembled cell culture and assay system. (C) shows a cross-section of a cell culture and analysis system in which the substrate part 120, the examination parts 110 and 111, and the binding parts 100 and 101, on which the cell cultures 130 are integrated, are assembled. FIG. 2 is a detailed view of the upper surface portion 110 of the inspection unit of the cell culture and analysis system, which includes an inlet 110a, a microfluidic reaction channel 110b; And an outlet 110c is shown. FIG. 3 shows a detailed view of the cell culture 120 and the substrate unit 130 of the cell culture and analysis system, and includes a hydrogel pattern 120a; The inter-pattern space 120b shows the substrate portion 120c, the substrate 130a, and the hollow portion 130b where the hydrogel is absorbed.

다른 관점에서, 본 발명은 상기 세포분석 장치를 이용하여, 세포를 분석하는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for analyzing cells using the cell analysis apparatus.

본 발명의 세포분석은 세포 표면 수용체, 세포 분비 물질과 결합하는 항체, 리간드, 효소, 핵산 등을 세포분석 장치의 주입구에 주입하고 미세유체 채널을 통하여 세포와 반응시켜, 반응 결과를 확인하여 분석할 수 있다. The cell analysis of the present invention can be carried out by injecting a cell surface receptor, an antibody, a ligand, an enzyme, a nucleic acid or the like which binds to a cell secretory substance into an injection port of a cell analyzer, reacting the cell with a microfluidic channel, .

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1: 기판부와 결합된 세포배양체 제작Example 1: Fabrication of a cell culture combined with a substrate portion

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다. 본 실시예의 구체적인 과정은 도 4를 참조한다. 도 4는 본 발명의 하이드로젤 기반 3차원 세포배양체 제작 원리를 나타내는 도면으로 그 원리를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The specific procedure of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a view showing the principle of manufacturing a hydrogel-based three-dimensional cell culture according to the present invention.

본 발명은 폴리프로필렌(polypropylene), 셀룰로오스(cellulose) 및 유리 섬유(glass fiber)와 같은 종이 또는 고분자 물질에 적용할 수 있지만, 대표적인 실시예로 셀룰로오스 기판부의 적용을 예로 설명한다.Although the present invention can be applied to paper or polymeric materials such as polypropylene, cellulose and glass fiber, the application of the cellulose substrate portion will be described as an exemplary embodiment.

도 4A를 참조하면, 고분자물질로 제작된 몰드(mold) 위에 기판부를 얹고 그 위에 하이드로젤 혼합물을 주입하여 하이드로젤 기반 3차원 세포배양체를 제작하였다.Referring to FIG. 4A, a hydrogel-based three-dimensional cell culture product was prepared by placing a substrate part on a mold made of a polymer material and injecting a hydrogel mixture thereon.

콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 매트리겔(matrigel), 알긴산염(alginate), 파이브로넥틴(fibronectin) 등으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 하이드로젤을 사용할 수 있으며, 본 실시에에서는 콜라겐을 사용하였다. At least one hydrogel selected from the group consisting of collagen, gelatin, matrigel, alginate, fibronectin and the like can be used. In this embodiment, collagen is used Respectively.

하이드로젤이 섬유조직으로 이루어진 셀룰로오스 기판부에 흡습되어 3차원 하이드로젤 세포배양체와 기판부를 별도의 연결 과정 없이 물리적으로 통합하는 역할을 할 수 있도록 제작하였다. 도 4B에 나타난 바와 같이, 제작된 3차원 하이드로젤 세포배양체에 붉은 색소를 주입한 결과, 3차원 하이드로젤 세포배양체 뿐만아니라 기존에 무색이었던 기판부 부분까지 색소가 흡습되어 붉은 색으로 변한 것을 확인할 수 있으며, 이는 기판과 세포배양체가 하이드로젤 층에 의해 안정적으로 결합된 것을 의미한다. The hydrogel is absorbed on the cellulose substrate portion made of fibrous tissue and physically integrated with the three-dimensional hydrogel cell culture body and the substrate portion without a separate connection process. As shown in FIG. 4B, red pigment was injected into the fabricated three-dimensional hydrogel cell cultures. As a result, it was confirmed that the pigment was absorbed into red color not only in the three-dimensional hydrogel cell culture but also in the substrate portion which was colorless , Which means that the substrate and the cell culture are stably bound by the hydrogel layer.

실시예 2: 서로 다른 네 가지 패턴을 가진 세포배양체 제작Example 2: Fabrication of cell cultures with four different patterns

실시예 1에서 겔화 과정을 거쳐 다양한 패턴이 구현된 하이드로젤 세포배양체를 본 발명의 방법을 이용하여 제작하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. The hydrogel cell cultures in which various patterns were realized through the gelation process in Example 1 were prepared using the method of the present invention, and the results are shown in FIG.

본 발명은 콜라겐, 마트리젤, 피브린 젤과 같은 다양한 하이드로젤에 적용할 수 있지만, 대표적인 실시예로 콜라겐 기반 세포배양체로의 적용을 예로 설명한다. 도 5의 본 콜라겐 기반 세포배양체는 산소 및 영양분의 공급 제한 두께를 고려하여 200μm 두께로 제작되었고 콜라겐 패턴의 너비는 200μm이며 패턴의 길이는 다양하게 100μm, 250μm 및 500μm으로 제작하였다. 또한 패턴이 없는 세포배양체도 제작이 가능하다. 이렇게 제작된 세포배양체는 몰드에서 분리하여 지지체를 통해 손쉽게 이동시킬 수 있고 배양액에 독립적으로 담겨 세포를 배양할 수 있도록 한다.Although the present invention can be applied to various hydrogels such as collagen, matrigel, and fibrin gel, a typical example is an application to a collagen-based cell culture. The collagen-based cell culture of FIG. 5 was fabricated to a thickness of 200 μm in consideration of oxygen and nutrient supply thickness, the width of the collagen pattern was 200 μm, and the lengths of the patterns were 100 μm, 250 μm, and 500 μm, respectively. Also, cell cultures without a pattern can be produced. The cell culture thus prepared is separated from the mold and can be easily transferred through the support, and can be independently cultured to allow cells to be cultured.

실시예 3: 세포배양체 패터닝을 통해 제작된 3차원 미세 환경 내에서의 세포 배양Example 3: Cell culture in a three-dimensional microenvironment produced through patterning of cell culture

실시예 1과 실시예 2의 과정을 거쳐 3차원으로 세포를 키울 수 있는 3차원 세포배양체를 제작하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. Three-dimensional cell cultures capable of growing cells in three dimensions through the procedures of Example 1 and Example 2 were prepared, and the results are shown in FIG.

본 발명은 혈관세포, 간세포, 섬유아세포와 같은 다양한 세포들에 적용할 수 있지만, 실시예로 섬유아세포에 적용하여 세포를 배양하였다.Although the present invention can be applied to various cells such as blood vessel cells, hepatocytes, and fibroblasts, the cells were cultured by applying to fibroblasts as an example.

섬유아세포(한국세포주은행)는 107 cell/ml의 농도로 콜라겐과 섞고 실시예 1의 방법에서와 같이 몰드에 주입되었으며 실시예 2와 같이 겔화 과정을 거쳐 독립적인 3차원 세포배양체로 제작되었다. 섬유아세포 콜라겐 세포배양체를 제작 후 이틀 배양 기간을 거친 후 확인한 결과를 도 6에 나타내었다. Fibroblast (Korean Cell Line Bank) was mixed with collagen at a concentration of 10 7 cells / ml and injected into the mold as in Example 1, and was made into an independent three-dimensional cell culture after gelling as in Example 2. [ FIG. 6 shows the result of the two-day incubation period after the preparation of the fibroblast cell collagen cell culture.

도 6에 따르면, 세포배양체는 지지체에 의해 배양 기간 동안 전체적으로 패턴이 망가지지 않고 유지되며 그 안에서 섬유아세포는 3차원 콜라겐 패턴을 따라 본래의 특성대로 뻗어서 길게 잘 자라는 것을 확인할 수 있다. 이로써 하이드로젤 세포배양체는 세포에 따른 알맞은 3차원 배양 환경을 구현할 수 있게 된다.According to Fig. 6, it can be seen that the cell culture maintains a pattern as a whole throughout the incubation period by the support, in which the fibroblasts grow along the three-dimensional collagen pattern according to their original characteristics and grow well. As a result, the hydrogel cell cultures can realize an appropriate three-dimensional culture environment according to the cells.

실시예 4: 세포배양체 어레이와 미세유체소자 기반 세포배양 및 분석시스템을 이용한 살아있는 세포의 실시간 다중 스크리닝Example 4: Real-time multiple screening of living cells using cell culture arrays and microfluidic device-based cell culture and assay systems

세포배양체 어레이와 미세유체소자 검사부가 결합된 세포배양 및 분석시스템의 적용하여 살아있는 세포의 실시간 다중 스크리닝 방법을 실시하였다. 본 실시예의 구체적인 과정은 도 7에 나타내었다. 도 7에는 본 발명으로 제작된 세포배양 및 분석시스템을 이용하여 다양한 샘플에 대한 여러 가지 바이오시약 및 약물에 대한 반응을 관찰하고 분석하는 일련의 과정을 나타내었으며, 그 원리를 설명하면 다음과 같다.A real-time multi-screening of live cells was performed by applying a cell culture and analysis system combined with a cell culture array and a microfluidic device test unit. The specific procedure of this embodiment is shown in Fig. FIG. 7 shows a series of processes for observing and analyzing reactions of various biochemical reagents and drugs on various samples using the cell culture and analysis system manufactured by the present invention.

본 발명은 두 종 이상의 세포와 세 가지 이상의 약물을 적용할 수 있는 시스템이지만, 간단히 두 종의 세포와 세 가지의 항체를 이용한 시스템에 대한 적용을 예로 설명한다.The present invention is applicable to two or more kinds of cells and three or more drugs. However, the present invention is applied to a system using two kinds of cells and three kinds of antibodies as an example.

도 7A에 나타낸 바와 같이, 두 가지의 세포종이 집적된 세포배양체 어레이와 미소유체소자 검사부를 결합하여 세포배양 및 분석시스템을 구축하였다. 도 7B에서 보이듯이, 검사부의 세 개의 채널에 각각 다른 세 종류의 항체를 흘려보낼 수 있다. 이후 미소유체소자 검사부 및 결합부를 제거하게 되면 도 7C와 같이 세 종류의 항체에 대해 반응이 완료된 두 종의 세포가 집적된 세포배양체 어레이를 수득할 수 있고, 이를 형광분광법 등의 방법을 통해 분석하여 실시간 다중 스크리닝을 구현할 수 있다. As shown in Fig. 7A, a cell culture and analysis system was constructed by combining a cell culture array in which two different cell types were integrated and a microfluidic device test portion. As shown in FIG. 7B, three different antibodies can be flowed into three channels of the test section. When the microfluidic device test portion and the binding portion are removed, an array of cell cultures in which the two types of cells having been reacted with the three kinds of antibodies are collected as shown in FIG. 7C can be obtained and analyzed by fluorescence spectroscopy Real-time multiple screening can be implemented.

실시예 5: 세포배양체 어레이의 고정화(fixation) 및 섹셔닝(sectioning)으로 제작된 세포 마이크로어레이와 미세유체소자를 기반 다중 면역분석법을 이용한 다종의 세포종의 바이오마커 정량분석Example 5: Quantification of biomarkers of multiple cell types using cell-based microarrays and microfluidic devices based on fixation and sectioning of cell culture arrays

본 실시예에서는 세포배양체 어레이의 고정화, 섹셔닝을 통해 제작된 세포 마이크로어레이와, 미세유체소자 검사부를 이용한 다중 면역분석법을 이용한 바이오마커 정량분석법을 실시하였다. 본 실시예의 구체적은 과정은 도 8에 나타내었다. In this example, a cell microarray prepared by immobilization and sorting of a cell culture array, and a biomarker quantitative analysis method using multiple immunoassay using a microfluidic device test unit were performed. The concrete procedure of this embodiment is shown in Fig.

도 8은 본 발명으로 제작된 세포배양 및 분석시스템을 이용하여 다종의 세포가 발현하는 타겟 바이오마커를 동시에 정량분석하는 일련의 과정을 나타내는 도면으로 그 원리를 설명하면 다음과 같다.FIG. 8 is a diagram illustrating a series of processes for simultaneously quantitatively analyzing target biomarkers expressed by various kinds of cells using the cell culture and analysis system manufactured by the present invention.

본 발명은 두 종 이상의 세포와 세 가지 이상의 항체를 적용할 수 있는 시스템이지만, 간단히 두 종의 세포와 세 가지의 항체를 이용한 시스템에 대한 적용을 예로 확인하였다.Although the present invention is applicable to two or more kinds of cells and three or more antibodies, the application to the system using two kinds of cells and three kinds of antibodies is briefly confirmed as an example.

유방암 세포주 MCF-7(한국세포주은행) 및 SKBR3 (한국세포주은행)로 제작된 세포 마이크로어레이에 미세유체소자 검사부를 결합하고, 각 채널을 통해 1/200 로 희석된 세 가지 1차 항체(anti-estrogen receptor(ER) primary antibody, anti-progesterone receptor(PR) primary antibody, anti-human epidermal growth factor receptor2(HER2) primary antibody (Dako, USA))를 15분간 주입하여 세포 내의 바이오마커에 특이적으로 결합시켰다. 미세유체소자를 분리한 후 Tris 버퍼(TBS)로 세척하여 결합하지 않은 항체를 제거하고, 양자점이 결합된 2차 항체(quantum dot 605 conjugated secondary antibody (Invitrogen, USA))를 1/200으로 희석하여 세포 마이크로어레이 표면에 도포하여 1시간 동안 반응시켜 1차 항체에 특이적으로 결합시킨 후, TBS로 세포 마이크로어레이 표면을 세척하여 결합하지 않은 항체를 제거 하고, 형광분광법으로 측정하였다. 측정 결과를 이용하여, 각 세포주에서 특이적으로 발현하는 바이오마커를 정량 분석하였다.The microfluidic device test unit was combined with a cell microarray made of the breast cancer cell line MCF-7 (Korean Cell Line Bank) and SKBR3 (Korean Cell Line Bank), and three primary antibodies (anti- (HER2) primary antibody (Dako, USA) was injected for 15 minutes to specifically bind to the biomarker in the cell. The primary antibody, the anti-progesterone receptor (PR) primary antibody and the anti-human epidermal growth factor receptor . After removing the microfluidic device, the unbound antibody was removed by washing with Tris buffer (TBS) and diluted to 1/200 with a secondary antibody conjugated with quantum dots (quantum dot 605 conjugated secondary antibody (Invitrogen, USA)) After being applied to the surface of the cell microarray and reacted for 1 hour to specifically bind to the primary antibody, the surface of the cell microarray was washed with TBS to remove unbound antibody, and the resultant was measured by fluorescence spectroscopy. Using the measurement results, biomarkers specifically expressed in each cell line were quantitatively analyzed.

그 결과, 도 8A에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제작된 세포배양 및 분석시스템을 이용하여 세포배양 및 약물 반응이 완료된 세포배양체 어레이를 고정(fixation)하고, 섹셔닝(sectioning)하여 절편 형태의 세포 마이크로어레이를 제작하였다. 상기와 같이 제작된 세포 마이크로어레이는 도 8B에서 보는 바와 같이 미세유체소자 검사부와 결합되고, 각 채널을 통해 서로 다른 세 가지 항체가 주입되어 반응한다. 반응이 완료되면 도 8C와 같이 검사부를 제거하여 항원-항체반응이 완료된 세포 마이크로어레이를 수득할 수 있고, 이를 형광분광법 등의 방법을 통해 분석하여 각 세포종이 발현한 바이오마커를 정량적으로 분석할 수 있다.As a result, as shown in FIG. 8A, the cell culture and the drug reaction-completed cell culture array were fixed and sectioned by using the cell culture and analysis system manufactured in the present invention, A microarray was prepared. As shown in FIG. 8B, the cell microarray fabricated as described above is combined with the microfluidic device inspection unit, and three different antibodies are injected through each channel to react. When the reaction is completed, the test portion is removed as shown in FIG. 8C to obtain a cell microarray in which the antigen-antibody reaction has been completed, and the biomarker expressed by each cell type can be quantitatively analyzed by fluorescence spectroscopy have.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

100, 101: 결합부
110, 111: 검사부
110a: 주입구
110b: 반응채널
110c: 배출구
120: 세포배양체
120a: 하이드로젤 패턴
120b: 패턴 사이 공간
120c: 하이드로젤이 흡습된 기판부;
130: 기판부
130a: 기판
130b: 중공100, 101:
110, 111:
110a:
110b: reaction channel
110c:
120: cell culture
120a: hydrogel pattern
120b: Space between patterns
120c: a substrate portion from which the hydrogel is absorbed;
130:
130a: substrate
130b: hollow

Claims (8)

다음을 포함하는 세포배양과 분석을 동시에 수행할 수 있는 세포분석 장치:
(a) 하나 이상의 중공(through-hole)을 가지는 기판부;
(b) 상기 기판부의 중공에 결합되고, 하이드로젤로 구성되며, 기판부와 하이드로젤에 의하여 물리적 화학적으로 결합되어 있고, 패턴 구조를 가지는 세포배양체;
(c) 상기 세포배양체와 결합된 기판부의 일면 혹은 양면에 결합하고, 세포 분석용 물질이 주입되는 하나 이상의 주입구와 연결되는 하나 이상의 미세유체 채널을 가지는 검사부; 및
(d) 상기 세포배양체와 결합된 기판부와 검사부를 결합시키는 결합부.
A cell analysis device capable of simultaneously performing cell culture and analysis including:
(a) a substrate portion having at least one through-hole;
(b) a cell culture, which is bonded to the hollow of the substrate and is composed of hydrogel, physically chemically bonded to the substrate by a hydrogel, and has a pattern structure;
(c) an inspection unit having one or more microfluidic channels connected to one or both sides of a substrate unit coupled with the cell culture material and connected to at least one injection port into which a cell analysis material is injected; And
(d) an engaging portion for engaging the inspection portion with the substrate portion combined with the cell culture.
제1항에 있어서, 상기 주입구의 개수는 반응채널의 개수와 동일하거나 많은 것을 특징으로 하는 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the number of injection ports is equal to or greater than the number of reaction channels.
제1항에 있어서, 상기 하이드로젤은 하이드로젤 혼합물인 것을 특징으로 하는 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the hydrogel is a hydrogel mixture.
제1항에 있어서, 상기 기판부는 상기 하이드로젤과 물리적/화학적 결합이 가능한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the substrate portion comprises a material capable of physical / chemical bonding with the hydrogel.
제4항에 있어서, 상기 하이드로젤과 물리적/화학적 결합이 가능한 물질은 종이, 금속 및 고분자 물질로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. The apparatus of claim 4, wherein the material capable of physical / chemical bonding with the hydrogel is selected from the group consisting of paper, metal, and polymeric materials.
제1항에 있어서, 상기 세포배양체는 복수개이고, 서로 다른 세포를 배양할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
The apparatus according to claim 1, wherein the cell cultures are plural and capable of culturing different cells.
제6항에 있어서, 상기 복수개의 세포배양체가 결합된 기판부를 이용하여, 원하는 위치에 하나 이상의 종류의 하이드로젤 배양체를 집적할 수 있고, 원하는 시점에 검사부와 결합 및 해체시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.

[7] The method of claim 6, wherein at least one kind of the hydrogel cultures can be accumulated at a desired position using the substrate portion to which the plurality of cell cultures are bound, Device.

제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 세포분석 장치를 이용하여, 세포를 분석하는 방법.
A method for analyzing cells using the cell analyzer according to any one of claims 1 to 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20120135452A1 (en) 2009-07-29 2012-05-31 Cornell University Microfluidic device for pharmacokinetic-pharmacodynamic study of drugs and uses thereof
KR101559050B1 (en) 2014-05-30 2015-10-12 한국과학기술원 method inserting structure in the substrate and microfluidic chip using the same

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