KR101932414B1

KR101932414B1 - 수정란의 메타볼리즘 측정장치 및 그 측정장치를 이용한 수정란의 메타볼리즘 측정방법

Info

Publication number: KR101932414B1
Application number: KR1020170037628A
Authority: KR
Inventors: 허윤석
Original assignee: 계명대학교 산학협력단
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-12-27
Also published as: KR20180108188A

Abstract

본 발명은 배양액에 포함된 포도당을 소비하면서, 젖산을 생산하는 포배단계의 수정란을 이용하여, 체내와 가장 유사한 환경에서 배양함으로써, 배양의 성공률을 높이면서 모니터 값의 정확도를 높일 수 있고, 배양과정 중 소비되는 포도당의 양과 생산되는 젖산의 양을 토대로 수정란의 메타볼리즘을 산출하므로, 객관적이면서 정확하게 수정란의 상태를 판단할 수 있도록 해 수정란 이식율을 높일 수 있는 수정란의 메타볼리즘 측정장치 및 측정방법을 제공한다.

Description

수정란의 메타볼리즘 측정장치 및 그 측정장치를 이용한 수정란의 메타볼리즘 측정방법{METABOLISM MEASUREMENT DEVICE AND METABOLISM MEASUREMENT METHOD USING THE MEASUREMENT DEVICE}

본 발명은 수정란의 메타볼리즘 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수정란이 배양되는 동안 생체와 유사한 자극을 가하는 배양 환경을 제공하면서, 수정란에 제공된 배양액의 감소된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 측정하여, 측정된 값을 바탕으로 수정란의 메타볼리즘(metabolism: 신진대사) 정도를 측정하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치에 관한 것이다.

동물 체세포의 체외배양법은 이미 수 십 년 전부터 여러 종류의 배양액이 개발되어 체외에서도 증식을 양호하게 시킬 수 있게 되었으나, 생식세포인 난자의 연구 역사는 비교적 짧은 편이다.

아직 이런 짧은 연구로 인하여 난자의 대사생리가 아직 명확히 구명되지 않은 상태이고, 최근에는 포유동물의 생체 외 (in vitro) 배양 시스템은 계속하여 개발되어 오고 있는데, 구체적으로 많은 배양조건의 변화를 꾀하고자 하였으며, 예를 들면 난관의 상피세포로 수정란 (embryos)을 배양하거나, 또는 공동-배양(co-culture) 시스템 및 연속하여 paired media를 사용하거나 연속배지를 사용하는 등의 시도가 있었다.

지금까지, 착상 전 수정란 배양의 최적화는 영양 요소, 즉 화학적으로 확정된 배지 내 성분에 대하여 초점이 맞춰져 왔다 (Summers M.C. et al., 2003). 화학적으로 확정된 배지의 경우, 원하는 경우 다시 만들 수 있으며 효소와 성장인자와 같은 알려지지 않은 생물학적 활성이 없는 점의 이점을 가지고 있지만, 여전히 생체 내 시스템과는 거리가 있으며 수정란 발달에 최적의 조건으로는 적합하지는 않다.

생체 외 배양 조건 중 물리적인 환경 (또는 인자)에 대한 관심이 증대되고 있다. 물리적인 인자 중에서 수정란의 밀도가 수정란 발달을 결정할 수 있는 중요한 인자로 여겨지고 있다.

이전의 연구들(Wiley etal., 1986; Paria and Dey, 1990; Lane and Gardner, 1992)들은 생체 외에서의 수정란의 발달은 수정란과 배양배지와의 부피 비율이 증가할수록 증가됨을 보고하고 있다.

수정란의 밀도를 증가시킴으로써 성장인자들이 수정란 주위에 축적될 수 있어 배양 배지에 성장인자를 추가하는 것과 유사한 효과가 얻어질 수 있다는 것이다.

생체 조건 즉, 자연임신이 이루어지는 체내 환경 조건과 체외수정과 배양의 체외 환경 조건(복강 내의 압력 또는 미지 인자) 은 반드시 일치하지 않을 수도 있다는 점에 착안하여 포배단계의 수정란을 기초실험모델로 하여 배양액의 삼투압을 체액보다 낮게 조절하여 사람을 포함한 포유동물의 높은 임신율을 유지하고자 하였다.

따라서 현재까지도 포유동물의 높은 임신율을 위한 연구가 계속해서 진행되고 있으나, 본 발명에서는 포배(Blystocyst)단계의 수정란은 에너지원으로 포도당(Glucose)를 섭취하고 젖산(Lactate)를 분비하는데, 선택된 포배(Blystocyst)단계의 수정란을 기준으로 수정란의 대사작용 (Metabolism)을 측정하여, 이식을 위한 수정란의 상태를 개관적으로 판단할 수 있는 기준을 삼고자 한다.

본 발명은 배양액에 포함된 포도당을 소비하면서, 젖산을 생산하는 포배단계의 수정란을 이용하여, 체내와 가장 유사한 환경에서 배양함으로써, 배양의 성공률을 높이면서 모니터 값의 정확도를 높일 수 있고, 배양과정 중 소비되는 포도당의 양과 생산되는 젖산의 양을 토대로 수정란의 메타볼리즘을 산출하므로, 객관적이면서 정확하게 수정란의 상태를 판단할 수 있도록 해 수정란 이식율을 높일 수 있는 수정란의 메타볼리즘 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치는 수정란을 수용하는 수용홀을 형성하고, 상기 수용홀이 수축 또는 신장되도록 신축 가능한 재질로 이루어진 배양판과, 상기 배양판의 양단에 결합되어, 상기 배양판을 선택적으로 인장시켜, 상기 수용홀의 수축 또는 신장으로 상기 수용홀에 수용된 수정란에 압력을 가하는 인장수단, 및 상기 수정란이 수용된 수용홀과 유도관으로 연결되고, 상기 유도관을 통해 선택적으로 채취된 배양액에서 포도당(Glucose) 양 및 젖산(Lactate) 양을 측정하고, 이를 기초하여 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 측정수단을 포함하면서, 상기 수용홀은 수정란이 수용되는 수용실을 장축 및 단축을 갖는 타원형의 평면 형상을 가지는 타원홈으로 형성하고, 상기 수용실의 내측면을 따라 내피 또는 상피세포로 이루어진 세포막을 형성하며, 상기 수용홀은 상기 수용실의 바닥과 하부를 연통시킨 관통홀을 형성하고, 상기 수용실 저면에 배치되면서 상기 관통홀과 연통되어, 상기 수용실 저면의 하부에 해당 배양액이 유동하는 통로를 제공하는 채널을 더 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 배양판은 배양챔버의 수용공간에 배치되고, 상기 수용홀을 형성한 수정란수용부와, 상기 수정란수용부의 양측으로 연장되어 상기 인장수단에 의하여 양방향으로 인장력을 받는 제1 및 제2당김부를 포함한다.

삭제

여기서 본 발명에 따른 상기 타원홈의 장축은 상기 배양판의 신장방향과 수직인 방향인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 인장수단은 내부에 상기 배양판이 수평으로 배치되고, 양측 내부에 배양판의 양단을 수용하는 한 쌍의 공압챔버가 형성되는 몸체와, 상기 공압챔버로 에어를 주입 또는 흡입하여 상기 공압챔버를 선택적으로 진공상태로 만드는 에어흡입수단을 포함한다.

삭제

이때 본 발명에 따른 상기 공압챔버는 상기 배양판에 의하여 분할되며, 상기 에어흡입수단은 분할된 공간 중 하나의 공간인 에어수용공간에 연결되어 상기 에어수용공간의 공기를 흡입 또는 주입하는 것을 특징으로 한다.

더불어 본 발명에 따른 상기 인장수단은 상기 배양판의 양측에 배치되어 상기 배양판의 양단을 파지하는 한 쌍의 클램프 및 상기 클램프를 이동시키는 마이크로구동부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 측정수단은 측정된 배양 1시간 동안의 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 이용하여 수정란의 메타볼리즘을 측정한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 측정수단은 측정된 1시간 동안 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 이용하여 다음의 [수학식1]에 의해, 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 것을 특징으로 하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.

[수학식 1]

{ 여기서, Ga는 수정란의 메타볼리즘, Lp는 젖산 증가량, Gc는 포도당 감소량이다.}

본 발명에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정방법은 수정란을 수용하는 수용홀을 형성하고, 상기 수용홀이 수축 또는 신장되도록 신축 가능한 재질로 이루어진 배양판과, 상기 배양판의 양단에 결합되어, 상기 배양판을 선택적으로 인장시켜, 상기 수용홀의 수축 또는 신장으로 상기 수용홀에 수용된 수정란에 압력을 가하는 인장수단, 및 상기 수정란이 수용된 수용홀과 유도관으로 연결되고, 상기 유도관을 통해 선택적으로 채취된 배양액에서 포도당(Glucose) 양 및 산(Lactate) 양을 측정하고, 이를 기초하여 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 측정수단을 포함하면서, 상기 수용홀은 수정란이 수용되는 수용실을 장축 및 단축을 갖는 타원형의 평면 형상을 가지는 타원홈으로 형성하고, 상기 수용실의 내측면을 따라 내피 또는 상피세포로 이루어진 세포막을 형성하며, 상기 수용홀은 상기 수용실의 바닥과 하부를 연통시킨 관통홀을 형성하고, 상기 수용실 저면에 배치되면서 상기 관통홀과 연통되어, 상기 수용실 저면의 하부에 해당 배양액이 유동하는 통로를 제공하는 채널을 더 포함하여, 수정란의 배양 조건을 생체와 유사하게 제공하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치를 이용한 수정란의 메타볼리즘 측정하는데, (a) 수정란이 수용되는 수용실을 장축 및 단축을 갖는 타원형의 평면 형상을 가지는 타원홈으로 형성된 복수 개의 수용홀이 형성된 배양판의 양단을 당겨서 상기 수용홀의 단축이 신장되도록 상기 배양판을 신장시키는 단계와, (b) 상기 단축이 신장된 배양판의 수용홀에 수정란을 수용시키면서 배양액을 주입하는 단계와, (c) 상기 배양판 양단의 당기는 힘을 해제하여 상기 배양판의 수용홀 단축을 복원시키는 단계와, (d) 상기 배양판의 당김 및 해제를 복수 회 반복하면서 수정란을 1시간동안 배양하는 단계와, (e) 배양 1시간 경과 후, 측정수단으로 타원형의 수용홀에 주입된 배양액의 포도당 양 및 젖산 양을 측정하는 단계와, (f) 상기 수정란을 타원형의 수용홀에서 이탈시키는 단계를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 (e) 단계인 배양액의 포도당 양 및 젖산 양을 측정하는 단계 후, 상기 측정수단에 의해 측정된 1시간 동안 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 이용하여 다음의 [수학식1]에 의해, 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 단계를 포함한다.

[수학식 1]

{여기서, Ga는 수정란의 메타볼리즘, Lp는 젖산 증가량, Gc는 포도당 감소량이다.}

그리고 본 발명에 따른 상기 수용홀에 수용시키는 수정란은 수정란의 배양과정 중 포배(blastocyst) 단계의 수정란을 이용한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치 및 측정방법에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.

첫째, 배양액에 포함된 포도당을 소비하면서, 젖산을 생산하는 포배단계의 수정란을 이용하여, 체내와 가장 유사한 환경에서 배양함으로써, 배양의 성공률을 높이면서 모니터 값의 정확도를 높일 수 있고, 양질의 수정란을 판별할 수 있는 기준을 제공하는 효과를 가진다.

둘째, 배양과정 중 소비되는 포도당의 양과 생산되는 젖산의 양을 토대로 수정란의 메타볼리즘을 산출하므로, 객관적이면서 정확하게 수정란의 상태를 판단할 수 있도록 해 수정란 이식율을 높일 수 있는 효과를 가진다.

셋째, 일방향으로 너비가 좁은 수용홀의 형상을 이용하여 상기 수정란을 가압하는 구조로서, 상기 수용홀의 장축과 단축을 계산하는 방법으로 상기 수용홀에 가해지는 압력의 세기를 가늠할 수 있으며 압력의 세기를 미세하게 조절할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양판이 신축되는 상태를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란을 수용하는 수용홀의 저면에 유체유동성을 부여한 상태를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수용홀이 신축되는 상태를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압을 이용한 인장수단을 구비한 상태를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램프 및 마이크로웨이브를 이용한 인장수단을 구비한 상태를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 포도당이 젖산으로 전환되는 과정을 보인 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 쥐 실험을 통한 메타볼리즘인 포도당분해활성도(Glycolytic activity)를 보인 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정방법을 단계적으로 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 수정란이 배양되는 동안 생체와 유사한 자극을 가하는 배양 환경을 제공하면서, 수정란에 제공된 배양액의 감소된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 측정하여, 측정된 값을 바탕으로 수정란의 메타볼리즘(metabolism: 신진대사) 정도를 측정하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4를 참조한 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치는 포배(blastocyst)단계의 수정란(S)을 해당 배양시간 동안 생체와 유사한 물리적 자극을 가하면서, 배양액의 감소된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 측정하여 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 장치이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치는 배양판(100), 인장수단(200), 측정수단(300)을 포함한다.

먼저, 상기 배양판(100)을 살펴보면, 상기 배양판(100)은 포배(blastocyst)단계의 수정란(S)이 배양되는 동안 상기 수정란(S)을 지지하는 것으로서, 수정란수용부(110)와 제1 및 제2당김부(120,130)로 구성하는데, 상기 수정란수용부(110)는 개방된 상측을 통해 내부로 상기 수정란(S)을 인입하여 수용하는 수용홀(111)을 형성한다.

이때 상기 수용홀(111)은 홈 형태로 형성되어, 그 내부에 수정란을 수용하는 수용실을 형성하는 것이 바람직하고, 상기 수용실의 내측면에는 세포막(C)을 형성할 수 있는데, 세포막(C)을 형성하기 위해 상기 수용실의 내측면을 따라 하이드겔을 도포하여 내피막을 이루고, 상기 하이드로겔로 이루어진 내피막에 상피 또는 내피세포를 배양하여, 상기 수용실의 내측면에 상피 또는 내피세포로 이루어진 세포막(C)을 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용홀(111)은 수용실의 내측면에 상피 또는 내피세로로 이루어진 세포막(C)을 형성하고, 세포막(C)이 형성된 수용실의 내부공간에 수정란(S)을 수용시킬 수 있다.

또한, 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 수용홀(111)은 내부 공간을 통해 수정란을 수용하는 수용실의 바닥과 하부를 연통시키도록 관통홀(112)을 형성하고, 상기 수용실 저면에는 세포막(C)을 형성하며, 상기 수용실 저면에는 채널(113)을 배치하여, 상기 채널(113)을 통해 상기 수용실로 통하는 해당 배양액이 유동하는 통로를 제공하여, 상기 수용홀(111)의 저면에서 유체의 흐름을 제공할 수 있다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 수용홀(111)은 평면 형상이 장축과 단축으로 가지도록 형성되어, 상기 수용홀(111)의 일 방향으로 너비가 좁은 형상에 의하여 상기 수용홀(111)에 수용된 수정란(S)이 일 방향으로 가압된다.

보다 바람직하게는 상기 수용홀(111)은 평면 형상이 타원을 이루는 타원홀일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 수용홀(111)의 평면 형상은 상기 수용된 수정란에 가하고자 하는 압력의 세기에 따라 다르게 제작되며, 상기 압력의 세기를 바탕으로 그 장축과 단축이 계산된다.

여기서 상기 수용홀(111)에 수용된 수정란(S)에 비교적 센 압력을 가하는 경우, 상기 수용홀(111)은 단축이 짧은 타원 형상으로 제작하고, 상기 수정란(S)에 비교적 적은 압력을 가하는 경우, 상기 수용홀(111)은 단축이 보다 길게 형성하여 원형에 가까운 형상으로 제작하는 것이 바람직하다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치는 수정란(S)이 수용된 수용홀(111)의 타원 형상을 이용하여 상기 수정란(S)에 압력을 가함으로써, 상기 수정란에 가해지는 압력의 세기를 가늠하기에 용이하고 압력의 세기를 미세하게 조절할 수 있다.

상기 수정란수용부(110)의 양측으로 제1 및 제2당김부(120, 130)를 연장하여 상기 인장수단에 의하여 양방향으로 인장력을 받는데, 이때 상기 제1 및 제2당김부(120, 130)는 상기 수정란수용부(110)의 양측으로 연장되어, 후술(後述)할 인장수단(200)에 의하여 양방향으로 당기어진다.

그리고 상기 제1 및 제2당김부(120,130)는 신축 가능한 재질로 이루어져 상기 인정수단(200)의 당김에 의하여 상기 수정란수용부(110)를 신장 또는 수축시키고, 또한 상기 배양판(100)은 신축 가능한 재질로 이루어져 후술(後述)할 인장수단(200)으로부터 인장력을 받아 수축 또는 신장한다.

이때 상기 배양판(100)은 상기 인장수단(200)에 의하여 상기 타원홀의 장축과 수직 방향으로 인장되고, 여기서 상기 배양판(100)은 인장력이 가해지면 수용홀(111)의 형상이 타원형에서 원형에 가까워지며, 최대 인장된 상태에서 상기 수용홀(111)의 형상이 완전한 원형을 이룬다.

그리고 도 5 및 도 6을 참조한 상기 인장수단(200)은 상기 배양판(100)의 양단을 선택적으로 인장하여 상기 수용홀(111)의 형상을 변형하기 위한 것으로 상기 배양판(100)의 양단에 결합하는데, 이를 위해 상기 인장수단(200)은 몸체(210)와 에어흡입수단(220)을 구비할 수 있다.

상기 몸체(210)의 내부에는 하나의 배양챔버(211)를 중심으로 좌, 우 또는 전, 후에 한 쌍의 공압챔버(212)를 형성하고, 상기 인장수단(200)의 몸체(210) 내부에는 상기 배양판(100)이 수평으로 배치되며, 상기 몸체(210)의 양측인 한 쌍의 공압챔버(211) 각각의 내부에는 배양판(100)의 양단인 제1 및 제2 당김부(120,130)가 수용되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 한 쌍의 공압챔버(212)는 상기 수용된 배양판(100)에 의하여 내부 공간이 분할되는데, 상기 분할된 공간 중 하나의 공간은 에어수용공간(212-1)을 형성하여 그 내부 에어가 후술(後述)할 에어흡입수단(220)에 의하여 유입되거나 외부로 배출된다.

한편, 상기 몸체(210)는 중앙에 배양챔버(211)가 구비될 수 있으며, 상기 배양챔버(211)는 내부에 상기 배양판(100)의 수정란수용부(110)가 수용될 수 있다. 이때 상기 몸체(210)는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 에어흡입수단(220)은 상기 공압챔버(212)로 에어를 주입 또는 흡입하여 상기 공압챔버(212) 내부를 선택적으로 진공상태로 만든다. 이때 상기 에어흡입수단(220)은 상술한 바와 같이 공압챔버(212)의 에어수용공간(212-1)과 연통하여 상기 에어수용공간(212-1)의 에어를 선택적으로 주입 또는 흡입되면서, 상기 배양챔버(211)가 배치된 수정란수용부(110)에 인장이 가해져 수용홀(111)에 수용된 수정란이 자극을 받게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예 따른 인장수단(200)의 다른 실시예를 살펴보면, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 인장수단(200)은 한 쌍의 클램프(230a, 230b)와 상기 클램프를 슬라이딩 구동시키는 마이크로 구동부(240)를 구비할 수 있다.

이때 상기 한 쌍의 클램프(230a, 230b)는 상기 배양판(100)의 제1 및 제2당김부(120,130)를 선택적으로 클램핑(Clamping)하고, 상기 한 쌍의 클램프(230a,230b)의 일측에는 상기 마이크로 구동부(240)가 연결되어, 상기 한 쌍의 클램프(230a,230b)는 상기 마이크로 구동부(240)의 제어에 의하여 사이 간격이 좁혀지거나 넓혀지며 상기 배양판(100)을 인장 또는 복원하게 된다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 측정수단(300)은 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이 상기 수정란(S)이 수용된 수용홀(111) 및 채널과 유도관(301)으로 연결되고, 상기 유도관(301)을 통해 선택적으로 채취된 배양액에서 포도당(Glucose) 양 및 젖산(Lactate) 양을 측정한다.

일반적으로 수정란은 수정 후, 초기 분화단계에서는 에너지원으로 피루빈산(Pyruvate)을 사용하나, 포배(blastocyst)단계에서는 에너지원으로 포도당(Glucose)을 소비하면서 젖산(Lactate)을 생산하는데, 도 7을 참조하여 포도당의 소비과정을 살펴보면, 포도당 한 분자가 효소에 의해 여러 단계를 거쳐 두 분자의 피루브산(Pyruvate)이 생성되고, 두 분자의 NAD+ 가 두 분자의 NADH로 환원되면서 ATP 두 분자가 생성된다.

여기서 상기 피브루산(Pyruvate)은 이후 산소가 없는 조건에서는 젖산 발효로 진행되고, 산소가 있는 경우 시트르산 화되어, 산화적 인산화 과정을 거쳐 CO₂로 변환된다.

그러므로 포배(Blastocyst)단계 수정란의 경우, 암세포처럼 산소가 충분히 존재하더라고 포도당(Glucose)을 섭취하고 젖산(Lactate)을 배출한다.

이를 바탕으로 포도당(6탄소) 한 분자는 젖산염(3탄소) 2분자로 분해되므로, 아래의 [수학식 1]이 도출할 수 있다.

여기서, Ga는 수정란의 메타볼리즘, Lp는 젖산 증가량, Gc는 포도당 감소량이다.

따라서 본 발명은 상기한 [수학식 1]에 의한 2/1=2를 기준하여 수정란의 메타볼리즘인 당분해활성도(Glycolytic activity)를 구할 수 있다.

이를 바탕으로 당분해활성도(Glycolytic activity) 2를 100으로 보고, 도 8에 도시한 바와 같이 쥐 실험에서 당분해활성도(Glycolytic activity) 가 88% 이하에서 태아발달(Fetal development)이 80%, G당분해활성도(Glycolytic activity) 160% 이상에서는 8% 이하의 태아발달(Fetal development)을 나타냄을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치는 체외수정시술을 위해 선택된 수정란을 포배단계로 수정한 후, 포배단계의 수정란을 1시간 동안 배양하고, 배양 1시간 동안 수정란에 의해 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 측정하고, 측정된 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 상기한 [수학식 1]에 대입하여 수정란의 메타폴리즘(신진대사)를 측정한다.

여기서 , 측정된 값을 기준으로 수정란 이식여부를 객관적으로 판단할 수 있는 기준을 제시할 수 있는데, [수학식 1]에 따른 메타볼리즘 측정값(Glycolytic activity) = 젖산 증가량(Lactate Production)/포도당 감소량(Glucose Consumption)을 1.8(기준값 2의 88%)을 기준으로 하여 1.8 보다 작은 값이면, 수정란을 정상 수준으로 이식 가능으로 판단하고 3.6(기준값의 160%) 이상이면 이식 불가 판정을 한다.

메타볼리즘 측정값(Glycolytic activity)이 1.8 과 3.6 사이이면 수정란은 과도단계로 정의하고 부득이한 경우가 아니면 사용하지 않는 것으로 하고, 만약 부득이 사용해야 한다면 보다 적은 값을 우선으로 사용하는 것이 바람직하다.

참고로 근거 기준은 포도당(Glucose)이 에너지원이면서 빠르게 분화하는 배아의 내부 형성에 탄소가 사용될 것으로 판단하여, 메타볼리즘 측정값(Glycolytic activity) 88%이면 나머지 12%는 배아 형성 물질로 사용된 것으로 판단하며, 만약 160%라면 이는 자기 몸에 축적되어 있는 에너지를 사용하여 과도한 Lactate를 배출하는 것으로 정상적 분화가 되질 않아 생존이 힘들다고 판단한다.

이하에서는 본 발명에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치를 이용하여 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 방법에 관하여 도 9를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

먼저 수용홀(111)이 형성된 배양판(100)을 준비하고, 상기 배양판(100)의 양단을 당겨서 상기 배양판(100)을 신장시킨다.(S110)

이때 상기 배양판(100)의 양단에는 상기 인장수단(200)이 결합되고, 상기 배양판(100)은 상기 인장수단(200)의 당김에 의하여 양방향으로 신장한다. 이때 상기 배양판(100)은 상기 타원홈의 장축에 수직방향으로 인장된다.

여기서 상기 인장수단(200)으로서 몸체(210)와 에어흡입수단(220)을 이용하는 경우, 상기 에어흡입수단(220)으로 상기 몸체(210)의 공압챔버(211) 내부 공기를 흡입하여, 상기 공압챔버(211) 내를 진공 상태로 만들고 그 진공압에 의하여 상기 배양판(100)이 당겨지도록 한다.

한편, 상기 인장수단(200)으로 한 쌍의 클램프(230a,230b) 및 마이크로 구동부(240)를 이용하는 경우, 상기 배양판(100)의 양단을 한 쌍의 클램프(230a,230b)를 이용하여 클램핑(Clamping)하고 상기 마이크로 구동부(240)를 조작하여 상기 한 쌍의 클램프(230a,230b)의 사이를 넓힌다. 여기서 상기 배양판(100)의 수용홀(111)의 단면 형상은 도 4a와 같이 원형을 이룬다.

이후 다음단계로, 상기 원형홈 형상의 수용홀(111)에 상기 수정란(S)을 수용시키면서 배양액을 주입한다.(S120)

다음단계로, 상기 수용홀(111)에 수정란(S)을 수용한 후, 상기 인장수단(200)의 작동을 중단하여 상기 배양판(100)의 양단에 가해지는 인장력을 해제함으로써 상기 배양판(100)을 원 형상으로 복원한다.(S130)

이때 상기 인장수단(200)으로서 상기 몸체(210)와 에어흡입수단(220)을 채택한 경우, 상기 에어흡입수단(220)을 이용하여 상기 공압챔버(211) 내부에 에어를 주입하여 진공의 공압챔버(211) 내부를 기압 상태로 전환한다.

그리고 상기 공압챔버(211)의 진공압이 해제되면서 상기 배양판(100)에 가해지던 인장력 또한 해제된다. 한편, 상기 인장수단(200)으로서 상기 한 쌍의 클램프(230a,230b)를 이용하는 경우, 이격된 사이를 상기 배양판(100)의 원래 크기에 맞도록 좁혀 인장력을 해제한다. 이때 상기 수용홀(111)은 타원홀로 복원되며, 상기 수용홀(111)에 수용된 수정란(S)가 상기 타원홀의 단축 방향으로 가압된다.

다음단계로, 상기 배양판의 당김 및 해제를 복수 회 반복하여 상기 수정란(S)를 물리적 자극 하에 1시간 동안 배양시킨다.(S140)

이때 상기 인장수단(200)을 복수 회 반복하여 상기 수용홀(111)에 수용된 수정란(S)이 생체와 같은 자극을 받도록 한다.

다음단계로, 배양 1시간 경과 후, 측정수단으로 수용홀에 주입된 배양액의 포도당 양 및 젖산 양을 측정한다.(S150)

이때 배양액 주입 전, 포도당 양 및 젖산 양을 기준으로 하여, 배양 1시간 후의 감소한 포도당 양 및 증가한 젖산 양을 검출하고, 검출된 감소한 포도당 양 및 증가한 젖산 양을 바탕으로 아래의 [수학식 1]에 의해 수정란의 메타볼리즘이 산출된다.

[수학식 1]

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정방법은 체외수정시술을 위해 선택된 수정란을 포배단계로 수정한 후, 포배단계의 수정란을 1시간 동안 배양하고, 배양 1시간 동안 수정란에 의해 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 측정하며, 측정된 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 상기한 [수학식 1]에 대입하여 수정란의 메타폴리즘(신진대사)를 측정한다.

다음단계로, 측정이 완료된 수정란(S)를 상기 수용홀(111)로부터 이탈시킨다. (S160)

이때 상기 수정란(S) 상기 수용홀(111)에 수용시킬 때와 마찬가지로, 상기 인장수단(200)을 이용하여 (a)단계를 수행한 상태에서 상기 수정란(S)를 이탈시키는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 수정란의 메타볼리즘 측정장치는 상기 수정란가 체내에서 받는 물리적 자극을 구현하여 상기 수정란이 체내와 가장 유사한 환경에서 배양될 수 있도록 함으로써, 배양의 효율을 높이고 모니터 값의 정확도를 높일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 배양판
110: 수정란수용부
111: 수용홀
120: 제1당김부
130: 제2당김부
200: 인장수단
210: 몸체
211: 배양챔버
212: 공압챔버
220: 에어흡입수단
230: 클램프
240: 마이크로 구동부
300: 측정수단
301: 유도관

Claims

수정란을 수용하는 수용홀을 형성하고, 상기 수용홀이 수축 또는 신장되도록 신축 가능한 재질로 이루어진 배양판;
상기 배양판의 양단에 결합되어, 상기 배양판을 선택적으로 인장시켜, 상기 수용홀의 수축 또는 신장으로 상기 수용홀에 수용된 수정란에 압력을 가하는 인장수단; 및
상기 수정란이 수용된 수용홀과 유도관으로 연결되고, 상기 유도관을 통해 선택적으로 채취된 배양액에서 포도당(Glucose) 양 및 젖산(Lactate) 양을 측정하고, 이를 기초하여 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 측정수단;을 포함하면서,
상기 수용홀은 수정란이 수용되는 수용실을 장축 및 단축을 갖는 타원형의 평면 형상을 가지는 타원홈으로 형성하며, 상기 수용실의 내측면을 따라 내피 또는 상피세포로 이루어진 세포막을 형성하고, 상기 수용홀은 상기 수용실의 바닥과 하부를 연통시킨 관통홀을 형성하며, 상기 수용실 저면에 배치되면서 상기 관통홀과 연통되어, 상기 수용실 저면의 하부에 해당 배양액이 유동하는 통로를 제공하는 채널;을 더 포함하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 배양판은
배양챔버의 수용공간에 배치되고, 상기 수용홀을 형성한 수정란수용부와,
상기 수정란수용부의 양측으로 연장되어 상기 인장수단에 의하여 양방향으로 인장력을 받는 제1 및 제2당김부를 포함하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 타원홈의 장축은,
상기 배양판의 신장방향과 수직인 방향인 것을 특징으로 하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
삭제
청구항 1, 청구항 2 및 청구항 5 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 인장수단은
내부에 상기 배양판이 수평으로 배치되고, 양측 내부에 배양판의 양단을 수용하는 한 쌍의 공압챔버가 형성되는 몸체와,
상기 공압챔버로 에어를 주입 또는 흡입하여 상기 공압챔버를 선택적으로 진공상태로 만드는 에어흡입수단을 포함하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
청구항 7에 있어서,
상기 공압챔버는 상기 배양판에 의하여 분할되며, 상기 에어흡입수단은 분할된 공간 중 하나의 공간인 에어수용공간에 연결되어 상기 에어수용공간의 공기를 흡입 또는 주입하는 것을 특징으로 하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
청구항 1, 청구항 2 및 청구항 5 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 인장수단은
상기 배양판의 양측에 배치되어 상기 배양판의 양단을 파지하는 한 쌍의 클램프 및 상기 클램프를 이동시키는 마이크로구동부를 포함하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
청구항 1에 있어서
상기 측정수단은
측정된 배양 1시간 동안의 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 이용하여 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
청구항 10에 있어서,
상기 측정수단은
측정된 배양 1시간 동안 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 이용하여 다음의 [수학식1]에 의해, 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 것을 특징으로 하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치.
[수학식 1]

{여기서, Ga는 수정란의 메타볼리즘, Lp는 젖산 증가량, Gc는 포도당 감소량}
수정란을 수용하는 수용홀을 형성하고, 상기 수용홀이 수축 또는 신장되도록 신축 가능한 재질로 이루어진 배양판과, 상기 배양판의 양단에 결합되어, 상기 배양판을 선택적으로 인장시켜, 상기 수용홀의 수축 또는 신장으로 상기 수용홀에 수용된 수정란에 압력을 가하는 인장수단, 및 상기 수정란이 수용된 수용홀과 유도관으로 연결되고, 상기 유도관을 통해 선택적으로 채취된 배양액에서 포도당(Glucose) 양 및 산(Lactate) 양을 측정하고, 이를 기초하여 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 측정수단을 포함하면서, 상기 수용홀은 수정란이 수용되는 수용실을 장축 및 단축을 갖는 타원형의 평면 형상을 가지는 타원홈으로 형성하고, 상기 수용실의 내측면을 따라 내피 또는 상피세포로 이루어진 세포막을 형성하며, 상기 수용홀은 상기 수용실의 바닥과 하부를 연통시킨 관통홀을 형성하고, 상기 수용실 저면에 배치되면서 상기 관통홀과 연통되어, 상기 수용실 저면의 하부에 해당 배양액이 유동하는 통로를 제공하는 채널을 더 포함하여, 수정란의 배양 조건을 생체와 유사하게 제공하는 수정란의 메타볼리즘 측정장치를 이용한 수정란의 메타볼리즘 측정방법에 있어서,
(a) 수정란이 수용되는 수용실을 장축 및 단축을 갖는 타원형의 평면 형상을 가지는 타원홈으로 형성된 복수 개의 수용홀이 형성된 배양판의 양단을 당겨서 상기 수용홀의 단축이 신장되도록 상기 배양판을 신장시키는 단계;
(b) 상기 단축이 신장된 배양판의 수용홀에 수정란을 수용시키면서 배양액을 주입하는 단계;
(c) 상기 배양판 양단의 당기는 힘을 해제하여 상기 배양판의 수용홀 단축을 복원시키는 단계;
(d) 상기 배양판의 당김 및 해제를 복수 회 반복하면서 수정란을 1시간동안 배양하는 단계;
(e) 배양 1시간 경과 후, 측정수단으로 타원형의 수용홀에 주입된 배양액의 포도당 양 및 젖산 양을 측정하는 단계;
(f) 상기 수정란을 타원형의 수용홀에서 이탈시키는 단계를 포함하는 수정란의 메타볼리즘 측정방법.
청구항 12에 있어서,
(e) 단계인 배양액의 포도당 양 및 젖산 양을 측정하는 단계 후,
상기 측정수단에 의해 측정된 배양 1시간 동안 배양액에서 소모된 포도당 양 및 증가된 젖산 양을 이용하여 다음의 [수학식1]에 의해, 수정란의 메타볼리즘을 측정하는 단계;를 포함하는 수정란의 메타볼리즘 측정방법.
[수학식 1]

{여기서, Ga는 수정란의 메타볼리즘, Lp는 젖산 증가량, Gc는 포도당 감소량}
청구항 12에 있어서,
상기 수용홀에 수용시키는 수정란은 수정란의 배양과정 중 포배(blastocyst) 단계의 수정란을 이용하는 것을 특징으로 하는 수정란의 메타볼리즘 측정방법.