KR101959208B1 - Droplet based biochip, a method for producing a tumor, and a method for deciding a metastasis tumor - Google Patents
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Abstract
액적기반 바이오칩, 이를 이용한 종양 생산방법, 및 이를 통해 생산된 종양의 전이성 판단방법에서, 상기 액적기반 바이오칩은 몸체부, 제1 유입부, 제1 유로부, 제2 유입부, 제2 유로부, 제3 유로부 및 유출부를 포함한다. 상기 제1 유입부는 상기 몸체부의 내측으로 유상물질(oil phase)이 유입된다. 상기 제1 유로부는 상기 유상물질이 유동된다. 상기 제2 유입부는 상기 제1 유입부와 이격되며, 상기 몸체부의 내측으로 수상물질이 유입된다. 상기 제2 유로부는 상기 수상물질(aqueous phase)이 유동된다. 상기 제3 유로부는 세포 액적이 유동된다. 상기 유출부는 상기 제3 유로부의 끝단에 형성되며, 상기 몸체부의 외측으로 상기 세포 액적이 유출된다. A droplet-based biochip, a method of producing a tumor using the same, and a method of determining a metastasis of a tumor produced by the method, the droplet-based biochip includes a body portion, a first inlet portion, a first flow portion, a second inlet portion, A third flow path portion and an outflow portion. An oil phase flows into the first inlet portion toward the inside of the body portion. The oil channel flows through the first flow path portion. The second inflow portion is spaced apart from the first inflow portion, and the water phase material flows into the inside of the body portion. And the aqueous phase flows in the second flow path portion. And the third flow path portion flows through the cell droplet. The outlet portion is formed at an end of the third flow path portion, and the cell droplet flows out of the body portion.
Description
본 발명은 액적기반 바이오칩, 이를 이용한 종양 생산방법, 및 이를 통해 생산된 종양의 전이성 판단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 종양의 대량 생산을 위한 액적기반의 바이오칩, 상기 바이오칩을 이용하여 3차원 종양을 생산하는 종양 생산방법, 및 상기 종양 생산방법을 통해 생산된 종양의 전이성 여부를 판단하는 종양의 전이성 판단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a droplet-based biochip, a method of producing a tumor using the same, and a method of determining the metastasis of the tumor. More particularly, the present invention relates to a droplet-based biochip for mass production of a 3-dimensional tumor, The present invention relates to a method for producing a tumor and a method for determining the metastasis of a tumor to determine the metastasis of the tumor produced through the tumor production method.
신약 대상 물질에 대한 약물 효용성을 판별하기 위하여 세포 모델을 이용하는 것이 일반적이며, 특히 3차원 형태의 세포의 경우 신약 대상 물질의 전달을 방해하는 요소로 작용하여 체내의 종양과 유사한 약물의 효용성을 검증할 수 있는 장점을 가진다. It is common to use a cell model to determine the drug efficacy of a new drug substance. In particular, in the case of a 3-dimensional cell, the drug acts as a factor that interferes with the delivery of the drug substance, .
그러나, 일반적인 세포는 2차원의 형태로 자라나는 특성을 가지고, 이렇게 자라난 2차원 형태의 세포는 상기 3차원 형태의 세포와는 물리적, 생물학적 특징이 달라, 신약 대상 물질에 대한 약물 효용성을 효과적으로 검증하기 어려운 문제가 있다. However, a general cell has a characteristic of growing in a two-dimensional form, and the cells of the two-dimensional form thus grown have physical and biological characteristics different from those of the three-dimensional form, There is a difficult problem.
이에 따라, 3차원 형태의 세포를 배양하는 기술이 개발되고 있으며, 현재까지 많이 사용되는 방법으로는 현적배양법(hanging drop), 마이크로 몰딩법(micromolding) 등이 있다. 한편, 이러한 현적배양용 제품으로 SpheroFilm(iN CYTO社), Perfecta3D(3D Biomatrix社) 등이 시판되고 있으나, 361well(SpheroFilm), 96 또는 384well(Perfecta3D) 등의 한정된 개수를 수작업을 통하여 생산하는 방식이므로 3차원 종양 모델을 생산하기에는 한계가 있다. Accordingly, techniques for culturing three-dimensional cells have been developed, and many methods such as hanging drop, micromolding, etc. have been used so far. On the other hand, SpheroFilm (iN CYTO) and Perfecta3D (3D Biomatrix) are commercially available as the current culture products, but the limited number of 361 wells (SpheroFilm), 96 or 384 wells (Perfecta3D) There is a limit to producing 3D tumor models.
따라서, 이러한 3차원 종양 모델 생산에 있어서의 낮은 생산성 문제를 해결하여 보다 효과적으로 3차원 종양 모델을 생산하기 위한 기술이 필요한 상황이다. Therefore, there is a need for a technique for producing a three-dimensional tumor model more effectively by solving the problem of low productivity in the production of such a three-dimensional tumor model.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 액적을 이용하여 3차원 종양 모델을 형성할 수 있고, 액적 내의 세포의 개수를 제어할 수 있으며, 3차원 종양 모델을 높은 생산성으로 다량으로 생산할 수 있는 액적기반 바이오칩에 관한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a three-dimensional tumor model using droplets, The present invention relates to a droplet-based biochip capable of mass production with high productivity.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 액적기반 바이오칩을 이용한 종양 생산방법에 관한 것이다. Another object of the present invention is to provide a tumor production method using the droplet-based biochip.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 종양 생산방법을 통해 생산된 종양의 전이성 판단방법에 관한 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for determining the metastasis of a tumor produced by the tumor production method.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액적기반 바이오칩은 몸체부, 제1 유입부, 제1 유로부, 제2 유입부, 제2 유로부, 제3 유로부 및 유출부를 포함한다. 상기 제1 유입부는 상기 몸체부의 내측으로 유상물질(oil phase)이 유입된다. 상기 제1 유로부는 상기 유상물질이 유동된다. 상기 제2 유입부는 상기 제1 유입부와 이격되며, 상기 몸체부의 내측으로 수상물질이 유입된다. 상기 제2 유로부는 상기 수상물질(aqueous phase)이 유동된다. 상기 제3 유로부는 세포 액적이 유동된다. 상기 유출부는 상기 제3 유로부의 끝단에 형성되며, 상기 몸체부의 외측으로 상기 세포 액적이 유출된다. The droplet-based biochip according to one embodiment of the present invention includes a body portion, a first inlet portion, a first flow portion, a second inlet portion, a second flow portion, a third flow portion, and an outlet portion do. An oil phase flows into the first inlet portion toward the inside of the body portion. The oil channel flows through the first flow path portion. The second inflow portion is spaced apart from the first inflow portion, and the water phase material flows into the inside of the body portion. And the aqueous phase flows in the second flow path portion. And the third flow path portion flows through the cell droplet. The outlet portion is formed at an end of the third flow path portion, and the cell droplet flows out of the body portion.
일 실시예에서, 상기 제1 유로부로부터 분기되어, 상기 유상물질이 서로 분리되어 유동되는 제1 및 제2 분기 유로부들을 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the apparatus may further include first and second branch flow path portions branched from the first flow path portion, and the oil phase material flows separately from each other.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들의 끝단들은 상기 제2 유로부의 끝단과 연결되어, 상기 수상물질과 상기 유상물질이 서로 혼합되어 상기 세포 액적이 형성될 수 있다. In one embodiment, the ends of the first and second branch channel portions are connected to the ends of the second channel portion, and the liquid material and the oil phase material are mixed with each other to form the cell liquid droplet.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들의 끝단에서 상기 유상물질을 서로 반대방향으로 유동될 수 있다. In one embodiment, the oil phase material may flow in opposite directions from the ends of the first and second branch flow paths.
일 실시예에서, 상기 수상물질은 세포를 포함할 수 있다. In one embodiment, the water-based material may comprise cells.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 종양 생산방법에서 유상물질을 제작한다. 수상물질을 제작한다. 내부에 복수의 유로부들이 형성된 바이오칩을 전처리한다. 상기 유상물질 및 상기 수상물질을 상기 바이오칩으로 각각 주입하여 세포 액적을 생성한다. 상기 생성된 세포 액적을 배양하여 종양 모델을 완성한다. In order to realize the object of the present invention described above, an oily material is produced in a tumor production method according to an embodiment. Thereby preparing a water-based material. And preprocesses the biochip in which a plurality of flow paths are formed. The oily material and the water-based material are respectively injected into the bio-chip to produce a cell droplet. The resulting cell droplet is cultured to complete a tumor model.
일 실시예에서, 상기 수상물질을 제작하는 단계에서, 암 세포주를 세포 배양액 상에 단일 세포 단위로 혼합하여 제작할 수 있다. In one embodiment, in the step of preparing the water-based material, the cancer cell line can be prepared by mixing the cell culture liquid on a single cell basis.
일 실시예에서, 상기 바이오칩을 전처리하는 단계는, 상기 바이오칩의 유로부들의 내벽을 소수성 처리하는 단계, 및 상기 바이오칩의 유로부들의 내벽을 BSA(bovine serum albumin) 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step of pretreating the biochip may include a step of subjecting the inner walls of the channels of the biochip to hydrophobic treatment, and a step of treating the inner wall of the channels of the biochip with bovine serum albumin (BSA).
일 실시예에서, 상기 세포 액적을 생성하는 단계에서, 상기 유로부들 중 제1 유로부를 통해 유동된 유상물질과, 상기 유로부들 중 제2 유로부를 통해 유동된 수상물질이 서로 혼합되어 세포 액적이 생성될 수 있다. In one embodiment, in the step of generating the cell droplet, the oily material flowing through the first flow path portion of the flow path portions and the water phase material flowing through the second flow path portion of the flow path portions are mixed with each other, .
일 실시예에서, 상기 세포 액적을 생성하는 단계에서, 상기 세포 액적의 크기 및 생산성을 고려하여, 상기 유상물질 및 상기 수상물질 각각의 유속, 또는 상기 유상물질 및 상기 수상물질의 유속비를 제어할 수 있다. In one embodiment, in the step of generating the cell droplet, the flow velocity of each of the oily material and the water-based material, or the flow velocity ratio of the oily material and the water-based material is controlled in consideration of the size and productivity of the cell droplet .
일 실시예에서, 상기 유상물질 및 상기 수상물질 각각의 유속은 120μl/min 및 80μl/min일 수 있다. In one embodiment, the flow rates of each of the oily material and the water-based material may be 120 [mu] l / min and 80 [mu] l / min.
일 실시예에서, 상기 종양 모델을 완성하는 단계에서, 상기 세포 액적을 37.5℃, 5% CO2 농도 환경에서 24시간 배양할 수 있다. In one embodiment, the step of completing the tumor model, the cells can be droplets 37.5 ℃, 24 hours at 5% CO 2 concentration of the culture environment.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 종양의 전이성 판단방법에서 유상물질을 제작한다. 수상물질을 제작한다. 내부에 복수의 유로부들이 형성된 바이오칩을 전처리한다. 상기 유상물질 및 상기 수상물질을 상기 바이오칩으로 각각 주입하여 세포 액적을 생성한다. 상기 생성된 세포 액적을 배양하여 종양 모델을 완성한다. 상기 완성된 종양 모델이 단일 종양인지 단일 세포인지 판단한다. In the method for determining the metastasis of a tumor according to an embodiment for realizing the object of the present invention described above, an oil substance is prepared. Thereby preparing a water-based material. And preprocesses the biochip in which a plurality of flow paths are formed. The oily material and the water-based material are respectively injected into the bio-chip to produce a cell droplet. The resulting cell droplet is cultured to complete a tumor model. To determine whether the completed tumor model is a single tumor or a single cell.
일 실시예에서, 상기 종양 모델이 단일 종양이면 비전이성 종양인 것으로 판단하고, 상기 종양 모델이 단일 세포이면 전이성 종양인 것으로 판단할 수 있다. In one embodiment, if the tumor model is a single tumor, it is determined to be a non-metastatic tumor, and if the tumor model is a single cell, it can be determined to be a metastatic tumor.
본 발명의 실시예들에 의하면, 바이오칩이 유상물질과 수상물질이 별도의 유로를 통해 유동되고 서로 혼합되어 액적을 형성할 수 있도록 설계됨으로써, 세포가 내부에 포함된 액적을 효과적으로 형성할 수 있으며, 이를 통해 3차원 종양 모델을 용이하게 완성할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, the biochip is designed so that the oily material and the water-based material flow through separate channels and can be mixed with each other to form droplets, thereby effectively forming droplets containing cells therein, This makes it easy to complete a 3D tumor model.
특히, 상기와 같은 3차원 종양 모델을 위한 세포 액적의 형성시, 유상물질 및 수상물질의 유속이나 유속비를 제어함으로써, 세포 액적의 크기 및 생산성 등을 제어할 수 있어, 다양한 형태의 3차원 종양 모델을 완성할 수 있다. Particularly, it is possible to control the size and productivity of the cell droplet by controlling the flow rate or the flow rate of the oily material and the water-based material during the formation of the cell droplet for the three-dimensional tumor model, You can complete the model.
또한, 연속적으로 유동되는 수상물질과 유상물질의 혼합을 통해 세포 액적을 연속적으로 생산할 수 있으며, 나아가 24시간 동안의 배양만을 통해 3차원 종양 모델을 생산할 있으므로, 상대적으로 다량의 3차원 종양 생산이 가능하다. In addition, since the cell droplet can be continuously produced through mixing of the continuous water-based material and the oily material, and a three-dimensional tumor model can be produced only through culturing for 24 hours, a relatively large amount of three-dimensional tumor can be produced Do.
또한, 종래 단백질이나 유전자 검사방법 등을 사용하지 않으면서도 종양 모델의 세포 단위 여부를 바탕으로 비전이성 또는 전이성 종양인지의 여부를 판단할 수 있어, 상대적으로 용이하게 종양의 전이성을 판단할 수 있다. In addition, it is possible to judge whether metastasis is metastatic or non-metastatic based on the cell unit status of the tumor model without using the conventional protein or gene test method, and thus it is possible to judge the metastasis of the tumor relatively easily.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액적기반 바이오칩을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 'A'영역을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3은 도 1의 액적기반 바이오칩을 이용한 종양 생산방법, 및 상기 종양 생산방법을 통해 생산된 종양의 전이성 판단방법을 도시한 흐름도이다.
도 4a는 도 3의 종양 생산방법을 통해 생성된 세포액적을 촬영한 이미지이며, 도 4b는 도 4a의 'B'영역을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 5는 도 3의 종양 생산방법을 통해 배양된 종양모델을 촬영한 이미지이다.
도 6a 및 도 6b는 비전이성 종양을 촬영한 이미지 및 이에 대한 확대도이다.
도 7a 및 도 7b는 전이성 종양을 촬영한 이미지 및 이에 대한 확대도이다. 1 is a perspective view illustrating a droplet-based biochip according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the 'A' region of FIG. 1.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a tumor production method using the droplet-based biochip of FIG. 1 and a method of determining the metastasis of a tumor produced by the tumor production method.
FIG. 4A is an image of the cytolysy produced through the tumor production method of FIG. 3, and FIG. 4B is an enlarged view of the 'B' region of FIG. 4A.
FIG. 5 is an image of a tumor model cultured through the tumor production method of FIG. 3; FIG.
6A and 6B are images showing non-metastatic tumors and enlarged views thereof.
7A and 7B are images showing metastatic tumors and enlarged views thereof.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, the term "comprises" or "comprising ", etc. is intended to specify that there is a stated feature, figure, step, operation, component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액적기반 바이오칩을 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 'A'영역을 확대하여 도시한 확대도이다. 1 is a perspective view illustrating a droplet-based biochip according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the 'A' region of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 액적기반 바이오칩(10)은 몸체부(100), 제1 유입부(110), 제1 유로부(111), 제1 분기 유로부(112), 제2 분기 유로부(113), 제2 유입부(120), 제2 유로부(121), 제3 유로부(131) 및 유출부(130)를 포함한다. 1 and 2, the droplet-based
상기 몸체부(100)는 상기 바이오칩(10)의 몸체를 형성하며 투명한 재질을 포함하고, 전체적으로는 얇은 두께의 사각 칩(chip) 형상을 가진다. The
상기 제1 유입부(110)는 상기 몸체부(100)의 일 끝단에 형성되며, 상기 몸체부(100)의 내부로 연결되는 개구부로 형성된다. 그리하여, 상기 제1 유입부(110)를 통해서는 유상물질(oil phase)(200)이 인입된다. The
상기 제1 유로부(111)는 상기 제1 유입부(110)로부터 시작되어 도 1에 도시된 바와 같이 지그재그형 유로를 형성한 후, 상기 제1 분기 유로부(112) 및 상기 제2 분기 유로부(113)로 분기된다. The first
이렇게 분기된 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)은 상기 제2 유입부(120) 및 상기 제2 유로부(121)의 양 측 외곽을 따라 서로 분기되어 연장된 후, 끝단은 상기 제2 유로부(121) 및 상기 제3 유로부(131)와 연결된다. The first and second branching
상기 제2 유입부(120)는 상기 제1 유입부(110)와 소정 거리 이격되어 형성되며, 상기 제1 유입부(110)와 마찬가지로 상기 몸체부(100)의 내부로 연결되는 개구부로 형성된다. 그리하여, 상기 제2 유입부(120)를 통해서는 수상물질(aqueous phase)(300)이 인입된다. The
이 경우, 상기 수상물질(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 세포(301)를 포함하며, 이 경우, 세포는 암 세포일 수 있다. In this case, the water-based
상기 제2 유로부(121)는 일 끝단은 상기 제2 유입부(120)에 연결되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)의 내측에서 지그재그의 형태로 연장된 후, 다른 끝단은 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113) 및 상기 제3 유로부(131)와 연결된다. 1, one end of the second
상기 제3 유로부(131)는 일 끝단은 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113) 및 상기 제2 유로부(121)와 연결되며, 다른 끝단은 상기 유출부(130)에 연결된다. One end of the third
상기 유출부(130)는 상기 제3 유로부(131)와 연결되어, 세포 액적이 유출되며, 상기 몸체부(100)의 내부로부터 외부로 개구된 개구부로 형성된다. The
이상과 같은 상기 액적기반 바이오칩(10)의 구조를 통해, 세포(301)가 포함된 상기 수상물질(300)과 상기 유상물질(200)은 세포 액적(400)으로 형성된다. Through the structure of the droplet-based
즉, 상기 제1 유입부(110)를 통해 유입된 상기 유상물질(200)은 상기 제1 유로부(111)를 통해 유동된 후, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)을 통해 서로 분기되어 유동된다. That is, the
한편, 상기 제2 유입부(120)를 통해 유입된 상기 세포(301)를 포함한 수상물질(300)은 상기 제2 유로부(121)를 통해 유동된다. Meanwhile, the water-based
이 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)을 통해 유동된 상기 유상물질(200)은 상기 제2 유로부(121)를 통해 유동된 상기 세포(301)를 포함한 수상물질(300)과 혼합되며, 세포 액적(400)으로 형성되고, 상기 세포 액적(400)은 상기 제3 유로부(131)를 통해 유동된다. 2, the
이 경우, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)은 서로 마주하도록 연결되며, 상기 제2 유로부(121)는 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)에 수직인 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제3 유로부(131)는 상기 제2 유로부(121)와 동일한 방향으로 연결된다. In this case, the first and second
그리하여, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)과 상기 제2 및 제3 유로부들(121, 131)은 서로 수직인 방향으로 교차하며 십자가 형상을 형성하며 연결된다. Thus, the first and second branch
이에 따라 상기 유상물질(200)은 서로 마주하는 방향으로 유동된 후 수직방향으로 제공되는 상기 세포(301)가 포함된 수상물질(300)과 혼합되어, 상기 세포 액적(400)으로 형성된다. Accordingly, the
이 경우, 상기 유상물질(200)과 상기 수상물질(300)은 서로 수직으로 혼합되므로 세포 액적으로의 혼합이 보다 용이하며, 세포가 포함된 수상물질(300)의 유동방향에 따라 상기 유상물질(200)의 유동이 유도되며 이에 따라 상기 세포 액적(400)은 상기 수상물질(300)의 유동방향인 상기 제2 유로부(121)의 연장방향과 동일한 방향으로 연장된 제3 유로부(131)로의 자연스럽게 유동될 수 있다. In this case, since the
나아가, 후술하겠으나, 상기 유상물질(200) 및 상기 수상물질(300) 각각의 유속, 및 상기 유상물질(200) 및 상기 수상물질(300)의 유속비를 제어함으로써, 상기 형성되는 세포 액적(400)의 크기 또는 세포 액적(400) 내의 세포수 또는 세포 액적(400)의 생산성 등을 제어할 수 있다. By controlling the flow rates of the
도 3은 도 1의 액적기반 바이오칩을 이용한 종양 생산방법, 및 상기 종양 생산방법을 통해 생산된 종양의 전이성 판단방법을 도시한 흐름도이다. 도 4a는 도 3의 종양 생산방법을 통해 생성된 세포액적을 촬영한 이미지이며, 도 4b는 도 4a의 'B'영역을 확대하여 도시한 확대도이다. 도 5는 도 3의 종양 생산방법을 통해 배양된 종양모델을 촬영한 이미지이다. FIG. 3 is a flowchart illustrating a tumor production method using the droplet-based biochip of FIG. 1 and a method of determining the metastasis of a tumor produced by the tumor production method. FIG. 4A is an image of the cytolysy produced through the tumor production method of FIG. 3, and FIG. 4B is an enlarged view of the 'B' region of FIG. 4A. FIG. 5 is an image of a tumor model cultured through the tumor production method of FIG. 3; FIG.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 종양 생산방법에서는 우선, 유상물질(200)을 제작한다(단계 S10). Referring to FIG. 3, in the method for producing tumor according to the present embodiment, an
상기 유상물질(200)은, 예를 들어, 3M 社의 Novec 7500 Engineered fluid 상에 5%의 농도로 Dolomite-microfludicis 社의 Pico Surf 2를 혼합하여 제작할 수 있다. The
이 후, 상기 종양 생산방법에서, 수상물질(300)을 제작한다(단계 S20). Thereafter, in the tumor production method, the water-based
상기 수상물질(300)은 암 세포주를 세포 배양액 상에 단일 세포 단위로 혼합하여 제작하는 것으로, 예를 들어, 배양한 유방암 세포주(MCF-7)를 세포 배양액(Dullecco Modified Eagle Medium, Fatal Bonine Serum, L-Glutamine, Penicillin-Streptomycin) 상에 단일 세포 단위로 혼합하여 제작하며, 이 경우 초기 농도를 예를 들어, 107cells/ml로 제작할 수 있다. For example, the breast cancer cell line (MCF-7) is cultured in a cell culture medium (Dulleco Modified Eagle Medium, Fatal Bonine Serum, or the like) in a cell culture medium. L-Glutamine, Penicillin-Streptomycin). In this case, the initial concentration may be, for example, 10 7 cells / ml.
이 후, 상기 종양 생산방법에서, 상기 바이오칩(10)을 전처리한다(단계 S30). Thereafter, in the tumor production method, the
상기 바이오칩(10)의 구조 및 내부에 형성된 유로에 대하여는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같으며, 상기 바이오칩(10)이 몸체부(100)의 내부에 다수의 유로부들이 형성되므로, 상기 유로부들에 대한 전처리를 수행한다. 1 and 2, the
이러한 유로부들에 대한 전처리는, 특히 세포 액적(400)의 형성을 보다 용이하게 하기 위함이며, 상기 바이오칩(10)의 내부의 유로부들에 대하여 소수성 처리를 수행한다. The pretreatment of the flow path portions is performed to facilitate the formation of the
예를 들어, 상기 바이오칩(10)의 내부의 유로부들에 대하여 유리 발수 코팅제인 Pittsburgh Glass Works 社의 아쿠아펠(Aquapel)을 이용하여 소수성 처리를 수행하며, 상기 바이오칩(10) 내부의 유로부들의 재료인 PDMS 폴리머와 세포의 비정상적인 접착을 방지하기 위하여 BSA(Bovine Serum Albumin)을 처리할 수 있다. For example, the hydrophobic treatment is performed on the flow path portions of the
이 후, 상기 종양 생산방법에서, 상기 유상물질(200) 및 상기 수상물질(300)을 상기 바이오칩(10)으로 각각 주입하여 상기 세포 액적(400)을 생성한다(단계 S40). Thereafter, in the tumor production method, the
상기 유상물질(200)은 상기 제1 유입부(110)를 통해 주입되어 상기 제1 유로부(111)를 통과한 후, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)을 통해 유동되며, 상기 수상물질(300)은 세포(301)를 포함하여 상기 제2 유입부(120)를 통해 주입되어 상기 제2 유로부(121)를 통해 유동된다. The
그리하여, 상기 제1 및 제2 분기 유로부들(112, 113)의 끝단 및 상기 제2 유로부(121)의 끝단에서 상기 유상물질(200) 및 상기 세포(301)가 포함된 수상물질(300)이 서로 혼합되며 상기 세포 액적(400)으로 형성되고, 상기 세포 액적(400)은 상기 제3 유로부(131)를 통해 유동된 후, 상기 제3 유출부(130)를 통해 외부로 유출된다. Thus, the water-based
이 경우, 상기 바이오칩(10)의 유로부들의 구조 및 유동 메커니즘에 대하여는 도 1 및 도 2를 참조하여 자세히 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다. In this case, the structure and the flow mechanism of the channel portions of the
한편, 상기 세포 액적(400)의 형성시에는 다양한 제어 조건을 통해 다양한 세포 액적을 형성할 수 있다. Meanwhile, when the
이 경우, 세포 액적(400)의 크기나, 세포 액적(400)에 포함된 세포(301)의 개수, 세포 액적(400)의 생산성 등을 고려하여, 상기 유상물질(200) 및 상기 수상물질(300) 각각의 유속, 또는 상기 유상물질(300) 및 상기 수상물질(300)의 유속비를 제어할 수 있다. In this case, in consideration of the size of the
예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바의 상기 세포 액적(400)의 경우, 상기 유상물질 및 상기 수상물질 각각의 유속을 120μl/min 및 80μl/min으로 주입하여 형성된 것으로, 이를 통해 상기 세포 액적의 수율이 초당 30Hz의 속도로 형성될 수 있고, 세포 액적의 평균 크기를 508μm로 형성할 수 있다. For example, in the case of the
이 경우, 도시된 상기 세포 액적 1개당 평균 250개 내외의 유방암 세포가 포함될 수 있다. In this case, an average of about 250 breast cancer cells per one cell droplet shown may be included.
이 후, 상기 종양 생산방법에서, 상기 생성된 세포 액적을 배양하여 종양 모델을 완성한다(단계 S50). Thereafter, in the tumor production method, the generated cell droplet is cultured to complete a tumor model (step S50).
이 경우, 세포의 배양액은 상기 세포 액적 내에 포함되어 있으며, 보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 생성된 세포 액적(400)을 예를 들어, 37.5℃, 5% CO2 농도 환경에서 24시간 배양한 결과, 평균 220μm 직경의 3차원 종양모델이 형성된다. 5, the generated
이렇게 형성된 3차원 종양모델은 원심분리를 통하여 세포 액적(400)의 외부로 배출시킴으로써 완성된다. The thus formed three-dimensional tumor model is completed by discharging it out of the
도 6a 및 도 6b는 비전이성 종양을 촬영한 이미지 및 이에 대한 확대도이다. 도 7a 및 도 7b는 전이성 종양을 촬영한 이미지 및 이에 대한 확대도이다. 6A and 6B are images showing non-metastatic tumors and enlarged views thereof. 7A and 7B are images showing metastatic tumors and enlarged views thereof.
한편, 본 실시예에 의한 종양의 전이성 판단방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 유상물질을 제작하는 단계(단계 S10)로부터 종양 모델을 완성하는 단계(단계 S50)까지는 상기 종양 생산방법과 동일하다. Meanwhile, as shown in FIG. 3, the method of determining tumor metastasis according to the present embodiment is the same as the tumor production method from the step of producing the oily substance (step S10) to the step of completing the tumor model (step S50) Do.
이 후, 상기 종양의 전이성 판단방법에서는, 상기 완성된 종양 모델이 단일 종양인지 단일 세포인지를 추가로 판단한다(단계 S60). Thereafter, in the method of determining the metastasis of the tumor, it is further determined whether the completed tumor model is a single tumor or a single cell (step S60).
암 세포의 경우, 3차원 형태의 단일 종양을 형성하는 특징을 가지나, 전이성 암 세포의 경우 하나의 단일 종양을 형성하지 않고 단일 세포 단위를 유지하려는 특성을 가진다. In the case of cancer cells, they have the characteristic of forming a three-dimensional single tumor, but in the case of metastatic cancer cells, they do not form a single tumor but maintain a single cell unit.
이러한 전이성 암 세포의 특징을 이용하여, 상기 종양의 전이성 판단방법에서는, 상기 완성된 3차원 종양 모델이 3차원 단일 종양이면 비전이성 종양인 것으로 판단하고 상기 완성된 3차원 종양 모델이 단일 세포이면 전이성 종양인 것으로 판단할 수 있다. Using the characteristics of these metastatic cancer cells, in the method of determining the metastasis of the tumor, it is determined that the completed 3D tumor model is a non-metastatic tumor if the 3D tumor is a single tumor and if the completed 3D tumor model is a single cell, It can be judged to be a tumor.
즉, 비전이성 종양의 경우, 수개 내지 수십 개의 매우 낮은 밀도에서도 서로 뭉쳐 하나의 단일 종양을 형성하며, 이 때 세포막의 경계가 사라지거나, 세포접합단백질(tight junction protein)의 생성, 세포의 기질(extra cellular matrix)의 생성 등의 특성이 발생한다. In other words, in the case of non-metastatic tumors, even at very low density of several to several dozen, they form one single tumor, and the boundary of the cell membrane disappears, the formation of tight junction proteins, generation of an extra cellular matrix.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 세포 액적(400) 내의 완성된 3차원 종양 모델의 형상적 특징을 고려할 때, 하나의 단일 종양을 형성하는 것으로 판단되므로, 상기 3차원 종양 모델을 비전이성 종양(411)으로 판단한다. Referring to FIGS. 6A and 6B, considering the geometrical characteristics of the completed 3D tumor model in the
이와 달리, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 세포 액적(400) 내의 완성된 3차원 종양 모델의 형상적 특징을 고려할 때, 하나의 단일 종양이 아닌 단일 세포의 형상을 가지므로, 상기 3차원 종양 모델을 전이성 종양(412)으로 판단한다. 7A and 7B, considering the shape characteristic of the completed 3D tumor model in the
다만, 상기 세포 액적(400)을 배양하여 종양 모델을 완성하는 경우, 상기 세포 액적(400) 내의 배양액의 제한된 영양 상태로 인해 비전이성 종양(411)의 경우 하나의 단일 종양을 형성하지만, 24시간 보다 긴 배양시간(예를 들어, 48~72 시간)의 경우 단일 종양은 다시 단일 세포로 분리가 되어 전이성을 나타낼 수 있으므로, 상기 배양시간을 24시간 정도로 최적화하여 배양을 수행하는 것이 전이성 종양의 여부를 판단하기 위해서는 필요하다. However, when the
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 바이오칩이 유상물질과 수상물질이 별도의 유로를 통해 유동되고 서로 혼합되어 액적을 형성할 수 있도록 설계됨으로써, 세포가 내부에 포함된 액적을 효과적으로 형성할 수 있으며, 이를 통해 3차원 종양 모델을 용이하게 완성할 수 있다. According to the embodiments of the present invention as described above, the biochip is designed so that the oily material and the water-based material flow through separate channels and are mixed with each other to form droplets, thereby effectively forming droplets containing the cells And thus, a three-dimensional tumor model can be easily completed.
특히, 상기와 같은 3차원 종양 모델을 위한 세포 액적의 형성시, 유상물질 및 수상물질의 유속이나 유속비를 제어함으로써, 세포 액적의 크기 및 생산성 등을 제어할 수 있어, 다양한 형태의 3차원 종양 모델을 완성할 수 있다. Particularly, it is possible to control the size and productivity of the cell droplet by controlling the flow rate or the flow rate of the oily material and the water-based material during the formation of the cell droplet for the three-dimensional tumor model, You can complete the model.
또한, 연속적으로 유동되는 수상물질과 유상물질의 혼합을 통해 세포 액적을 연속적으로 생산할 수 있으며, 나아가 24시간 동안의 배양만을 통해 3차원 종양 모델을 생산할 있으므로, 상대적으로 다량의 3차원 종양 생산이 가능하다. In addition, since the cell droplet can be continuously produced through mixing of the continuous water-based material and the oily material, and a three-dimensional tumor model can be produced only through culturing for 24 hours, a relatively large amount of three-dimensional tumor can be produced Do.
또한, 종래 단백질이나 유전자 검사방법 등을 사용하지 않으면서도 종양 모델의 세포 단위 여부를 바탕으로 비전이성 또는 전이성 종양인지의 여부를 판단할 수 있어, 상대적으로 용이하게 종양의 전이성을 판단할 수 있다. In addition, it is possible to judge whether metastasis is metastatic or non-metastatic based on the cell unit status of the tumor model without using the conventional protein or gene test method, and thus it is possible to judge the metastasis of the tumor relatively easily.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.
본 발명에 따른 액적기반 바이오칩, 이를 이용한 종양 생산방법, 및 이를 통해 생산된 종양의 전이성 판단방법은 3차원 종양 모델을 생산하기 위해 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다. The droplet-based biochip according to the present invention, the method for producing tumor using the same, and the method for determining the metastasis of tumor produced therewith have industrial applicability that can be used for producing a three-dimensional tumor model.
10 : 바이오칩 100 : 몸체부
110 : 제1 유입부 111 : 제1 유로부
112 : 제1 분기 유로부 113 : 제2 분기 유로부
120 : 제2 유입부 121 : 제2 유로부
130 : 유출부 131 : 제3 유로부
200 : 유상물질 300 : 수상물질
301 : 세포 400 : 세포 액적
410 : 종양 411 : 비전이성 종양
412 : 전이성 종양10: Biochip 100: Body part
110: first inlet portion 111: first flow portion
112: first branch flow portion 113: second branch flow portion
120: second inlet portion 121: second flow portion
130: outlet portion 131: third flow path portion
200: Oily material 300: Water-based material
301: cell 400: cell droplet
410: tumor 411: non-metastatic tumor
412: metastatic tumor
Claims (14)
암 세포주를 세포 배양액 상에 단일 세포 단위로 혼합하여 수상물질을 제작하는 단계;
내부에 복수의 유로부들이 형성된 바이오칩을 전처리하는 단계;
상기 유상물질을 상기 바이오칩의 제1 유입부를 통해 주입하고, 상기 암 세포주가 혼합된 수상물질을 상기 바이오칩의 제2 유입부를 통해 주입하여, 세포 액적을 연속적으로 생성하는 단계;
상기 생성된 세포 액적을 24시간 동안 배양하여 종양 모델을 완성하는 단계; 및
상기 완성된 종양 모델이 단일 종양이면 비전이성 종양인 것으로 판단하고, 상기 종양 모델이 단일 세포이면 전이성 종양인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 종양의 전이성 판단방법. Producing an oily material;
Preparing a water-based material by mixing a cancer cell line on a cell culture liquid in a single cell unit;
Treating the biochip in which a plurality of flow paths are formed;
Injecting the oily material through a first inlet of the bio-chip, injecting a water-based material mixed with the cancer cell line through a second inlet of the bio-chip to continuously produce cell droplets;
Culturing the resulting cell droplet for 24 hours to complete a tumor model; And
Determining that the completed tumor model is a non-metastatic tumor if the single tumor is a tumor and determining that the tumor model is a metastatic tumor if the single tumor is a single tumor.
상기 바이오칩의 유로부들의 내벽을 소수성 처리하는 단계; 및
상기 바이오칩의 유로부들의 내벽을 BSA(bovine serum albumin) 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 종양의 전이성 판단방법. 7. The method of claim 6, wherein the step of pre-
Hydrophobic processing an inner wall of the channel portions of the biochip; And
Treating bovine serum albumin (BSA) of the inner wall of the channel portions of the biochip.
상기 유로부들 중 제1 유로부를 통해 유동된 유상물질과, 상기 유로부들 중 제2 유로부를 통해 유동된 수상물질이 서로 혼합되어 세포 액적이 생성되는 것을 특징으로 하는 종양의 전이성 판단방법. 7. The method according to claim 6, wherein in the step of generating the cell droplet,
Wherein the oily material flowing through the first flow path portion of the flow path portions and the water phase material flowing through the second flow path portion of the flow path portions are mixed with each other to generate a cell droplet.
상기 세포 액적의 크기 및 생산성을 고려하여, 상기 유상물질 및 상기 수상물질 각각의 유속, 또는 상기 유상물질 및 상기 수상물질의 유속비를 제어하는 것을 특징으로 하는 종양의 전이성 판단방법. 10. The method according to claim 9, wherein in the step of generating the cell droplet,
Wherein the flow rate of each of the oily substance and the water-based substance, or the flow rate ratio of the oily substance and the water-based substance is controlled in consideration of the size and productivity of the cell droplet.
상기 유상물질 및 상기 수상물질 각각의 유속은 120μl/min 및 80μl/min인 것을 특징으로 하는 종양의 전이성 판단방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the flow rates of the oily substance and the water-based substance are 120 l / min and 80 l / min, respectively.
상기 세포 액적을 37.5℃, 5% CO2 농도 환경에서 배양하는 것을 특징으로 하는 종양의 전이성 판단방법.
7. The method of claim 6, wherein in completing the tumor model,
Method of determining metastatic tumors which comprises culturing said cell in liquid droplets 37.5 ℃, 5% CO 2 concentration of the environment.
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