KR102015040B1 - Apparatus and method for REPLICATING BIOLOGICAL CONDITION using rotational force - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 회전력을 이용한 생체 환경 모사 장치는, 가압의 대상이 되는 세포가 탑재되는 탑재부, 상기 탑재부에 구심력을 가하여, 상기 탑재부가 소정의 중심점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 원운동하도록 하는 회전력 인가부 및 상기 세포의 종류 및 상기 세포의 종류에 매칭된 적정 압력 조건에 기초하여, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 압력이 상기 세포에 가해지도록 상기 회전력 인가부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.In the biological environment simulation apparatus using the rotational force according to an embodiment of the present invention, a mounting unit on which a cell to be pressed is mounted, and a centripetal force are applied to the mounting unit so that the mounting unit has a circular orbit around a predetermined center point. And a controller configured to control the rotation force applying unit to apply a pressure satisfying the appropriate pressure condition to the cell, based on a rotation force applying unit for causing the movement and an appropriate pressure condition matched with the cell type and the cell type. Can be.
Description
본 발명은 회전에 따른 원심력을 이용하여 실험 대상이 되는 세포에 압력을 가함으로써, 세포가 마치 생체 내부에 존재하는 것과 같은 상태를 구현하기 위한 생체 환경 모사 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bioenvironmental simulation apparatus and method for realizing a state in which cells are as if they exist inside a living body by applying pressure to a cell to be tested using centrifugal force due to rotation.
고혈압이란 혈압이 정상 범위에 비해 높은 만성 질환을 가리킨다. 일반적으로, 18세 이상의 성인에 대해, 안정 시에 측정한 수축기 혈압이 140 mmHg 이상이거나, 확장기 혈압이 90 mmHg 이상인 경우 고혈압으로 진단한다. Hypertension refers to a chronic disease in which blood pressure is higher than the normal range. In general, adults 18 years of age or older are diagnosed with hypertension if the systolic blood pressure measured at rest is 140 mmHg or more, or if the diastolic blood pressure is 90 mmHg or more.
고혈압은 그 자체로는 대부분 증상이 없지만, 뇌졸중, 심부전증, 망막증, 관상동맥 질환, 신부전증, 말초혈관질환과 같은 합병증을 보일 수 있다. 특히 최근에는, 고혈압에 의한 신장 손상으로 인하여 사구체 기능의 감소와, 신장 조직의 광범위한 섬유화가 초래될 수 있음이 알려져 있다. Hypertension by itself is largely symptomatic, but can have complications such as stroke, heart failure, retinopathy, coronary artery disease, kidney failure, and peripheral vascular disease. In particular, in recent years, it is known that kidney damage caused by hypertension may result in a decrease in glomerular function and widespread fibrosis of kidney tissue.
고혈압 환자의 신체 내부의 세포는 통상적인 경우에 비해 높은 압력을 인가받게 된다. 따라서 고혈압 환경의 세포에 대해 연구하기 위해서는 세포에 인위적인 압력을 가함으로써 고혈압 환자와 유사한 생체 환경을 모사할 필요가 있다. Cells inside the body of a high blood pressure patient are subjected to a higher pressure than usual. Therefore, in order to study cells in a high blood pressure environment, it is necessary to simulate a living environment similar to a hypertension patient by applying artificial pressure to the cells.
전술한 바와 같은 모사를 위해, 통상적으로는 세포에 화학적인 손상을 주는 방법이 사용된다. 하지만 이러한 방법은 약물에 의한 세포 손상이 유발된다는 단점을 갖는다. 또 다른 방법으로서, 세포에 직접 힘을 가하여 고혈압 환경을 모사하는 방법 역시 시도된 바 있다. 그러나 이 역시 재현성이 낮고, 상기 방법을 구현하기 위한 장치는 그 구조가 복잡하고 공간을 많이 차지하여 실용화하기에는 비용이 지나치게 많이 든다는 단점을 갖는다.For the simulation as described above, a method of chemically damaging a cell is usually used. However, this method has the disadvantage of causing cellular damage by the drug. As another method, a method of directly applying force to a cell to simulate a high blood pressure environment has also been attempted. However, this also has a disadvantage of low reproducibility, and the apparatus for implementing the method is complicated in structure, takes up a lot of space, and is too expensive to be practical.
또한, 각 개별 세포의 종류에 대한 고려 없이 압력을 인가할 경우, 고혈압 환경을 정확하게 모사할 수 없다는 문제점 역시 존재한다.In addition, there is also a problem that when applying pressure without considering each type of individual cells, it is impossible to accurately simulate the hypertension environment.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 세포에 일정 압력을 안정적으로 인가하되, 세포의 종류 및 모사하고자 하는 생체의 혈압을 고려하여 상기 세포에 인가되는 압력을 설정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a device and method for stably applying a predetermined pressure to a cell, in consideration of the type of the cell and the blood pressure of the living body to be simulated.
다만, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 목적을 포함할 수 있다.However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and although not mentioned, it may include an object that can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. have.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전력을 이용한 생체 환경 모사 장치는, 가압의 대상이 되는 세포가 탑재되는 탑재부, 상기 탑재부에 구심력을 가하여, 상기 탑재부가 소정의 중심점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 원운동하도록 하는 회전력 인가부 및 상기 세포의 종류 및 상기 세포의 종류에 매칭된 적정 압력 조건에 기초하여, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 압력이 상기 세포에 가해지도록 상기 회전력 인가부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.In the biological environment simulation apparatus using the rotational force according to an embodiment of the present invention, a mounting unit on which a cell to be pressed is mounted, and a centripetal force are applied to the mounting unit so that the mounting unit has a circular orbit around a predetermined center point. And a controller configured to control the rotation force applying unit to apply a pressure satisfying the appropriate pressure condition to the cell, based on a rotation force applying unit for causing the movement and an appropriate pressure condition matched with the cell type and the cell type. Can be.
또한, 상기 장치는, 상기 장치의 사용자로부터 상기 세포의 종류를 입력받는 입력부 및 상기 세포의 종류에 매칭된 상기 적정 압력 조건을 저장하는 데이터베이스를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an input unit for receiving the type of the cell from the user of the device and a database for storing the appropriate pressure condition matched with the type of the cell.
또한, 상기 입력부는, 혈압 설정치를 상기 사용자로부터 더 입력받고, 상기 적정 압력 조건은, 상기 세포가 신체 내에 존재하는 조건에서, 상기 신체의 혈압과 상기 세포에 인가되는 압력 간의 관계에 관한 정보를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 적정 압력 조건 내의 상기 정보를 이용하여, 상기 세포가 상기 혈압 설정치만큼의 혈압을 갖는 신체에 존재하는 조건에서 상기 세포에 인가되는 압력인 실제 압력의 값을 산출하고, 상기 실제 압력의 값만큼의 압력이 상기 세포에 가해지도록 상기 회전력 인가부를 제어할 수 있다.The input unit may further receive a blood pressure setting value from the user, and the appropriate pressure condition may include information about a relationship between the blood pressure of the body and the pressure applied to the cell under a condition in which the cell exists in the body. The controller may be configured to calculate a value of an actual pressure, which is a pressure applied to the cell under a condition in which the cell exists in the body having blood pressure equal to the blood pressure setting value, by using the information in the appropriate pressure condition. The rotation force applying unit may be controlled such that a pressure equal to the value of the actual pressure is applied to the cell.
또한, 상기 제어부는, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 상기 탑재부의 원운동의 속도를 산출하여 상기 회전력 인가부에 제공할 수 있다.The control unit may calculate the speed of the circular motion of the mounting unit that satisfies the appropriate pressure condition and provide the rotational force to the applying unit.
또한, 상기 탑재부는, 상기 중심점을 관통하는 상기 회전력 인가부의 회전축에 지지 암(arm)을 통해 연결되며, 상기 세포를 내장하는 용기가 장착되는 공간을 포함할 수 있다.In addition, the mounting portion may be connected to a rotation axis of the rotation force applying unit passing through the center point through a support arm, and may include a space in which the container containing the cells is mounted.
또한, 상기 적정 압력 조건은, 상기 세포가 소정의 임계 확률 이상으로 소정의 임계 시간 동안 생존할 수 있는 범위 내의 압력에 기초하여 정해질 수 있다.Further, the appropriate pressure condition may be determined based on a pressure within a range in which the cell can survive for a predetermined threshold time at a predetermined threshold probability or more.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치에 의해 수행되는 생체 환경 모사 방법은, 상기 장치의 탑재부의 회전 반경, 상기 장치의 탑재부에 탑재된 세포의 종류 및 상기 세포의 종류에 매칭된 적정 압력 조건에 기초하여, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 압력이 상기 세포에 가해지도록 하는 원운동의 속도를 산출하는 단계 및 상기 탑재부에 구심력을 가하여, 상기 탑재부가 상기 회전 반경만큼의 반지름을 갖는 원형 궤도를 따라, 상기 산출된 원운동의 속도로 원운동하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The bioenvironmental simulation method performed by the bioenvironmental simulation apparatus according to an embodiment of the present invention, the rotation radius of the mounting portion of the device, the type of cells mounted on the mounting portion of the device and the appropriate pressure matched to the type of the cells On the basis of the condition, calculating a speed of circular motion such that a pressure satisfying the appropriate pressure condition is applied to the cell and applying a centripetal force to the mounting portion to produce a circular track having a radius equal to the rotation radius. Accordingly, the method may include controlling the circular motion at the speed of the calculated circular motion.
또한, 상기 방법은, 혈압 설정치를 상기 장치의 사용자로부터 입력 받는 단계를 더 포함하고, 상기 적정 압력 조건은, 상기 세포가 신체 내에 존재하는 조건에서, 상기 신체의 혈압과 상기 세포에 인가되는 압력 간의 관계에 관한 정보를 포함하며, 상기 산출하는 단계는, 상기 적정 압력 조건 내의 상기 정보를 이용하여, 상기 세포가 상기 혈압 설정치 만큼의 혈압을 갖는 신체에 존재하는 조건에서 상기 세포에 인가되는 압력인 실제 압력의 값을 산출하는 단계 및 상기 실제 압력의 값만큼의 압력이 상기 세포에 가해지도록 하는 상기 원운동의 속도의 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The method further includes receiving a blood pressure set point from a user of the device, wherein the appropriate pressure condition is between the blood pressure of the body and the pressure applied to the cell under conditions where the cell is present in the body. And calculating the information, using the information in the appropriate pressure condition, the actual pressure that is applied to the cell under conditions where the cell is present in the body having blood pressure equal to the blood pressure set point. Calculating a value of the pressure and calculating a value of the speed of the circular motion such that a pressure equal to the actual pressure is applied to the cell.
또한, 상기 적정 압력 조건은, 상기 세포가 소정의 임계 확률 이상으로 소정의 임계 시간 동안 생존할 수 있는 범위 내의 압력에 기초하여 정해질 수 있다.Further, the appropriate pressure condition may be determined based on a pressure within a range in which the cell can survive for a predetermined threshold time at a predetermined threshold probability or more.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 회전에 의해 발생하는 원심력을 이용하여, 실험 대상 세포에 원하는 압력을 인가할 수 있다. 이와 같이 원심력을 이용함으로써, 세포에 손상을 가하지 않으면서도 안정적으로 세포에 압력을 인가할 수 있으며, 조작이 쉽고 높은 반복 재현성을 가질 수 있다는 장점 역시 가질 수 있다. 아울러, 실험 대상 세포의 종류별로 적절한 압력 조건을 설정함으로써, 보다 현실에 가깝게 고혈압 환경을 모사할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by using the centrifugal force generated by the rotation, it is possible to apply the desired pressure to the cell to be tested. By using the centrifugal force in this way, it is possible to stably apply pressure to the cells without damaging the cells, it can also have the advantage of easy operation and high repeat reproducibility. In addition, by setting the appropriate pressure conditions for each type of cell to be tested, it is possible to more closely simulate the hypertension environment.
본 발명의 일 실시예를 통하여, 환자의 혈압에 따른 환자 신체 내부에서의 다양한 세포의 동작 및 반응을 규명할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 성과는 고혈압 치료용의 약물 개발 및 약물의 효용성 분석 등에 응용될 수 있으며, 궁극적으로는 고혈압 환자의 건강과 삶의 질 향상에 기여할 수 있다.Through one embodiment of the present invention, it is possible to identify the operation and response of various cells inside the patient body according to the blood pressure of the patient. Such a result according to an embodiment of the present invention can be applied to the development of drugs for the treatment of hypertension and the efficacy analysis of drugs, and ultimately contribute to the improvement of health and quality of life of patients with hypertension.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치를 이용한 생체 환경 모사 방법의 각 단계에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치를 이용한 실험의 결과를 도시한 도면이다.1 and 2 are diagrams for explaining the configuration of a biological environment simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining each step of the bioenvironmental simulation method using a bioenvironmental simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are diagrams showing the results of experiments using a biological environment simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 1은 생체 환경 모사 장치(100)의 사시도, 도 2는 정면도이다. 도 1 및 2는 의 생체 환경 모사 장치(100)는 탑재부(110), 회전력 인가부(120), 제어부(130), 입력부(140) 및 출력부(150)를 포함할 수 있다. 단, 도 1 및 2의 생체 환경 모사 장치(100)는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 1 및 2에 의해 본 발명의 사상이 제한 해석되는 것은 아니다.1 and 2 are diagrams for explaining the configuration of a biological environment simulation apparatus according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 1 is a perspective view of the biological
생체 환경 모사 장치(100)는 탑재부(110)에 탑재된, 가압의 대상이 되는 실험 대상 세포를 원운동시켜, 상기 원운동에 따른 원심력에 의한 압력이 세포에 가해지도록 하는 방법으로 고혈압 환경을 모사할 수 있다. 즉, 원심력에 의해 가압되는 세포는 고혈압 환자의 신체 내에서 압력을 받는 것과 유사한 상태가 된다. 본 발명에 의하면, 상기 원운동의 속도를 조절하는 방식으로 세포에 가해지는 압력의 크기를 적절히 조절할 수 있다. The
이와 같은 방법은 전술한 바와 같이 비교적 간단하게 구현될 수 있으며, 세포에 직접적인 물리적, 화학적 변화를 가하는 방식에 비해 세포에 손상을 가하지 않으면서도 안정적으로 고혈압 환경을 모사하는 것을 가능케 한다.Such a method can be implemented relatively simply as described above, and makes it possible to stably simulate the hypertension environment without damaging the cells as compared to the method of directly making physical and chemical changes to the cells.
도 1 및 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 탑재부(110)에는 세포가 내장된 용기를 장착할 수 있는 공간이 마련될 수 있다. 상기 용기의 내부는 세포의 배양에 적합한 환경으로 설정되어 있을 수 있는데, 상기한 바와 같은 탑재부(110)의 구조에 의하면 세포가 용기 밖으로 꺼내어질 필요가 없으므로, 세포에게 적합한 환경을 생체 환경 모사 장치(100)의 사용 과정에서 계속적으로 유지하는 것이 가능하다.As can be seen in Figures 1 and 2, the
회전력 인가부(120)는 탑재부(110)에 구심력을 가하여, 탑재부(110)가 소정의 중심점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 원운동하도록 할 수 있다. 이를 위해 회전력 인가부(120)는 일반적인 모터(motor)와 같은 동력 장치를 포함할 수 있다. 도 1에 의하면, 탑재부(110)는 회전력 인가부(120)의 회전축(121)에 지지 암(arm, 111)을 통해 연결되어, 회전축(121)의 회전 각속도와 같은 각속도로 원운동할 수 있다. 회전축(121)의 중심은 상기 중심점을 지나게 되며, 탑재부(110)의 회전 반경은 탑재부(110)와 회전축(121) 간의 수평 거리에 따라 결정된다.The rotation
제어부(130)는 회전력 인가부(120)가 회전축(121)을 회전시키는 속도를 제어하여, 탑재부(110)에 탑재된 세포에 가해질 압력을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)는 상기 세포의 종류와, 상기 세포의 종류에 매칭된 적정 압력 조건에 기초하여, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 압력이 세포에 가해지도록 할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 상기 적정 압력 조건을 만족하는 탑재부(110)의 원운동의 속도를 산출하여 회전력 인가부(120)에 제공할 수 있다. The
제어부(130)는 마이크로프로세서(microprocessor)와 같은 연산 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 회전력 인가부(120)를 지지하며, 내부에 상기 연산 장치가 실장되는 박스(box) 형태의 몸체(body)를 포함하도록 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 제어부(130)의 동작을 위해, 입력부(140)는 생체 환경 모사 장치(100)의 사용자로부터 세포의 종류 등 필요 정보를 입력받을 수 있다. 그리고, 데이터베이스(미도시)는 각 세포의 종류에 매칭되어 저장된, 즉 세포 종류별로 정해져 있는 적정 압력 조건 등 생체 환경 모사 장치(100)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다. 아울러 출력부(150)는 상기 사용자에게 생체 환경 모사 장치(100)의 조작에 필요한 정보(예컨대, 탑재부(110)의 회전 속도 등)를 제공할 수 있다.For the operation of the
하드웨어적인 관점에서, 입력부(140) 및 출력부(150)는 제어부(130)의 몸체의 외벽에, 데이터베이스는 상기 몸체 내부에 각각 마련될 수 있다. 입력부(140)는 탑재부(110)의 회전을 제어하기 위한 회전식 스위치(141), 사용자로부터 보다 구체적인 정보(예컨대, 후술할 혈압 설정치 혹은 데이터베이스에 저장될 적정 압력 조건 등)의 입력을 받기 위한 키패드(142) 등을 포함할 수 있다. 출력부(150)는 디스플레이(display)와 같은 시각적 출력 장치, 혹은 스피커(speaker) 등의 청각적 출력 장치 등을 포함할 수 있다.In terms of hardware, the
데이터베이스는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체를 통해 구현될 수 있으며, 이러한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예로는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 플래시 메모리(flash memory)와 같은 프로그램 명령어들을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 들 수 있다.The database may be embodied through a computer readable recording medium, and examples of such computer readable recording media may include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, and optical recording media such as CD-ROMs and DVDs. hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as optical media, magneto-optical media such as floptical disks, and flash memory.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 원심력을 이용하여 세포에 압력이 작용하는 환경을 쉽게 모사할 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 일 실시예에서는 세포의 종류별로 정해진 적정 압력 조건을 이용하여, 사용자에게 여러 가지의 편리한 기능을 제공할 수 있다. 이하에서는 이와 같은 기능들에 대해 설명한다.As described above, according to one embodiment of the present invention, it is possible to easily simulate the environment in which pressure acts on the cells by using centrifugal force. Furthermore, in an embodiment of the present invention, various convenient functions may be provided to the user by using appropriate pressure conditions determined for each cell type. Hereinafter, such functions will be described.
데이터베이스에 저장되는 적정 압력 조건은 다양한 정보를 포함하도록 정해질 수 있다. 예컨대, 상기 적정 압력 조건은, 실험 대상 세포가 소정의 임계 확률 이상으로 소정의 임계 시간 동안 생존할 수 있는 범위 내의 압력에 기초하여 정해질 수 있다. 일정 수준 이상의 생존율이 보장되는 적절한 압력 조건은 각 세포마다 상이할 수 있기 때문이다. 상기 적정 압력 조건에 기초하여, 제어부(130)는 입력부(140)를 통해 입력된 실험 대상 세포의 종류에 매칭된 범위 내의 압력이 실험 대상 세포에 가해지도록 조절할 수 있다.Appropriate pressure conditions stored in the database can be determined to include a variety of information. For example, the appropriate pressure condition may be determined based on a pressure within a range in which the cell to be tested may survive for a predetermined threshold time or more with a predetermined threshold probability. Appropriate pressure conditions that ensure a certain level of viability can be different for each cell. Based on the appropriate pressure condition, the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력부(140)가 사용자로부터 혈압 설정치를 입력받을 경우, 제어부(130)는 실험 대상 세포가 상기 혈압 설정치만큼의 혈압을 갖는 신체에 존재하는 조건에서 상기 실험 대상 세포에 인가되는 압력인 실제 압력의 값을 산출하고, 상기 실제 압력의 값만큼의 압력이 상기 실험 대상 세포에 가해지도록 회전력 인가부(120)를 제어할 수 있다. 즉, 사용자가 입력부(140)를 통해 실험 대상 세포의 종류와 모사하고자 하는 신체의 혈압만을 입력하기만 하면, 제어부(130)가 상기 입력된 정보에 기초하여 탑재부(110)의 회전 속도를 자동으로 결정하게 된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when the
예컨대, 최고 혈압이 160 mmHg인 고혈압 환자 체내에 존재하는 사구체 혈관 내피 세포에 대한 실험을 수행하고자 할 경우, 사용자는 탑재부(110) 내에 사구체 혈관 내피 세포를 장착하고, 입력부(140)를 통해 혈압 설정치로서 160 mmHg를, 세포 종류로서 사구체 혈관 내피 세포를 각각 입력한 후, 생체 환경 모사 장치(100)를 작동시킬 수 있다. 그러면 탑재부(110) 내에 존재하는 실험 대상 세포인 사구체 혈관 내피 세포에 가해지는 압력은 최고 혈압이 160 mmHg인 고혈압 환자 체내에 존재하는 사구체 혈관 내피 세포에 실제로 인가되는 압력과 동일하게 된다.For example, if a user wants to perform an experiment on glomerular vascular endothelial cells present in a hypertensive patient whose maximum blood pressure is 160 mmHg, the user mounts the glomerular vascular endothelial cells in the mounting
이와 같은 기능에 따르면, 동일한 체내에서도 세포의 종류에 따라 각기 다른 압력을 받을 수 있는 상황을 보다 효과적으로 모사할 수 있게 된다. 본 기능의 구현을 위해, 적정 압력 조건은 세포가 신체 내에 존재하는 조건에서 상기 신체의 혈압과 상기 세포에 인가되는 압력 간의 관계에 관한 정보를 포함할 수 있다. 물론 상기 정보는 세포의 종류별로 마련될 수 있다.According to this function, it is possible to more effectively simulate the situation in which the same body can be subjected to different pressures depending on the type of cells. For the implementation of this function, the appropriate pressure condition may include information regarding the relationship between the body's blood pressure and the pressure applied to the cell at the condition in which the cell is present in the body. Of course, the information may be prepared for each cell type.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치를 이용한 생체 환경 모사 방법의 각 단계에 대해 설명하기 위한 도면이다. 다만, 도 3의 방법이 수하는 각 단계는 반드시 순서대로 수행될 필요는 없으며, 필요에 따라 그 순서가 변경될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 1 및 2와 중복되는 부분에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.3 is a view for explaining each step of the bioenvironmental simulation method using a bioenvironmental simulation apparatus according to an embodiment of the present invention. However, each step performed by the method of FIG. 3 may not necessarily be performed in order, and the order may be changed as necessary. In addition, description of parts overlapping with FIGS. 1 and 2 may be omitted.
우선, 가압의 대상이 되는 세포를 탑재부(110)에 탑재할 수 있다(S110). 다음으로 세포의 종류 및 혈압 설정치에 대한 입력을 사용자로부터 수신할 수 있다(S120). 그리고, 상기 탑재부(110)의 회전 반경, 상기 세포의 종류 및 상기 세포의 종류에 매칭된 적정 압력 조건에 기초하여, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 압력이 상기 세포에 가해지도록 하는 원운동의 속도를 산출할 수 있다(S130). 끝으로, 탑재부(110)에 구심력을 가하여, 탑재부(110)가 상기 회전 반경만큼의 반지름을 갖는 원형 궤도를 따라, 상기 산출된 원운동의 속도로 원운동하도록 제어할 수 있다(S140).First, the cell to be pressed can be mounted on the mounting unit 110 (S110). Next, an input for a cell type and a blood pressure setting value may be received from the user (S120). And, based on the rotation radius of the mounting
상기 단계 S130은, 적정 압력 조건을 이용하여, 상기 세포가 상기 혈압 설정치만큼의 혈압을 갖는 신체에 존재하는 조건에서 상기 세포에 인가되는 압력인 실제 압력의 값을 산출하는 단계와, 상기 실제 압력의 값만큼의 압력이 상기 세포에 가해지도록 하는 원운동의 속도의 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The step S130, using the appropriate pressure condition, calculating the value of the actual pressure which is the pressure applied to the cell under the condition that the cell is present in the body having the blood pressure equal to the blood pressure set value, and the actual pressure of Calculating a value of the velocity of circular motion such that the pressure by the value is applied to the cell.
도 4a 내지 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치를 이용한 실험의 결과를 도시한 도면이다.4A to 5B are diagrams showing the results of experiments using the bioenvironmental simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 4c는, 세포에 가해지는 압력에 따른 세포의 생존율을 서로 다른 3종류의 신장 세포에 대해 나타낸 도면이다. 도 4a는 족세포(podocyte), 도 4b는 혈관 내피 세포, 도 4c는 메산지움 세포(Mesangial cell)에 관한 실험의 결과를 각각 나타낸다. 실험은 각 종류의 세포에 대해, 압력을 가하지 않은 상태, 4 mmHg의 압력을 가한 상태, 8 mmHg의 압력을 가한 상태, 10 mmHg의 압력을 가한 상태의 총 4가지 상태에 대해 수행되었으며, 세포가 48시간 동안 살아있을 경우 세포가 생존한 것으로 간주하였다.4A to 4C are diagrams showing survival rates of cells according to the pressure applied to the cells of three different kidney cells. 4A shows the results of experiments on podocytes, FIG. 4B on vascular endothelial cells, and FIG. 4C on mesangial cells. Experiments were performed for each type of cell in four states: no pressure, 4 mmHg pressure, 8 mmHg pressure, and 10 mmHg pressure. Cells were considered alive if they were alive for 48 hours.
3종류의 세포 모두 압력이 가해지지 않은 경우 거의 100%에 가까운 생존율을 보였다는 점에서는 공통된다. 하지만 압력을 점차 증가시켜 나갈 경우, 혈관 내피 세포는 세포 생존율이 압력의 증가에 따라 비교적 빠르게 감소하며, 족세포는 혈관 내피 세포에 비해서는 압력의 증가에 따른 세포 생존율의 감소가 상대적으로 더딤을 볼 수 있다. 메산지움 세포의 경우, 다른 두 세포가 10 mmHg의 압력이 인가된 상태에서 0에 가까운 생존율을 보인 것에 비해, 10 mmHg 압력 하에서의 생존율이 비교적 높은 편이다. All three cells have a common survival rate of almost 100% when no pressure is applied. However, if pressure is gradually increased, vascular endothelial cell viability decreases relatively rapidly with increasing pressure, and podocytes show slower cell survival rate with increasing pressure than vascular endothelial cells. Can be. In the case of mesangium cells, the survival rate under 10 mmHg pressure is relatively high, whereas the other two cells show near-zero survival rate under pressure of 10 mmHg.
상기 도 4a 내지 4c에서 보는 바와 같이, 세포의 종류별로 압력과 생존율 사이의 관계가 상이하다. 상기 압력과 생존율 사이의 관계에 관한 실험 결과에 기초하여, 각 종류의 세포에 대한 적정 압력 조건을 설정할 수 있다.As shown in Figures 4a to 4c, the relationship between the pressure and the survival rate is different for each cell type. Based on the experimental results regarding the relationship between the pressure and the survival rate, it is possible to set an appropriate pressure condition for each type of cell.
도 5a 및 5b는, 족세포에 대한 레티노산(retinoic acid)의 영향을, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 환경 모사 장치(100)를 이용하여 실험한 결과에 대한 도면이다. 실험 조건 중 족세포에 가해지는 압력 조건으로는, 족세포에 압력이 인가되지 않는 정상 조건과, 4 mmHg의 압력이 인가되는 압력 조건의 총 2가지이며, 족세포에 적용된 레티노산 농도 조건으로는 0 μM, 0.5 μM, 1 μM의 총 3가지이므로, 압력 조건과 레티노산 농도 조건을 결합하면 총 6가지의 조건이 나올 수 있다.5A and 5B are diagrams showing the results of experiments using the
도 5a에 따르면, 레티노산 농도의 증가에 따라 족세포 분화 마커(synaptopodin)의 양이 증가하는 것을 볼 수 있다. 다만, 압력 조건에서는 정상 조건에 비해 족세포 분화 마커의 양이 낮음을 아울러 확인할 수 있다. 도 5b에서는, 족세포 분화 전사 인자 (KLF15)인 경우에 있어서도 도 5a와 유사한 경향이 나타남을 확인할 수 있다.According to Figure 5a, it can be seen that the amount of podocyte differentiation marker (synaptopodin) increases with increasing retinoic acid concentration. However, it can be confirmed that the amount of podocyte differentiation markers is lower in the pressure condition than in the normal condition. In FIG. 5B, it can be seen that similar trends are shown in FIG. 5A even in the case of podocyte differentiation transcription factor (KLF15).
도 5a와 도 5b를 통해, 족세포에 압력이 가해지는 상태에서도 정상 상태와 유사하게 레티노산이 족세포의 분화를 유도하는 경향이 있음을 확인할 수 있다. 이를 통해, 신체 내부와 같은 압력이 존재하는 환경에서도 레티노산을 포함하는 약물의 효능이 발휘될 수 있다는 결론을 내릴 수 있다.5A and 5B, it can be seen that retinoic acid tends to induce differentiation of podocytes similarly to a normal state even when pressure is applied to podocytes. Through this, it can be concluded that the efficacy of the drug containing retinoic acid can be exerted even in the presence of pressure such as the inside of the body.
본 발명에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Combinations of each block of the block diagrams and respective steps of the flowcharts attached to the present invention may be performed by computer program instructions. These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment such that instructions executed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment may not be included in each block or flowchart of the block diagram. It will create means for performing the functions described in each step. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each block or flowchart of each step of the block diagram. Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions that perform processing equipment may also provide steps for performing the functions described in each block of the block diagram and in each step of the flowchart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block or step may represent a portion of a module, segment or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions noted in the blocks or steps may occur out of order. For example, the two blocks or steps shown in succession may in fact be executed substantially concurrently or the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the functionality involved.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential quality of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas that fall within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 생체 환경 모사 장치
110: 탑재부
111: 지지 암
120: 회전력 인가부
121: 회전축
130: 제어부
140: 입력부
141: 회전식 스위치
142: 키패드
150: 출력부100: living environment simulation device
110: mounting portion
111: support arm
120: rotational force applying unit
121: axis of rotation
130: control unit
140: input unit
141: rotary switch
142: keypad
150: output unit
Claims (9)
상기 탑재부에 구심력을 가하여, 상기 탑재부가 소정의 중심점을 중심으로 하는 원형 궤도를 따라 원운동하도록 하는 회전력 인가부;
상기 세포의 종류 및 상기 세포의 종류에 매칭된 적정 압력 조건에 기초하여, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 압력이 상기 세포에 가해지도록 상기 회전력 인가부를 제어하는 제어부;
사용자로부터 상기 세포의 종류를 입력받는 입력부를 포함하고,
상기 적정 압력 조건은,
상기 세포에 소정의 임계 시간 동안 구심력을 가할 때 상기 세포가 소정의 임계 확률 이상으로 생존할 수 있는 범위 내의 압력에 기초하여 정해지고,
상기 임계 시간 및 상기 임계 확률은,
상기 세포의 종류에 따라 결정되며,
상기 입력부는, 혈압 설정치를 상기 사용자로부터 더 입력받고,
상기 적정 압력 조건은, 상기 세포가 신체 내에 존재하는 조건에서, 상기 신체의 혈압과 상기 세포에 인가되는 압력 간의 관계에 관한 정보를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 적정 압력 조건 내의 상기 정보를 이용하여, 상기 세포가 상기 혈압 설정치만큼의 혈압을 갖는 신체에 존재하는 조건에서 상기 세포에 인가되는 압력인 실제 압력의 값을 산출하고, 상기 실제 압력의 값만큼의 압력이 상기 세포에 가해지도록 상기 회전력 인가부를 제어하는 회전력을 이용한 생체 환경 모사 장치.A mounting portion on which cells to be pressed are mounted;
A rotational force applying unit which applies centripetal force to the mounting unit to cause the mounting unit to move in a circular motion around a predetermined center point;
A controller configured to control the rotational force applying unit to apply a pressure satisfying the appropriate pressure condition to the cell based on the type of the cell and an appropriate pressure condition matched with the type of the cell;
Including an input unit for receiving the type of the cell from the user,
The appropriate pressure condition is,
When the centripetal force is applied to the cell for a predetermined threshold time, the cell is determined based on a pressure within a range capable of surviving above a predetermined threshold probability,
The threshold time and the threshold probability,
Depends on the type of cell,
The input unit further receives a blood pressure setting value from the user,
The appropriate pressure condition includes information regarding a relationship between the blood pressure of the body and the pressure applied to the cell under conditions where the cell is present in the body,
The control unit uses the information in the appropriate pressure condition to calculate a value of the actual pressure which is the pressure applied to the cell under the condition that the cell exists in the body having the blood pressure equal to the blood pressure setting value, and the actual pressure A living environment simulation apparatus using a rotational force to control the rotational force applying unit so that a pressure equal to the value of is applied to the cell.
상기 세포의 종류에 매칭된 상기 적정 압력 조건을 저장하는 데이터베이스를 더 포함하는
회전력을 이용한 생체 환경 모사 장치.The method of claim 1,
And a database for storing the appropriate pressure condition matched to the cell type.
Bio-environmental simulation device using rotational force.
상기 제어부는, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 상기 탑재부의 원운동의 속도를 산출하여 상기 회전력 인가부에 제공하는
회전력을 이용한 생체 환경 모사 장치.The method of claim 1,
The control unit calculates a speed of a circular motion of the mounting unit that satisfies the appropriate pressure condition and provides the rotational force to the applying unit.
Bio-environmental simulation device using rotational force.
상기 탑재부는, 상기 중심점을 관통하는 상기 회전력 인가부의 회전축에 지지 암(arm)을 통해 연결되며, 상기 세포를 내장하는 용기가 장착되는 공간을 포함하는
회전력을 이용한 생체 환경 모사 장치.The method of claim 1,
The mounting portion is connected to the rotation axis of the rotational force applying unit passing through the center point through a support arm (arm), including a space in which the container containing the cell is mounted
Bio-environmental simulation device using rotational force.
상기 장치의 탑재부의 회전 반경, 상기 장치의 탑재부에 탑재된 세포의 종류 및 상기 세포의 종류에 매칭된 적정 압력 조건에 기초하여, 상기 적정 압력 조건을 만족하는 압력이 상기 세포에 가해지도록 하는 원운동의 속도를 산출하는 단계;
상기 탑재부에 구심력을 가하여, 상기 탑재부가 상기 회전 반경만큼의 반지름을 갖는 원형 궤도를 따라, 상기 산출된 원운동의 속도로 원운동하도록 제어하는 단계; 및
혈압 설정치를 상기 장치의 사용자로부터 입력받는 단계를 포함하고,
상기 적정 압력 조건은,
상기 세포에 소정의 임계 시간 동안 구심력을 가할 때 상기 세포가 소정의 임계 확률 이상으로 생존할 수 있는 범위 내의 압력에 기초하여 정해지고,
상기 임계 시간 및 상기 임계 확률은,
상기 세포의 종류에 따라 결정되고
상기 적정 압력 조건은, 상기 세포가 신체 내에 존재하는 조건에서, 상기 신체의 혈압과 상기 세포에 인가되는 압력 간의 관계에 관한 정보를 포함하며,
상기 산출하는 단계는,
상기 적정 압력 조건 내의 상기 정보를 이용하여, 상기 세포가 상기 혈압 설정치만큼의 혈압을 갖는 신체에 존재하는 조건에서 상기 세포에 인가되는 압력인 실제 압력의 값을 산출하는 단계; 및
상기 실제 압력의 값만큼의 압력이 상기 세포에 가해지도록 하는 상기 원운동의 속도의 값을 산출하는 단계를 포함하는
회전력을 이용한 생체 환경 모사 방법.A bioenvironmental simulation method performed by a bioenvironmental simulation apparatus,
A circular motion for applying pressure to the cell that satisfies the appropriate pressure condition based on a rotation radius of the mounting part of the device, the type of cells mounted on the mounting part of the device, and an appropriate pressure condition matched with the cell type. Calculating the speed of;
Applying a centripetal force to the mounting portion, controlling the mounting portion to move circularly at a speed of the calculated circular motion along a circular track having a radius equal to the rotation radius; And
Receiving a blood pressure setting value from a user of the device;
The appropriate pressure condition is,
When the centripetal force is applied to the cell for a predetermined threshold time, the cell is determined based on a pressure within a range capable of surviving above a predetermined threshold probability,
The threshold time and the threshold probability,
Depending on the type of cell
The appropriate pressure condition includes information regarding a relationship between the blood pressure of the body and the pressure applied to the cell under conditions where the cell is present in the body,
The calculating step,
Using the information in the appropriate pressure condition to calculate a value of actual pressure which is the pressure applied to the cell under conditions where the cell is present in the body having blood pressure equal to the blood pressure set point; And
Calculating a value of the velocity of the circular motion such that a pressure equal to the value of the actual pressure is applied to the cell;
Bioenvironmental Simulation Method Using Rotational Force.
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |