KR102154135B1 - 분산성이 우수한 세포 압출장치 및 이를 이용한 세포 압출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멤브레인 모듈 내에서 세포를 포함하는 현탁액을 효율적으로 분산시키는 분산 디스크를 적용함으로써 현탁액의 분산율을 높여 결과적으로 압출공정 시 멤브레인 사용면적을 증가시킬 수 있으며, 대용량 시린지(syringe)를 사용함으로써 대량생산이 가능하여 생산 효율을 높일 수 있는 세포 압출장치 및 이를 이용한 세포 압출방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 분산성이 우수한 세포 압출장치 및 이를 이용한 세포 압출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멤브레인 모듈 내에 세포를 포함하는 현탁액을 효율적으로 분산 압출시키는 분산 디스크를 포함함으로써 멤브레인 막힘 현상 방지 및 멤브레인 사용 면적을 증가시킬 수 있으며, 나아가 멤브레인 교체 및 공정수행이 용이하여 생산 효율을 보다 높일 수 있는 세포 압출장치 및 이를 이용한 세포 압출방법에 관한 것이다.
세포외소포체(extracellular vesicles)는 세포에서 분비되는 다양한 종류의 입자를 지칭하며, 크게는 엔도좀 경로 (endosomal pathway)에서 유래하는 엑소좀(exosomes)과 원형질막(plasma membrane)에서 유래하는 마이크로베지클(microvesicles) 등으로 구분될 수 있다.
세포에 의해 배출되는 구형 소낭인 엑소좀(exosomes)은 모세포의 단백질, DNA 등의 다양한 정보를 지니고 있어, 이를 바이오 마커로 활용하여 암진단 마커 및 센서 개발이 활발히 진행되고 있다.
또한, 마이크로베지클(microvesicles)은 일반적으로 0.03~1㎛의 크기를 가지는 세포 소기관의 일종으로서 세포의 세포막으로부터 자연 유리되어 이중 인지질(phospholipid) 막 형태를 가지고 있으며, mRNA, DNA 및 단백질 등의 세포질 내 성분을 함유하고 있다.
근래에는 이러한 세포외 소포체를 이용한 약물전달체 연구가 활발히 진행되고 있으며, 미량의 약물을 베지클에 캡슐화시켜 특정 부위에 해당 약물을 전달할 수 있는 바, 세포외 소포체를 이용한 다양한 의료분야에서 활용성이 커지고 있다. 특히 마이크로베지클은 세포막에서 직접적으로 유리됨으로써 모세포의 항원체를 그대로 보유하고 있으므로 백신 등의 활용 가능성이 매우 높다.
그러나, 세포로부터 얻을 수 있는 세포외 소포체의 양이 매우 한정적이므로, 최근에는 이를 인위적으로 많은 양을 얻기 위한 세포외 소포모사체 제조방법이 요구되고 있다.
통상적으로, 세포외 소포모사체를 얻기 위한 방법으로 원심분리기가 이용될 수 있으나, 원심 분리기는 가격이 높고 여전히 수득량이 기대에 미치지 못하는 한계가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 멤브레인 모듈 내에서 세포를 포함하는 현탁액을 효율적으로 분산시키는 분산 디스크를 적용함으로써 현탁액의 분산율을 높여 결과적으로 압출공정 시 멤브레인 사용면적을 증가시킬 수 있으며, 대용량 시린지(syringe)를 사용함으로써 대량생산이 가능하여 생산 효율을 높일 수 있는 세포 압출장치 및 이를 이용한 세포 압출방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 시린지 가압을 통해 멤브레인 모듈을 통과하는 현탁액 내 세포를 압출하는 시린지 결합형 세포 압출장치에 있어서, 상기 멤브레인 모듈은
상기 현탁액이 이동하는 관통홀이 형성된 한 쌍의 지지체; 상기 세포가 통과하며 압출되는 멤브레인; 및 중심부를 포함하는 분산존을 제외하고 미세홀이 다수 형성된 분산 디스크;를 포함하되, 상기 한 쌍의 지지체 사이에, 상기 멤브레인 및 상기 분산 디스크가 위치하고, 상기 한 쌍의 지지체에 각각 형성된 관통홀 및 상기 분산 디스크의 중심부가 동일축 상에 위치하며, 상기 멤브레인 모듈은 한쌍의 홀더부에 의해 밀착 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 멤브레인 모듈은 상기 분산 디스크 및 상기 분산 디스크와 인접하는 지지체 사이에 오링이 위치하여, 밀폐된 일정 공간이 형성되는 바, 이를 통해 지지체를 관통한 현탁액이 분산 디스크에 형성된 다수 미세홀로 확산할 수 있게 된다.
또한, 상기 분산 디스크 및 상기 멤브레인 사이에도 오링이 위치하여 일정한 밀폐 공간을 형성함으로써 현탁액의 멤브레인 투과 효율을 높일 수 있다.
상기 멤브레인 모듈은 상기 멤브레인의 하나 이상의 면에 다공성 멤브레인 지지필름이 위치할 경우, 상기 멤브레인의 파손을 방지할 수 있다.
상기 멤브레인 모듈은 상기 현탁액이 담긴 시린지를 한 쌍의 지지체 중 분산 디스크와 인접한 지지체의 관통홀에 연결하여 현탁액을 멤브레인 모듈 내부로 주입시킬 수 있다.
상기 시린지는 시린지펌프를 통해 시린지의 플런저를 이동시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 분산 디스크를 포함하는 상기 세포 압출장치를 이용한 세포 압출방법에 있어서, 세포를 포함하는 현탁액이 담긴 시린지를 상기 세포 압출장치의 관통홀 중 상기 분산 디스크와 인접한 지지체의 관통홀에 연결하는 단계; 및 상기 시린지에 담긴 현탁액을 상기 멤브레인 모듈 내부로 주입한 후, 상기 분산 디스크과 상기 멤브레인을 거쳐 나머지 관통홀로 배출하는 단계;를 포함하는 과정을 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 가진다.
1. 대용량 시린지를 사용하여 세포를 포함하는 현탁액을 멤브레인 모듈 내부로 주입할 수 있어, 조작이 용이하며 신속하게 세포를 압출시킬 수 있다.
2. 멤브레인 모듈 내부에 위치하는 한 쌍의 지지체에 형성된 관통홀 및 분산 디스크의 중심부가 동일축 상에 위치하고, 상기 분산 디스크의 중심부에는 미세홀이 형성되지 않아, 관통홀을 통과한 현탁액이 분산 디스크의 중심부에 부딪히면서 분산되므로 사방에 뚤린 미세홀로 통과하게 되어, 멤브레인 사용면적을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반복 사용 시 멤브레인이 막히는 현상도 방지할 수 있다.
3. 멤브레인 모듈이 상호 체결되는 한 쌍의 홀더부에 의해 밀착이 고정 또는 해지되므로, 다공 크기가 다른 멤브레인을 용이하게 교체할 수 있으며, 멤브레인 모듈의 내부 구성 전체를 일회용품으로 사용할 경우 공정 상의 오염 발생 가능성을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포 압출장치의 분리 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포 압출장치의 분리 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 분산 디스크의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제1실시예의 세포 압출장치의 일측에 시린지가 연결된 모습을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포 압출장치의 분리 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 분산 디스크의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제1실시예의 세포 압출장치의 일측에 시린지가 연결된 모습을 나타내는 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명이 여러 가지 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 다만 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.
도 1 내지 도 4를 참고로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포 압출장치(이하, '압출장치')를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압출장치(10)의 분리 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압출장치(10)의 분리 단면도이다.
상기 압출장치(10)는 멤브레인 모듈(100) 및 상기 멤브레인 모듈(100)을 밀착 고정시키는 한쌍의 홀더부(200, 200')상기 압출장치(10)는 멤브레인 모듈(100) 및 상기 멤브레인 모듈(100)을 밀착 고정시키는 한쌍의 홀더부(200, 200')를 포함한다.
상기 멤브레인 모듈(100)은 세포를 포함하는 현탁액(300)이 상기 멤브레인 모듈(100) 내부를 관통하면서, 미세한 다공성을 갖는 멤브레인(110)을 통과 시 세포가 압출된다.
상기 멤브레인 모듈(100)은 내부에 한 쌍의 지지체(120, 120')와 상기 한 쌍의 지지체(120, 120') 사이에 멤브레인(110) 및 분산 디스크(130)를 포함한다.
상기 지지체(120, 120')은 각각 현탁액이 이동하는 관통홀(121, 121')이 형성된다. 상기 관통홀(121, 121')은 지지체(120, 120') 중심에 형성되는 것이 현탁액(300)의 이동축을 직선으로 함에 있어 바람직하다.
상기 지지체(120, 120')의 말단은 시린지(400) 말단과 용이한 결합을 위해 일정 높이로 돌출된 형태일 수 있다. 만약, 시린지(400) 말단에 니들(needle)과의 결합을 위해 나사선이 형성될 수 있는데, 이 경우 상기 지지체(120, 120') 말단을 상기 시린지(400) 말단에 형성된 나사선과 대응하는 나사선을 형성하게 되면 실리지(400)와의 결합을 보다 단단하게 결합시킬 수 있다.
도 3(a) 및 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 상기 분산 디스크(130)은 중심부를 포함하는 분산존(131)을 제외하고 미세홀(132)이 다수 형성되어 있는데, 주입되는 현탁액(300)이 관통홀(121)을 따라 빠른 속도로 이동하다가 분산 디스크(130)의 분산존(131)에 충돌하면서 넓게 분산하게 된다.
이때 분산 효율을 높이기 위해서는 상기 멤브레인 모듈(100) 내부에 위치하는 지지체(120, 120'에 형성된 관통홀(121, 121')과 분산 디스크(130) 중심부가 동일축 상에 위치하여야 한다.
상기 분산 디스크(130)에 의해 분산된 현탁액(300)이 외부로 유출되지 않고서 지속적인 압력을 받으면서 분산 디스크(130)에 형성된 다수 미세홀(132)을 빠져 나가기 위해서는 상기 분산 디스크(130) 및 상기 분산 디스크(130)와 인접하는 지지체(120) 사이에 오링(140)이 위치하는 것이 바람직하다. 이는 오링(140)이 상기 위치에 있으면 밀착된 상태에서 상기 분산 디스크(130)와 상기 지지체(120) 사이에 밀폐된 일정 공간이 형성되며, 이를 통해 상기 현탁액(300)이 분산 효과를 더욱 높일 수 있다.
상기 멤브레인 모듈(100)은 분산 디스크(130)와 멤브레인(110) 사이에 오링(140)이 더 위치할 수 있으며, 이를 통해 밀착된 상태에서 또한 밀폐된 일정 공간이 형성되어 현탁액(300)이 멤브레인(300) 통과 시 지속적인 가압 상태를 유지할 수 있다.
또한, 필요에 따라 멤브레인 모듈(100)의 구성 간 밀폐된 밀착을 높이기 위해 추가의 오링(140)이 더 위치할 수 있다.
또한, 상기 멤브레인 모듈(100)은 멤브레인(110)의 적어도 하나 이상의 면에 다공성을 갖는 멤브레인 지지필름(150)이 더 위치할 수 있다. 상기 멤브레인 지지필름(150)은 멤브레인(110)에 일정한 압력이 가해질 때 멤브레인(110)이 파손되는 것을 방지한다. 상기 멤브레인 지지필름(150)의 다공성 크기는 멤브레인(110)의 다공성 크기보다 커야 현탁액(300)의 이동이 원활해 질 수 있다.
상기 멤브레인 모듈(100)은 내부의 구성들이 상호 밀착되어야 현탁액(300)이 유출되지 않고 일정한 압력 상태에서 멤브레인(110)을 원활하게 통과할 수 있다. 따라서, 상기 멤브레인 모듈(100)의 밀착을 위해 한쌍의 홀더부(200, 200')가 상기 멤브레인 모듈(100)을 수용하면서 체결수단에 의해 밀착 고정된다. 상기 체결수단은 도 1 및 도 2와 같이 상호 대응하는 나사선일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 통상의 체결수단이면 모두 이에 해당할 수 있다. 상기 한쌍의 홀더부(200, 200') 말단은 상기 지지체(120, 120')의 말단이 노출되도록 일정한 홀이 형성된다. 상기 홀더부(200, 200')의 재질은 특별히 한정되지 않으나, 일정한 밀착에 따른 압력을 견디기 위해서는 금속류일 수 있다.
세포의 압출공정에서, 다공성의 크기가 다른 멤브레인(110)의 교체가 자주 발생하게 되는데, 상기 홀더부(200, 200')는 간단한 조작으로도 밀착 상태를 해제할 수 있어, 멤브레인(110) 교체가 용이해지는 장점을 가진다.
또한, 세포 압출공정에서 멤브레인 모듈(100)의 세척이 중요한 바, 본 발명에 따른 멤브레인 모듈(100)의 구성품들을 단가가 저렴한 일회용 재질로 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 도 4를 참고로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압출장치(10)를 이용한 세포 압출방법을 설명하기로 한다.
상기 압출장치(10)는 분산 디스크(130)가 하나 존재하므로, 현탁액(300)의 주입방향도 일방향인 것이 바람직하다. 따라서, 도 4와 같이 압출장치(10)의 일측에는 세포를 포함하는 현탁액(300)이 담긴 시린지(400)가 연결되며, 반대의 타측에는 멤브레인(110)을 통과하여 배출되는 현탁액을 외부로 유도하는 연결호스(160)가 연결되어 현탁액(300)을 수용하는 수용부(170)로 수용된다.
먼저, 세포를 포함하는 현탁액(300)이 담긴 시린지(400)를 상기 세포 압출장치(10)의 관통홀(121, 121') 중에서 분산 디스크(130)와 인접한 지지체(120)에 형성된 일측의 관통홀(121)에 연결한다 (S10 단계)
다음으로, 연결한 시린지(400)에 담긴 현탁액(300)을 멤브레인 모듈 내부로 주입하도록 실리지(400) 내부의 플런저(plunger)를 이동시키면, 상기 현탁액(300)은 분산 디스크(130)과 멤브레인(110)을 거쳐 나머지 타측의 관통홀(121')로 배출하게 된다.(S20 단계)
상기 S10 및 S20 단계를 적어도 1회 이상, 보다 바람직하게는 3~5회 이상 반복해야 충분한 압출효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 세포 압출방법에 의해 제조되는 베지클(VESICLE)을 포함한다. 본 발명에 따른 압출장치를 이용한 압출방법에 의해 현탁액 내 세포가 압출되면서, 세포외소포체(엑소좀, 마이크로베지클 등)을 비롯한 세포막에 의해 형성된 세포외소포모사체 등의 베지클이 획득할 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
10 : 압출장치
100 : 멤브레인 모듈
110 : 멤브레인
120, 120' : 지지체
121, 121' : 관통홀
130 : 분산 디스크
131 : 분산 디스크 중심부
132 : 미세홀
140 :오링
150 :멤브레인 지지필름
160 :연결호스
170 : 수용부
200, 200' : 홀더부
300 : 현탁액
400 : 실린지
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132 : 미세홀
140 :오링
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170 : 수용부
200, 200' : 홀더부
300 : 현탁액
400 : 실린지
Claims (7)
- 시린지 가압을 통해 멤브레인 모듈을 통과하는 현탁액 내 세포를 압출하는 시린지 결합형 세포 압출장치에 있어서,
상기 멤브레인 모듈은
상기 현탁액이 이동하는 관통홀이 형성된 한 쌍의 지지체;
상기 세포가 통과하며 압출되는 멤브레인; 및
중심부를 포함하는 분산존을 제외하고 미세홀이 다수 형성된 분산 디스크;를 포함하되,
상기 한 쌍의 지지체 사이에, 상기 멤브레인 및 상기 분산 디스크가 위치하고,
상기 한 쌍의 지지체에 각각 형성된 관통홀 및 상기 분산 디스크의 중심부가 동일축 상에 위치하며,
상기 멤브레인 모듈은 한쌍의 홀더부에 의해 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 세포 압출장치.
- 제1항에 있어서,
상기 멤브레인 모듈은
상기 분산 디스크 및 상기 분산 디스크와 인접하는 지지체 사이에 오링이 위치하여, 일정 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 세포 압출장치.
- 제1항에 있어서,
상기 멤브레인 모듈은
상기 분산 디스크 및 상기 멤브레인 사이에 오링이 위치하여, 일정 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 세포 압출장치.
- 제1항에 있어서,
상기 멤브레인 모듈은
상기 멤브레인의 하나 이상의 면에 다공성 멤브레인 지지필름이 위치하여 상기 멤브레인의 파손을 방지하는 것을 특징으로 하는 세포 압출장치.
- 제1항에 있어서,
상기 멤브레인 모듈은
상기 현탁액이 담긴 시린지를 상기 한 쌍의 지지체 중 분산 디스크와 인접한 지지체의 관통홀에 연결하는 것을 특징으로 하는 세포 압출장치.
- 제5항에 있어서,
상기 시린지는 시린지펌프에 의해 플런저가 이동하는 것을 특징으로 하는 세포 압출장치.
- 제1항 내지 제6중 어느 한 항에 따른 세포 압출장치를 이용한 세포 압출방법에 있어서,
세포를 포함하는 현탁액이 담긴 시린지를 상기 세포 압출장치의 관통홀 중 상기 분산 디스크와 인접한 지지체의 관통홀에 연결하는 단계; 및
상기 시린지에 담긴 현탁액을 상기 멤브레인 모듈 내부로 주입한 후, 상기 분산 디스크과 상기 멤브레인을 거쳐 나머지 관통홀로 배출하는 단계;
를 포함하는 과정을 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 세포 압출방법.
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| KR20140118524A (ko) | 2013-03-29 | 2014-10-08 | 포항공과대학교 산학협력단 | 원심력을 이용한 세포유래 인공 마이크로베시클 제조 장치 |
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2020
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