KR102248370B1 - 세포 탑재용 모듈 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포 탑재용 모듈 장치에 관한 것으로, 상부 및 하부가 개방되고, 내부가 빈 용기 형태의 바디부, 상기 바디부의 상부 및 하부의 개방된 상단 및 하단 각각에 개폐 가능하게 결합되는 상부캡 및 하부캡을 포함하고, 상기 하부캡의 중앙에 시린지 결합부재를 구비하는 캡부, 상기 바디부 내부에 설치되고 상기 바디부의 개방된 상부를 통해 주입되는 세포를 수용하는 세포수용부, 및 상기 세포수용부 하부에 설치하고 상기 세포수용부에 수용된 세포를 탑재하기 위한 마이크로 구조체를 포함하는 세포 탑재 모듈부를 포함한다.

Description

세포 탑재용 모듈 장치 {A MODULE DEVICE FOR CELL LOADING}
본 발명은 세포 탑재용 모듈 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 마이크로 구조체에 대해 세포 탑재 및 회수 효율을 높이고 교차 감염의 가능성을 배제할 수 있도록 하고 소형의 모듈 형태로 제작되는 세포 탑재용 모듈 장치에 관한 것이다.
줄기 세포(stem cell)는 실제로 태생기 전능세포(pluripotent cell)를 지칭한다. 이는 어떤 조직으로 든 발달할 수 있는 세포를 의미한다. 줄기 세포는 주로 초기 분열 단계의 배아로부터 채취된다. 이 단계의 세포는 아직 장기 형성 능력이 없으므로 사전에 입력하는데 따라 특정하게 선택한 세포계(cell line)로 배양될 수 있다.
현재 세계 각국에서 경쟁적으로 줄기 세포 연구를 진행 중이다. 줄기 세포를 인류가 적절히 통제할 수 있는 기술이 확보된다면 장기 이식이 매우 손쉽게 이루어질 수 있기 때문에 질병 치료의 신천지가 열리게 된다.
최근에는 관절연골 재생을 위해 줄기세포를 탑재한 마이크로로봇을 전자장 제어 방식으로 손상된 연골부위에 정확히 유도하는 능동형 줄기세포 전달체 방법론이 제시되었다. 이 방법으로 대표적인 퇴행성 질환 부위인 관절연골을 치료시 기존 저효율의 비침습적 줄기세포 주입법 보다 환자의 회복기간 단축과 능동구동에 따른 치료효과 증대와 함께 시술비용을 대폭 낮출 수 있게 되어 새 치료법으로 각광을 받을 것으로 예상되고 있다.
도 1은 종래의 줄기세포를 탑재한 마이크로로봇의 현미경 이미지를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 종래 줄기세포를 탑재한 마이크로로봇은 생분해성 폴리머로 이루어진 3차원 다공성 구조체로 표면에는 외부 자기장에 반응하는 나노 자성입자들이 부착된 형태로 제작되며, 이러한 자기구동 마이크로로봇내 줄기세포가 탑재된다.
줄기세포 탑재 마이크로로봇은 외부 자기장에 의한 마이크로로봇 표면의 나노 자성입자의 반응에 따라 손상된 관절연골 부위로 정밀 이동할 수 있으며, 이동한 후 줄기세포는 연골세포로 분화되고 동시에 마이크로로봇은 체내에서 서서히 분해된다.
도 1과 같은 줄기세포 탑재 마이크로로봇의 제조과정을 간략하게 설명하면, 세포에 자성체(직경 5-100㎚)를 첨가한 후 12시간 동안 공배양(co-culture)하면 세포막을 이용하여 밖에서 안으로 물질을 도입하는 엔도사이토시스(endocytosis)의 작용에 의해 세포내 자장에 반응하는 자성체를 포함하는 세포를 제조할 수 있다. 이때, 스캐폴드(scaffold)와 같은 미세구조체에 세포와 자성체를 입체 배양(three-dimensional culture)하는 방법을 통해 구(spheroid) 형태의 세포 구조체를 제조할 수 있다. 여기서는, PLGA 이중 에멀전(double emulsion) 방법을 통하여 PLGA 마이크로-스캐폴드 바디(micro-scaffold body)를 제작하고, 아미노 결합 형성(amino bond formation)을 이용한 결합 공정(coupling process)을 이용하여 제작된 PLGA 마이크로-스캐폴드의 표면에 Fe3O4 MNP가 코팅된 PEI(polyethylenimine)를 부착하여 자성 나노입자가 부착된 마이크로-스캐폴드를 제작하고, 10% FBS 포함 DMEM 배지 내에 침지시킨 후 현미경 하에서 줄기세포를 마이크로-스캐폴드 위에 주입한 후 배양기에서 배양하여 마이크로-스캐폴드 내에 줄기세포를 정착시키게 된다.
한편, 기존 중동물 대상 전임상 세포 탑재 방식은 도 2에 보여진 바와 같이, 대용량 교반용 플라스크(spinner flask)을 사용하여 실제 시술 환경에서 사용되기에 제한점이 존재하였다.
도 2는 종래의 중동물 대상 전임상용 세포 탑재 방식을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기존 중동물 대상 전임상에서는 3구 스피너 플라스크, 플렉스(flex)-타입/벌브(bulb)모양의 자성 유리, 회전 임펠러(impeller) 어셈블리, 테브론(teflon)/실리콘(silicone) 계열 스크류 캡 등을 사용한다. 여기서는 플라스크 뚜껑 내부 센터에 부착된 "교반축-고리"에 회전 샤프트가 시료 위로 연결되며 회전 샤프트 어셈블리가 특수 벌브 모양의 유리 자성 임펠러로 구성되어 있다. 샤프트 임펠러는 길이 조절식이며 자석 교반기에 의해 유리 벌브 임펠러가 플라스크 바닥 주위를 저속 회전(교반)한다.
기존 상용 플라스크는 125㎖ 이상의 대용량으로 10㎖ 이하의 소규모 용량에는 적용이 불가하여 대량의 소모성 재료가 소요되는 등 부피가 크고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 외부 전원이 필요하고 3시간 이상의 탑재 시간 증가 및 반복 사용으로 교차 감염 가능성이 있어 매회 세척 및 살균 공정이 필요하고, 치료제 탑재 도중 미생물 감염 가능성이 있어 의료환경에서 사용하기 어려운 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제10-0799060(2008.01.22)호는 자성 세포 및 그의 사용 방법에 관한 것으로, 인테그린을 표면에 갖는 세포, 및 상기 인테그린과 접착하는, RGDS 또는 GRGDS인 아미노산 배열을 포함하는 펩티드를 가지며, 자성체를 포함하는 자성 입자를 함유하며, 상기 펩티드의 상기 자성 입자에 대한 코팅량이 상기 자성입자 1㎎에 대해 3ng 내지 6㎍인 자성 세포를 개시한다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0125290(2017.11.14)호는 자기구동 관절연골 재생 시스템에 관한 것으로, 자성체 및 연골세포 또는 줄기세포인 연골생성 세포의 미세구조체를 포함하고, 상기 미세구조체는 생적합성 폴리머 지지체에 골생성 세포가 부착된 것 또는 연골생성 세포의 3차원적 배양체인 것을 개시한다.
한국 공개특허공보 제10-2018-0111450(2018.10.11)호는 홍합 접착 단백질을 포함하는 다공성 마이크로입자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 미세유체채널 내부에서 홍합 접착 단백질, 산화제 및 기공유도물질(porogen)을 포함하는 유중수 에멀젼을 형성하는 단계, 홍합 접착 단백질에 포함된 도파 잔기의 산화를 통해 상기 유중수 에멀젼을 가교시키는 단계, 및 가교 후 얻어진 에멀젼 입자를 세척하고 기공을 형성시키는 단계를 포함하여 제조되어 실린지를 통한 최소 침습형 생체 주입이 가능하여 생체전달체로서 조직 손상 부위에 치료용 줄기세포를 효율적으로 전달할 수 있는 기술을 개시한다.
한국 등록특허공보 제10-0799060(2008.01.22)호 한국 공개특허공보 제10-2017-0125290(2017.11.14)호 한국 공개특허공보 제10-2018-0111450(2018.10.11)호
본 발명의 일 실시예는 소형의 모듈 형태로 제작하고 마이크로 구조체에 대해 세포 탑재 및 회수 효율을 개선하고 일회용으로 교차오염의 위험을 배제할 수 있도록 하는 세포 탑재용 모듈 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 치료용 줄기세포를 효율적으로 체내 병변 부위로 전달할 수 있도록 가능한 많은 양의 줄기세포를 고분자 구조체에 탑재할 수 있도록 하는 세포 탑재용 모듈 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 세포 탑재용 모듈 장치는 상부 및 하부가 개방되고, 내부가 빈 용기 형태의 바디부, 상기 바디부의 상부 및 하부의 개방된 상단 및 하단 각각에 개폐 가능하게 결합되는 상부캡 및 하부캡을 포함하고, 상기 하부캡의 중앙에 시린지 결합부재를 구비하는 캡부, 상기 바디부 내부에 설치되고 상기 바디부의 개방된 상부를 통해 주입되는 세포를 수용하는 세포수용부, 및 상기 세포수용부 하부에 설치하고 상기 세포수용부에 수용된 세포를 탑재하기 위한 마이크로 구조체를 포함하는 세포 탑재 모듈부를 포함한다.
상기 바디부는 원통 형상의 통체로 이루어지고 소규모 용량에 적합하게 소형 제작할 수 있다.
상기 세포 탭재 모듈부는 미세 유체 제어를 기반으로 패터닝하여 마이크로 구조체와 각 마이크로 구조체들을 연결하는 유체채널 및 유체밸브채널을 구성할 수 있다.
상기 마이크로 구조체는 생분해성 폴리머로 이루어진 3차원 다공성 구조체로 표면에 외부 자기장에 반응하는 나노 자성입자들이 부착된 형태일 수 있다.
상기 세포수용부는 상기 바디부 내부로 주입되는 세포가 가운데 모아질 수 있게 경사면을 형성하고 바닥면에 세포가 통과할 수 있는 개구를 형성하여 상기 시린지 결합부재에 체결되는 시린지의 피스톤 움직임 방향을 따라 상기 세포가 상기 개구를 통과하여 상기 마이크로 구조체로 이동할 수 있게 한다.
상기 세포 탑재 모듈부는 상기 마이크로 구조체의 하부에 배치되고 상기 세포수용부의 상기 개구를 통과하는 상기 세포를 걸려내어 고농도 농축시켜 상기 마이크로 구조체의 세포 탑재 효율을 높이는 필터부재를 더 포함할 수 있다.
상기 상부캡에 설치되고 상기 바디부 내부로 유입되는 공기를 필터링하여 오염을 방지하는 에어필터를 더 포함할 수 있다.
상기 세포는 줄기세포일 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 탑재용 모듈 장치는 소형의 모듈 형태로 제작함으로써 소규모 용량에 적합하고 일회용이 가능하여 교차 감염 가능성을 배제하고 세포가 마이크로 구조체에 부착될 동안 세포 배양 환경을 유지하여 오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 탑재용 모듈 장치는 시린지(syringe)를 이용한 동력 발생으로 별도의 동력원이 없어도 마이크로 구조체에 세포를 탑재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 탑재용 모듈 장치는 세포가 걸러질 수 있도록 미세 필터를 배치함으로써 세포가 고농도로 농축할 수 있어 마이크로 구조체에 가능한 많은 양의 세포가 부착되어 세포 탑재 및 회수 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 종래 줄기세포 탑재 마이크로로봇의 현미경 이미지를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 중동물 대상 전임상용 세포 탑재 방식을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 탑재용 모듈 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 있는 세포 탑재 모듈부를 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 3에 있는 세포 탑재용 모듈 장치와 시린지의 체결 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3에 있는 세포 탑재용 모듈 장치를 나타내는 모식도이다.
도 7은 도 6에 있는 세포 탑재용 모듈 장치의 세포 탑재 방식을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 있는 세포 탑재용 모듈 장치의 세포 회수 방식을 나타내는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 탑재용 모듈 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 있는 세포 탑재 모듈부를 나타내는 예시도이고, 도 5는 도 3에 있는 세포 탑재용 모듈 장치와 시린지의 체결 상태를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 세포 탑재용 모듈 장치(100)는 대략 10x5㎝ 이하 크기로 소형 제작되되, 내부가 보이는 원통 형상의 투명 플라스틱 재질로 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 세포 탑재용 모듈 장치(100)는 10㎖ 이하의 소규모 용량에 적합하고 일회용도로 제작할 수 있다.
일 실시예에서, 세포 탑재용 모듈 장치(100)는 바디부(110)와 캡부(120), 그리고 세포 탑재 모듈부(130)를 포함할 수 있다.
바디부(110)는 상부 및 하부가 개방되고 내부가 빈 용기 형태로, 대략 원통 형상의 통체로 소형 제작된다. 바디부(110)는 상부 및 하부의 개방되어 있는 상단 및 하단에 캡부(120)가 개폐 가능하게 결합되게 된다. 바디부(110) 내부에는 세포 탑재 모듈부(130)가 고정 설치되게 된다.
캡부(120)는 상부캡(121)과 하부캡(123)으로 구성되고, 돌려서 개폐 가능하게 바디부(110)의 개방된 상부 및 하부에 각각 결합된다. 여기에서, 캡부(120)는 바디부(110)의 뚜껑 역할을 한다.
상부캡(121)은 바디부(110) 내부에 세포를 주입하는 경우 및 세포를 회수하는 경우에 열어 바디부(110)의 상부를 개방할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 하부캡(123)은 도 5에 보여진 바와 같이, 시린지(syringe)(300)와의 결합을 위한 시린지 결합부재를 포함할 수 있다. 여기에서, 시린지 결합부재는 시린지(300)의 팁(tip) 부분이 통과할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 세포 탑재 모듈부(130)는 소프트리소그래피 기술을 활용하여 모듈 제작할 수 있으며, 도 4에 보여진 바와 같은 미세유체 패터닝하여 마이크로 구조체(210)와 각 구조체(210)들을 연결하는 유체채널(220) 및 유체밸브채널(230)을 구성할 수 있다.
소프트 리소그래피(soft lithography)란 반도체 제조에 이용되는 실리콘 엘라스토머를 사용하는 조형법을 말하며 반도체 산업에서는 마이크로미터에서 나노미터의 크기의 칩 생산을 주목으로 하나, 의학이나 의료용으로서는 크기에 관계없이 밀리미터 크기의 조형물로서의 칩을 대량으로 제조해 값싸게 세포생물학적 연구로부터 진단, 치료에 이르는 의학 분야에서 사용할 목적으로 이용된다.
소프트 리소그래피 기술은 미세유체 패턴 형성에 사용되고 있는 데, 예를 들어 PDMS(폴리디메틸실록산)로 제조한 미세유체 칩은 고분자이므로 유연성이 좋으며 세포 및 생체물질에 대해 생체적합성이 우수하며 표면을 화학적으로 손쉽게 개질할 수 있어 필요한 화학 관능기를 도입할 수도 있다.
미세유체(microfluidic)는 일상의 유체와는 다른 여러 가지 특성을 가질 수 있다. 미세유체는 레이놀즈수(Reynolds number)가 2000 이하로 층류 흐름 특성을 가진다. 레이놀즈수(Re)는 다음의 수학식을 통해 구해진다.
[수학식]
Re = ρvd/μ
여기에서, ρ는 유체 밀도(g/㎤), v는 유체속도(㎝/s), d는 채널의 직경(㎝), μ는 점도(g/㎝˙s)를 의미한다.
이 조건에서는 유체의 흐름이 주로 점성에 의해 좌우된다. 미세유체(microfluidic)에서는 두 종류의 유체가 접하면서 흐르는 경우, 두 유체는 접촉면에서 확산에 의해서만 혼합하게 되므로 안정된 농도 구배(gradient)를 얻을 수도 있다. 미세유체 기반의 세포 에세이 시스템에서는 마이크로 챔버(chamber)에 여러 종류의 세포 또는 조직을 심을 수 있고 마이크로채널을 이용하여 챔버에 연속적으로 영양분을 공급할 수 있고, 세포 대사과정에서 생성되는 부산물을 제거할 수도 있다. 소형화된 디바이스를 사용하므로 세포 시료 및 세포 배양 등에 사용하는 생화학약품의 양을 줄일 수 있다는 장점도 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 세포 탑재 모듈부(130)는 유체 제어를 기반으로 하고 도 5에 보여진 바와 같이 시린지(300)의 피스톤 동작을 동력원으로 사용하여 바디부(110) 내부에 주입된 줄기세포(200)를 마이크로 구조체(210)에 탑재할 수 있다. 여기에서, 줄기세포(200)는 상부캡(121)을 열어 개방된 바디부(110)의 상부를 통해 주입될 수 있다.
도 5를 보면, 하부캡(123)의 시린지 결합부재에 시린지(300)를 결합시킨 후 시린지(300)의 피스톤을 하방을 향해 당기면 압력에 의해 상부에 주입된 줄기세포(200)가 하부로 움직이면서 마이크로 구조체(210)에 탑재되게 된다.
도 6은 도 3에 있는 세포 탑재용 모듈 장치를 나타내는 모식도이다.
도 6을 참조하면, 세포 탑재용 모듈 장치(400)는 바디부(410), 캡부(420), 세포 탑재 모듈부(430), 세포수용부(440) 및 필터부(450)를 포함할 수 있다.
바디부(410)는 내부가 빈 원통의 통체로 소형 크기의 투명 재질로 형성되며, 세포 탑재 모듈부(430)를 보호하는 케이스 역할을 한다. 바디부(410)는 상부 및 하부가 개방되어 있고 개방된 상단 및 하단에는 캡부(420)가 개폐 가능한 형태로 결합된다. 바디부(410)는 내부에 세포 탑재 모듈부(430)가 설치된다.
캡부(420)는 상부캡(421)과 하부캡(423)으로 구성되고, 돌려서 개폐 가능한 형태로 바디부(410)에 결합된다. 하부캡(423)은 중앙에 시린지 결합부재(425)를 구비한다. 시린지 결합부재(425)는 시린지(600)와 체결 가능한 구조로 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 시린지 결합부재(425)는 하부캡(423)과 바디부(410)의 하단부 사이의 관통공을 형성하여 시린지(600)와의 결합시 시린지(600)의 팁부분이 관통공을 통해 내삽되어 체결할 수 있도록 한다.
세포 탑재 모듈부(430)는 마이크로 구조체(431), 필터부재(433) 및 필터고정부재(435)를 포함하여 구성된다.
마이크로 구조체(431)는 생분해성 폴리머로 이루어진 3차원 다공성 구조체로 표면에는 외부 자기장에 반응하는 나노 자성입자들이 부착된 형태로 제작되며, 세포가 탑재되게 된다.
필터부재(433)는 마이크로 구조체(431)의 하부에 배치되어 세포를 걸려낼 수 있도록 하여 세포가 고농도로 농축되게 한다.
필터고정부재(435)는 바디부(410)의 내주면 둘레를 따라 설치하고 필터부재(433)를 양측에서 고정할 수 있게 구성한다.
세포수용부(440)는 바디부(410) 내부로 주입되는 세포가 가운데 모아질 수 있도록 경사면이 형성되고 바닥면에 세포가 통과할 수 있는 개구(441)가 형성된다.
필터부(450)는 상부캡(421)에 설치하고 바디부(410) 내부로 공기유입시 오염을 방지할 수 있게 에어필터로 구현할 수 있다.
이와 같이 소형 크기로 제작된 세포 탑재용 모듈 장치(400)는 실제 의료 현장에서 세포(500)를 주입하고 마이크로 구조체(431)에 탑재할 수 있다. 일 실시예에서, 세포(500)는 줄기세포일 수 있다.
도 7은 도 6에 있는 세포 탑재용 모듈 장치의 세포 탑재 방식을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 세포 탑재용 모듈 장치(400)에 세포(500)를 주입한다. 일 실시예에서, 세포 탑재용 모듈 장치(400)의 상부캡(421)을 돌려서 바디부(410)의 상부를 개방시킨 후 세포(500)를 주입할 수 있다. 이때, 바디부(410) 내부에 주입된 세포(500)는 세포수용부(440)에 수용되게 된다. 여기에서, 세포(500)는 배양액에 포함되어 주입되게 되고 세포수용부(440)에 형성된 경사면을 따라 가운데 모아질 수 있다. 이때, 세포수용부(440)에 모아진 세포(500)는 표면 장력에 의해 바닥면에 형성된 개구(441)를 통과하지 못하고 세포수용부(440) 내에 수용된 상태로 있게 된다.
그런 다음, 세포 탑재용 모듈 장치(400)에 시린지(600)를 이용하여 세포 탑재 동력을 발생시킨다. 일 실시예에서, 시린지(600)를 하부캡(423)의 시린지 결합부재(425)에 체결시킨 후 시린지(600)의 펌핑 동작에 의해 바디부(410) 내부에 동력을 발생시킨다. 이때, 시린지(600)는 피스톤을 세포 탑재용 모듈 장치(400)를 기준으로 외측 방향으로 움직이도록 하여 세포 탑재용 모듈 장치(400)의 바디부(410) 내부에 피스톤 움직이는 방향으로 압력(힘)을 발생시킨다. 이에 따라, 세포수용부(440)에 수용된 세포(500)가 세포수용부(440) 바닥에 마련된 개구(441)를 통과하여 마이크로 구조체(431)에 부착되면서 세포 탑재 마이크로 구조체(700)를 제작하게 된다. 이때, 필터부재(433)는 배양액을 통과시키고 세포(500)를 걸러내어 세포(500)가 고농도로 농축되게 되어 마이크로 구조체(431)의 세포 탑재 효율을 높일 수 있게 한다. 여기에서, 상부캡(421)에 설치한 필터부(450)는 시린지(600)의 피스톤 동작에 의해 바디부(410) 내부에 압력(힘)이 발생하면서 유입될 수 있는 오염공기를 필터링할 수 있다. 이에 따라, 세포 탑재 도중 오염 및 미생물 감염 가능성을 최소화할 수 있다.
도 8은 도 7에 있는 마이크로 구조체에 탑재된 세포 회수 방식을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 상부캡(421)을 돌려서 바디부(410)의 상부를 개방시킨 후 개방된 상부를 통해 시린지(600)의 바늘부분을 세포수용부(440)의 개구(441)를 통과시킨다. 그런 다음, 시린지(600)의 피스톤을 외측을 향해 당겨 동력을 발생시킨다. 시린지(600)의 피스톤 움직임 방향을 따라 세포 탑재 마이크로 구조체(700)가 바늘을 따라 시린지(600) 내부로 유입되어 마이크로 구조체(700)에 탑재된 줄기세포를 회수할 수 있게 한다.
일 실시예에 따른 세포 탑재용 모듈 장치는 외부 전원이 불필요하고 10㎖ 이하의 소규모 용량에 적합하여 일회용 사용이 가능함에 따라 교차 감염 가능성을 배제할 수 있고 10x5㎝ 이하의 소형 크기로 살균 및 개별 포장이 가능하고 압력 제어를 통한 유체 흐름 제어 및 미세 필터 채용으로 기존 대비 높은 세포 탑재 및 회수 효율을 예측할 수 있어 실제 의료현장에서의 사용을 확대시킬 수 있을 것으로 기대한다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100,400: 세포 탑재용 모듈 장치
110,410: 바디부
120,420: 캡부 121,421: 상부캡
123,423: 하부캡
130,430: 세포 탑재 모듈부
200,500: 세포
210,431: 마이크로 구조체
220: 유체채널 230: 유체밸브채널
300,600: 시린지
425: 시린지 결합부재
433: 필터부재 435: 필터고정부재
440: 세포수용부 441: 개구
450: 필터부
700: 세포 탑재 마이크로 구조체

Claims (8)

  1. 상부 및 하부가 개방되고, 내부가 빈 용기 형태의 바디부;
    상기 바디부의 상부 및 하부의 개방된 상단 및 하단 각각에 개폐 가능하게 결합되는 상부캡 및 하부캡을 포함하고, 상기 하부캡의 중앙에 시린지 결합부재를 구비하는 캡부;
    상기 바디부 내부에 설치되고 상기 바디부의 개방된 상부를 통해 주입되는 세포를 수용하는 세포수용부; 및
    상기 세포수용부 하부에 설치하고 상기 세포수용부에 수용된 세포를 탑재하기 위한 마이크로 구조체를 포함하는 세포 탑재 모듈부를 포함하되,
    상기 세포 탑재 모듈부는
    미세 유체 제어를 기반으로 패터닝하여 마이크로 구조체와 각 마이크로 구조체들을 연결하는 유체채널 및 유체밸브채널을 구성하는 것을 특징으로 하는 세포 탑재 모듈부를 포함하는 세포 탑재용 모듈 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바디부는
    원통 형상의 통체로 이루어지고 소규모 용량에 적합하게 소형 제작되는 것을 특징으로 하는 세포 탑재용 모듈 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 구조체는
    생분해성 폴리머로 이루어진 3차원 다공성 구조체로 표면에 외부 자기장에 반응하는 나노 자성입자들이 부착된 형태인 것을 특징으로 하는 세포 탑재용 모듈 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세포수용부는
    상기 바디부 내부로 주입되는 세포가 가운데 모아질 수 있게 경사면을 형성하고 바닥면에 세포가 통과할 수 있는 개구를 형성하여 상기 시린지 결합부재에 체결되는 시린지의 피스톤 움직임 방향을 따라 상기 세포가 상기 개구를 통과하여 상기 마이크로 구조체로 이동할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 세포 탑재용 모듈 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 세포 탑재 모듈부는
    상기 마이크로 구조체의 하부에 배치되고 상기 세포수용부의 상기 개구를 통과하는 상기 세포를 걸려내어 고농도 농축시켜 상기 마이크로 구조체의 세포 탑재 효율을 높이는 필터부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 탑재용 모듈 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부캡에 설치되고 상기 바디부 내부로 유입되는 공기를 필터링하여 오염을 방지하는 에어필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 탑재용 모듈 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 세포는
    줄기세포인 것을 특징으로 하는 세포 탑재용 모듈 장치.
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