KR102267199B1

KR102267199B1 - 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치

Info

Publication number: KR102267199B1
Application number: KR1020210017543A
Authority: KR
Inventors: 백문창; 배주현
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-06-21
Also published as: WO2022092789A1

Abstract

본 발명은, 십자류필터(Cross-flow filter)를 이용하여 시료로부터 세포 외 소포체(EV; Extra-cellular vesicles)를 얻는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치에 있어서, 시료가 저장되는 시료주입부; 상기 시료주입부로부터 공급받은 시료를 필터링하는 제1십자류필터; 상기 제1십자류필터에 의해 필터링된 여과물(Filtrate)을 공급받는 수용부; 상기 수용부에 수용된 시료를 공급받으며, 공급받은 시료를 필터링하여 필터링된 여과물을 외부로 배출하고, 필터링되지 않은 투석유물(Retentate)을 상기 수용부로 리턴하는 제2십자류필터; 상기 제1십자류필터와 제2십자류필터의 토출 부위에 설치되며, 상기 제1십자류필터와 제2십자류필터로부터 토출된 물질의 농도를 측정하는 농도측정수단; 및 상기 농도측정수단의 측정값에 관한 정보를 전달받으며, 전달받은 측정값에 관한 정보를 표시하는 모니터를 포함하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치를 제공한다.

Description

실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치{Tangential Flow Filtration based Extracellular vesicle purification system with self-feedback protocol controller via real-time monitoring}

본 발명은 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 십자류필터(Cross-flow filter)를 이용하여 시료로부터 세포외 소포체를 얻는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치에 관한 것이다.

세포 외 소포체(EV; Extra-cellular vesicles)는 암과 같은 질병의 진단 및 치료 등에 매우 유용한 생물학적 정보를 가진 소포체이다. 이러한 이유로 진단용 EV 바이오마커 개발, EV 관련 기전 연구, 치료용 EV 연구 등을 위하여 각각의 목적에 부합하는 EV를 모으는 일은 가장 기본이 되는 일이자 중요한 일이다.

특히, 실험실 수준에서 동일한 배양액으로부터 얻은 EV를 이용하여 여러 가지 실험을 하기 위해서는 대용량의 배양액으로부터 EV를 분리 및 농축하는 일이 필수적이다. 또한 화장품이나 질병 치료용 EV를 연구개발, 나아가 상업화를 목적으로 하는 산업체 수준에서는 대량의 EV를 생산하는 일이 특히나 더더욱 중요하다.

현재 십자류 여과 기반의 EV 정제를 이용할 때에, 시료의 초기 농도나 부피에 따라 각기 다른 프로토콜을 적용해야하며, 이에 대한 최적화 과정이 필수이다. 이는 수많은 시간과 비용을 요하는 작업으로, 십자류 여과를 이용한 대용량의 세포 배양액으로부터 EV를 정제할 때에 매우 큰 진입 장벽으로 작용하고 있는 실정이다

즉, 기존의 십자류 여과 방식은 시료의 종류나 농도, 부피 따라 각기 다른 정제 프로토콜의 최적화 과정을 거쳐 적용하여야하고, 분리농축이 되어가는 과정을 눈으로 볼 수 없다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1726286호(발명의 명칭 : 세포외 소포체 포집 장치 및 그 사용 방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 실시간 모니터링 및 self-feedback을 통하여 프로토콜을 자동으로 선택하여 가동하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 시료주입부로부터 토출된 시료를 상기 제1십자류필터로 공급하는 제1라인과, 상기 제1십자류필터에 의해 필터링되지 않은 투석유물을 상기 시료주입부로 공급하는 제2라인과, 상기 제1십자류필터에 의해 필터링된 여과물을 상기 수용부로 공급하는 제3라인을 더 포함하며, 상기 농도측정수단은, 상기 제2라인에 설치되며, 상기 제2라인을 통해 유동하는 투석유물의 농도를 측정하는 제1농도측정수단과, 상기 제3라인에 설치되며, 상기 제3라인을 통해 유동하는 여과물의 농도를 측정하는 제2농도측정수단을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 수용부로부터 토출된 시료를 상기 제2십자류필터로 공급하는 제4라인과, 상기 제2십자류필터에 의해 필터링되지 않은 투석유물을 상기 수용부로 공급하는 제5라인을 더 포함하며, 상기 농도측정수단은, 상기 제5라인에 설치되며, 상기 제5라인을 통해 유동하는 투석유물의 농도를 측정하는 제3농도측정수단을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 폐기물이 저장되는 폐기물 저장소와, 상기 제2십자류필터에 의해 필터링된 여과물을 상기 폐기물 저장소로 토출하는 제6라인을 더 포함하며, 상기 농도측정수단은, 상기 제6라인에 설치되며, 상기 제6라인을 통해 유동하는 여과물의 농도를 측정하는 제4농도측정수단을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 시료주입부로부터 토출된 시료를 상기 제1십자류필터로 공급하는 제1라인과, 상기 제1십자류필터에 의해 필터링되지 않은 투석유물을 상기 시료주입부로 공급하는 제2라인과, 상기 제1십자류필터에 의해 필터링된 여과물을 상기 수용부로 공급하는 제3라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 수용부로부터 토출된 시료를 상기 제2십자류필터로 공급하는 제4라인과, 상기 제2십자류필터에 의해 필터링되지 않은 투석유물을 상기 수용부로 공급하는 제5라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 시료주입부로 투석액을 공급하는 제1투석액 공급부와, 상기 수용부로 투석액을 공급하는 제2투석액 공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1십자류필터와 제2십자류필터는, 각각, 공급받은 시료가 내부에서 축 방향으로 통과되는 중공의 실린더부재와, 상기 실린더부재의 표면에 설치되며, 상기 실린더부재의 내부를 통과하는 시료가 상기 실린더부재의 반경방향을 따라 외측으로 여과되는 세공(Pore)이 형성된 필터부재를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 제1십자류필터의 필터부재는, 상기 제2십자류필터의 필터부재보다 세공의 크기가 더 크게 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 시료주입부로부터 상기 제1십자류필터로 시료를 이송하는 제1펌프와, 상기 제1펌프의 토출압력을 측정하는 제1센서와, 상기 수용부로부터 상기 제2십자류필터로 시료를 이송하는 제2펌프와, 상기 제2펌프의 토출압력을 측정하는 제2센서와, 상기 제1센서와 제2센서로부터 측정값을 전달받아, 상기 제1펌프와 제2펌프를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 폐기물이 저장되는 폐기물 저장소와, 상기 제2십자류필터에 의해 필터링된 여과물을 상기 폐기물 저장소로 토출하는 제6라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, 상기 제1십자류필터에 설치되는 제3십자류필터와, 상기 제2십자류필터에 설치되는 제4십자류필터를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치에 의하면, EV의 농도를 실시간으로 측정 및 모니터링할 수 있는 탐지 기능을 탑재하여 이를 기반으로 정제 장치가 프로토콜을 차별적으로 선택, 가동할 수 있는 자동화 장치를 제공하게 된다. 본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치는, EV 정제에 십자류 여과 방식의 장점을 이용하면서, EV의 농축 상황을 실시간으로 확인 및 이를 통한 프로토콜 자동화라는 두 가지 기술을 하나의 기기에 집약한 장치로서, 현재 EV 연구에 큰 장벽이 되고 있는 문제점 중 하나인 EV preparation 및 quality control에 관한 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치의 구조도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 제1 및 제2 십자류필터를 나타낸 도면이다.

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

도 1을 참조하면, 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치(100)는, 십자류필터(Cross-flow filter)를 이용하여 시료(세포 배양액)로부터 세포 외 소포체(EV; Extra-cellular vesicles)를 얻는 장치이다.

소포체란, 진핵세포 내에 막으로 감싸진 납작한 구조체와 관모양의 구조체가 연결되어 그물망과 같은 구조를 보이는 작은 기관을 의미한다. 그 중, 세포 외 소포체는 암과 같은 질병의 진단 및 치료 등에 매우 유용한 생물학적 정보를 가진 소포체이다. 이러한 이유로 진단용 EV 바이오마커 개발, EV 관련 기전 연구, 치료용 EV 연구 등을 위하여 각각의 목적에 부합하는 EV를 모으는 일은 가장 기본이 되는 일이자 중요한 일이다.

도 2를 참조하면, 십자류필터(10)는, 실린더부재(11) 및 필터부재(12)를 포함한다. 상기 실린더부재(11)는, 공급받은 시료가 내부에서 상기 실린더부재(11)의 축 방향으로 통과되도록 속이 빈 형상으로 형성된다. 상기 필터부재(12)는, 상기 실린더부재(11)의 표면에 설치되며, 복수개의 세공(Pore;13)이 형성된다.

상기 십자류필터(10)의 내부로 유입된 시료 중, 상기 세공(13)의 크기보다 작은 물질은, 상기 실린더부재(11)의 반경방향을 따라 상기 복수개의 세공(13)을 통과하여 상기 실린더부재(11)의 외측으로 여과된다. 반대로, 상기 십자류필터(10)의 내부로 유입된 시료 중, 상기 세공(13)의 크기보다 큰 물질은, 상기 복수개의 세공(13)을 통과하지 못하고 상기 실린더부재(11)의 축방향을 따라 그대로 상기 실린더부재(11)를 통과하게 된다. 한편, 상기 십자류필터(10)는, 도 1에서의 제1십자류필터(120) 및 제2십자류필터(140)가 될 수 있다.

이하부터는, 편의상, 상기 세공(13)을 통과하여 상기 실린더부재(11)의 반경방향 외측으로 토출된 물질을 여과물(Filtrate)이라 하고, 상기 세공(13)을 통과하지 못하고 상기 실린더부재(11)의 축방향을 따라 토출된 물질을 투석유물(Retentate)이라 한다. 이때, 상기 여과물은 상기 세공(13)의 크기보다 작고, 상기 투석유물은 상기 세공(13)의 크기보다 크다고 할 수 있다.

도 1을 참조하면, 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치(100)는, 시료주입부(110), 제1십자류필터(120), 수용부(130), 제2십자류필터(140), 제1라인(150), 제2라인(151), 제3라인(152), 제4라인(153), 제5라인(154), 제6라인(155), 제1투석액 공급부(160), 제2투석액 공급부(161), 제1펌프(170), 제1센서(171), 제2펌프(172), 제2센서(173), 제어부(174) 및 폐기물 저장소(180)를 포함한다.

상기 시료주입부(110)는, 시료, 즉 세포 배양액을 내부에 저장한다. 상기 제1십자류필터(120)는, 상기 시료주입부(110)로부터 시료를 공급받으며, 공급받은 시료를, 상기 제1십자류필터(120)의 반경방향을 따라 필터링되는 제1여과물과, 별도로 필터링되지 않고 상기 제1십자류필터(120)의 축방향을 따라 그대로 통과하는 제1투석유물로 분리한다.

상기 제1라인(150)은, 상기 시료주입부(110)로부터 토출된 시료를 상기 제1십자류필터(120)로 공급한다. 상기 제2라인(151)은, 상기 제1십자류필터(120)에 의해 필터링되지 않고 상기 제1십자류필터(120)의 축방향을 따라 상기 제1십자류필터(120)를 그대로 통과한 제1투석유물을 상기 시료주입부(110)로 리턴시킨다. 상기 제3라인(152)은, 상기 제1십자류필터(120)에 의해 필터링되어 상기 제1십자류필터(120)의 반경방향으로 통과한 제1여과물을 상기 수용부(130)로 공급한다.

상기 제1투석액 공급부(160)는, 상기 시료주입부(110)로 투석액을 공급한다. 이는, 상기 제1여과물의 수율을 높이기 위한 것으로서, 상기 제1투석액 공급부(160)가 상기 시료주입부(110)로 투석액을 공급함에 따라, 상기 시료주입부(110), 제1라인(150), 제1십자류필터(120), 제2라인(151)을 거쳐 시료를 추가 순환시킬 수 있고, 따라서 상기 제3라인(152)을 통해 상기 수용부(130)로 여과되는 상기 제1여과물을 보다 더 농축시킬 수 있다.

상기 제1펌프(170)는, 상기 제1라인(150)에 설치되며, 상기 시료주입부(110)로부터 상기 제1십자류필터(120)로 시료를 이송한다. 상기 제1센서(171)는, 상기 제1라인(150) 중 상기 제1펌프(170)의 토출 부위에 설치되며, 상기 제1펌프(170)의 토출 압력을 측정한다.

상기 제2십자류필터(140)는, 상기 수용부(130)로부터 상기 수용부(130)에 저장된 시료를 공급받으며, 공급받은 시료를, 상기 제2십자류필터(140)의 반경방향을 따라 필터링되는 제2여과물과, 별도로 필터링되지 않고 상기 제2십자류필터(140)의 축방향을 따라 그대로 통과하는 제2투석유물로 분리한다.

상기 제4라인(153)은, 상기 수용부(130)로부터 토출된 시료를 상기 제2십자류필터(140)로 공급한다. 상기 제5라인(154)은, 상기 제2십자류필터(140)에 의해 필터링되지 않고 상기 제2십자류필터(140)의 축방향을 따라 상기 제2십자류필터(140)를 그대로 통과한 제2투석유물을 상기 수용부(130)로 리턴시킨다. 상기 제6라인(155)은, 상기 제2십자류필터(140)에 의해 필터링되어 상기 제2십자류필터(140)의 반경방향으로 통과한 제2여과물을 상기 폐기물 저장소(180)로 토출한다. 상기 제6라인(155)을 통해 상기 폐기물 저장소(180)로 토출되는 상기 제2여과물은 곧 폐기물이 되어 상기 폐기물 저장소(180)에 저장된다.

상기 제2투석액 공급부(161)는, 상기 수용부(130)로 투석액을 공급한다. 이는, 상기 제2투석유물에 포함되는 제2여과물의 양을 감소시키기 위한 것으로서, 상기 제2투석액 공급부(161)가 상기 수용부(130)로 투석액을 공급함에 따라, 상기 수용부(130), 제4라인(153), 제2십자류필터(140), 제5라인(154)을 거쳐 시료를 추가 순환시킬 수 있고, 따라서 상기 제6라인(155)을 통해 상기 폐기물 저장소(180)로 토출되는 상기 제2여과물, 즉 폐기물을 보다 더 농축시키면서 상기 제2투석유물에 포함되는 폐기물의 양을 감소시킬 수 있다.

상기 제2펌프(172)는, 상기 제4라인(153)에 설치되며, 상기 수용부(130)로부터 상기 제2십자류필터(140)로 시료를 이송한다. 상기 제2센서(173)는, 상기 제4라인(153) 중 상기 제2펌프(172)의 토출 부위에 설치되며, 상기 제1펌프(172)의 토출 압력을 측정한다.

상기 제1십자류필터(120)의 필터부재(12)는, 상기 제2십자류필터(140)의 필터부재(12)보다 세공(13)의 크기가 더 크게 형성된다. 더욱 상세하게는, 상기 제1십자류필터(120)의 세공(13)은, 획득하고자 하는 세포 외 소포체보다 더 크게 설계된다. 반대로 상기 제2십자류필터(140)의 세공(13)은, 획득하고자 하는 세포 외 소포체보다 더 작게 설계된다.

상기 제1십자류필터(120)의 세공(13)보다 작은 입자들은 상기 제1여과물에 포함되어 상기 수용부(130)로 공급되며, 상기 제1십자류필터(120)의 세공(13)보다 크기가 큰 입자들, 혹은 상기 제1십자류필터(120)의 필터부재(12)를 미처 통과하지 못한 작은 입자들은 상기 제1투석유물에 포함되어 상기 시료주입부(110)로 리턴된다. 그리고 상기 시료주입부(110)로 리턴된 시료는, 상기 제1펌프(170)를 통해 다시 상기 제1십자류필터(120)를 따라 순환함으로써, 상기 시료주입부(110)로 리턴되어 상기 시료주입부(110)에 남아있던 크기가 작은 입자들 역시 상기 제1십자류필터(120)의 필터부재(12)를 통과하여 상기 수용부(130)로 공급된다.

그 후, 상기 수용부(130)로 공급되어 상기 수용부(130)에 저장된 시료는, 상기 제2펌프(172)에 의해 상기 제2십자류필터(140)를 통과하게 된다. 그리고 상기 제2십자류필터(140)의 세공(13)의 크기보다 작은 입자(예를 들면, 투석액 상에 녹아있는 불필요한 단백질 등)는 상기 제2여과물에 포함되어 상기 폐기물 저장소(180)로 토출되며, 크기가 큰 입자는 상기 제2투석유물에 포함되어 상기 수용부(130)로 리턴된다.

이때, 상기 제1십자류필터(120)의 필터부재(12)는, 상기 제2십자류필터(140)의 필터부재(12)보다 세공(13)의 크기가 더 크게 형성되므로, 상기 수용부(130)에 최종적으로 저장되는 입자, 즉 세포 외 소포체는, 상기 제1십자류필터(120)의 세공(13)보다는 작고, 상기 제2십자류필터(140)의 세공(13)보다는 큰 것이 된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 종래에 dead-end filtration 방식을 이용하여 시료를 1차적으로 필터링하던 것에 비하여, 대용량의 세포 배양액으로부터 세포 외 소포체를 빠르고 높은 순도로 분리 및 농축하여 획득할 수 있으며, 수율 저하의 문제를 제거함과 동시에 사람의 손을 거치는 과정을 줄여 대용량의 시료로부터 EV를 높은 품질로 재현성 있게 생산할 수 있고, 결과적으로 본 발명에서 제안하는 장치를 이용하면 원하는 크기 범위의 EV를 한 번의 과정으로 분리농축하여 얻을 수 있다.

상기 제어부(174)는, 상기 제1센서(171)와 제2센서(173)로부터 측정값을 전달받아, 상기 제1펌프(170)와 제2펌프(172)를 제어한다. 이와 같이, 본 발명은 상기 제1펌프(170)와 제2펌프(172)가 각각 상기 제어부(174)의 소프트웨어를 통하여 회전 속도 및 유지휴지 시간이 조절되도록 함으로써, 상기 제1십자류필터(120)와 제2십자류필터(140)에 인가되는 압력을 지속적으로 모니터링 할 수 있고, 또한 상기 제어부(174)의 소프트웨어를 통하여 레시피를 작성 및 저장하고, 이를 통해 상기 제1펌프(170)와 제2펌프(172)를 가동할 수 있으므로 한 번의 버튼 클릭만으로 원하는 크기 범위의 입자를 정제할 수 있다.

이에 따라 본 발명에 의하면 대용량의 시료를 적용시킬 수 있는 십자류 여과 장치의 장점을 그대로 유지하면서 기존 십자류 여과 방식과 Dead end filtration 방식을 이용하여 EV를 얻는 방식의 단점(수율 저하)을 극복할 수 있고, 자동화된 레시피를 토대로 한 번의 과정으로 EV를 얻기 때문에 외부로부터의 오염을 차단시킴과 동시에 결과의 재현성 또한 확보할 수 있다.

한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치(100)는, 제3십자류필터, 제4십자류필터를 더 포함할 수 있다.

상기 제3십자류필터는, 상기 제1십자류필터(120)와 병렬 또는 직렬로 설치될 수 있다. 상기 제3십자류필터가 상기 제1십자류필터(120)와 병렬로 설치되는 경우에는, 상기 제1라인(150)을 통해 시료가 상기 제1십자류필터(120)와 제3십자류필터로 각각 유입되며, 상기 제1십자류필터(120)와 제3십자류필터로부터 축방향으로 각각 제1투석유물이 토출되어 상기 제2라인(151)을 따라 유동하고, 상기 제1십자류필터(120)와 제3십자류필터로부터 반경방향으로 각각 제1여과물이 토출되어 상기 제3라인(152)을 따라 유동할 수 있다. 상기 제3십자류필터가 상기 제1십자류필터(120)와 직렬로 설치되는 경우에는, 상기 제3십자류필터는 상기 제1십자류필터(120)와 제2라인(151)의 사이에 설치되며, 상기 제1십자류필터(120)로부터 축방향으로 토출된 투석유물은 상기 제3십자류필터로 유입되고, 상기 제1십자류필터(120)와 제3십자류필터의 반경방향으로 토출된 제1여과물은 각각 상기 제3라인(152)을 따라 유동하며, 상기 제3십자류필터로부터 축방향으로 토출된 투석유물은 제1투석유물로서 상기 제2라인(151)을 따라 유동할 수 있다.

상기 제4십자류필터는, 상기 제2십자류필터(140)와 병렬 또는 직렬로 설치될 수 있다. 상기 제4십자류필터가 상기 제2십자류필터(140)와 병렬로 설치되는 경우에는, 상기 제4라인(153)을 통해 시료가 상기 제2십자류필터(140)와 제4십자류필터로 각각 유입되며, 상기 제2십자류필터(140)와 제4십자류필터로부터 축방향으로 각각 제2투석유물이 토출되어 상기 제5라인(154)을 따라 유동하고, 상기 제2십자류필터(140)와 제4십자류필터로부터 반경방향으로 각각 제2여과물이 토출되어 상기 제6라인(156)을 따라 유동할 수 있다. 상기 제4십자류필터가 상기 제2십자류필터(140)와 직렬로 설치되는 경우에는, 상기 제4십자류필터는 상기 제2십자류필터(140)와 제5라인(154)의 사이에 설치되며, 상기 제2십자류필터(140)로부터 축방향으로 토출된 투석유물은 상기 제4십자류필터로 유입되고, 상기 제2십자류필터(140)와 제4십자류필터의 반경방향으로 토출된 제2여과물은 각각 상기 제6라인(155)을 따라 유동하며, 상기 제4십자류필터로부터 축방향으로 토출된 투석유물은 제2투석유물로서 상기 제5라인(154)을 따라 유동할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치(100)는, 상기 제3십자류필터 또는 제4십자류필터와 각각 병렬 또는 직렬로 설치되는 제n십자류필터(n은 5 이상의 자연수)를 더 포함하도록 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치(100)는, 농도측정수단(190)과 모니터(195)를 더 포함한다.

상기 농도측정수단(190)은, 상기 제1십자류필터(120)와 제2십자류필터(140)의 토출 부위에 설치되며, 상기 제1십자류필터(120)와 제2십자류필터(140)로부터 토출된 물질의 농도를 측정한다.

상기 농도측정수단(190)은, 제1농도측정수단(191), 제2농도측정수단(192), 제3농도측정수단(193), 제4농도측정수단(194)을 포함한다. 상기 제1농도측정수단(191)은, 상기 제2라인(151)에 설치되며, 상기 제2라인(151)을 통해 유동하는 투석유물의 농도를 측정한다. 상기 제2농도측정수단(192)은, 상기 제3라인(153)에 설치되며, 상기 제3라인(153)을 통해 유동하는 여과물의 농도를 측정한다. 상기 제3농도측정수단(193)은, 상기 제5라인(154)에 설치되며, 상기 제5라인(154)을 통해 유동하는 투석유물의 농도를 측정한다. 상기 제4농도측정수단(194)은, 상기 제6라인(155)에 설치되며, 상기 제6라인(155)을 통해 유동하는 여과물의 농도를 측정한다.

상기 모니터(195)는, 상기 농도측정수단(190)의 측정값에 관한 정보를 전달받으며, 전달받은 측정값에 관한 정보를 표시한다.

상기 제어부(174)는, 상기 농도측정수단(190)의 각 부분의 EV의 농도를 실시간으로 모니터링하며 이를 기반으로 프로토콜을 제어한다. 더욱 상세하게는, 상기 제어부(174)는, 각 부분의 농도 상황을 실시간으로 모니터링하며 농도 정보를 축적하고, 이를 바탕으로 정제 장치의 프로토콜을 자동으로 조절하는 기능이 탑재된 부분으로서, 시료의 종류, 양, 농도에 관계없이 정제 과정을 자동으로 수행할 수 있다.

본 발명은, 상기 제1십자류필터(120)와 제2십자류필터(140)의 투석유물 및 여과물에 해당하는 위치에 존재하는 상기 농도측정수단(190)을 통해 각 부분의 EV 농도를 실시간으로 모니터링, 기록함으로서 사용자가 EV 정제 상황을 확인할 수 있으며 모니터링을 기반으로 Self-feedback을 통한 프로토콜의 자동 조절 기능을 통하여 사용자가 프로토콜을 최적화하지 않아도 장치가 EV 농도를 확인하며 자동 분리를 수행한다. 따라서 결과적으로 사용자가 상기 시료주입부(110)에 시료를 넣고, 장치를 가동하기만 하면, 본 발명에 따른 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치(100)는 실시간으로 EV 농도를 측정하며 자동 분리할 수 있게 된다.

100 : 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치 110 : 시료주입부
120 : 제1십자류필터 130 : 수용부
140 : 제2십자류필터 190 : 농도측정수단
195 : 모니터

Claims

십자류필터(Cross-flow filter)를 이용하여 시료로부터 세포 외 소포체(EV; Extra-cellular vesicles)를 얻는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치에 있어서,
시료가 저장되는 시료주입부;
상기 시료주입부로부터 공급받은 시료를 필터링하는 제1십자류필터;
상기 제1십자류필터에 의해 필터링된 여과물(Filtrate)을 공급받는 수용부;
상기 수용부에 수용된 시료를 공급받으며, 공급받은 시료를 필터링하여 필터링된 여과물을 외부로 배출하고, 필터링되지 않은 투석유물(Retentate)을 상기 수용부로 리턴하는 제2십자류필터;
상기 제1십자류필터와 제2십자류필터의 토출 부위에 설치되며, 상기 제1십자류필터와 제2십자류필터로부터 토출된 물질의 농도를 측정하는 농도측정수단; 및
상기 농도측정수단의 측정값에 관한 정보를 전달받으며, 전달받은 측정값에 관한 정보를 표시하는 모니터를 포함하되,
상기 시료주입부로부터 토출된 시료를 상기 제1십자류필터로 공급하는 제1라인과,
상기 제1십자류필터에 의해 필터링되지 않은 투석유물을 상기 시료주입부로 공급하는 제2라인과,
상기 제1십자류필터에 의해 필터링된 여과물을 상기 수용부로 공급하는 제3라인을 더 포함하며,
상기 농도측정수단은,
상기 제2라인에 설치되며, 상기 제2라인을 통해 유동하는 투석유물의 농도를 측정하는 제1농도측정수단과,
상기 제3라인에 설치되며, 상기 제3라인을 통해 유동하는 여과물의 농도를 측정하는 제2농도측정수단을 포함하고,
상기 수용부로부터 토출된 시료를 상기 제2십자류필터로 공급하는 제4라인과,
상기 제2십자류필터에 의해 필터링되지 않은 투석유물을 상기 수용부로 공급하는 제5라인을 더 포함하며,
상기 농도측정수단은,
상기 제5라인에 설치되며, 상기 제5라인을 통해 유동하는 투석유물의 농도를 측정하는 제3농도측정수단을 포함하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치.
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청구항 1에 있어서,
폐기물이 저장되는 폐기물 저장소와,
상기 제2십자류필터에 의해 필터링된 여과물을 상기 폐기물 저장소로 토출하는 제6라인을 더 포함하며,
상기 농도측정수단은,
상기 제6라인에 설치되며, 상기 제6라인을 통해 유동하는 여과물의 농도를 측정하는 제4농도측정수단을 포함하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 시료주입부로 투석액을 공급하는 제1투석액 공급부와,
상기 수용부로 투석액을 공급하는 제2투석액 공급부를 더 포함하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1십자류필터와 제2십자류필터는, 각각,
공급받은 시료가 내부에서 축 방향으로 통과되는 중공의 실린더부재와,
상기 실린더부재의 표면에 설치되며, 상기 실린더부재의 내부를 통과하는 시료가 상기 실린더부재의 반경방향을 따라 외측으로 여과되는 세공(Pore)이 형성된 필터부재를 포함하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1십자류필터의 필터부재는, 상기 제2십자류필터의 필터부재보다 세공의 크기가 더 큰 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치.
청구항 1에 있어서,
상기 시료주입부로부터 상기 제1십자류필터로 시료를 이송하는 제1펌프와,
상기 제1펌프의 토출압력을 측정하는 제1센서와,
상기 수용부로부터 상기 제2십자류필터로 시료를 이송하는 제2펌프와,
상기 제2펌프의 토출압력을 측정하는 제2센서와,
상기 제1센서와 제2센서로부터 측정값을 전달받아, 상기 제1펌프와 제2펌프를 제어하는 제어부를 더 포함하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1십자류필터에 설치되는 제3십자류필터와,
상기 제2십자류필터에 설치되는 제4십자류필터를 더 포함하는 실시간 모니터링을 통한 프로토콜 제어 기능이 탑재된 십자류 여과 기반 세포 외 소포체 정제장치.