KR102277931B1

KR102277931B1 - 전기 펄스를 이용한 혈소판 활성화 및 성장 인자 방출

Info

Publication number: KR102277931B1
Application number: KR1020167021523A
Authority: KR
Inventors: 바실레 보그단 네컬리스; 앤드류 솔리즈 토레스; 안토니오 케이어파; 브라이언 더 랜 리; 앨런 로렌스 가너
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2021-07-15
Also published as: JP2017505608A; AU2020207831B2; US20230013598A1; RU2712234C2; MX2016009316A; US20150202264A1; TW201620529A; KR20160108419A; EP3502690B1; RU2016126427A; CA2936230C; US20190336578A1; US10369200B2; EP3094970B1; RU2016126427A3; WO2015108778A1; US11464829B2; US20160367633A1; AU2015206756A1; AU2015206756B2

Abstract

성장 인자를 방출하는 방법 및 시스템이 개시된다. 소정의 실시형태에 있어서, 혈액 샘플이 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출되어 그 샘플에서의 성장 인자의 방출을 트리거한다. 소정의 실시형태에 있어서, 성장 인자의 방출은 혈액 샘플 내에서의 응고를 수반하지 않는다.

Description

전기 펄스를 이용한 혈소판 활성화 및 성장 인자 방출{PLATELET ACTIVATION AND GROWTH FACTOR RELEASE USING ELECTRIC PULSES}

여기에 설명하는 발명의 대상은 개괄적으로 수술 또는 외상에 대한 치료 등의 다양한 의료 응용분야에서 사용되는 혈소판 치료법(platelet therapy)에 관한 것이다. 구체적으로, 설명하는 실시형태들은 혈소판 농축 혈장에서의 혈소판 활성화(platelet activation) 및 성장 인자 방출(growth factor release)에 관한 것이다.

혈소판 치료법은 신경 장해, 건초염, 골관절염, 심근 장해, 및 골복구 및 재생 등의 다양한 장해 및 상태에 이용되는 상처 치유 치료이다. 혈소판 치료법은 또한 수술후 상처 치유를 가속화하는 데에도 이용된다.

일반적으로, 의사는 환자로부터 채혈할 수 있고, 그 혈액은 원심분리되어 혈소판 농축 혈장(PRP, platelet rich plasma)을 생성한다. 생체내(in vivo) 혈소판 활성화의 경우, 의사는 혈소판 활성제(platelet activator)의 첨가 없이 PRP를 환부(site)에 투여할 수 있다. 성장 인자 방출 및 응고를 포함하는 혈소판 활성화는 대개 결합 조직(connective tissue) 내의 콜라겐에 의해 유도된다. 생체외(ex vivo) 혈소판 활성화의 경우, 의사는 트롬빈 등의 통상의 활성제를 첨가해서 PRP 내에서 혈소판 활성화를 트리거하여 활성화된 PRP를 환부에 투여할 수 있다.

이러한 생체외 적용에서는, 소유래 트롬빈(bovine thrombin)이 혈소판 활성화를 유도하는데 이용될 수 있다. 그러나, 동물성 트롬빈을 이용하면 알레르기 반응 또는 병원체에 의한 가능한 PRP의 오염을 일으킬 수 있다. 동물성 트롬빈에 대한 대안제는 고가인 경향이 있으며 여전히 알레르기 반응을 일으킬 수 있다.

또한, 일부 상처 치유 응용분야에서는 성장 인자의 방출은 바람직하지만 후속의 응고(clotting)가 없어야 한다. 예를 들어, 의사는 성장 인자가 방출된 PRP 샘플을 환부에 투여하기를 원할 수 있으며, 이것은 관절 장해에 대한 일반적인 치료이다. PRP 샘플을 다양한 유형의 광(예컨대, 적외선)에 노출시키면, 후속의 응고 없이 성장 인자 방출을 트리거할 수 있다. 그러나, 실험에 의거한 셋업은 복잡하며, 임상검사실(laboratory)에서 인스톨하기에 고가이고 시간소모적일 수 있다. 또한, 샘플에 대한 노광 시간이 길어질 수 있고, 이것은 결과적으로 전체 치료 시간을 증가시키게 된다.

범위에 있어서 원래 청구하는 발명에 상응하는 소정의 실시형태를 이하에 정리한다. 이들 실시형태는 청구하는 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니며, 오히려 이들 실시형태는 발명의 가능한 형태의 간단한 개요를 제공하는 것만을 의도로 한다. 사실상, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태와 같거나 또는 상이할 수 있는 다양한 형태들을 망라할 수 있다.

제1 실시형태에 있어서, 혈액 샘플에서 아데노신 2인산(ADP, adenosine diphosphate) 방출을 유도하는 방법은, 혈액 샘플을 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시켜 그 혈액 샘플에서의 ADP 방출을 트리거하는 단계를 포함한다. ADP 방출은 혈액 샘플 내에서 혈소판 활성화와 응고를 트리거한다.

제2 실시형태에 있어서, 성장 인자를 방출하는 방법은 혈액 샘플을 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시켜 그 혈액 샘플에서의 성장 인자의 방출을 트리거하는 단계를 포함한다. 성장 인자의 방출은 혈액 샘플 내에서의 응고를 수반하지 않는다.

제3 실시형태에 있어서, 상처를 치료하는 방법은 환자로부터 혈액 샘플을 채혈하는 단계를 포함한다. 그런 다음 혈액 샘플이 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출되어, 응고를 수반하지 않고서 혈액 샘플에서의 성장 인자의 방출을 트리거한다. 그리고 성장 인자는 채집되고 환자를 치료하는데 이용된다.

제4 실시형태에 있어서, 시스템은 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 메모리를 포함한다. 실행될 때에, 프로세서 실행 가능한 루틴은 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스를 혈액 샘플에 인가시킬 수 있다. 이것은 혈액 샘플 내의 아데노신 2인산(ADP)의 방출을 트리거한 다음, 혈액 샘플에서의 혈소판 활성화 및 응고화를 트리거한다. 시스템은 또한 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장된 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴에 액세스하여 상기 루틴을 실행하도록 구성되는 프로세서를 포함한다.

제5 실시형태에 있어서, 시스템은 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 메모리를 포함한다. 실행될 때에, 프로세서 실행 가능한 루틴은 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스를 혈액 샘플에 인가시켜 혈액 샘플에서의 성장 인자의 방출을 트리거한다. 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스는 혈액 샘플 내에서의 응고를 성장 인자의 방출과 동시에 일어나지 않게 한다. 시스템은 또한 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장된 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴에 액세스하여 상기 루틴을 실행하도록 구성되는 프로세서를 포함한다.

상기 및 기타 본 발명의 특징, 양태 및 효과는 전체적으로 같은 부분에 같은 부호를 사용하는 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 접근법의 일 실시형태에 따른, 펄스 생성 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 접근법의 일 실시형태에 따른, 생체외 혈소판 활성화 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3는 본 접근법의 일 실시형태에 따른, 생체외 성장 인자 방출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 접근법의 다른 실시형태에 따른, 생체외 성장 인자 방출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 소유래 트롬빈을 이용하여 활성화된 혈소판 농축 혈장 샘플(좌측)과, 응고 없이 성장 인자 방출이 일어나는, 전기 펄스에 노출시킨 후의 혈소판 농축 혈장 샘플(우측)을 나타내고 있다.
도 6은 본 명세서에서 설명하는 접근법을 포함해 다양한 접근법을 이용한, 도 5에 도시하는 혈소판 농축 혈장 샘플의 혈소판 유래 성장 인자(PDGF, platelet derived growth factor)의 방출량을 표시하는 그래프이다.
도 7은 소정의 실시형태에 대해 설명하는 바와 같이, 펄스형 전계에 노출된 혈소판 농축 혈장의 2개의 샘플을 나타낸다.
도 8은 본 명세서에서 설명하는 접근법을 포함해 다양한 접근법을 이용한, 도 7에 도시하는 혈소판 농축 혈장 샘플의 혈소판 유래 성장 인자의 방출량을 표시하는 그래프이다.

본 발명의 대상의 하나 이상의 특정 실시형태에 대해 이하에 설명한다. 이들 실시형태의 간결한 설명을 제공하기 위해, 실제 구현의 모든 특징을 명세서에 기술하지는 않는다. 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트와 같은, 임의의 그러한 실제 구현의 개발에 있어서, 다수의 구현에 따른 결정이, 시스템 관련 및 사업 관련 제약의 추종 등의, 개발자의 특정 목표을 달성하도록 이루져야만 하므로 어느 한 구현과 다른 구현이 다를 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 그러한 개발 노력이 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 본 개시내용의 효과를 아는 당업자에게는 설계, 제작 및 제조의 일련의 작업이 될 것임이 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시형태의 요소를 소개할 때에, 관사("a", "an", "the", 및 "said")는 이들 요소가 하나 이상이 있음을 의미하는 것을 의도된다. 용어 "포함하다("comprising", "including") 및 "구비하다("having")는 총괄적인 것으로 의도되며, 나열되는 요소 외의 추가 요소가 있을 수 있음을 의미한다.

혈소판 활성화 및/또는 응집화는 생체내 및/또는 생체외 상처를 치료하는데 이용될 수 있다. 종래의 과정에서는, 혈액내 혈소판을 성장 인자(예컨대, 혈소판 유래 성장 인자(PDGF, platelet-derived growth factor) 방출 및 응고 둘 다를 유도하는 트롬빈 등의 혈소판 활성화 화합물에 노출시킨다. 생체내 혈소판 활성화의 경우, 비활성된 PRP가 환부에 투여 또는 주입된다. 통상, 결합 조직 내의 콜라겐이 혈소판 활성화, 성장 인자 방출 및 응고를 트리거한다. 생체외 혈소판 활성화의 경우, 의사가 환자로부터 채혈하고, 혈액 샘플을 원심분리하여 혈소판 농축 혈장(PRP, platelet rich plasma) 샘플을 생성할 수 있다. 염화칼슘(CaCl₂)과, 트롬빈 등의 혈소판 활성화 화합물이 PRP 샘플에 첨가되어 혈소판 활성화를 트리거해서 겔을 형성한 다음 상처에 투여될 수 있다. 그러나, 혈소판 활성화에 동물성 트롬빈을 이용하면 알레르기 반응 또는 가능한 PRP 샘플의 오염을 일으킬 수 있다. 또한, 동물성 트롬빈에 대한 대안제는 고가인 경향이 있으며 여전히 알레르기 반응을 일으킬 수 있다.

본 실시형태들은 통상 혈소판 활성화와 연관된 응고 결과(clotting event)를 일으키지 않고서 성장 인자를 방출시키는 접근법을 포함하는, 생체외 혈소판 활성화 및 성장 인자 방출에 관한 것이다. 특정 상처 치유 응용분야에서는 응고 없이 성장 인자를 방출시키기 위해, PRP 샘플을 비롯한 혈액 샘플을 처리하는 것을 필요로 할 수 있다. 여기에서 설명하는 생체외 혈소판 활성화 방법은 PRP 샘플 등의 혈액 샘플을 전기 펄스에 노출시켜 혈소판 활성화를 트리거하는 단계를 포함할 수 있다. 아데노신 2인산(ADP, adenosine diphosphate)의 방출은 소정의 구현예에 있어서 펄스형 전계에 따른 혈소판 활성화 방출의 일부로서 관찰될 수 있다. 생체외 성장 인자 방출 방법은 여기에서 설명하는 바와 같이, 전기 자극 전에 화학물이 혈액 샘플에 첨가되는 것을 필요로 할 수도 또는 필요로 하지 않을 수도 있다.

전술한 바를 상기하면, 도 1은 생체외 혈소판 활성화 및 성장 인자 방출을 위한 펄스 생성 시스템(10)을 개략적으로 도시하고 있다. 시스템(10)은 펄스 생성 회로(12)와 전극 세트(전극 어레이)(14, 16)를 포함할 수 있다. 도시하는 실시형태에 있어서, 전극(14, 16)은 큐벳(cuvette)(18)의 양측에서 이격되어 있다. 즉, 큐벳(18)은 전극 사이에 배치되고, 전극(14, 16)은 컨택(20)을 통해 펄스 생성 회로에 결합된다. 큐벳(18)은 혈소판을 포함하는 샘플(22)을 유지하도록 구성되어 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 큐벳(18)은 전극(14, 16)을 포함하는 샘플 홀더(24)로부터 착탈 가능할 수 있다. 따라서, 큐벳(18)의 삽입 및 컨택(20)과의 전극(14, 16)의 접촉에 의해 펄스 생성 회로가 전기 펄스를 생성하게 되고, 큐벳(18) 내의 샘플(22)이 그 펄스에 노출된다. 이해하고 있는 바와 같이, 큐벳(18)은 샘플 용기(sample container)의 일례일 뿐이며, 샘플(22)을 유지하고, 전극(14, 16)과 접촉하며, 전기 펄스를 도통시키도록 구성된 임의의 적절한 용기가 본 시스템(10)과 함께 이용될 수 있다. 전극(14, 16) 사이의 간격은 전계의 세기에 영향을 끼칠 수 있으며, 인가 전압 및 큐벳 갭 간격의 비율로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 1 cm 폭의 큐벳을 1 kV 펄스에 노출시키면 1 kV/cm의 전계 세기가 얻어진다.

소정의 실시형태에 있어서, 시스템은 적절한 제어 및 입력 회로를 포함할 수도 있고, 전용 하우징으로 구현될 수도, 또는 컴퓨터 또는 기타 프로세서 기반의 제어 시스템에 결합될 수도 있다. 시스템(10)은 펄스 생성 회로(12)를 제어하는 프로세서(26)를 포함하거나 그 프로세서와 통신할 수 있다. 시스템(10)의 추가 구성요소로는 프로세서(26)에 의해 실행되는 명령어를 저장하는 메모리(28)를 포함할 수도 있다. 이러한 명령어는 펄스 생성 회로(12)에 의해 생성되는 전기 펄스에 대한 프로토콜 및/또는 파라미터를 포함할 수 있다. 프로세서(26)는 예컨대 범용 단일칩 또는 다중칩 마이크로프로세서를 포함할 수도 있다. 또한, 프로세서(26)는 용도 특유의 프로세서 또는 회로 등의 임의의 통상적 특수 용도 프로세서일 수도 있다. 메모리(28)는 랜덤 액세스 메모리, 대용량 저장 디바이스, 플래시 메모리 디바이스, 또는 분리식 메모리 등의 임의의 적절한 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체일 수 있다. 또한, 디스플레이(30)는 시스템(10)의 동작에 관한 지시를 오퍼레이터에 제공할 수 있다. 시스템(10)은 펄스 생성 회로(12)를 작동시키고/시키거나 적절한 파라미터를 선택하기 위한 사용자 입력 디바이스(32)(예컨대, 키보드, 마우스, 터치스크린, 트랙볼, PDA나 스마트폰 같은 핸드헬드 디바이스 또는 이들의 임의의 조합)를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 제시하는 펄스 생성 시스템(10)은 혈소판 활성화를 위한 단일 용도 디바이스로서, 또는 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 혈소판 활성화 외에 전기충격법 등의 기타 전계 노출 응용분야에 이용될 수 있는 다용도 디바이스로서 구현될 수도 있다. 또한, 시스템(10)은 하나 이상의 프로토콜에 따라 전기 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 프로토콜은 사용자 입력에 의해 생성되고/되거나, 사용자에 의해 선택되도록 메모리(28)에 저장될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 펄스 생성 회로(12)는 프로세서(26)의 제어 하에서, 미리 정해진 전계 세기, 펄스 길이, 및/또는 총 노출 시간을 지정하는 프로토콜을 구현하도록 동작할 수 있다. 이러한 프로토콜은 실험적 또는 이론적 연구로 결정될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 시스템(10)은 전계 세기, 펄스 길이, 및/또는 총 노출 시간에 관련된 사용자 입력을 수신하도록 구성될 수도 있으며, 즉 사용자는 이들 동작 파라미터 중 하나 이상을 지정할 수 있다. 또한, 시스템(10)은 사용자 입력 및/또는 저장된 프로토콜 세팅에 따라 서로 상이할 수 있는 일련의 펄스를 생성하거나 특정 펄스 형상을 생성하도록 구성될 수도 있다.

소정의 실시형태에 있어서, 시스템(10)에 의해 생성된 펄스는 응용분야에 따라, 약 1 나노초 내지 약 100 마이크로초의 지속시간(duration) 및 약 0.1 kV/cm 내지 약 350 kV/cm의 전계 세기를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 펄스의 전계 세기는 인가 전압을 전극(14, 16) 사이의 거리로 나누어 구해지는 것이다. 시스템(10)에 의해 생성된 펄스가 적어도 0.1 kV/cm의 전계 세기를 갖는다면, 이 값은 세포를 포함하는 현탁액의 파괴 전계를 초과해서는 안 된다.

일부 실시형태에 있어서, 펄스 생성 시스템(10)은 감지 기능을 포함할 수도 있다. 즉, 펄스 생성 시스템(10)은 샘플(22)을 감지 신호에 노출시키도록 구성될 수도 있는데, 이 감지 신호는 혈소판 활성화에 이용되는 전기 펄스의 전계보다 낮은 전계 세기를 갖는 전기 펄스일 수 있다. 펄스 생성 시스템(10)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 전도율 및 유전율을 포함하나 이들에 한정되지 않은, 샘플(22)의 전기 특성의 일부를 추정하기 위해 감지 신호를 취득 및/또는 처리할 수 있는 전류 감지 회로(34)를 포함할 수 있다. 전류 감지 회로(34)는 감지 신호의 생성 및 처리를 제어할 수 있는 프로세서(26)에 연결될 수 있으며, 일부 실시형태에서는 그 처리의 일부를 수행할 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 전류 감지 회로(34)는 감지 신호의 처리를 제어하는 전용 프로세서를 포함할 수도 있고, 그 결과를 보고하기 위해 프로세서(26)와 통신할 수도 있다. 대안으로, 전류 감지 회로(34)는 펄스 생성 회로(12)와 일체화될 수도 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 감지 신호의 처리는 전술한 바와 같은 전용 프로세서에 의해 또는 프로세서(26)에 의해 수행될 수도 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 생체외 혈소판 활성화를 이용한 상처 치료 방법(40)이 시스템(10)과 함께 이용될 수 있다. 방법(40)의 소정의 단계들은 오퍼레이터에 의해 행해질 수 있는 반면, 방법의 다른 단계들은 시스템(10)에 의해 행해질 수 있음이 이해되어야 한다. 단계 42에서, 직원(예컨대, 의사나 간호사)이 환자로부터 채혈한다. 소정의 실시형태에서는, 채혈된 혈액은 단계 44에서 가공되어 PRP 샘플을 생성한다. 원심분리 또는 여과 등의 혈소판 분리에 적합한 다양한 기술이 PRP 샘플을 생성하는데 이용될 수 있다. 상기 실시형태에 있어서, 단계 46 내지 단계 54는 PRP 샘플을 이용해 행해질 수 있다. 대안으로, 단계 44는 생략될 수도 있고, 방법(40)의 나머지 단계들은 전혈 샘플(whole blood sample)을 이용해 행해질 수 있다. 도시하는 구현예에서는, 단계 48에서 시스템(10)을 통해 하나 이상의 펄스에 노출되기 전에, 단계 46에서 샘플에 CaCl₂가 첨가된다. 샘플에 CaCl₂를 첨가하면 혈소판 중에서의 칼슘 동원(calcium mobilization)의 가능성과 양을 증가시켜 혈소판 활성화를 용이하게 한다. 단계 48의 전기 자극이 단계 50에서의 샘플내 APD 방출을 트리거하여, CaCl₂와 함께, 단계 52에서 혈소판 활성화를 트리거한다. 단계 54에서, 그렇게 혈소판이 활성화된 샘플이 환자의 환부에 투여될 수 있다.

전술한 바와 같이, 혈소판 활성화는 소정의 활성화 접근법에 있어서 성장 인자 방출 및 응고 둘 다를 수반하는 과정이다. 그러나 소정의 상황에서는 가능하다면 응고 활성은 피하는 것이 바람직할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이것은 여기에서 설명하는 것처럼 펄스형 전계를 이용하여 달성될 수 있다.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 응고 없이 성장 인자 방출을 트리거하는 방법(60)을 나타내고 있다. 방법(60)은 혈소판 활성화 방법(40)과 마찬가지로 전기 펄스를 이용하고, 이 경우에는 시스템(10)에 의해 부분적으로 행해질 수 있다. 단계 62에서, 직원이 환자로부터 채혈한다. 소정의 실시형태에서는, 단계 62에서 채혈된 혈액이, 전술한 바와 같이 단계 64에서 가공되어 PRP 샘플을 생성할 수 있다. 다른 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 방법(60)의 단계 66 내지 단계 70은 전혈 샘플을 이용해 행해질 수도 있다. 단계 66에서, 시스템(10)을 통해 샘플이 하나 이상의 펄스에 노출되어 단계 68에서 성장 인자 방출을 트리거한다. 이 예에서는, 펄스형 전계에 노출되기 전에 또는 노출되는 동안에 CaCl₂가 첨가되지 않는다. 방출된 성장 인자는 이어서 단계 70에서 채집 및 저장될 수 있다.

전술한 바와 같이, 방법(60)은 전기 자극에 앞서 샘플에 CaCl₂을 첨가하는 것을 제외하면, 방법(40)과 유사하다. 그러나, 이 차이는 성장 인자가 여전히 방출되더라도 샘플에서는 응고가 일어나지 않는다는 점에서 상이한 결과를 달성한다. 그 결과, 큐벳(18)은 프로토콜의 실행이 이루어진 후에 임의의 방출된 성장 인자만 포함한다.

도 4는 응고 없이 성장 인자 방출을 트리거하는 대안의 방법(80)을 나타내고 있다. 직원이 단계 82에서 환자로부터 채혈하고, 이어서 단계 84에서 그 혈액이 가공되어 PRP 샘플을 생성할 수 있다. 대안으로, 방법(80)의 단계 86 내지 단계 92S는 전혈 샘플을 이용해 행해질 수도 있다. 그리고 CaCl₂와 ADP 억제제(blocking chemical)(예컨대, 아피라제(apyrase))가 단계 86에서 샘플에 첨가된다. 단계 88에서, 시스템(10)을 통해 샘플이 하나 이상의 펄스에 노출되어 단계 90에서 성장 인자 방출을 트리거한다. 방출된 성장 인자는 이어서 단계 92에서 채집 및 저장될 수 있다. 본 예에 있어서, ADP 억제제는 샘플에 CaCl₂가 있음으로 방출된 임의의 ADP를 결합하는 역할을 하며, 응고는 관찰되지 않는다.

실시예

전기 자극에 앞서 염화칼슘 및 ADP 억제제를 첨가한 혈소판 농축 혈장 샘플 및 첨가하지 않은 혈소판 농축 혈장 샘플

전술한 바를 상기하면, 도 5는 3.7배 농도의 혈소판 농축 혈장(PRP)의 2개 샘플을 나타내고 있다. 도 5는 소유래 트롬빈을 이용하여 활성화된 혈소판 농축 혈장 샘플(좌측)을 나타내고 있으며, 이 경우의 혈소판 활성화는 튜브의 바닥부에 PRP이 흐르지 않는 것이 나타내는 바와 같이, 응고를 포함한 성장 인자 방출을 수반한다. 반대로, 우측에 나타내는 바와 같이, 전기 펄스에 노출된 후의 혈소판 농축 혈장 샘플이 도시되고 있으며, 이 경우에는 튜브의 바닥부에 PRP이 흐르는 것이 나타내는 바와 같이, 응고 없이 성장 인자 방출이 일어난다. 전기 펄스 자극에 앞서 도면 우측의 튜브내 PRP 샘플에는 염화칼슘과 아피라제, 아데노신 2인산(ADP, adenosine diphosphate) 억제제가 첨가되었다. 도면 좌측의 샘플에는 소유래 트롬빈(bovine thrombin)을 이용한 혈소판 활성화에 앞서 염화칼슘과 아피라제가 첨가되었다.

전술하고 또한 도시한 바와 같이, 소유래 트롬빈을 이용하여 활성화된 샘플은 일반적으로 튜브의 선단에 남아있는데, 이것은 응고되었음을 나타낸다. 따라서, 본 연구로부터 이해되겠지만, ADP 억제는 트롬빈이 활성에 이용될 때에 응고 캐스케이드(clotting cascade)에 영향을 미치지 않으며, 따라서 응고가 일어난다. 반대로, 우측의 샘플은 다른 샘플에서 관찰되는 응고를 보이지 않으며, 이에 튜브의 바닥부 쪽으로 더 자유롭게 흐른다. 이들 결과를 감안하면, ADP 억제제는 염화칼슘과 전기 펄스 양쪽에 노출될 때에, 샘플로부터 방출되는 ADP를 억제하는 기능을 하는 것으로 사료된다. ADP가 억제되면, CaCl₂가 존재하더라도 응고가 관찰되지 않는다. 도시한 바와 같이, 이것이 소유래 트롬빈이 이용되는 경우와의 현격한 차이이며, 전기 자극이 이용되는 경우에 ADP 억제가 응고 캐스케이드에 영향을 미친다는 결론에 이르게 된다. 이에, 우측의 샘플은 도 4의 방법(80)에 따라 준비된 샘플에 대응한다.

도 6은 활성화되지 않은 PRP 샘플, 염화칼슘과 아피라제가 첨가되고 소유래 트롬빈으로 활성화된 PRP 샘플, 및 염화칼슘과 아피라제가 첨가되고 전기 펄스에 노출되는 PRP 샘플의 혈소판 유래 성장 인자(PDGF, platelet derived growth factor)의 방출량을 비교한다. 소유래 트롬빈으로 활성화된 PRP 샘플에는 응고가 발생하지만, 전기 펄스에 노출된 PRP 샘플에는 발생하지 않는다. 특히, 도 6은 본 명세서에서 설명하는 접근법을 포함해 다양한 접근법을 이용한, 도 5에 도시하는 혈소판 농축 혈장 샘플의 혈소판 유래 성장 인자(PDGF)의 방출량을 표시하는 그래프이다. 도시한 바와 같이, 펄스형 전계는 응고 없이 혈소판으로부터 성장 인자를 방출시킬 수 있다. 또한, 전기 펄스에 노출된 PRP 샘플의 PDGF 방출량은 소유래 트롬빈으로 활성화된 PRP 샘플의 PDGF 방출량에 필적하는 수준이다. 전술한 바와 같이, 전기 펄스에 노출된 PRP 샘플에는 응고가 일어나지 않는다.

전기 자극에 앞서 염화칼슘을 첨가한 혈소판 농축 혈장 샘플 및 첨가하지 않은 혈소판 농축 혈장 샘플

3.7배 농도의 PRP의 2개의 샘플이 전기 펄스에 노출되었다. 그 결과의 샘플 튜브를 도 7에 나타낸다. 구체적으로, 도 7은 (동일한 전기 조건 하에서) 펄스형 전계에 노출된 혈소판 농축 혈장의 2개의 샘플을 나타낸다. 우측의 샘플은 튜브의 바닥부에 PRP가 흐르지 않는 것이 보여주는 바와 같이 응고와 함께 완전히 활성화되었다. 좌측의 샘플은 튜브의 바닥부에 PRP가 흐르는 것이 보여주는 바와 같이 응고되지 않았지만, (후술하는) 도 8의 데이터로 예증하는 바와 같이, 성장 인자 방출이 여전히 일어나고 있다.

전기 자극에 앞서 우측의 튜브내 PRP 샘플에는 염화칼슘이 첨가되었지만, 좌측 샘플에는 첨가되지 않았다. 즉, 우측 샘플은 도 2의 방법(40)에 따라 처리되었고, 좌측 샘플은 도 3의 방법(60)에 따라 처리되었다. 도시하는 바와 같이, 우측의 튜브내 샘플은 응고되었으며, 뒤집더라도 튜브의 선단에 남아 있는다. 반대로, 좌측 샘플은 응고되지 않았으며, 뒤집을 경우 튜브의 선단에 대해 아랫쪽으로 흐른다.

도 8은 전기 펄스에 노출되지 않은 PRP 샘플, 염화칼슘 없이 펄스형 전기 펄스에 노출된 PRP 샘플, 염화칼슘이 존재하고 펄스형 전계에 노출된 PRP 샘플의 혈소판 유래 성장 인자(PDGF)의 방출량을 비교하는 도면이다. 염화칼슘을 함유한 PRP 샘플에는 응고가 발생하지만, 염화칼슘 없이 전기 펄스에 노출된 PRP 샘플에는 발생하지 않는다. 특히, 도 8은 본 명세서에서 설명하는 접근법을 포함해 다양한 접근법을 이용한, 도 7에 도시하는 혈소판 농축 혈장 샘플의 혈소판 유래 성장 인자(PDGF)의 방출량을 표시하는 그래프이다. 이 그래프는 성장 인자가 응고의 발생 여부에 관계 없이 방출될 수 있음을 보여준다. 염화칼슘 없는 PRP 샘플의 PDGF 방출량은 염화칼슘을 첨가한 PRP 샘플의 PDGF 방출량에 필적하는 수준이다. 또한, 염화칼슘 없는 PRP 샘플에는 응고가 발생하지 않는다.

개시하는 실시형태들 중 하나 이상은 단독으로 또는 조합으로, 생체외 혈소판 활성화 및 성장 인자 방출을 위한 치료 기술에 유용한 하나 이상의 기술적 효과를 제공할 수 있다. 생체외 혈소판 활성화를 위한 본 기술은 혈소판 유래 성장 인자 등의 성장 인자를 방출시키기 위해 전기 자극을 이용한다. 소정의 실시형태에서는 오퍼레이터가 응고를 유도하지 않고서 혈소판으로부터 성장 인자를 추출하게 할 수 있다. 또한, 생체외 성장 인자 방출을 위한 본 기술은 다양한 의료 임상검사실에 이미 존재하는 의료 장비를 이용하여 부분적으로 수행될 수도 있다. 본 명세서에서 설명한 기술적 효과 및 기술적 과제는 예시로만 제시되며, 한정적인 것으로 의도되지 않는다. 명세서에서 설명한 실시형태들은 다른 기술적 효과를 가질 수도 있고 다른 기술적 과제를 해결할 수 있다는 것을 주지해야 한다.

본 발명의 소정의 특징만을 도시하고 설명하였으나, 다른 변형 및 변화도 당업자에게 발상될 것이다. 그러므로, 첨부하는 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 있는 모든 그러한 변형 및 변화를 포함하도록 의도되는 것이 이해되어야 한다. 실시형태들의 일부는 생체내 혈소판 활성화 워크플로우에도 이용될 수 있다. 응고 없이 전기 자극으로 PRP에서 성장 인자 방출을 트리거하고 환부에 이 PRP를 주입할 수 있다. 이렇게 방출된 성장 인자는 환부의 상처 치유에 이용될 수 있다. 또한, 소정의 실시형태에서는 혈소판이 결합 조직 내의 콜라겐에 의해서도 충분히 활성화될 수 있다.

Claims

혈액 샘플에서 아데노신 2인산(ADP, adenosine diphosphate) 방출을 유도하는 방법에 있어서,
혈액 샘플을 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시켜 상기 혈액 샘플에서의 ADP 방출을 트리거하는 단계를 포함하고,
상기 혈액 샘플을 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시키기 전에 염화칼슘(CaCl₂)이 상기 혈액 샘플에 첨가되지 않는 것인 ADP 방출 유도 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출된 후의 혈액 샘플은 방출된 성장 인자를 포함하는 것인 ADP 방출 유도 방법.
삭제
제3항에 있어서, 상기 성장 인자는 혈소판 유래 성장 인자(PDGP, platelet-derived growth factor)를 포함하는 것인 ADP 방출 유도 방법.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 펄스는 0.1 kV/cm와 350 kV/cm 사이의 전계 세기를 갖는 것인 ADP 방출 유도 방법.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 펄스는 1 나노초와 100 마이크로초 사이의 펄스 지속시간(pulse duration)을 갖는 것인 ADP 방출 유도 방법.
제1항에 있어서, 상기 혈액 샘플은 전혈 샘플(whole blood sample) 또는 혈소판 농축 혈장(platelet rich plasma)인 것인 ADP 방출 유도 방법.
성장 인자를 방출하는 방법에 있어서,
혈액 샘플을 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시켜 상기 혈액 샘플에서의 성장 인자의 방출을 트리거하는 단계를 포함하고,
상기 성장 인자의 방출은 상기 혈액 샘플 내에서의 응고를 수반하지 않는 것인 성장 인자 방출 방법.
삭제
제9항에 있어서, 상기 혈액 샘플을 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시키기 전에 염화칼슘(CaCl₂)이 상기 혈액 샘플에 첨가되지 않는 것인 성장 인자 방출 방법.
제11항에 있어서, 상기 혈액 샘플을 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시키기 전에 상기 혈액 샘플에 ADP 억제제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 성장 인자 방출 방법.
제12항에 있어서, 상기 ADP 억제제는 아피라제(apyrase)를 포함하는 것인 성장 인자 방출 방법.
제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 펄스는 0.1 kV/cm와 350 kV/cm 사이의 전계 세기를 갖는 것인 성장 인자 방출 방법.
제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기 펄스는 1 나노초와 100 마이크로초 사이의 펄스 지속시간을 갖는 것인 성장 인자 방출 방법.
제9항에 있어서, 상기 성장 인자는 혈소판 유래 성장 인자를 포함하는 것인 성장 인자 방출 방법.
제9항에 있어서, 상기 혈액 샘플은 전혈 샘플 또는 혈소판 농축 혈장인 것인 성장 인자 방출 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
시스템에 있어서,
하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 메모리로서, 상기 프로세서 실행 가능한 루틴은, 실행될 때에, 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스를 혈액 샘플에 인가시켜, 상기 혈액 샘플에서의 아데노신 2인산(ADP) 방출을 트리거하게 하는 것인 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 메모리 - 상기 혈액 샘플을 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스에 노출시키기 전에 염화칼슘(CaCl₂)이 상기 혈액 샘플에 첨가되지 않음 - 와,
상기 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장된 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴에 액세스하여 상기 루틴을 실행하도록 구성되는 프로세서
를 포함하는 시스템.
제24항에 있어서, 상기 혈액 샘플은, 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스가 인가되기 전에 염화칼슘(CaCl₂)을 포함하는 것인 시스템.
제24항에 있어서, 상기 혈액 샘플은 전혈 샘플 또는 혈소판 농축 혈장인 것인 시스템.
제24항에 있어서, 상기 혈액 샘플의 하나 이상의 전기적 특성의 추정치를 결정하도록 구성된 전류 감지 회로를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴은, 실행될 때에, 전기 펄스를 상기 혈액 샘플에 인가시키는 프로세서 실행 가능한 루틴을 더 포함하며,
상기 전기 펄스는 상기 전류 감지 회로에 의해 처리되는 것인 시스템.
시스템에 있어서,
하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 메모리로서, 상기 프로세서 실행 가능한 루틴은, 실행될 때에, 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스를 혈액 샘플에 인가시켜, 상기 혈액 샘플에서의 성장 인자의 방출을 트리거하게 하고, 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스는 상기 혈액 샘플 내에서의 응고가 상기 성장 인자의 방출과 동시에 일어나지 않게 하는 것인, 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 메모리와,
상기 컴퓨터 판독 가능한 메모리에 저장된 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴에 액세스하여 상기 루틴을 실행하도록 구성되는 프로세서
를 포함하는 시스템.
제28항에 있어서, 상기 혈액 샘플은, 상기 하나 이상의 전기 펄스의 시퀀스가 인가되기 전에 염화칼슘(CaCl₂)을 포함하지 않는 것인 시스템.
제28항에 있어서, 상기 성장 인자는 혈소판 유래 성장 인자를 포함하는 것인 시스템.
제28항에 있어서, 상기 혈액 샘플은 전혈 샘플 또는 혈소판 농축 혈장인 것인 시스템.
제28항에 있어서, 상기 혈액 샘플의 하나 이상의 전기적 특성의 추정치를 결정하도록 구성된 전류 감지 회로를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 프로세서 실행 가능한 루틴은, 실행될 때에, 전기 펄스를 상기 혈액 샘플에 인가시키는 프로세서 실행 가능한 루틴을 더 포함하며,
상기 전기 펄스는 상기 전류 감지 회로에 의해 처리되는 것인 시스템.