KR102398225B1 - 삽입형 미세 커넥터 및 그 연결방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포를 내포한 지지체(scaffold) 속의 세포에 배양액을 누수없이 지속적으로 공급할 수 있는 삽입형 미세 커넥터에 관한 것이다. 본 발명의 삽입형 미세 커넥터는, 양단이 개방되는 제1 직경의 제1 외부 유리관 및 제2 외부 유리관, 그리고 제1 외부 유리관과 제2 외부 유리관을 연결하며 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경의 연결 목부로 이루어진 외부 유리관과, 상기 제1 외부 유리관 내에 끼워지며, 내부에 연결 목부가 형성된 내부 유리관, 및 상기 내부 유리관 내에 끼워지며 일부는 제2 외부관에 삽입된 지지체의 내부 통로와 연결되는 연결용 유리 모세관을 포함하여 구성된다.

Description

삽입형 미세 커넥터 및 그 연결방법{Insert type Micro-connector and connecting method thereof}

본 발명은 삽입형 미세 커넥터에 관한 것으로, 세포를 내포한 지지체(scaffold) 속의 세포들에게 배양액을 누수없이 지속적으로 공급할 수 있는 삽입형 미세 커넥터 및 이러한 삽입형 미세 커넥터의 연결방법에 관한 것이다.

현대사회의 많은 수의 환자가 장기 이식 외에는 치료법이 없는 장기 부전을 앓고 있으나, 환자에 비해 장기 기증자는 매우 적다. 이에 인공조직에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

인공조직의 실용화에 가장 큰 걸림돌은 괴사하지 않는 비교적 큰 크기의 인공조직을 제작하는 것이다. 이를 위해서는 미세 인공 혈관을 최대 200㎛ 간격으로 배열해야 한다. 그러기 위해서는 미세 혈관 형태의 구조물이 필요하며, 이러한 구조물에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그러나 미세 혈관 형태의 구조물 안에 위치한 세포에 세포 배양액을 공급하는 것이 무엇보다 중요한데, 아직까지 이에 대한 효율적인 방안은 없는 실정이다. 현재 인공 미세 혈관 기술은 혈관을 만드는 것까지는 성공하였지만, 그 혈관에 세포 배양액을 안정적으로 공급하기 위한 기술의 완성도는 낮다. 따라서 인공 혈관을 구성하는 세포들의 괴사 확률이 높고, 성숙된 혈관으로의 분화 속도가 매우 느렸다.

본 발명인은 인공 미세 혈관에 세포 배양액을 공급하는 기술을 한국등록특허 10-1792358호(선행기술)로 제안한 바 있다. 상기 선행기술은, 고정형 미세 커넥터를 이용하여 인공 미세혈관을 고정하고, 인공 미세혈관이 끼워진 상태에서 세포 배양액을 그 인공 미세혈관에 연속해서 공급할 수가 있다.

그러나 선행기술은 인공 미세혈관이 지지체의 내부 통로에 형성된 고정부에 의해서만 고정되기 때문에, 장시간 사용에 따라 결합력이 약해질 수 있고 이 경우 세포 배양액이 인공 미세혈관이 아닌 다른 부위로 새어나가는 문제가 초래될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미세 탐침이 삽입된 삽입형 미세 커넥터를 제공하여 인공 미세 혈관에 세포 배양액을 누수 없이 보다 오랫동안 공급하기 위한 것이다.

그리고 본 발명은 이러한 목적을 제공하기 위하여 삽입형 미세 커넥터의 사용을 위한 연결방법을 제공하는 다른 목적도 제공한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양단이 개방되는 제1 직경의 제1 외부 유리관 및 제2 외부 유리관, 그리고 제1 외부 유리관과 제2 외부 유리관을 연결하며 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경의 연결 목부로 이루어진 외부 유리관; 상기 제1 외부 유리관 내에 끼워지며, 내부에 연결 목부가 형성된 내부 유리관; 및 상기 내부 유리관 내에 끼워지며 일부는 제2 외부 유리관에 삽입된 지지체의 내부 통로와 연결되는 연결용 유리 모세관을 포함하여 구성되는 삽입형 미세 커넥터를 제공한다.

상기 외부 유리관은 하이드로젤에 수용되게 하거나 폴리 디멜틸실론산(PDMS)과 같은 폴리머 물질을 이용하여 고정된다.

그리고 본 발명은 상술한 삽입형 미세 커넥터, 및 상기 연결용 유리 모세관과 연결되는 배양액 공급기를 더 포함하고, 상기 삽입형 미세 커넥터의 지지체 내의 인공 미세혈관에 세포 배양액을 연속적으로 공급할 수 있는 삽입형 미세 커넥터를 이용한 세포 배양액 공급장치를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 연결용 유리 모세관이 내부 유리관에 삽입되는 단계; 외부 유리관의 제1 외부 유리관의 입구에 주사기가 연결되고, 제2 외부 유리관의 입구에 지지체가 위치되는 단계; 상기 주사기에 의해 생성되는 음압에 의하여 지지체가 음압 방향으로 이동하여 제2 외부 유리관에 끼워지는 단계; 상기 주사기가 제거된 후, 상기 제1 외부 유리관에 상기 연결용 유리 모세관이 끼워진 내부 유리관이 삽입되는 단계; 상기 연결용 유리 모세관의 일부가 지지체의 내부 통로까지 이동되어 연결되는 단계; 및 상기 제1 외부 유리관에 배양액 공급기가 연결되는 단계를 포함하는 삽입형 미세 커넥터의 연결방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 배양액 공급기의 구동에 따라 지지체 내의 인공 미세혈관으로 세포 배양액이 연속적으로 공급된다.

이상과 같은 본 발명의 삽입형 미세 커넥터에 따르면, 연결용 유리 모세관을 삽입하여 삽입형 미세 커넥터와 지지체 간의 결합을 더 견고하고 강인하게 할 수 있기 때문에, 인공 미세혈관에 세포 배양액을 누수없이 지속적으로 공급할 수 있고, 또 커넥터와 인공 미세혈관이 연결상태를 장시간 유지할 수 있게 된다.

따라서 세포 배양액의 안정적인 공급이 가능하여 미세 인공혈관을 구성하는 세포들이 괴사되는 것을 방지할 수 있다.

그리고 비교적 큰 크기의 인공 조직을 만들 수 있어, 인공조직의 실용화를 앞당기게 되는 기대가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 삽입형 미세 커넥터의 구조도.
도 2는 인공 미세혈관에 세포 배양액을 공급하기 위한 삽입형 미세 커넥터의 연결 방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 삽입형 미세 커넥터를 하이드로젤(hydrogel)의 일종인 콜라겐(collagen)에 고정시키는 과정을 보인 사진.
도 4는 인공 미세 혈관에 연결용 유리 모세관이 연결된 상태를 나타낸 사진.
도 5는 HUVEC 및 HASMC를 배양한 지지체를 나타낸 사진.
도 6은 세포 배양액 공급을 위한 삽입형 미세 커넥터의 연결과정을 보인 흐름도.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 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 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 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. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 인공 미세혈관에 세포 배양액을 누수 없이 더 오랫동안 공급할 수 있도록 한 삽입형 미세 커넥터를 제안하는 것이고, 이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 삽입형 미세 커넥터의 구조도이다. 이를 보면, 삽입형 미세 커넥터(100)는 외부 유리관(Big glass tube)(110), 내부 유리관(Small glass tube)(120) 및 연결용 유리 모세관(tiny glass capillary)(130)을 포함하여 구성된다. 여기서 연결용 유리 모세관(130)은 미세 탐침이나 미세 삽입관으로 불리기도 한다.

외부 유리관(110)은 소정 길이 및 제1 직경을 가지는 제1 외부 유리관(112) 및 제2 외부 유리관(114)으로 이루어지며, 제1 및 제2 외부 유리관(112, 114)은 관 모양으로 형성된다. 그리고 제1 및 제2 외부 유리관(112, 114)의 연결은 외부 유리관의 제1 직경보다 상대적으로 좁은 연결 목부(116)에 의하여 연결된다. 이러한 외부 유리관(110)은 내부 유리관(120)과 지지체(scaffold)(200)를 지지하는 역할을 한다. 즉, 제1 외부 유리관(112)은 제2 직경의 내부 유리관(120)이 끼워진 상태를 지지하고, 제2 외부 유리관(114)은 후술하는 지지체(200)가 끼워진 상태를 지지한다. 여기서 지지체(200) 내에는 인공 미세혈관이 형성된다.

그리고 도면과 같이 내부 유리관(120) 및 지지체(200)가 외부 유리관(110) 내에 전부 수용될 필요는 없다.

그리고 실시 예에 따르면 도 1과 같이 상기 제1 외부 유리관(112) 및 제2 외부 유리관(114)의 직경을 동일하게 형성하고 있지만, 본 발명은 제1 외부 유리관(112)과 제2 외부 유리관(114)의 직경은 필요에 따라 서로 상이하게 형성할 수 있음은 물론이다. 여기서, 제1 외부 유리관(112)과 제2 외부 유리관(114)의 직경은 펌프용 튜브 및 지지체(200)의 외경과 일치해야 할 것이다. 즉, 제1 외부 유리관(112)은 펌프와의 연결이 목적이기 때문에 펌프(400)에서 오는 튜브의 외경에 따라 상기 제1 외부 유리관(112)의 직경을 맞춰서 설계해야 한다. 또 제2 외부 유리관(114)은 지지체(200)와의 연결이 목적이기 때문에 지지체(200)의 외경에 따라 제2 외부 유리관(114)의 직경을 맞춰서 설계해야 한다.

상기 외부 유리관(110)은 삽입형 미세 커넥터(100)의 외관을 형성하기 때문에, 세포 배양액이 공급되는 동안에는 고정된 상태이어야 한다. 본 실시 예에서 외부 유리관(110)은 하이드로젤(hydrogel)에 수용되게 하거나 폴리 디멜틸실론산(PDMS: Poly dimethylsiloxane)을 이용하는 방법 등을 통해 고정할 수 있다.

상기 내부 유리관(120)은 연결용 유리 모세관(130)을 지지하는 역할을 한다. 내부 유리관(120)은 내부에 직경이 좁은 연결 목부(122, 124)가 형성되는 소정 길이의 관 모양이고, 제1 외부 유리관(112) 내에 끼워지게 된다. 상기 연결 목부(122, 124)는 입체적으로 봤을 때, 내부 유리관(120)의 가운데에 형성되기 때문에, 연결용 유리 모세관(130)의 위치를 내부 유리관(120)의 가운데로 유지하는 역할을 한다.

상기 연결용 유리 모세관(130)은 내부 유리관(120)을 통해 지지체(200)의 내부 통로(210)까지 연결된다. 이러한 연결용 유리 모세관(130)을 통해 세포 배양액이 지지체(200)에 배양된 인공 미세혈관(미도시)으로 공급된다.

다음에는 본 발명의 실시 예에 따라 세포 배양액을 공급하기 위하여 삽입형 미세 커넥터(100)의 사용방법에 대하여 첨부된 도면들을 참고하여 살펴본다. 이는 삽입형 미세 커넥터(100)를 이용하여 인공 미세혈관에 세포 배양액을 공급하기 위한 것이라 할 것이다.

먼저, 도 2a와 같이 연결용 유리 모세관(130)을 내부 유리관(120)에 삽입한다. 연결용 유리 모세관(130)의 직경은 내부 유리관(120)의 연결 목부(122,124)의 직경과 비슷하거나 약간 작을 수 있다. 이렇게 내부 유리관(120)에 연결용 유리 모세관(130)을 삽입하여 그 연결용 유리 모세관(130)의 위치를 잡아준다. 이때 연결용 유리 모세관(130)은 아직까지는 움직일 수 없는 고정된 상태는 아니다.

도 2b에 도시된 바와 같이 외부 유리관(110)의 일 측 끝(제1 방향), 즉 제1 외부 유리관(112)의 입구 측에 주사기(300)를 연결한다. 제1 방향은 나중에 내부 유리관(120)이 삽입되는 방향이고, 세포 배양액이 공급되는 방향이기도 하다. 그리고 제2 외부 유리관(114)의 입구에 지지체(200)를 위치시킨다.

도 2c와 같이 주사기(300)를 잡아당겨 외부 유리관(110) 내부에 음압을 생성한다. 그러면 외부 유리관(110)의 일 측 끝(제2 방향), 즉 제2 외부 유리관(114) 측에 위치한 지지체(200)가 음압 방향으로 이동되고, 제2 외부 유리관(114)에 끼워지게 된다. 지지체(200)는 직경이 좁아지는 연결 목부(116) 근처까지 이동하여 위치한 상태가 된다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 제1 외부 유리관(112)에 위치한 주사기(300)를 제거하고 그 제1 외부 유리관(112)에 상기 연결용 유리 모세관(130)이 끼워진 내부 유리관(120)을 삽입한다. 이와 같이 내부 유리관(120)이 삽입된 후, 상기 연결용 유리 모세관(130)의 일부가 지지체(200)의 내부 통로(210)까지 이동되어 연결되도록 지지체(200) 방향으로 밀어 넣는다.

도 2e에 도시된 바와 같이 배양액 공급기(펌프)(400)가 제1 외부 유리관(112)에 연결된다. 그리고 배양액 공급기(400)를 구동시키면 연결용 유리 모세관(130)을 통해 삽입형 미세 커넥터(100)에 고정되어 있는 인공 미세혈관으로 세포 배양액이 연속적으로 공급되게 된다.

이와 같이 본 실시 예는 연결용 유리 모세관(130)에 의해 삽입형 미세 커넥터(100)와 지지체(200) 상호간의 결합이 더 강인하게 되고, 연결용 유리 모세관(130)도 외부 유리관(110)에 끼움 고정된 내부 유리관(120)의 연결 목부(122, 124)를 통해 지지체(200)와 연결되므로, 세포 배양액은 새어나가지 않고 인공 미세혈관으로만 흐르게 된다.

다음에는 본 발명의 삽입형 미세 커넥터의 실험 결과들을 도면들을 참조하여 살펴본다.

도 3은 본 발명의 삽입형 미세 커넥터(100)를 하이드로젤(hydrogel)의 일종인 콜라겐(collagen)에 고정시키는 과정을 보인 것이고, (a)는 콜라겐이 젤화되기 전 상태의 사진, (b)는 콜라겐이 젤화된 후의 사진이다.

도 4는 인공 미세 혈관에 연결용 유리 모세관(130)이 연결된 상태를 나타낸 도면이다. 여기서 인공 미세 혈관은 HUVEC(Human umbilical vein endothelial cell)로 형성된 인공 미세 혈관이고, 인공 미세 혈관 내에 연결용 유리 모세관이 완전하게 연결되었음을 알 수 있다. (a)는 광학사진, (b)는 형광사진이다.

도 5는 HUVEC(Human umbilical vein endothelial cell)로 인공 미세 혈관을 형성하고 그 HUVEC 외부에 HASMC(Human vascular aortic smooth muscle cell)를 배양한 지지체를 도시한 사진이다.

실험은 3일간 배양 후, 본 발명의 삽입형 미세 커넥터(100)를 통하여 세포 배양액을 0.05 mL/min의 속도로 공급하였고, 이러한 상태를 도 5의 (a)의 정지사진을 통해 확인하였다. 이를 보면 (a)는 광학 사진으로 형광 알갱이(Fluorescence bead)가 흘러가는 것을 확인할 수 있다.

그리고 (b)는 녹색 형광사진으로 HUVEC와 HASMC가 함께 배양된 상태임을 알 수 있고, (c)는 청색 형광사진, (d)는 상기 (b)와 (c)의 합성사진이다. (c) 및 (d)를 보면 지지체(200) 내부로 형광 알갱이가 흘러가는 것을 확인할 수 있다.

도 6을 참고하여 삽입형 미세 커넥터(100)의 연결과정을 다시 살펴본다.

먼저, 연결용 유리 모세관(130)을 내부 유리관(120)에 삽입한다(s100). 삽입된 연결용 유리 모세관(130)은 일 방향으로 이동할 수 있는 상태다.

제1 외부 유리관(112)의 입구 측에 주사기(300)에 연결한다. 주사기(300)는 음압을 생성하기 위한 것이다. 따라서 주사기(300) 이외에 음압을 생성할 수 있는 다른 기구가 연결되어도 상관없다. 그리고 제2 외부 유리관(114)의 외 측에는 지지체(200)가 위치한다(s110).

그 상태에서 주사기(300)의 피스톤을 잡아당겨 외부 유리관(110) 내에 음압이 발생되도록 한다. 그러면 음압에 의하여 제2 외부 유리관(114) 측에 위치한 지지체(200)가 음압 방향으로 이동되고, 제2 외부 유리관(114)에 끼워지게 된다(s120).

다음 제1 외부 유리관(112)에 위치한 주사기(300)를 제거하고 제1 외부 유리관(112)에 상기 연결용 유리 모세관(130)이 끼워진 내부 유리관(120)을 삽입한다(s130). 그리고 연결용 유리 모세관(130)을 밀어넣어 지지체(200)의 내부 통로(210)와 연결되게 한다(s140).

제1 외부 유리관(112)에 배양액 공급기(400)를 연결한다(s150). 그리고 배양액 공급기(400)를 구동시켜 지지체(200)에 배양된 인공 미세혈관으로 세포 배양액을 연속하여 공급한다(s160).

이러한 구성에 따라 본 발명은 지지체(200) 속의 세포들이 정상적으로 기능하는 조직으로 성장할 때까지 그 지지체(200)에 배양된 인공 미세혈관으로 세포 배양액을 누수없이 지속적으로 공급할 수 있게 되어, 세포들이 괴사되는 것을 방지할 수 있을 것이다. 이는 곧 큰 크기의 인공조직을 만들 수 있는 것이고 그만큼 인공조직의 실용화로 나아가는 기초가 될 수 있음을 기대할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 삽입형 미세 커넥터
110: 외부 유리관
112: 제1 외부 유리관
114: 제2 외부 유리관
120: 내부 유리관
130: 연결용 유리 모세관
116, 122, 124: 연결 목부
200: 지지체
210: 내부 통로
300: 주사기
400: 배양액 공급기

Claims (5)

1. 일 단이 서로 접촉되며, 접촉된 부분은 직경이 좁은 제1 외부 유리관과 제2 외부 유리관으로 이루어진 외부 유리관;
   상기 제1 외부 유리관의 입구부터 삽입되는 내부 유리관;
   상기 내부 유리관 내에 형성된 연결목부들;
   상기 연결목부에 의해 형성된 통로에 끼워져서 지지되는 연결용 유리 모세관;
   상기 제2 외부유리관의 입구부터 삽입되며 내부통로가 형성된 지지체를 포함하고,
   상기 연결용 유리 모세관은 상기 내부 유리관 내부의 연결 목부에 의해 만들어진 통로를 따라 지지되면서 이동하여 상기 지지체의 내부 통로와 연결된 상태에서, 상기 연결용 유리 모세관을 통해 세포 배양액이 상기 지지체로 공급되는 것을 특징으로 하는 삽입형 미세 커넥터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 유리관은 하이드로젤에 수용되게 하거나 폴리머 물질을 이용하여 고정되며,
   상기 폴리머 물질은 폴리 디멜틸실론산(PDMS)인 삽입형 미세 커넥터.
3. 제 1 항의 삽입형 미세 커넥터; 및
   상기 연결용 유리 모세관과 연결되는 배양액 공급기를 포함하여 구성되고,
   상기 삽입형 미세 커넥터의 지지체 내의 인공 미세혈관에 세포 배양액을 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 삽입형 미세 커넥터를 이용한 세포 배양액 공급장치.
4. 연결용 유리 모세관이 내부 유리관에 삽입되는 단계;
   외부 유리관의 제1 외부 유리관의 입구에 주사기가 연결되고, 제2 외부 유리관의 입구에 지지체가 위치되는 단계;
   상기 주사기에 의해 생성되는 음압에 의하여 상기 지지체가 음압 방향으로 이동하여 상기 제2 외부 유리관에 끼워지는 단계;
   상기 주사기가 제거된 후, 상기 제1 외부 유리관에 상기 연결용 유리 모세관이 끼워진 내부 유리관이 삽입되는 단계;
   상기 연결용 유리 모세관이 상기 내부 유리관 내부의 연결 목부에 의해 만들어진 통로를 따라 지지되면서 이동하여 상기 지지체의 내부 통로와 연결되는 단계;
   상기 제1 외부 유리관에 배양액 공급기가 연결되는 단계; 및
   상기 배양액 공급기가 구동되면 상기 연결용 유리 모세관을 따라 세포 배양액이 상기 지지체 내의 인공 미세혈관으로 연속적으로 공급되는 단계를 포함하는 삽입형 미세 커넥터의 연결방법.
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