KR102618894B1 - 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치 및 상기 장치를 포함하는 배양육 제조 시스템에 관한 것으로 상기 세포 배양 장치는 해조류에서 유래하여 취식이 가능한 세포배양 지지체를 사용하며, 배양하는 세포에 근육조직으로의 분화에 필요한 물리적 및 전기적 자극을 가할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치 및 상기 장치를 포함하는 배양육 제조 시스템에 관한 것이다.
2021년 6월 기준으로 세계 인구는 약 78억 7,500만 명으로 2030년에는 약 85억, 2050년에는 약 90억으로 예측되며, 세계 인구 증가에 따라 매년 2억톤 이상의 육류 단백질의 추가 공급이 필요해지고 있다. 이러한 상황에서 현재의 공장식 축산 방식은 증가하는 육류 단백질 수요를 충족시킬 수 없고, 공장식 축산 방식은 환경 오염과 동물 학대 논란에서 자유로울 수 없다. 이에 대체 고기에 대한 사람들의 관심이 높아지고 있다.
대체 고기(대체육, 인공육)는 콩, 밀, 쌀 등 식물성 재료로 고기의 맛이 나도록 만든 식물 고기와 동물의 세포를 배양해서 만든 배양 고기(배양육)로 나눌 수 있다. 배양육 (cultured meat) 은 살아있는 동물의 세포를 채취한 뒤 세포 공학 기술로 세포를 증식시켜 얻는 식용 고기를 의미하며, 가축을 사육하는 과정을 거치지 않고 고기를 얻는 세포농업 (cellular agriculture)의 한 분야라고 할 수 있다.
배양육 제조는 세포, 스캐폴드(scaffold), 배지와 성장인자, 생물반응기 (bioreactor) 등 다양한 공학적 사항을 고려해야 하는 복잡한 과정이다. 이중 생물반응기는 스캐폴드에 부착된 세포가 최종 결과물인 배양육으로 생장할 수 있도록 산소 및 배지를 공급하고, 노폐물을 제거한다. 일반적으로 회전생물반응기 (rotating bioreactor)가 많이 사용되나 생산하고자 하는 배양육의 종류에 따라 탱크 교반형, 정치 배양형 등 따라 다양한 생물반응기가 사용될 수 있다. 그러나 일반적인 고기의 맛과 질감을 갖는 배양육을 제조하는 기술은 아직 부족한 상황이다.
1. 최문희, 신현재 (2019), 배양육의 최신 연구 현황과 공학적 과제, Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal, Vol. 34, No.3, pp.127-134.
본 발명의 목적은 취식이 가능한 해조류 유래 세포배양 지지체 시트, 복수개의 세포배양 지지체 섬유를 이용한 세포 배양 장치, 세포 배양 장치를 이용한 배양육 제조 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 양상은 세포 분열 캐니스터, 세포 분화 캐니스터, 캐니스터 고정단 및 하우징을 포함하는 세포 배양 장치를 제공한다.
상기 세포 분열 캐니스터는 다층의 세포배양 지지체 시트, 상기 지지체 시트를 감싸 외부와 분리된 공간을 형성하는 외피, 외피와 연결되는 다채널 튜브를 포함한다.
상기 세포 분화 캐니스터는 일 방향으로 정렬된 복수개의 세포배양 지지체 섬유, 상기 지지체 섬유를 감싸 외부와 분리된 공간을 형성하는 외피, 외피와 연결되는 다채널 튜브를 포함한다.
또한, 상기 캐니스터 고정단은 세포 분화 캐니스터의 양 말단과 연결되어 세포 분화 캐니스터를 고정시키며, 캐니스터 고정단 이동부를 따라 상하로 이동할 수 있다.
상기 하우징은 개폐가 가능하고, 내부에 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터가 위치하며, 양 벽면에는 캐니스터 고정단 이동부가 설치된다.
상기 세포 배양 장치는 배아줄기세포, 근육줄기세포, 중간엽 줄기세포, 유도만능 줄기세포, 근아세포 및 섬유아세포로 이루어진 군에서 선택되는 세포를 배양하며, 최종적으로 근육조직을 생성할 수 있다.
상기 다채널 튜브는 배지 공급 튜브, 배지 회수 튜브 및 가스 공급 튜브를 포함할 수 있다.
상기 세포 분화 캐니스터는 캐니스터를 둘러싸고 있는 전기장 인가용 코일을 추가로 포함하며, 상기 전기장 인가용 코일은 근육의 활성 전위를 모사한 30 내지 90 mV의 전기장을 주기적으로 인가할 수 있다.
또한, 세포배양 지지체 시트 및 세포배양 지지체 섬유는 해조류 수질부에서 세포성분을 제거하고 남겨진 알지네이트와 셀룰로오스를 포함하는 하이드로젤 구조를 가지며, 상기 해조류는 미역, 다시마, 톳 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터는 배지의 글루코스 농도 및 pH를 측정하는 센서를 추가로 포함할 수 있다.
상기 세포 배양 장치는 하우징 내 온도 및 이산화탄소 농도를 조절하는 컨트롤러 및/또는 캐니스터 고정단을 움직이는 액추에이터(actuator)를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 캐니스터 고정단의 움직임에 의해 세포 분화 캐니스터가 수축 및 이완하며, 이 과정에서 캐니스터의 외피가 손상되지 않도록 상기 두 캐니스터의 외피는 수축 및 이완이 가능한 폴리머 재질로 인장 강도(tensile strength)는 700% 이상이고, 신장률(elongation)은 20 kN/m 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 양상은 하기 구성을 포함하는 배양육 제조 시스템을 제공한다:
상기 세포 배양 장치;
세포 배양 장치의 다채널 튜브와 연결되는 하나 이상의 세포 배지 공급부;
상기 세포 배양 장치의 다채널 튜브와 연결되는 세포 배지 회수부;
상기 세포 배양 장치의 다채널 튜브와 연결되고, 가스 탱크 및 믹서를 포함하는 가스 혼합부;
세포 배지 공급부 및 세포 배지 회수부와 연결되는 하나 이상의 연동 펌; 및
세포 배양 장치, 연동 펌프, 가스 혼합부의 작동을 조절하는 마이크로컨트롤러.
한편, 상기 세포 배지 공급부는 분열 배지 공급부 및 분화 배지 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 세포 배양 장치는 해조류에서 유래하여 취식이 가능한 세포배양 지지체를 사용하며, 배양하는 세포에 근육조직으로의 분화에 필요한 물리적 및 전기적 자극을 가할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 세포 분열 캐니스터, 세포 분화 캐니스터, 캐니스터 고정단 및 하우징을 포함하는 세포 배양 장치의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 세포 분열 캐니스터에서 세포배양 지지체 시트가 다층을 이루고 있는 모습(A) 및 캐니스터의 전체적인 구조(B)를 나타낸다.
도 3은 세포 분화 캐니스터에서 복수개의 세포배양 지지체 섬유가 일방향으로 정렬된 모습(A) 및 캐니스터의 전체적인 구조(B)를 나타낸다.
도 4는 캐니스터 고정단에 연결된 세포 분화 캐니스터의 모습을 나타낸다.
도 5는 세포 분화 캐니스터에 세포를 시딩한 후 물리적 및 전기적 자극을 통해 근육 조직으로 분화시키는 과정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 배양육 제조 시스템을 나타낸다.
도 2는 세포 분열 캐니스터에서 세포배양 지지체 시트가 다층을 이루고 있는 모습(A) 및 캐니스터의 전체적인 구조(B)를 나타낸다.
도 3은 세포 분화 캐니스터에서 복수개의 세포배양 지지체 섬유가 일방향으로 정렬된 모습(A) 및 캐니스터의 전체적인 구조(B)를 나타낸다.
도 4는 캐니스터 고정단에 연결된 세포 분화 캐니스터의 모습을 나타낸다.
도 5는 세포 분화 캐니스터에 세포를 시딩한 후 물리적 및 전기적 자극을 통해 근육 조직으로 분화시키는 과정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 배양육 제조 시스템을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 장치(100)를 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면 본 발명의 세포 배양 장치(100)는 세포 분열 캐니스터(110), 세포 분화 캐니스터(120), 캐니스터 고정단(130) 및 하우징(140)을 포함한다.
상기 세포 배양 장치(100)는 배아줄기세포, 근육줄기세포, 중간엽 줄기세포, 유도만능 줄기세포, 근아세포 및 섬유아세포로 이루어진 군에서 선택되는 세포의 배양에 사용될 수 있으며, 최종적으로는 상기 세포를 배양한 후 분화시켜 근육조직(배양육)을 형성할 수 있다.
도 2 및 도 6을 참고하여 세포 분열 캐니스터(110)를 설명한다.
세포 분열 캐니스터(110)는 다층의 세포배양 지지체 시트(111), 상기 지지체 시트를 감싸 외부와 분리된 공간을 형성하는 외피(112), 외피와 연결되는 다채널 튜브(113)를 포함한다. 하우징 내에 세포 분열 캐니스터(110)는 복수개가 포함될 수 있다.
세포 분열 캐니스터(110)는 시딩(seeding)된 세포를 증식(proliferation)시키는 기능을 수행한다. 다채널 튜브(113)의 하나인 배지 공급 튜브(113-1)를 이용하여 세포 분열 배지를 공급하고, 다층의 세포배양 지지체 시트(111)에 세포를 시딩한 후 일반적인 세포 배양 조건(37℃, 5% CO2)에서 세포를 배양할 수 있다. 도 2에서 세포 분열 캐니스터의 세포배양 지지체 시트가 다층을 이루고 있는 모습(A) 및 전체적인 구조(B)를 확인할 수 있다.
한편, 상기 다층의 세포배양 지지체 시트(111)는 최소 1층 이상으로 사용될 수 있으며, 다층 구조가 유지될 수 있도록 시트의 양 말단에 클립형 고정 장치(111-1)를 포함할 수 있다.
안정적인 세포 배양을 위해 세포 분열 캐니스터는 배지의 글루코스 농도 및 pH를 측정하는 센서(114)를 추가로 포함할 수 있으며, 센서에 배지의 글루코스 농도 및 pH 감소가 감지되면 다채널 튜브(113)의 하나인 배지 회수 튜브(113-2)로 오래된 배지를 제거하고, 배지 공급 튜브(113-1)로 신선한 세포 분열 배지를 공급할 수 있다.
또한, 세포 분열 캐니스터(110)는 세포 배양에 필요한 질소, 이산화탄소 및 산소를 공급 받을 수 있도록 다채널 튜브(113)의 하나를 가스 공급 튜브(113-3)으로 이용할 수 있다.
따라서, 세포 분열 캐니스터(110)의 다채널 튜브(113)는 배지 공급 튜브(113-1), 배지 회수 튜브(113-2) 및 가스 공급 튜브(113-3)를 포함한다. 배지 공급 튜브(113-1), 배지 회수 튜브(113-2) 및 가스 공급 튜브(113-3) 각각은 하우징 외부의 분열 배지 공급부, 배지 회수부 및 가스 혼합부와 연결된다.
세포 분열 캐니스터(110)에서 증식된 세포는 회수되어 세포 분화 캐니스터(120)에 다시 시딩된다.
도 3 및 도 6을 참고하여 세포 분화 캐니스터(120)를 설명한다.
세포 분화 캐니스터(120)는 일 방향으로 정렬된 복수개의 세포배양 지지체 섬유(121), 상기 지지체 섬유를 감싸 외부와 분리된 공간을 형성하는 외피(122), 외피와 연결되는 다채널 튜브(123)를 포함한다. 하우징 내에 세포 분화 캐니스터(120)는 복수개가 포함될 수 있다.
도 3에서 세포 분화 캐니스터에서 복수개의 세포배양 지지체 섬유가 일방향으로 정렬된 모습(A) 및 캐니스터의 전체적인 구조(B)를 확인할 수 있다.
세포 분화 캐니스터(120)는 시딩된 세포를 근육조직으로 분화 (differentiation)시키는 기능을 수행한다. 다채널 튜브(123)의 하나인 배지 공급 튜브(123-1)로 세포 분화 배지를 공급하고, 복수개의 세포배양 지지체 섬유(121)에 세포를 시딩한 후 일반적인 세포 배양 조건(37℃, 5% CO2)에서 세포를 배양할 수 있다. 이때 효율적인 세포 분화를 위해 세포 분화 배지에 인슐린, 덱사메타손(dexamethasone)과 같은 분화 촉진 인자를 첨가할 수 있다.
한편, 세포 분화 캐니스터(120)는 외피 내부에 존재하는 복수개의 세포배양 지지체 섬유(121) 가서로 분리되지 않도록 모아주는 고정 장치(125), 예를 들어 캡 또는 클립과 같은 고정 장치를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예에 따르면, 원통형의 세포 분화 캐니스터(120)는 외피와 연결된 상기 고정 장치를 통해 세포배양 지지체 섬유(121)를 고정시키면서 동시에 다채널 튜브와 연결될 수 있다. 상기 고정 장치는 캡(cap) 형태, 예를 들어 병 뚜껑과 같이 탈착이 가능한 구조일 수 있다.
안정적인 세포 배양을 위해 세포 분열 캐니스터(120)는 배지의 글루코스 농도 및 pH를 측정하는 센서(124)를 추가로 포함할 수 있으며, 센서에 배지의 글루코스 농도 및 pH 감소가 감지되면 다채널 튜브(123)의 하나인 배지 회수 튜브(123-2)로 오래된 배지를 제거하고, 배지 공급 튜브(123-1)로 신선한 세포 분화 배지를 공급할 수 있다.
또한, 세포 분열 캐니스터는 세포 배양에 필요한 질소, 이산화탄소 및 산소를 공급 받을 수 있도록 다채널 튜브(123)의 하나를 가스 공급 튜브(123-3)으로 이용할 수 있다.
따라서, 세포 분화 캐니스터(120)의 다채널 튜브(123)는 배지 공급 튜브(123-1), 배지 회수 튜브(123-2) 및 가스 공급 튜브(123-3)를 포함한다. 본 발명의 일 예에 따르면, 배지 공급 튜브(123-1)와 가스 공급 튜브(123-3)는 세포 분화 캐니스터(120) 상단의 고정장치(125)와 연결될 수 있고, 배지 회수 튜브(123-2)는 세포 분화 캐니스터(120) 하단의 고정장치(125)와 연결될 수 있다.
또한, 세포 분화 캐니스터(120)는 캐니스터를 둘러싸고 있는 전기장 인가용 코일(124)을 추가로 포함할 수 있으며, 전기장 인가용 코일(124)은 근육의 활성 전위를 모사한 30 내지 90 mV의 전기장을 세포 분화 캐니스터에 주기적으로 인가할 수 있다. 전기장을 주기적으로 인가한다는 것은 일정 시간 간격으로 일정 시간 동안 상기 세기의 전기장을 인가하는 것을 의미한다.
전기장 인가용 코일(124)은 배양육 제조 시스템의 마이크로컨트롤러(MCU)에 의해 제어되고, 전원을 공급 받는다.
한편, 세포 분화 캐니스터(120)는 세포 분화를 촉진하기 위해 수축 및 이완될 수 있으며, 이를 위해 세포 배양 장치는 캐니스터 고정단(130)를 포함한다. 캐니스터 고정단의 이동을 위해서는 액추에이터(150)를 추가로 포함할 수 있다.
캐니스터 고정단(130)은 세포 분화 캐니스터의 양 말단 또는 고정장치(125)와 연결되어 캐니스터를 고정시키며, 캐니스터 고정단 이동부(141)를 따라 상하로 이동할 수 있다.
도 1 및 도 4에서 캐니스터 고정단(130)에 연결된 세포 분화 캐니스터(120)를 확인할 수 있으며, 도 5는 세포 분화 캐니스터에 세포를 시딩한 후 물리적 및 전기적 자극을 통해 근육 조직으로 분화시키는 과정을 나타낸다.
한편, 세포 배양 캐니스터(110) 및 세포 분화 캐니스터(120)에서 세포배양 지지체는 해조류 수질부에서 세포성분을 제거하고 남겨진 알지네이트와 셀룰로오스를 포함하는 하이드로젤 구조를 가지고, 상기 해조류는 미역, 다시마, 톳 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로 세포 배양 지지체의 제조 방법은 해조류 전처리 단계, SDS 처리 단계, 피질부 분리 단계, PBS 워싱 단계, 젤화 단계, 동결 건조 단계, 멸균 단계, 제작 단계를 포함한다.
해조류 전처리 단계는 처리 대상인 미역 개체의 탈세포화 공정을 유도하기 위한 전처리 공정으로서 오존 처리 단계 및 절단 단계를 포함한다. 전처리 용액은 해조류 개체의 조직을 적절히 팽윤시키기 위한 용액으로 1~3%(w/v)의 염화나트륨(NaCl)을 증류수에 녹여 생성하며, 바람직하게는 염화나트륨의 농도가 1~2%(w/v)인 전처리 용액을 만들어 사용한다. 오존 처리 단계는 해조류 개체를 전처리 용액에 침지하고, 해조류 개체 표면에 존재하는 미생물을 살균하기 위해 오존 처리를 하는 공정이다. 이때, 오존은 1분~1분 30초 가량 조사된다.
절단 단계는 해조류 개체를 목적하는 크기로 절단하는 공정이며, 절단하는 모양 및 크기는 최종적으로 제조되는 세포 배양 지지체의 목적에 따라 달라질 수 있다.
음이온성 세정제인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate) 처리 단계는 절단된 해조류 개체를 SDS 수용액에 침지하여 해조류의 피질(cortex) 조직을 약화시키는 공정이다. 사용하는 SDS 수용액의 농도는 통상적으로 1~5%(w/v) 범위를 유지하며, 미역 개체를 침지하는 경우에는 바람직하게는 1~2%(w/v)의 농도인 SDS 수용액을 사용한다.
피질부 분리 단계는 음이온성 세정제로 처리 후 미역 개체의 피질부(cortex layer)를 분리하기 위한 공정이며, 해조류 개체가 침지된 SDS 수용액을 15~30분간 천천히 흔들면서 진행된다. 이러한 과정을 통해 해조류 개체에 치밀하게 배열된 피질부와 느슨한 셀룰로오스 구조의 수질부(medullar layer)가 서로 분리된다.
PBS(phosphate buffered saline) 세척 단계는 피질부 분리 단계에서 피질부를 제거하고 남은 수질부를 PBS로 세척하는 공정이며, 젤화 단계는 PBS로 세척하고 남은 수질부를 젤화시키는 공정으로 침지 단계 및 세척 단계를 포함한다.
침지 단계는 수질부를 0.5~10%(w/v) 농도 범위의 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 1~10분 정도 침지하는 공정으로 세포 배양 지지체의 종류 및 배양되는 세포의 종류에 따라 처리 농도와 처리 시간은 변경할 수 있다. 이 과정을 통해 수용액 상의 Ca2+ 이온이 알지네이트의 가교(cross-linking)에 사용되며, 가교 정도에 따라 젤의 강성도(stiffness)가 달라지게 된다. 이어서, 세척 단계는 침지 후 수질부를 꺼내어 PBS로 세척하는 공정이다.
상기 침지 단계와 세척 단계 이후 수질부는 투명한 젤 상태가 된다. 이 젤은 해조류 고유의 망 구조를 갖기 때문에 이 젤을 동결건조시키면 스펀지 형태의 세포배양 지지체 시트를 만들 수 있다. 세포배양 지지체 섬유는 동결건조시킨 지지체 시트를 일정 길이로 절단하여 제조할 수 있다.
상기 세포 분열 및 세포 분화 캐니스터에서 각각의 외피는 폴리머로 이루어지며, 수축 및 이완이 가능한 재질로 인장 강도(tensile strength)는 700% 이상이고, 신장률(elongation)은 20 kN/m 이상인 폴리머가 사용될 수 있다.
구체적으로는 수축 및 신장 능력이 우수한 의료용 폴리머가 사용될 수 있으며, 아래 표 1에 의료용 폴리머의 예시를 기재하였다.
| Avantor (제조사) | MED-6400 | MED-6600 |
| Tensile Strength | 850% | 800% |
| Elongation | 160 ppi (28.2 kN/m) | 160 ppi (28.2 kN/m) |
| Tissue Culture (Cytotoxicity Testing) | USP ISO 10993-5 | |
| Elemental Analysis of Trace Metals | ASTM E305 | |
하우징(140)은 내부에 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터가 위치하고, 양 벽면에는 캐니스터 고정단 이동부(141)가 설치된다. 또한, 하우징 (140)은 세포 배양 및 분화를 위해 하우징 내부를 일정한 환경으로 유지해야 하므로 개폐가 가능한 문을 통해 외부와 밀폐된 환경을 조성할 수 있다.
한편, 하우징 내부의 환경 조절을 위해 세포 배양 장치(100)는 하우징 내부의 온도 및 이산화탄소 농도를 조절하는 컨트롤러(160)를 추가로 포함할 수 있다.
하우징(140) 내부의 양 벽면에는 벽면에서 돌출된 캐니스터 고정단 이동부(141)가 설치되어 캐니스터 고정단이 상하로 이동할 수 있다. 도 1에서 하우징 내부의 양쪽 벽면에 형성된 캐니스터 고정단 이동부(141)를 확인할 수 있다.
한편, 배양육 제조를 위해서는 상기 세포 배양 장치 이외에 추가 장치들이 필요하다. 이하, 도 6을 참조하여 배양육 제조 시스템을 설명한다.
본 발명의 배양육 제조 시스템은 세포 배양 장치(100); 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브와 연결되는 하나 이상의 세포 배지 공급부(200); 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브와 연결되는 세포 배지 회수부(300); 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브와 연결되고, 가스 탱크 및 믹서를 포함하는 가스 혼합부(400); 세포 배지 공급부 및 세포 배지 회수부와 연결되는 하나 이상의 연동 펌프(500); 및 세포 배양 장치, 연동 펌프, 가스 혼합부의 작동을 조절하는 마이크로컨트롤러(600)를 포함한다.
세포 배지 공급부(200)는 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브(113 및 123)와 연결되며, 구체적으로는 배지 공급 튜브(113-1 및 123-1)와 연결된다. 한편, 상기 세포 배지 공급부는 분열 배지 공급부(210) 및 분화 배지 공급부(220)를 포함할 수 있다.
세포 배지 회수부(300)는 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브(113 및 123)와 연결되며, 구체적으로는 배지 회수 튜브(113-2 및 123-2)와 연결된다.
또한, 가스 혼합부(400)는 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브(113 및 123)와 연결되며, 구체적으로는 가스 공급 튜브(113-3 및 123-3)와 연결된다. 또한, 가스 혼합부(400)는 가스 탱크 및 믹서를 포함한다.
본 발명의 배양육 제조 시스템으로 배양육을 제조하는 과정을 간략하게 설명한다.
세포 분열용 캐니스터에 배지를 공급하고, 포유류로부터 유래된 동물 줄기세포 (예를 들어, 근육 줄기세포)를 세포배양 지지체에 시딩한다. 시딩한 세포를 목표로 하는 세포 수까지 일정 기간 증식시킨 후 세포 배양이 완료된 지지체 자체를 캐니스터에서 꺼낸다.
이후 세포배양 지지체에 증식하고 있는 세포들을 매뉴얼로 분리한다. 예를 들어, 세포배양 지지체의 알지네이트 성분을 녹이고, 트립신을 처리하여 세포를 분리한다. 분리한 세포를 세포 분화용 캐니스터에 다시 시딩하고, 물리적, 전기적 및 화학적 자극을 인가하여 일정 기간 동안 분화를 유도한다. 시간이 흐른 후 세포 분화용 캐니스터로부터 세포 배양 지지체에 증착하여 분화한 배양육 분화체(세포 배양 지지체+배양된 근육조직)를 꺼내고, 가공/조리하여 배양육으로 제품화시킨다.
100: 세포 배양 장치;
110: 세포 분열 캐니스터;
111: 세포배양 지지체 시트;
111-1: 클립형 고정 장치;
112: 세포 분열 캐니스터 외피;
113: 세포 분열 캐니스터 다채널 튜브;
113-1: 분열 배지 공급 튜브;
113-2 분열 배지 회수 튜브;
113-3: 가스 공급 튜브;
114: 세포 분열 캐니스터 센서;
120: 세포 분화 캐니스터;
121: 세포배양 지지체 섬유;
122: 세포 분화 캐니스터 외피;
123: 세포 분화 캐니스터 다채널 튜브;
123-1: 분화 배지 공급 튜브;
123-2 분화 배지 회수 튜브;
123-3: 가스 공급 튜브;
124: 세포 분화 캐니스터 센서;
125: 고정장치;
130: 캐니스터 고정단;
140: 하우징;
141: 캐니스터 고정단 이동부;
150: 액추에이터;
160: 컨트롤러;
200: 세포 배지 공급부'
210: 분열 배지 공급부;
220: 분화 배지 공급부;
300: 세포 배지 회수부;
400: 가스 혼합부;
500: 연동 펌프; 및
600: 마이크로컨트롤러.
110: 세포 분열 캐니스터;
111: 세포배양 지지체 시트;
111-1: 클립형 고정 장치;
112: 세포 분열 캐니스터 외피;
113: 세포 분열 캐니스터 다채널 튜브;
113-1: 분열 배지 공급 튜브;
113-2 분열 배지 회수 튜브;
113-3: 가스 공급 튜브;
114: 세포 분열 캐니스터 센서;
120: 세포 분화 캐니스터;
121: 세포배양 지지체 섬유;
122: 세포 분화 캐니스터 외피;
123: 세포 분화 캐니스터 다채널 튜브;
123-1: 분화 배지 공급 튜브;
123-2 분화 배지 회수 튜브;
123-3: 가스 공급 튜브;
124: 세포 분화 캐니스터 센서;
125: 고정장치;
130: 캐니스터 고정단;
140: 하우징;
141: 캐니스터 고정단 이동부;
150: 액추에이터;
160: 컨트롤러;
200: 세포 배지 공급부'
210: 분열 배지 공급부;
220: 분화 배지 공급부;
300: 세포 배지 회수부;
400: 가스 혼합부;
500: 연동 펌프; 및
600: 마이크로컨트롤러.
Claims (12)
- 세포 분열 캐니스터, 세포 분화 캐니스터, 캐니스터 고정단, 액추에이터(actuator) 및 하우징을 포함하는 세포 배양 장치로서,
상기 세포 분열 캐니스터는 다층의 세포배양 지지체 시트, 상기 지지체 시트를 감싸 외부와 분리된 공간을 형성하는 외피, 외피와 연결되는 다채널 튜브를 포함하고,
상기 세포 분화 캐니스터는 일 방향으로 정렬된 복수개의 세포배양 지지체 섬유, 상기 지지체 섬유를 감싸 외부와 분리된 공간을 형성하는 외피, 외피와 연결되는 다채널 튜브를 포함하며,
상기 캐니스터 고정단은 세포 분화 캐니스터의 양 말단과 연결되어 세포 분화 캐니스터를 고정시키며, 캐니스터 고정단 이동부를 따라 상하로 이동가능하고,
상기 액추에이터는 캐니스터 고정단을 이동시키며,
상기 하우징은 개폐가 가능하고, 내부에 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터가 위치하며, 내부의 양 벽면에는 캐니스터 고정단 이동부가 설치되는, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서, 상기 세포 배양 장치는 배아줄기세포, 근육줄기세포, 중간엽 줄기세포, 유도만능줄기세포, 근아세포 및 섬유아세포로 이루어진 군에서 선택되는 세포를 배양하는 것인, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포 분화 캐니스터는 캐니스터를 둘러싸고 있는 전기장 인가용 코일을 추가로 포함하는, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 전기장 인가용 코일은 30 내지 90 mV의 전기장을 주기적으로 인가하는, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포배양 지지체는 해조류 수질부에서 세포성분을 제거하고 남겨진 알지네이트와 셀룰로오스를 포함하는 하이드로젤 구조를 가지며, 상기 해조류는 미역, 다시마, 톳 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 외피는 인장 강도(tensile strength)는 700% 이상이고, 신장률(elongation)은 20 kN/m 이상인 폴리머인, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 다채널 튜브는 배지 공급 튜브, 배지 회수 튜브 및 가스 공급 튜브를 포함하는 것인, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터는 배지의 글루코스 농도 및 pH를 측정하는 센서를 추가로 포함하는 것인, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포 배양 장치는 하우징 내 온도 및 이산화탄소 농도를 조절하는 컨트롤러를 추가로 포함하는 것인, 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치.
- 삭제
- 제1항의 배양육 제조를 위한 세포 배양 장치;
상기 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브와 연결되는 하나 이상의 세포 배지 공급부;
상기 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브와 연결되는 세포 배지 회수부;
상기 세포 배양 장치에서 세포 분열 캐니스터 및 세포 분화 캐니스터의 다채널 튜브와 연결되고, 가스 탱크 및 믹서를 포함하는 가스 혼합부;
세포 배지 공급부 및 세포 배지 회수부와 연결되는 하나 이상의 연동 펌프; 및
세포 배양 장치, 연동 펌프, 가스 혼합부의 작동을 조절하는 마이크로컨트롤러를 포함하는, 배양육 제조 시스템. - 제11항에 있어서, 상기 세포 배지 공급부는 분열 배지 공급부 및 분화 배지 공급부를 포함하는 것인, 배양육 제조 시스템.
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| KR20200109231 | 2020-08-28 |
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