KR102628956B1 - 광학적인 세포 배양 모니터링 및 피분석물 측정 시스템 - Google Patents
광학적인 세포 배양 모니터링 및 피분석물 측정 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 방법, 시스템 및 소자는 세포 상태의 원격 모니터링을 제공하는 점이 기술된다. 상기 시스템은 세포 배양 용기, 적어도 하나의 모니터링 층, 적어도 하나의 측정 소자, 및 통신 부품을 포함한다. 상기 세포 배양 용기는 세포 성장 및 닫힌-시스템 작동을 위해 구성된 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 포함할 수 있다. 상기 모니터링 층은 상기 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 외부에 있다. 일부 경우, 상기 통신 부품은 상기 모니터링 층으로부터 원격 장치로 데이터를 전송하도록 구성된다.
Description
본 출원은 2017년 9월 7일자로 출원된 미국 가출원 제62/555,338호의 우선권을 청구하며, 그 내용은 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 그 전체가 참고로서 본원에 포함된다.
다음은 세포 배양 모니터링, 좀 더 구체적으로는 고착 세포 용기 내의 측정을 받도록 디자인된 비-침습성 모니터링 시스템에 관한 것이다.
세포 배양은 세포 성장을 위한 인공 환경을 제공하는데 널리 사용된다. 일부 경우에서, 스택(stacked) 세포 배양 용기는 단일 층 접시에 걸쳐 세포 성장에 대한 증가된 영역을 제공할 수 있다. 세포는 현탁액에서 성장하거나 또는 세포 배양 용기 표면에 고착될 수 있다. 세포 배양 공정은 두 개의 주요 활동, 모니터링 세포 성장 및 건강(융합 및 모폴로지)를 포함하며, 세포 성장에 적합한 환경(예를 들어, pH, 글루코스 및 락테이트 수준)을 보장한다. 세포 배양의 제조 비용은 낮은 수율, 높은 노동 비용, 집약적인 수작업 흐름, 및 공정이 종종 수행되는 값비싼 무균실 환경에 기인하여 매우 높다. 세포 배양의 모니터링 방법은 수율을 증가시키고 비용을 감소시키기 위한 중요 인자이다.
세포를 보고 피분석물을 측정하기 위한 최근의 방법들은 시간이 소모되고 용기 환경의 무균성을 파괴할 위험이 있는, 용기에의 직접적인 접근을 요구할 수 있다. 과학자들은 세포의 융합을 보기 위하여 종종 육안 또는 현미경을 사용한다. 불행히도, 이러한 방법들은 용기에의 직접적인 접근을 요구하며, 이는 종종 세포 성장을 늦추거나 멈추게 한다. 나아가, 직접적인 접근 방법은 상기 공정을 자동화하는 것이 어렵거나 또는 불가능하도록 한다. 예를 들어, 스택 세포 배양 용기가 사용되는 경우, 단지 외부 층 또는 근-외의(near-exterior) 층이 모니터될 수 있으며, 상기 내부 층의 상태는 직접적인 측정 없이 평가되어야 한다.
세포 배양 공정은 프로브 센서 또는 패치와 같은 부품을 사용하는 침습성(invasive) 또는 준-침습성(semi-invasive) 방법을 통해서 현재 모니터된다(예를 들어, 특정 피분석물의 존재). 이들 방법은 시스템이 닫힌 시스템으로서 작업되도록 하는 것이 바람직하나 세포 성장 환경 내에서 침습성 또는 준-침습성 부품과 접촉하는 일부 형태를 요구한다. 모니터링 방법은 종종 불충분하며, 생산 환경은 수동 모니터링을 여전히 요구하는, 세포의 영양(feeding) 및 수확 시간을 맞추기 위한 공정 개발 기술에 좌우된다.
비-침습성 모니터링을 갖는 닫힌 시스템은 세포 배양 배지 조성물 및 세포 성장 및 건강을 좀 더 잘 제어하기 위한 자동화를 사용하도록 할 수 있다. 닫힌 시스템은 성장을 통해서 무균성을 유지할 수 있으며, 이는 무균실의 비용 및 요구를 감소시킨다. 나아가, 실시간 모니터링 데이터는 원격 위치에서 사용자에게 전송될 수 있으며, 이는 수동 노동의 필요성을 감소시킬 수 있다.
본 개시 기술은 세포 배양의 비-침습성 모니터링을 지지하는 개선된 방법, 시스템, 소자 또는 장치에 관한 것이다. 일반적으로, 본 개시 기술은 세포 성장 층의 외부에 모니터링 층을 갖는 고착 세포 배양 용기의 닫힌-시스템 작업을 제공한다. 상기 모니터링 층은 융합 모니터 및 피분석물 모니터를 포함할 수 있다. 세포 상태는 모니터링으로부터 원격 위치의 사용자까지 전송될 수 있다. 상기 모니터링 층은 스택 세포 배양 용기 내의 세포 성장 층들 사이에 위치될 수 있으며, 스택의 내부 층들의 측정을 취한다. 상기 닫힌 시스템은 예를 들어 실시간 세포 상태 데이터를 취하는 한편, 인큐베이터 내에 잔류함으로써 무균성으로 남아 있으며, 연속적으로 세포 성장이 가능하다.
세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 원격 모니터링 시스템이 기술된다. 상기 시스템은 세포 성장 및 닫힌-시스템 작업을 위해 구성된 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 포함하는 세포 배양 용기, 상기 적어도 하나의 세포 배양 챔버는 세포가 고착된 적어도 하나의 표면을 가짐, 적어도 하나의 측정 소자를 포함하는 적어도 하나의 모니터링 층, 여기서 상기 모니터링 층은 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 외부에 있음; 및 상기 모니터링 층으로부터 원격 위치로 데이터를 전송하도록 구성된 통신 통신 부품을 포함할 수 있다.
세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 방법이 기술된다. 상기 방법은 닫힌-시스템 작동을 위하여 구성된 세포 배양 용기의 둘 이상의 세포 배양 챔버들 사이에 외부 모니터링 층을 위치시키는 단계, 상기 둘 이상의 세포 배양 챔버는 각각 세포가 고착된 적어도 하나의 표면을 가짐, 둘 이상의 세포 배양 챔버의 세포 상태를 측정하는 한편 연속적인 세포 성장을 가능하게 하는 단계, 상기 외부 모니터링 층으로부터 원격 장치로 세포 상태 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 모니터링 층은 둘 이상의 세포 배양 챔버들 사이에 위치되며, 중간-층 모니터링을 위해 구성된다. 일부 경우에서, 상기 모니터링 층은 적어도 둘의 측정 소자를 포함할 수 있으며, 세포 배양 챔버 위 및 모니터링 층 아래 모두에서 동시에 측정하도록 구성될 수 있다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 측정 소자는 융합 모니터 또는 피분석물 모니터 중 하나 또는 이들 모두를 포함한다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 융합 모니터는 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 광학 소자를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 광학 소자는 다음을 포함한다: 적어도 하나의 렌즈, 미러, 카메라, 및 통신 부품. 또 다른 실시예에서, 상기 광학 소자는 다음을 포함한다: 섬유 프로브, 미러, 카메라, 및 통신 부품.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 피분석물 모니터는 여기된 광을 방출하고 세포 배양 챔버 내의 배지 층으로부터 방출 광을 캡쳐하도록 구성된 분광 부재를 포함한다. 일부 경우에서, 상기 분광 부재는 다음을 포함한다: 광 게이트, 회절 격자, 렌즈, 검출기, 및 통신 부품. 상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 분광 부재는 배지 층 상에서 라만 분광법을 수행하도록 구성된다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 모니터링 층은 폴리스티렌을 포함한다. 전술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 측정 소자는 모니터링 층으로부터 제거 가능하다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 통신 부품은 실 시간 또는 요구 시 데이터를 전송하도록 구성된다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예는 모니터링 위의 적어도 하나의 세포 배양 챔버 및 모니터링 층 아래의 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 동시에 측정하기 위한 공정, 피쳐(feature) 또는 수단을 더욱 포함할 수 있다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 모니터링 층 위의 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 측정하는 단계는 세포의 융합 측정을 취하는 단계를 포함하며, 상기 모니터링 층 아래의 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 측정하는 단계는 배지의 피분석물 측정을 취하는 단계를 포함한다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 세포 상태 데이터를 전송하는 단계는 실시간으로 수행된다. 전술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 세포 상태를 전송하는 단계는 무선 네트워크 상에서 수행된다.
상술한 시스템 및 방법의 일부 실시예에서, 상기 외부 모니터링을 위치시키는 단계는 모니터링 층 내에 하나 이상의 측정 소자를 위치시키는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 상기 외부 모니터링 층을 위치시키는 단계는 상기 모니터링 층 상의 다른 지점에 하나 이상의 측정 소자를 위치시키는 단계를 더욱 포함한다.
전술한 방법 및 시스템의 적용에 대한 추가적인 범위는 다음의 상세한 설명, 청구항 및 도면으로부터 명백해질 것이다. 상기 상세한 설명 및 구체적인 실시예는 단지 예시를 위해 주어지며, 본 기재의 사상 및 범위 내의 다양한 변형 및 변화가 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
본 기재의 성질 및 이점에 대한 추가적인 이해는 다음의 도면을 참조로 이루어질 수 있다. 첨부된 도면에서, 유사 구성성분 또는 피쳐는 동일한 참조 부호를 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성성분은 유사 구성성분 중 구별되는 점선 및 제2의 점선에 의해 참조 부호를 따름으로써 구별될 수 있다. 단지 제1의 참조 부호가 명세서에서 사용되는 경우, 본 기재는 제2의 참조 부호와 상관 없이 동일한 제1의 참조 부호를 갖는 유사 구성성분 중 어느 하나에 적용된다.
도 1은 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 시스템의 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 스택 세포 배양 용기 시스템의 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 모니터링의 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 융합 모니터의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 5는 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 피분석물 모니터의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 또 다른 피분석물 모니터의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 7은 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 모니터링 층의 실시예의 상면도를 나타낸다.
도 8은 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 시스템의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 9는 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 방법을 나타낸다.
도 1은 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 시스템의 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 스택 세포 배양 용기 시스템의 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 모니터링의 실시예의 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 융합 모니터의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 5는 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 피분석물 모니터의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 또 다른 피분석물 모니터의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 7은 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 비-침습성 측정 및 원격 모니터링을 지지하는 모니터링 층의 실시예의 상면도를 나타낸다.
도 8은 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 시스템의 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 9는 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 방법을 나타낸다.
단수 형태 "하나의", "일" 및 "상기"는 맥락에서 다르게 명시되지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. 동일 특성을 개시하는 모든 범위의 끝점은 독립적으로 조합 가능하며, 개시된 끝점을 포함한다. 모든 참조는 참고로서 본원에 포함된다.
본원에 사용된 바에 따라, "갖는다", "갖는", "포함하다", "포함하는", "포괄하다", "포괄하는" 또는 그 유사 용어는 개방형의 의미로 사용되며, 일반적으로 "한정 없이 포함하는"을 의미한다.
본원에 사용된 모든 과학적 그리고 기술적 용어는 다르게 명시되지 않는 한 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본원에 제공된 정의는 본원에서 자주 사용되는 특정 용어의 이해를 촉진하기 위함이며, 본 기재의 범위를 제한하는 것으로 의미되지 않는다.
본 기재는 먼저 일반적으로 이하에서 설명되며, 다음으로 수 개의 예시적인 구현예에 기반하여 상세히 기술된다. 개별적인 예시적인 구현예에서 서로 조합으로 나타낸 피쳐는 모두가 실현되어야 하는 것은 아닌다. 실제, 개별적인 피쳐는 또한 생략될 수 있거나 또는 동일한 예시적인 구현예 또는 그 밖의 예시적인 구현예에 나타낸 다른 피쳐로 일부 다른 방식으로 조합될 수 있다.
실제, 세포를 방해하지 않고, 또는 다시 말해서 닫힌 시스템으로 실시간으로 완결되기 위한 특정 측정을 허용하는 세포 배양 시스템은 무균의 세포 성장 환경의 유지를 촉진할 수 있다. 예를 들어, 세포 배양 챔버 외부에 있는 모니터링 시스템은 세포를 직접적으로 접촉하지 않고, 성장 환경을 오염시키지 않고, 세포 성장 및 건강과 같은, 세포 상태를 측정하는 비-침습성 방법을 제공할 수 있다. 본원에서 사용되는 바에 따라, 용어 "닫힌 시스템"은 시스템을 나타내며, 여기서 상기 시스템의 내용물은 주위 분위기에 개방되지 않는다. 상기 시스템은 주위 분위기로부터의 오염의 도입을 방지하거나 또는 제한하는, 캡과 같은 폐쇄 장치를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 필수적인 것은 아니나, 상기 시스템의 내용물의 무균성을 보장하기 위하여 밀봉될 수 있다.
전술한 바와 같이, 세포 배양 용기는 상기 세포 배양 용기의 모든 벽 내로 통합된 적어도 하나의 광학 기술(예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이 및 도파관) 및 분광 분석을 포함하는 모니터링 층을 포함할 수 있으며, 다른 광학 기술 및 분광 분석 기술은 세포 배양 용기의 또 다른 벽에 통합될 수 있다. 본원에 개시된 세포 배양 용기는 배양되는 한편 세포가 고착되는 평평한 표면을 일반적으로 포함하는 고착 세포 배양 용기일 수 있다.
대안적으로, 전술한 바와 같은 모니터링 층은 세포 배양 용기의 외부에 위치된 트레이를 포함할 수 있으며, 상기 트레이는 적어도 하나의 광학 기술 및 분광 분석 기술을 포함한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 본 기재의 구현예에 따르면, 광학 기술 및 분광 분석 기술 중 하나를 포함하는 제1의 트레이는 세포 배양 용기 위 또는 아래 중 하나에 위치될 수 있으며, 다른 광학 기술 및 분광 분석 기술을 포함하는 제2의 트레이는 상기 세포 배양 용기의 다른 위 또는 아래에 위치될 수 있다. 본 기재의 구현예에 따르면, 모니터링 층은 광학 기술 및 분광 분석 기술을 사용하는 스택 용기 내에 세포 성장 층들 사이에 그러나 그 외부에 삽입될 수 있다. 상기 구성은 세포 융합의 모니터링을 가능하게 하며, 신호 파장을 비추고, 수용하고 가공하는 분광 심문(spectral interrogation)으로 세포 융합을 모니터링하고 피분석물의 측정을 가능하게 한다. 통신 부품은 모니터 또는 모니터링 층으로부터 원격 위치에서 사용자까지 모니터링 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다. 상기 구성은 단일 사용 또는 다중-사용 스택 용기에서 수행될 수 있다.
세포 배양 챔버 외부에 위치된 모니터링 층을 갖는 것은 무균성을 유지시킬 수 있으며, 상기 공정의 원격 및 자동 제어를 가능하게 할 수 있다. 세포 융합을 원격으로 모니터링함으로써, 본 기재의 구현예는 세포 생산에서 다음 단계들의 타이밍을 최적화하여 세포 공정에서의 수율을 증가시키도록 작동할 수 있으며, 따라서 취급을 감소시키고 작동 비용을 감소시킨다. 본 기재는 작동자가 숙련자를 덜 필요로 하고 노동 비용을 낮출 수 있도록 시스템 제어를 자동화하기 위한 메커니즘을 제공한다. 외부 및 원격 실행으로, 본 기재는 보다 적은 비용의 환경에서 이제 작동될 수 있는 닫힌 세포 제조 시스템에 주 부품을 제공한다.
전술한 모니터링 층은 폴리스티렌으로 이루어질 수 있다. 상기 모니터링 층은 세포 성장 영역의 두 개의 모니터링 기능을 가능하도록 한다: 세포 융합 및 피분석물 측정. 상기 융합 모니터는 모니터링 층 내에 형성된 미러를 갖는 이중 렌즈 시스템을 이용할 수 있으며, 부착된 카메라는 사용자에게 광, 이미지 캡쳐, 확대 및 이미지 전달을 제공할 수 있다. 상기 피분석물 모니터는 분광 분석 기술 시스템을 포함할 수 있으며, 또한 모니터링 층 내에 회절 격자 및 렌즈를 갖는 도파관 시스템을 더욱 포함할 수 있으며, 여기 및 방출을 위한 섬유가 상기 모니터링 층에 부착될 수 있으며, 또한 분광 센서 시스템에 연결될 수 있다.
예시적인 융합 모니터는 조명 및 이미지 캡쳐를 위하여 세포 성장 표면에 대해 수직에서 광을 반사하기 위한 미러를 갖는 이중 렌즈 시스템을 이용할 수 있다. 상기 카메라는 광 및 이미지 캡쳐 기능을 제공할 수 있다. 광 파장 또는 빔은 렌즈에서 미러를 통해 이동할 수 있으며, 세포 성장 영역 내의 영역 상에 초점이 맞추어진다. 상기 조명된 이미지는 다음으로 렌즈를 통과하면 카메라에 의해 수집된다.
예시적인 피분석물 모니터는 스택 세포 배양 챔버의 위, 아래 또는 그들 사이에 위치될 수 있는 도파관 어레이를 포함할 수 있다. 상기 모니터는 이중의 광학 포트를 이용할 수 있으며, 하나의 포트는 여기 광을 위하여일 수 있고, 다른 포트는 방출 광을 위한 것일 수 있다. 상기 여기 광은 광 가이드(예를 들어, 도파관)를 따라 회절 격자 및 렌즈로 이동할 수 있으며, 이는 세포 배양 챔버의 배지 내로 회절 격자에 반사된다. 상기 방출 섬유는 배지의 여기 상태로부터 광을 수용하고 상기 여기 광을 분광 센서(예를 들어, 검출기)에 전달하여 방출 또는 흡수 스펙트럼을 만들어낼 수 있다. 상기 광학 센서는 2D 검출기 어레이 시스템을 포함할 수 있다. 상기 렌즈 및 회절 격자 시스템은 스택 고착 세포 용기 내의 세포 배양 챔버들 사이에 삽입된 모니터링 층 내에 제작될 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로 렌즈는 피분석물 모니터와 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이는 모니터링 층의 상부 또는 하부 상에 위치될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이는 전체-크기 렌즈와 유사한 파장을 굴절시키는데 유용하다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이는 섬유 커플링 및 광학 스위칭에 사용될 수 있다. 마이크로 렌즈는 포토리소그라피에 의해 용융 실리카 또는 실리콘에서 제작되어 정밀 렌즈를 생산할 수 있다.
본 기재의 관점은 세포 배양 시스템의 맥락에서 처음 개시된다. 본 기재의 관점은 비-침습성 원격 측정과 관련된 장치 다이어그램, 시스템 다이어그램, 및 순서도를 참조하여 더욱 기술된다.
도 1은 본 기재의 다양한 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양 챔버(110)의 비-침습성 측정을 위한 시스템(100)의 하나의 실시예의 사시도를 나타낸다. 상기 비-침습성 측정 시스템(100)은 모니터링 층(105), 세포 배양 챔버(110), 융합 모니터(115), 피분석물 모니터(120), 및 세포(125)를 포함한다. 일부 관점에서, 상기 시스템(100)은 넓은 온도 범위에서 작동되도록 구성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 시스템(100)은 세포 성장을 위해 구성된 인큐베이터에서 작동될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 비-침습성 측정 시스템(100)은 도 2에서 나타낸 바와 같이 스택 세포 배양 용기의 부분일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 모니터링 층(105)은 세포 배양 챔버(110)의 하나 이상의 면 내로 통합될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 모니터링 층(105)은 세포가 고착되는 표면을 갖는 세포 배양 챔버(110)의 면 내로 통합될 수 있다. 모니터링 층(105)을 포함하는 하나 이상의 면은 동일한 두께이거나 또는 모니터링 층을 포함하지 않는 면과 다른 두께일 수 있다. 상기 모니터링 층(105)은 적어도 하나의 융합 모니터(115) 또는 피분석물 모니터(120)를 포함할 수 있다. 일부 관점에서, 하나 초과의 모니터가 존재하는 경우, 상기 모니터는 상기 모니터링 층(105)의 동일 모서리 상에 있을 수 있다. 또 다른 관점에서, 상기 모니터는 상기 모니터링 층(105)의 다른 모서리 상에 있을 수 있다. 하나 초과의 모니터가 존재하는 경우, 각각의 모니터는 상기 모니터링 층(105)의 동일하거나 또는 다른 모서리 상에 다른 높이에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 모니터는 모니터링 층(105)의 모서리 상에 정렬될 수 있다. 전술한 바와 같이, 세포 배양 챔버(110) 아래의 모니터링 층(105)은 상기 세포 배양 챔버(110)의 하부로 나타낼 수 있으며, 세포 배양 챔버(110) 위의 모니터링 층(105)은 상기 세포 배양 챔버(110), 등의 상부로 나타낼 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 모니터링 층(105)은 상기 세포 배양 챔버(110)에 인접하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 모니터링 층(105)은 상기 고착 세포가 도 1에 나타낸 바와 같이 모니터링 층(105)에 인접한 세포 배양 챔버(110)의 면 상에 있도록 세포 배양 챔버(110) 아래에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 모니터링 층(105)은 고착 세포가 상기 모니터링 층(105)으로부터 가장 먼 세포 배양 챔버(110)의 면 상에 있도록 세포 배양 챔버(110) 위에 위치될 수 있다. 상기 모니터링 층(105)은 적어도 하나의 융합 모니터(115) 또는 피분석물 모니터(120)를 포함할 수 있다. 일부 관점에서, 하나 초과의 모니터가 존재하는 경우, 상기 모니터는 모니터링 층(105)의 동일 모서리 상에 있을 수 있다. 또 다른 관점에서, 상기 모니터는 상기 모니터링 층(105)의 다른 모서리 상에 있을 수 있다. 하나 초과의 모니터가 존재하는 경우, 각 모니터는 모니터링 층(105)의 동일하거나 또는 다른 모서리 상에 다른 높이에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 모니터는 모니터링 층(105)의 모서리 상에 정렬될 수 있다. 도 1에 도시된 상기 융합 모니터(115) 및 피분석물 모니터(120)의 구성은 두 개의 모니터가 상기 모니터링 층(105)의 동일 모서리 상에 정렬되는 경우의 실시예를 나타낸다. 일부 실시예에서, 상기 모니터링 층(105)은 폴리스티렌 또는 유사 고분자로 구성될 수 있다.
상기 융합 모니터(115) 및 피분석물 모니터(120)는 세포 배양 챔버(110) 내의 세포(125)의 세포 상태를 광학적으로 캡쳐할 수 있다. 일부 관점에서, 상기 융합 모니터(115) 및 피분석물 모니터(120)는 유선 통신 네트워크 또는 무선 통신 네트워크를 통해서 모니터로부터 원격 위치에 세포 상태 데이터와 같은 데이터를 전송하기 위한 통신 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 모니터의 통신 부품은 Wi-Fi 트랜시버를 포함할 수 있다.
도 2는 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 위한 지지를 갖는 세포 배양(210)의 비-침습성 측정에 사용될 수 있는 스택 세포 배양 용기 시스템(200)의 하나의 실시예의 사시도를 나타낸다. 상기 스택 세포 배양 용기 시스템(200)은 복수의 모니터링 층(205), 복수의 세포 배양 챔버(210), 특히 융합 모니터(215), 및 복수의 피분석물 모니터(220)를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 스택 세포 배양 용기 시스템(200)은 상부 상의 세포 배양 챔버(210a), 세포 배양 챔버(210a) 아래 및 세포 배양 챔버(210b) 위의 모니터링 층(205a), 세포 배양 챔버(210b) 아래 및 세 포 배양 챔버(210c) 위의 또 다른 모니터링 층(205b), 세포 배양 챔버(210c) 아래 및 모니터링 층(205c) 위의 세포 배양 챔버(210d), 및 모니터링 층(205c) 아래의 세포 배양 챔버(210e)로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 모니터링 층(205)이 복수의 세포 배양 챔버(210) 사이에 분산된다. 상기 스택 세포 배양 용기는 이러한 배열에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 세포 배양 챔버(210)(예를 들어, 210a 및 210b)는 모니터링 층(205)(예를 들어, 205a)의 상부 및 하부 모두 상에 위치될 수 있거나 또는 하나 초과의 세포 배양 챔버(210)는 모니터링 층(205)의 상부 및 하부 모두 상에 위치될 수 있다. 상기 모니터링 층(205) 위의 세포 배양 챔버(210)의 수는 상기 모니터링 층(205)(예를 들어, 205b 및 205c) 아래의 세포 배양 챔버(210)의 수와 다를 수 있다.
추가적으로, 상기 스택 세포 배양 용기 시스템(200)은 세포 성장을 위해 디자인된 온도에서 인큐베이터에서와 같이 넓은 온도 범위에 걸쳐 작동하도록 구성될 수 있다.
상기 융합 모니터(215) 및 피분석물 모니터(220)는 중간-층 측정 및 모니터링을 포함하는, 모든 세포 배양 챔버(210) 내의 세포(225)의 세포 상태를 캡쳐할 수 있다. 일부 경우에, 상기 융합 모니터(215) 및 피분석물 모니터(220)는 단일 모니터를 갖는 다중의 스택 세포 배양 챔버(210)의 세포 상태를 측정할 수 있다. 상기 융합 모니터(215) 및 피분석물 모니터(220)는 모니터를 포함하는 모니터링 층(205) 위 및 아래의 세포 배양 챔버의 세포 상태의 측정을 취할 수 있다. 예를 들어, 상기 융합 모니터(215a)는 세포 배양 챔버(210a)의 세포 성장을 측정할 수 있고, 상기 융합 모니터(215b)는 세포 배양 챔버(210b)의 세포 성장을 측정할 수 있으며, 상기 융합 모니터(215c)는 세포 배양 챔버(210c, 210d, 및 210e)의 세포 성장을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 피분석물 모니터(220a)는 세포 배양 챔버(210a 및 210b)의 세포 건강을 측정할 수 있으며, 상기 피분석물 모니터(220b)는 세포 배양 챔버(210c 및 210d)의 세포 건강을 측정할 수 있으며, 상기 피분석물 모니터(220c)는 상기 세포 배양 챔버(210e)의 세포 건강을 측정할 수 있다.
일부 관점에서, 각 융합 모니터(215) 및 각 피분석물 모니터(220)는 유선 통신 네트워크 또는 무선 통신 네트워크를 통해서 모니터로부터 원격 위치까지, 세포 상태 데이터와 같은 데이터를 전송하기 위한 통신 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 모니터의 통신 부품은 블루투스 트랜시버를 포함할 수 있다. 다른 관점에서, 각 모니터링 층(205)은 유선 통신 네트워크 또는 무선 통신 네트워크를 통해서 모니터링 층으로부터 원격 위치까지, 세포 상태 데이터와 같은 데이터를 전송하기 위한 통신 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 모니터링 층의 통신 부품은 블루투스 트랜시버를 포함할 수 있다.
도 3은 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 원격 모니터링 및 비-침습성 측정을 지지하는 모니터링 층(305)의 사시도의 실시예를 나타낸다. 상기 모니터링 층(305)은 하나 이상의 융합 모니터(315) 및 하나 이상의 피분석물 모니터(320)를 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 상기 모니터(315 및 320)는 제거 가능하며, 상기 모니터링 층(305) 내의 다른 구성에 위치가능하다.
일 실시예에서, 상기 모니터링 층(305)은 세포 배양 챔버의 하나 이상의 면 내로 통합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 모니터링 층(305)은 세포 배양 챔버 부근에 위치될 수 있다.
각 융합 모니터(315) 및 피분석물 모니터(320)는 상기 모니터가 모니터링 층(305) 내에 위치되면, 위 또는 아래와 같이 하나의 방향에서 세포 상태의 측정을 취할 수 있다. 상기 융합 모니터(315) 및 피분석물 모니터(320)는 동일 방향 또는 다른 방향에서 측정을 취할 수 있다. 예를 들어, 상기 융합 모니터(315a) 및 피분석물 모니터(320b)는 상기 모니터링 층(305) 위의 세포 배양 챔버를 모니터할 수 있으며, 상기 융합 모니터(315b) 및 피분석물 모니터(320a)는 모니터링 층(305) 아래의 세포 배양 챔버를 모니터할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 융합 모니터(315a, 315b)는 상기 모니터링 층(305) 위의 세포 배양 챔버를 모니터할 수 있고, 상기 피분석물 모니터(320a, 320b)는 모니터링 층(305) 아래의 세포 배양 챔버를 모니터할 수 있다.
융합 모니터(315)가 세포 배양 챔버의 면 내로 통합되는 경우, 모니터 세포 성장의 이미지 확대가 모니터링 층(305)에 대해 외부에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 광 파이크는 융합 모니터(315) 내에서 사용되어 확대 없이 모니터링 층(305)의 벽에 세포 표면 이미지를 전송할 수 있다. 다음으로, 상기 이미지는 외부의 현미경에 의해 확대될 수 있으며, 이는 융합 모니터(315)를 포함하는 세포 배양 챔버의 외부 모서리를 목표로 할 수 있다. 본 실시예에서, 세포 배양 챔버의 면 내에 통합된 모니터링 층(305)의 두께가 감소될 수 있다.
피분석물 모니터(320)가 세포 배양 챔버의 면 내로 통합되는 경우, 광이 세포 배양 챔버 내로 광원으로부터 모니터링 층(305)의 외부로 전송되어 세포 배양 용기 내의 배지의 조성물을 측정함으로써 세포 건강을 모니터할 수 있다. 상기 광원은 모니터링 층(305)에 대하여 외부 모서리로부터 피분석물 모니터(320)까지 연장할 수 있다. 본 실시예에서, 세포 배양 챔버의 면 내에 통합된 모니터링 층(305)의 두께는 감소될 수 있다.
일부 관점에서, 하나 초과의 모니터가 존재하는 경우, 상기 모니터는 도시된 바와 같이 모니터링 층(305)의 동일 모서리 상에 있을 수 있다. 또 다른 관점에서, 상기 모니터는 모니터링 층(305)의 다른 모서리 상에 있을 수 있다. 하나 초과의 모니터가 존재하는 경우, 각 모니터는 모니터링 층(305)의 동일하거나 또는 다른 모서리 상에 다른 높이에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 모니터는 모니터링 층(305)의 모서리 상에 정렬될 수 있다. 도 3에 도시된 융합 모니터( 315) 및 피분석물 모니터(320)의 구성은 모니터가 모니터링 층(305)의 동일 모서리 상에서 다른 높이에 위치되는 경우의 실시예를 나타낸다. 상기 피분석물 모니터( 320)는 융합 모니터(315)보다 모니터링 층(305)의 상면에 더욱 가깝게 위치된다. 일부 경우에서, 상기 모니터링 층(305)은 폴리스티렌 또는 유사 고분자로 구성될 수 있다. 모니터 트레이(305)의 모니터는 융합 또는 피분석물 모니터에 한정되지 않으며, 다른 외부 세포 모니터를 포함할 수 있다. 모니터링 층(305)의 형상은 직사각형 프리즘 또는 기타 기하학 형상을 포함할 수 있다.
도 4는 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 원격 모니터링 및 비- 침습성 측정을 지지하는 융합 모니터링 시스템(400)의 실시예의 측면도를 나타낸다. 상기 융합 모니터링 시스템(400)은 모니터링 층(405), 세포 배양 챔버(410), 융합 모니터(415), 세포(425), 배지(430), 렌즈(435, 440), 미러(445), 및 광 빔(450)을 포함할 수 있다. 상기 융합 모니터링 시스템(400)은 모니터링 층(405) 당 하나 이상의 모니터링 층(405), 세포(425) 및 배지(430)를 포함하는 하나 이상의 세포 배양 챔버(410), 및 하나 이상의 융합 모니터(415)를 포함할 수 있다. 상기 모니터링 층(405)은 세포 배양 챔버(410)의 벽 내에 통합될 수 있다.
상기 융합 모니터(415)는 모든 광학 수단에 의해 상기 모니터링 층(405) 위의 세포 배양 챔버(410) 내의 세포(425)의 측정을 취할 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 융합 모니터(415)는 2D 이미징 어레이를 사용하여 모니터링 층(405) 위 또는 아래의 세포 성장을 측정한다. 또 다른 실시예에서, 상기 융합 모니터(415)는 적어도 하나의 미러(445) 및 카메라(455)를 갖는 다중-렌즈(예를 들어, 이중 렌즈(435, 440)) 시스템을 이용할 수 있다. 상기 융합 모니터(415)는 렌즈 및 미러 시스템이 세포 배양 챔버(410)의 다른 섹션을 이미지하기 위하여 모니터링 층(405) 내로 이동하는 것을 허용하는 피복(sheath) 또는 루멘을 포함할 수 있다.
광 빔(450), 렌즈(435, 440), 및 미러(445)를 포함하는 융합 모니터(415)는 세포를 관찰하기 위하여 수 개의 조명 옵션(예를 들어, 반사된 광 조명, 에피-조명, 암시야 조명, 밝은 시야 조명, 등)을 사용하도록 구성될 수 있다. 광 빔(450)은 제1의 렌즈(435)를 통해서 카메라(4550)로부터 전송될 수 있으며, 상기 광 빔( 450a 및 450c)은 굴절되어 미러(445) 방향으로 집속될 수 있다. 상기 광 빔(450)이 미러(445)와 접촉하면, 상기 광 빔은 예를 들어 90도와 같은 모든 각으로 반사되어 세포 배양 챔버(410) 내로 제2의 렌즈(440)를 통해서 향하여 세포(425)의 성장을 측정할 수 있다. 상기 카메라(455)는 조명된 세포를 캡쳐하여 시간에 걸쳐 성장을 모니터하는데 사용될 수 있는 실시간 융합 이미지를 생산할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 융합 모니터(415)는 상기 모니터링 층(405) 위 또는 아래의 적어도 하나의 세포 배양 챔버(410)를 이미지하도록 디자인될 수 있다. 상기 융합 모니터(415)는 이미지 품질에 영향을 미칠 수 있는, 배지(430)가 덜한 면 상에 세포를 이미지하기 위하여 모니터링 층(405) 위의 세포 배양 챔버(410)의 측정을 취할 수 있다.
상기 융합 모니터(415)는 또한 세포(425)의 적어도 부분의 캡쳐된 이미지와 같은, 사용자에게 세포 데이터를 전송하는 통신 부품을 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 사용자는 별실(separate room), 부근 빌딩, 전 세계 또는 계속 이동중인 것(on the go)과 같은, 세포 배양에 대해서 원격 위치에 있을 수 있다. 세포 성장에 관련된 실시간 데이터는 모든 원격 위치에서 사용자에게 전송될 수 있다. 데이터 전송은 유선 통신 네트워크 (예를 들어, 디지털 가입자 회선) 또는 무선 통신 네트워크 (예를 들어, Wi-Fi, 블루투스, 또는 LTE)에 걸쳐 일어날 수 있다.
도 6에 기술된 섬유 프로브는 도 4에 기술된 바와 같은 자유 공간 광 시스템을 대체하기 위한 융합 모니터링을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 다중코어 섬유 또는 섬유 다발은 카메라에 세포 이미지를 전송하는데 사용될 수 있다.
도 5는 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 원격 모니터링 및 비- 침습성 측정을 지지하는 피분석물 모니터링 시스템(500)의 하나의 실시예의 측면도를 나타낸다. 상기 피분석물 모니터링 시스템(500)은 모니터링 층(505) 및 세포 배양 챔버(510)를 포함할 수 있다. 상기 세포 배양 챔버(510)는 세포(525) 및 배지(530)를 포함할 수 있다. 상기 피분석물 모니터(520)는 세포 배양 챔버(510)의 다른 섹션을 모니터하기 위하여 모니터링 층(505) 내에서 시스템이 이동하도록 하는 피복 또는 루멘을 포함할 수 있다. 상기 모니터링 층(505)은 세포 배양 챔버(510)의 벽 내에 통합될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 모니터링 층(505)은 피분석물 모니터(520)를 포함할 수 있다. 상기 피분석물 모니터(520)는 모든 분광 수단(예를 들어, 라만 분광법)에 의해 모니터링 층(505) 아래의 배지(530)의 조성물을 측정함으로써 세포(525)의 건강의 측정을 취할 수 있다. 상기 피분석물 모니터(520)는 도파관(535)(예를 들어, 광 파이프), 회절 격자 및 렌즈(540), 광 빔(545), 및 검출기(550)를 포함할 수 있다. 상기 도파관(535)은 여기된 광이 회절 격자 및 렌즈(540)로 향하도록 할 수 있으며, 이는 다음으로 세포 배양 챔버(510) 내의 배지(530) 내로 광 빔(545)을 향하도록 할 수 있다. 여기된 광은 다수의 수단으로 생산될 수 있다. 배지(530)의 조성물에 기반하여, 뚜렷한 방출 스펙트럼이 발하고 검출기(550)에 의해 캡쳐될 것이다. 상기 검출기(550)는 사용자에게 캡쳐된 방출 또는 흡수 스펙트럼을 전송할 수 있다. 상기 사용자는 방출 또는 흡수 스펙트럼에 기반하여 배지(530)의 조성물을 결정하기 위한 소프트웨어를 사용할 수 있다. 피분석물 모니터(520)에 의해 측정될 수 있는 피분석물의 일부 실시예는 글루코오스, 락토오스, 및 글루타민을 포함한다.
하나의 실시예에서, 광 방출 다이오드(LED) 또는 레이저는 피분석물 모니터(520)에 있을 수 있다. 상기 LED 또는 레이저는 모니터링 층(505) 내의 포토다이오드 검출기와 쌍을 이룰 수 있다. 상기 실시예는 상기 모니터링 층(505) 내에 부분적으로 또는 완전하게 피분석물 모니터(550) 내에 LED 또는 레이저 및 포토다이오드 검출기가 제공되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 피분석물 모니터(520)는 상기 모니터링 층(505) 위 또는 아래의 적어도 하나의 세포 배양 챔버(510)를 모니터하도록 디자인될 수 있다. 상기 피분석물 모니터(520)가 배지(530) 내로 여기된 광을 전송하도록 모니터링 층(505) 아래의 세포 배양 챔버(510)의 측정을 취하도록 하는 한편, 청정한 방출 스펙트럼을 생산하기 위하여 가능한 한 적은 기타 물질을 통해서 통과하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 피분석물 모니터(520)는 또한 배지(530)의 적어도 부분의 캡쳐된 방출 스펙트럼 또는 흡수 스펙트럼과 같이, 사용자에게 세포 데이터를 전송하는 통신 부품을 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 사용자는 별실 또는 계속 이동하면서와 같은, 세포 배양에 대해서 원격 위치에 있을 수 있다. 세포 건강과 관련된 실시간 데이터는 모든 원격 위치에서 사용자에게 전송될 수 있다. 데이터 전송은 유선 통신 네트워크 (예를 들어, 디지털 가입자 회선) 또는 무선 통신 네트워크 (예를 들어, Wi-Fi, 블루투스, 또는 LTE)에 걸쳐 일어날 수 있다.
도 6은 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 원격 모니터링 및 비- 침습성 측정의 또 다른 실시예의 측면도를 나타낸다. 상기 피분석물 모니터링 시스템(600)은 모니터링 층(605) 및 세포 배양 챔버(610)를 포함할 수 있다. 상기 세포 배양 챔버(610)는 세포(625) 및 배지(630)를 포함할 수 있다. 상기 피분석물 모니터( 620)는 세포 배양 챔버(610)의 다른 섹션을 모니터하기 위하여 모니터링 층(605) 내에서 시스템이 이동하도록 피복 또는 루멘을 포함할 수 있다. 상기 모니터링 층(605)은 세포 배양 챔버(610)의 벽 내에 통합될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 모니터링 층(605)은 피분석물 모니터(620)를 포함할 수 있다. 상기 피분석물 모니터(620)는 모든 분광 수단(예를 들어, 라만 분광법)에 의해 모니터링 층(605) 아래의 세포 배양 챔버(610)의 배지(630) 조성물을 측정함으로써 세포(625)의 건강의 측정을 취할 수 있다. 상기 피분석물 모니터(620)는 섬유 프로브(635)(예를 들어, 이중 클래드 섬유 두 개의 다중-모드 섬유(MMFs), 또는 다중코어 섬유), 미러(640), 렌즈(641), 광 빔(645), 및 검출기(650)를 포함할 수 있다. 상기 섬유 프로브(635)는 미러(640)에 여기된 광이 향하도록 할 수 있으며, 다음으로 광 빔(645)을 세포 배양 챔버(610) 내의 배지(630) 내로 향하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 섬유 프로브(635)는 세포 배양 챔버(610) 내의 배지(630) 내로 렌즈(641)를 통해서 광 빔(645)을 향하도록 90도 굽을 수 있으며, 상기 미러(640)는 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 렌즈(641)는 섬유 렌즈 제조 공정을 사용하여 섬유 단부에 통합될 수 있다. 일부 경우에서, 상기 섬유 프로브는 검출기(650)로부터 미러(640)로 곧게 연장할 수 있다. 섬유 프로브(635)가 이중 클래드 구조로 구성되는 경우, 상기 중심 내부 코어는 광 빔(645)을 배지(630)로 전송하는데 사용될 수 있으며, 외부 코어는 배지(630)로부터의 라만-산란 광을 캡쳐하는데 사용될 수 있다. 상기 중심 내부 코어는 단일-모드 또는 다중모드 코어일 수 있다. 상기 섬유 프로브(635)가 두 개의 MMFs를 포함하는 경우, 하나의 MMF는 배지로 광 빔(645)을 전송하기 위한 것일 수 있고, 다른 MMF는 배지(630)로부터 라만-산란 광을 캡쳐하기 위한 것일 수 있다. 상기 섬유 프로브(635)가 다중코어 섬유로 구성되는 경우, 하나의 코어(예를 들어, 중심 내의 코어)는 광 빔(645)을 배지(630)로 전송하는데 사용될 수 있으며, 다른 코어는 배지(630)로부터 라만-산란 광을 캡쳐하기 위한 것일 수 있다. 일부 경우에서, 상기 미러(640)는 회절 격자를 포함할 수 있다. 다른 경우에서, 상기 미러(640)는 회절 격자를 포함하지 않을 수 있다.
여기된 광은 다수의 방법으로 생산될 수 있다. 하나의 실시예에서, 광 방출 다이오드(LED) 또는 레이저는 전술한 바와 같이 피분석물 모니터(620) 내에 있을 수 있다. 배지의 조성물에 기반하여, 뚜렷한 방출 스펙트럼을 발하고 검출기(650)에 의해 캡쳐된다. 세포 배지(610)로부터의 방출은 섬유 프로브(635)를 통해서 검출기(650)로 향할 수 있다. 검출기(650)는 캡쳐된 방출 또는 흡수 스펙트럼을 사용자에게 전송할 수 있다. 사용자는 소프트웨어를 사용하여 방출 또는 흡수 스펙트럼에 기반한 배지(630)의 조성물을 결정할 수 있다. 피분석물 모니터(620)에 의해 측정될 수 있는 피분석물의 일부 실시예는 글루코오스, 락토오스, 및 글루타민을 포함한다.
섬유 프로브(635)는 배지(630)로의 그리고 이로부터의 입력 및 출력을 위하여 사용된 두 개의 MMF를 포함할 수 있다. 상기 MMF들은 입력/출력 단부 부근의 90도 굽음(bend)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 하나의 MMF는 배지(630) 내로 광 빔(645)을 향하도록 하기 위한 것인 한편, 다른 MMF는 배지(630)로부터 라만-산란 광을 캡쳐하기 위한 것일 수 있다. 상기 배지(630)로부터 섬유 프로브(635)의 출력/입력 단부의 거리는 다른 광 빔(645) 파워 및 배지(630) 조명 영역에 대해 조절될 수 있다.
일부 실시예에서 상기 섬유 프로브(635)가 곧바른 경우, 미러(640)는 생략될 수 있다. 상기 실시예에서, 상기 섬유 프로브(635)(예를 들어, 두 개의 MMF들)의 입력/출력 단부는 45도 각도에서 연마될(polish) 수 있다. 다음으로, 상기 입력/출력 단부는 섬유 프로브(635)의 입력/출력 단부 상에서 미러를 생성하기 위하여 금속으로 코팅될 수 있다.
섬유 프로브는 또한 도 4에 기술된 바와 같이 자유 공간 광 시스템을 대체하기 위한 융합 모니터링을 위하여 사용될 수 있다. 다중코어 섬유 또는 섬유 다발은 카메라에 세포 이미지를 전송하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 융합 모니터링 및 피분석물 모니터링 모두는 섬유 프로브를 통해서 수행될 수 있다.
도 7은 본 기재의 관점에 따른 세포 배양의 원격 모니터링 및 비-침습성 측정을 지지하는 모니터링 층 시스템(700)의 실시예의 상면도를 나타낸다. 상기 모니터링 층 시스템(700)은 복수의 피분석물 모니터(720a-720e)를 제공하는 모니터링 층(705)을 포함할 수 있다. 복수의 렌즈(715)는 모니터링 층(705)의 상부 상에 배열되어 세포 배양 챔버의 세포 및 배지 샘플의 내부 및 밖으로 광을 커플링하는 것을 조력하는 렌즈 어레이(710)를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 렌즈들은 마이크로 렌즈일 수 있다.
상기 마이크로 렌즈 어레이(710)는 상기 모니터링 층(705)이 도시된 바와 같이 구성되는 경우 사용되지 않는 마이크로 렌즈(715)를 포함할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(710)는 또한 모니터링 층(705)이 도시된 바와 같이 구성되는 경우 사용되는 마이크로 렌즈(725)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 피분석물 모니터(720)는 세포 배양 챔버의 다른 영역을 모니터하도록 이동하고 배열될 수 있다. 따라서, 어레이 시스템은 세포 배양 챔버 내의 다른 지점이 모니터되어야 하는 경우 도움을 줄 수 있다. 마이크로 렌즈(715 또는 725)는 세포 배양 챔버의 배지로부터 방출된 광을 캡쳐하는데 도움을 줄 수 있다.
도 8은 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 시스템(800)의 실시예의 측면도를 나타낸다. 상기 시스템(800)은 두 개의 모니터링 층(805a, 805b) 및 세포 배양 챔버(810)를 포함할 수 있다. 상기 모니터링 층(805a)은 모니터링 층(805a) 아래에 위치된 세포 배양 챔버(810)의 배지(830)의 조성물을 측정함으로서 세포(825)의 건강을 측정하도록 구성된 피분석물 모니터(820)를 포함할 수 있다. 상기 모니터링 층(805b)은 시간에 걸쳐 세포(825)의 이미지를 캡쳐함으로써 세포(825)의 성장을 측정하도록 구성된 융합 모니터(815)를 포함할 수 있다.
일부 경우에서, 상기 융합 모니터(815) 및 피분석물 모니터(820)는 동시에 또는 개별적인 시간의 기간으로 작동될 수 있다. 상기 융합 모니터(815) 및 상기 피분석물 모니터(820)는 각각 또한 사용자에게 실시간으로 챕쳐된 데이터를 전송하는 통신 부품을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자는 원격일 수 있다.
상기 시스템(800)은 넓은 온도 범위에서 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템(800)은 세포 성장을 위해 디자인된 온도에서 인큐베이터에서 작동할 수 있다. 상기 시스템은 인큐베이터에서 작동할 수 있으므로, 실 시간으로 정확한 세포 배양 모니터링으로 연속적인 세포 성장이 가능하다. 또한, 실 시간 모니터링은 자동화된 영양(feed) 스케줄과 같은, 세포 배양 시스템의 제어에서 향상을 통해서 최적화된 세포 성장이 가능하게 할 수 있다.
도 9는 본 기재의 관점에 따른 원격 모니터링을 지지하는 세포 배양의 비-침습성 측정을 위한 방법을 도시하는 순서도를 나타낸다. 방법(900)의 작동은 상술한 모든 시스템에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 방법(900)의 작동은 도 1, 2 및 8을 참고하여 기술된 바와 같이 시스템(100, 200, 및 800)에 의해 수행될 수 있다.
블록(905)에서 외부 모니터링 층(205)은 닫힌 시스템 작동을 위해 구성된 세포 배양 용기의 둘 이상의 세포 배양 챔버들(210) 사이에 위치될 수 있다.
블록(910)에서, 모니터(215 및 220)를 포함하는 모니터링 층(205)은 둘 이상의 세포 배양 챔버(210)의 세포 상태를 측정할 수 있는 한편, 세포(225)의 연속적인 성장을 가능하게 한다. 특정 실시예에서, 블록(910)의 작동의 관점은 도 1-8을 참조하여 기술된 바와 같이 융합 모니터(215) 또는 피분석물 모니터(220)에 의해 수행될 수 있다.
블록(915)에서, 하나 이상의 통신 부품은 외부 모니터링 층으로부터 원격 위치까지 세포 상태 데이터를 전송할 수 있다. 특정 실시예에서, 블록(915)의 작동의 관점은 도 1-8을 참조로 기술된 바와 같이 통신 부품에 의해 수행될 수 있다.
본 기재의 관점 (1)에 따르면, 세포 배양을 비-침습성으로 측정하도록 구성된 원격 모니터링 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 닫힌-시스템으로서 작동하도록 구성된 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 포함하는 세포 배양 용기, 상기 적어도 하나의 세포 배양 챔버는 세포가 고착된 적어도 하나의 표면을 가짐; 적어도 하나의 측정 소자를 포함하는 적어도 하나의 모니터링 층, 여기서 상기 모니터링 층은 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 외부에 있음; 및 상기 모니터링 층으로부터 원격 위치로 데이터를 전송하도록 구성된 통신 통신 부품을 포함한다.
본 기재의 관점 (2)에 따르면, 관점 (1)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 모니터링 층은 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 벽 내로 통합된다.
본 기재의 관점 (3)에 따르면, 관점 (1)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 모니터링 층은 두 개 이상의 세포 배양 챔버들 사이에 위치되며 중간-층 모니터링을 위하여 구성된다.
본 기재의 관점 (4)에 따르면, 관점 (3)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 모니터링 층은 적어도 두 개의 측정 소자를 포함하며 상기 모니터링 층 위 및 아래의 세포 배양 챔버 모두를 동시에 측정하도록 구성된다.
본 기재의 관점 (5)에 따르면, 관점 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 적어도 하나의 측정 소자는 융합 모니터 또는 피분석물 모니터 중 하나 또는 이들 모두를 포함한다.
본 기재의 관점 (6)에 따르면, 관점 (5)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 융합 모니터는 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 광학 소자를 포함한다.
본 기재의 관점 (7)에 따르면, 관점 (6)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 광학 소자는 적어도 하나의 렌즈; 미러; 카메라; 및 상기 통신 부품을 포함한다.
본 기재의 관점 (8)에 따르면, 관점 (6)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 광학 소자는 섬유 프로브; 미러; 카메라; 및 상기 통신 부품을 포함한다.
본 기재의 관점 (9)에 따르면, 관점 (5)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 피분석물 모니터는 광의 하나 이상의 여기 파장을 방출하고 세포 배양 챔버 내의 배지 층으로부터 방출된 광을 캡쳐하도록 구성된 분광 부재를 포함한다.
본 기재의 관점 (10)에 따르면, 관점 (9)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 분광 부재는 도파관; 회절 격자; 렌즈; 검출기; 및 통신 부품을 포함한다.
본 기재의 관점 (11)에 따르면, 관점 (9)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 분광 부재는 섬유 프로브; 미러; 검출기; 및 통신 부품을 포함한다.
본 기재의 관점 (12)에 따르면, 관점 (9)의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 분광 부재는 배지 층 상에 라만 분광법을 수행하도록 구성된다.
본 기재의 관점 (13)에 따르면, 관점 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 모니터링 층은 폴리스티렌을 포함한다.
본 기재의 관점 (14)에 따르면, 관점 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 상기 적어도 하나의 측정 소자는 모니터링 층으로부터 제거 가능하다.
본 기재의 관점 (15)에 따르면, 관점 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 원격 모니터링 시스템이 제공되며, 여기서, 통신 부품은 실 시간 또는 요구 시 데이터를 전송하도록 구성된다.
본 기재의 관점 (16)에 따르면, 세포 배양의 비-침습성 측정 방법이 제공된다. 상기 방법은 닫힌-시스템으로서 작동하도록 구성된 세포 배양 용기의 둘 이상의 세포 배양 챔버들 사이에 외부 모니터링 층을 위치시키는 단계; 상기 둘 이상의 세포 배양 챔버의 세포 상태를 측정하는 한편 연속적인 세포 성장을 가능하게 하는 단계; 및 상기 외부 모니터링 층으로부터 원격 위치로 세포 상태 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 기재의 관점 (17)에 따르면, 관점 (16)의 방법이 제공되며, 여기서, 상기 둘 이상의 세포 배양 챔버의 세포 상태를 측정하는 단계는 상기 모니터링 층 위의 적어도 하나의 세포 배양 챔버 및 상기 모니터링 층 아래의 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 동시에 측정하는 단계를 더욱 포함한다.
본 기재의 관점 (18)에 따르면, 관점 (17)의 방법이 제공되며, 여기서, 상기 모니터링 층 위의 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 측정하는 단계는 세포의 융합 측정을 취하는 단계를 포함한다.
본 기재의 관점 (19)에 따르면, 관점 (17)의 방법이 제공되며, 여기서, 상기 모니터링 층 아래의 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 측정하는 단계는 배지의 피분석물 측정을 취하는 단계를 포함한다.
본 기재의 관점 (20)에 따르면, 관점 (16)-(19) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서, 상기 세포 상태 데이터는 실 시간으로 전송된다.
본 기재의 관점 (21)에 따르면, 관점 (16)-(20) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서, 상기 세포 상태 데이터는 무선 네트워크를 통해 전송된다.
본 기재의 관점 (22)에 따르면, 관점 (16)-(21) 중 어느 하나의 방법이 제공되며, 여기서, 상기 외부 모니터링 층을 위치시키는 단계는 상기 모니터링 층 내에 하나 이상의 측정 소자를 위치시키는 단계를 포함한다.
본 기재의 관점 (23)에 따르면, 관점 (22)의 방법이 제공되며, 여기서, 상기 외부 모니터링 층을 위치시키는 단계는 상기 모니터링 층 상의 다른 지점에 하나 이상의 측정 소자를 위치시키는 단계를 더욱 포함한다.
방법은 가능한 실시를 기술하며, 작동 및 단계들은 재배열되거나 또는 변경될 수 있으며, 다른 실시가 가능하다는 점이 주지되어야 한다. 또한, 둘 이상의 방법의 관점이 조합될 수 있다.
첨부된 도면과 연결하여 본원에 설명된 개시는 청구항의 범위 내에 있거나 또는 실시될 수 있는 모든 실시예를 나타내는 것은 아니며 예시적인 구성을 기술한다. 본원에서 사용된 용어 "예시적인"은 실시예, 사례 또는 실례로서 기능하는" 의미로 사용되며, "바람직한" 또는 "다른 실시예에 비해 이점을 갖는"의 의미로 사용되지 않는다. 상세한 설명은 개시된 기술의 의미를 제공하는 목적으로 구체적인 상세 사항을 포함한다. 그러나, 이들 기술은 특정의 상세 사항 없이 실시될 수 있다. 일부 경우에서, 잘 알려진 구조 및 소자는 기술된 실시예의 개념을 흐리는 것을 방지하기 위하여 블록 다이어그램 형태로 도시된다.
또한, 청구항을 포함하여, 본원에서 사용되는 바에 따라, 나열된 항목(예를 들어, "적어도 하나의" 또는 "하나 이상의"와 같은 어구에 의해 서두를 뗀 항목의 리스트)에서 사용된 바에 따른 "또는"은 예를 들어, 적어도 하나의 A, B 또는 C의 리스트는 A 또는 B 또는 C 또는 AB 또는 AC 또는 BC 또는 ABC (즉, A 및 B 및 C)를 의미하도록 포괄적인 리스트를 나타낸다. 또한, 본원에 사용된 바에 따라, 어구 "기반한"은 조건의 닫힌 세트를 참고하도록 고려되어서는 안된다. 예를 들어, "조건에 기반한" 것으로 기술된 예시적인 단계는 본 기재의 범위를 벗어나지 않고 조건 A 및 조건 B 모두에 기반할 수 있다. 즉, 본원에서 사용되는 바에 따라, 어구 "기반한"은 어구 "적어도 부분적으로 기반한"과 동일한 방식으로 고려되어야 한다.
본원의 설명은 통상의 기술자가 본 기재를 실시하거나 사용할 수 있도록 제공된다. 본 기재의 다양한 변형은 통상의 기술자에게 명백할 것이며, 본원에 정의된 일반적인 원리는 본 기재의 범위를 벗어나지 않고 다른 변형에 적용될 수 있다. 따라서, 본 기재는 여기에 기술된 실시예 및 디자인에 제한되지 않으며, 본원에 기술된 신규한 피쳐 및 원리와 일치하는 가장 넓은 범위에 부합되어야 한다.
Claims (23)
- 세포 배양을 비-침습성으로 측정하도록 배열된 원격 모니터링 시스템으로서, 상기 시스템은:
닫힌-시스템으로서 작동하도록 구성된 적어도 하나의 세포 배양 챔버를 포함하는 세포 배양 용기, 상기 적어도 하나의 세포 배양 챔버는 세포가 고착된 적어도 하나의 표면을 가짐;
적어도 하나의 측정 소자를 포함하는 적어도 하나의 모니터링 층, 여기서 상기 모니터링 층은 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 외부에 있으며, 상기 적어도 하나의 측정 소자는 융합 모니터 및 피분석물 모니터 모두를 포함하고,
여기서 상기 융합 모니터는 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 이미지를 캡쳐하도록 배열된 광학 소자를 포함하며, 상기 피분석물 모니터는 광의 하나 이상의 여기 파장을 방출하고 상기 세포 배양 챔버 내의 배지 층으로부터 방출된 광을 캡쳐하도록 배열된 분광 부재를 포함하고;
여기서 상기 모니터링 층은 두 개 이상의 세포 배양 챔버들 사이에 위치되며 중간-층 모니터링을 위하여 구성되고;
상기 분광 부재는 상기 모니터링 층과 동일한 평면 상에 있으며; 및
상기 모니터링 층으로부터 원격 위치로 데이터를 전송하도록 배열된 통신 통신 부품을 포함하는 원격 모니터링 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 층은 적어도 하나의 세포 배양 챔버의 벽 내로 통합된 원격 모니터링 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 층은 적어도 두 개의 측정 소자를 포함하며 상기 모니터링 층 위 및 아래의 세포 배양 챔버 모두를 동시에 측정하도록 배열된 원격 모니터링 시스템. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 광학 소자는:
적어도 하나의 렌즈;
미러;
카메라; 및
상기 통신 부품을 포함하는 원격 모니터링 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 광학 소자는:
섬유 프로브;
미러;
카메라; 및
상기 통신 부품을 포함하는 원격 모니터링 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 분광 부재는:
도파관;
회절 격자;
렌즈;
검출기; 및
상기 통신 부품을 포함하는 원격 모니터링 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 분광 부재는:
섬유 프로브;
미러;
검출기; 및
상기 통신 부품을 포함하는 원격 모니터링 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 분광 부재는 상기 배지 층 상에서 라만 분광법을 수행하도록 배열된 원격 모니터링 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 층은 폴리스티렌을 포함하는 원격 모니터링 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 측정 소자는 상기 모니터링 층에서 제거 가능한 원격 모니터링 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 통신 부품은 실 시간 또는 요구 시 데이터를 전송하도록 배열된 원격 모니터링 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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