KR20060026120A - 생체조직에 대한 세포 주입방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

생체 조직에 세포를 주입하기 위한 방법은, 조직 흡착 수단 (210) 에 흡착한 조직 (5) 을 미소 진동하는 주입바늘 (200) 로 찔러 그 바늘을 통해 세포 부유액을 조직 내에 주입한다. 생체 조직에 세포를 주입하기 위한 장치도 제공된다.

Description

생체조직에 대한 세포 주입방법 및 장치{METHOD OF CELL INJECTION INTO BIOTISSUE AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 주로 재생의료 (再生醫療), 즉 정상적으로 기능하지 않는 환자 자신의 기관이나 조직 대신에 이식하여 정상적인 기능을 회복시키는 의료기술의 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 이식용 생체 유래 조직 내에 세포를 주입하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

인간 도너 또는 동물로부터 채취한 생체조직에서 세포 성분을 제거하거나 또는 그대로, 또는 예를 들어 글루탈알데히드 고정과 같은 화학처리를 함으로써 이식용 조직편이 작성되어 임상적으로 널리 응용되고 있다. 그 경우, 이식용 조직편에 환자의 자가세포를 주입하고 조직편 내에서 세포를 증식시켜, 하이브리드 재생 조직으로서 이식하는 것이 유리하다. 이것은 이식한 조직에 대한 환자의 면역거부반응을 회피할 수 있을 뿐만 아니라, 환자에 의한 이식조직의 자기조직화를 촉진시키기 때문이다.

또, 일반적으로 이러한 하이브리드 재생 조직을 작성하는 경우, 이식조직편에 대한 세포 주입은 시술자가 스스로 주사기 등을 사용하여 주입해야 하는데, 상기 조직편이 탄성이 풍부한 조직 표면을 갖는 경우가 많고, 그 때문에 조직 표면에 주사바늘을 눌러 찌르려고 해도 그 누르는 힘에 의해 조직 표면이 늘어나 주사바늘을 잘 찌를 수 없다.

따라서, 이러한 탄성이 풍부한 조직편에 약제 등을 주입하는 방법이나 장치로서, 바늘에 초음파 등에 의한 미세한 진동을 가하여 찌르는 주입방법이나 주사기구가, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-322568호나 일본 공개특허공보 2001-46500호에 개시되어 있다.

그러나, 하이브리드 재생 조직을 작성하는 경우에는 이식세포를 포함한 용액을 마이크로리터 레벨로, 그리고 마이크로미터 레벨의 위치정밀도로 목표 부위에 정확하게 주입해야만 하며, 또한 그 주입 위치도 1 평방센티미터당 수천 곳에 이르기 때문에, 숙련된 시술자가 상기 주사기 등을 사용하더라도 원하는 하이브리드 조직을 작성하는 것은 사실상 불가능하였다.

그리고, 하이브리드 재생 조직을 작성하기 위한 이식용 조직(편) 은, 예를 들어 박동하고 있는 동물의 심장벽이나 벽두께가 얇은 혈관벽도 대상으로 하기 때문에, 상기 바늘이 미세 진동하는 주사기구를 사용하더라도 조직 표면의 상하 진폭에 의해 조직 내의 소정 깊이로 정확하게 주입할 수 없거나, 조직(편) 의 두께가 지나치게 얇아 주입시의 바늘에 의한 조그마한 변형으로도 미세 진동하는 바늘이 조직(편) 을 관통하고 만다는 문제가 있었다.

발명의 개시

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 세포를 주입하는 방법 및 장치는, 탄성이 풍부한 조직 표면의 적어도 일부를 조직 흡착 수단에 의해 흡착시킨 후, 흡착된 그 조직 표면을 미소 진동이 가해진 바늘에 의해 찔러 그 조직 내의 원하는 부위에 세포를 주입하는 것을 특징으로 한다.

또, 조직 내의 원하는 부위에 세포를 소정량 주입하기 위해, 본 발명의 세포를 주입하는 방법 및 장치는 정밀 주입 수단을 조합하여 세포를 포함하는 용액을 정량 주입할 수 있게 하고 있는 것을 특징으로 한다.

나아가, 조직 내의 원하는 부위에 정확하고 또한 자동적으로 세포를 주입하기 위해, 본 발명의 세포를 주입하는 방법 및 장치는 3차원 정밀 위치 결정 수단과 조합하여 주입할 수 있게 하고 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명의 세포를 주입하는 방법 및 장치를 사용하면,

(1) 시술 중에 세포의 공급이 필요한 부위에 주입할 수 있다는, 환자 생체에 대한 직접 주입이 가능해지고,

(2) 뇌사 또는 심장사 도너로부터의 이식용 연조직 처리나 또는 돼지, 소 등의 이종 동물로부터의 이식용 연조직 처리가 가능해지며,

(3) 이식용 합성 조직에 대해서도, 상기와 같이 조직 내로 세포를 주입할 수 있는 효과가 얻어지는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 자동 주입 장치 전체의 사시도이다.

도 2 는 도 1 의 선 X-X 를 따른 단면도이다.

발명의 실시형태

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1 은 본 발명의 자동 주입 장치 (1) 의 전체 구성을 나타내고 있다. 자동 주입 장치 (1) 는, 미소 (微小) 진동시킬 수 있는 진동 바늘 (200) 을 구비한 미소 진동 정밀 주입 장치 (2) 와, 미소 진동 정밀 주입 장치 (2) 를 프레임 (11) 상에 지지한 3차원 정밀 위치 결정 장치 (3) 로 구성된다.

미소 진동 정밀 주입 장치 (2) 는, 진동자 (202) 에 의해 미소 진동시킬 수 있는 진동 바늘 (200) 과, 진동 바늘 (200) 을 둘러싸 바늘을 정확하게 찌르기 위해 시료(편) (5) 의 표면을 흡착하기 위한 시료편 흡착 하우징 (210) 으로 구성되며, 상세한 것은 도 2 를 사용하여 나중에 설명하도록 한다.

3차원 정밀 위치 결정 장치 (3) 는, 프레임 (11) 상에 상기 미소 진동 정밀 주입 장치 (2) 를 지지하여 주입 장치 (2) 를 X-Y 수평평면 내에 정확하게 위치 결정함과 함께, 진동 바늘 (200) 을 용기 (4) 내에 있는 시료(편) (5) 의 소정 깊이로 찌르기 위해 정밀하게 상하 이동시킬 수 있다.

위치 결정 장치 (3) 는 일반적으로 시판되고 있는 것이면 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 도 1 에 나타내고 있는 구체예 1 에서는, 시판되는 3차원 위치 결정 장치가 사용되고 있다.

본 위치 결정 장치 (3) 는, 정밀 주입 장치 (2) 를 지지하여 정밀 주입 장치 (2) 를 승강시키기 위한 Z축 위치 결정 장치 (30) 와, Z축 위치 결정 장치 (30) 를 지지하여 장치 (30) 를 X-Y 수평평면 내에 위치 결정하기 위한 X-Y 평면 위치 결정 프레임 (31) 및 X-Y 위치 결정 프레임 (31) 을 수평이동 가능하게 지지함과 함께, 시료(편) (5) 을 넣은 용기 (4) 를 고정하기 위한 재료 고정 베드 (32) 로 구성된다.

다음으로, 도 1 을 사용하여 이식용 조직(편) (5) 내부에 세포를 주입하기 위한 방법에 대하여 설명한다.

이식용 조직(편) (5) 은 조직이 사멸 또는 오염되지 않도록 습윤 상태를 유지한 상태로 용기 (4) 속에 정치 (靜置) 하도록 수용시키고, 그 용기 (4) 는 3차원 정밀 위치 결정 장치 (3) 의 재료 고정 베드 (32) 상에 고정된다.

용기 (4) 의 고정은, 용기의 재료 또는 형상에 적합한 것이라면 모두 좋으며, 본 위치 결정 장치 (3) 에서는 지그 (도시 생략) 를 사용한 기계적 고정방법에 의해 용기 (4) 를 고정 베드 (32) 상에 고정하고 있다.

위치 결정 장치 (3) 에는 X-Y 평면위치 결정 프레임 (31) 및 Z축 위치 결정 장치 (30) 의 움직임을 제어하는 제어수단 (도시 생략) 이 내장되어 있고, 이러한 제어수단에 주입 위치, 주입 깊이를 미리 설정해 둠으로써 이식용 조직(편) (5) 의 원하는 부위에 소정량의 세포를 주입할 수 있다.

구체적으로는, 위치 결정 프레임 (31) 상에 지지된 정밀 주입 장치 (2) 의 진동 바늘 (200) 을 조직(편) (5) 의 상방에 매뉴얼 조작에 의해 이동시킨 후, 상기 제어수단에 그 위치가 X-Y 평면에서의 기준점인 것을 기억시킨다. 그 후, 정밀 주입 장치 (2) 의 시료흡착 하우징 (210) 의 하면 (212 ; 도 2 참조) 이 조직(편) (5) 의 상부 표면과 접촉하도록 매뉴얼 조작에 의해 정밀 주입 장치 (2) 전체를 천천히 하강시켜, 조직(편) (5) 의 상부 표면이 접촉된 위치가 Z축 (수직축) 에 서의 기준점인 것을 상기 제어수단에 기억시킨다.

이 때, 재료 흡착 챔버 (211 ; 도 2 참조) 내에는 조직(편) (5) 을 흡착하기 위한 적당한 부압이 발생되어 있으며, 또한 진동 바늘 (200) 의 선단은 흡착된 조직(편) (5) 을 손상시키지 않도록 흡착 하우징 하면 (212) 과 면이 일치하거나 약간 내려간 위치에 배치된다.

진동 바늘 (200) 은 흡착 하우징 (210) 과는 독립하여 상기 제어수단에 의해 승강 가능하고, 제어수단은 진동 바늘 (200) 을 흡착 하우징 (210) 과의 상대적 위치관계에 기초하여 하강시킨다. 따라서, 예를 들어 진동 바늘 (200) 이 흡착 하우징 하면 (212) 보다 밑으로 1 밀리미터 튀어나온 경우에는 그것이 조직(편) (5) 에 대한 진동 바늘 (200) 의 주입 깊이가 된다.

이 때, 조직(편) (5) 이 흡착 챔버 (211) 내에 발생된 부압에 의해 흡착구멍 (213) 을 통해 흡착 하우징 하면 (212) 에 확실히 흡착되고, 또한 바늘 (200) 에 미소 진동을 가하면서 조직(편) (5) 을 찌르는 것이 중요하다.

그 이유는, 조직(편) (5) 을 흡착 하우징 (210) 에 흡착시킴으로써 흡착 하우징 하면 (212) 과 동일 상이 된 조직(편) (5) 의 표면위치를 검출하는 것이 가능해져, 흡착 하우징 (210) 의 하면 (212), 즉 조직(편) (5) 의 표면을 기준으로 진동 바늘 (200) 의 주입 깊이를 정확하게 결정할 수 있는 점, 및 바늘 (200) 에 주어진 미소 진동과 조직(편) (5) 의 표면이 흡착 하우징 (210) 에 흡착됨으로 인한 적당한 긴장상태가 어울려 탄성이 풍부한 조직(편) 표면을 변형시키지 않고 진동 바늘 (200) 을 원하는 부위 (깊이) 까지 부드럽게 찌를 수 있기 때문이다.

진동 바늘 (200) 은, 진동 바늘 (200) 선단이 원하는 부위까지 도달한 후 진동 바늘 (200) 과 액체 연통된 정밀 주입 수단 (도시 생략) 에 의해 상기 부위에 세포를 포함한 용액을 소정량 주입한다.

세포를 주입한 후 진동 바늘 (200) 은 세포(편) (5) 에서 빼내기 위해 흡착 하우징 하면 (212) 과 면이 일치하거나 또는 위로 상승된다.

그리고, 진동 바늘 (200) 이 빠진 후 흡착 챔버 (211) 내의 부압은 대기압 또는 그 이상의 정압으로까지 되돌아가 조직(편) (5) 을 흡착 챔버 (211) 에서 탈리 (脫離) 시키고, 그리고 Z축 위치 결정 장치 (30) 에 의해 정밀 주입 장치 (2) 가 상승된다.

3차원 정밀 위치 결정 장치 (3) 는 그 제어수단에 상기 서술한 방법에 의해 진동 바늘 (200) 이 최초로 찔려 주입한 X-Y 평면에서의 기준점 및 흡착 하우징 (210) 이 조직(편) (5) 을 흡착하는 위치인 Z축 (수직축) 에서의 기준점을 기억하고 있기 때문에, 이러한 기준점에 기초하여 다음의 미리 설정된 주입 위치, 주입 깊이를 결정하여 원하는 부위에 소정량의 세포를 주입하도록 상기 서술한 방법을 반복하여 실행한다.

도 2 는 도 1 중 X-X 방향에서 본 미소 진동 정밀 주입 장치 (2) 의 시료흡착 하우징 (210) 의 단면을 나타내고 있다.

정밀 주입 장치 (2) 는, 진동자 (2) 에 의해 미소 진동시킬 수 있는 진동 바늘 (200) 과, 진동 바늘 (200) 을 둘러싸 바늘을 정확하게 찌르기 위해 시료(편) (5) 의 표면을 흡착하기 위한 시료편 흡착 하우징 (210) 으로 구성되며, 진동 바늘 (200) 은 흡착 하우징 (210) 내에 상하 이동 가능하게 부착된 승강 플랜지 (203) 에 지지되어 있기 때문에, 흡착 하우징 (210) 과는 독립하여 승강시킬 수 있다.

즉, 흡착 하우징 (210) 은 직접 Z축 위치 결정 장치 (30) 본체에 지지시킴으로써 Z축 위치 결정 장치 (30) 본체의 상하 이동에 따라 승강시킬 수 있게 구성되어 있고, 한편 흡착 하우징 (210) 내를 지나는 진동 바늘 (200) 은 진동 바늘 (200) 과 끼워 맞춤 불가분으로 결합된 진동 바늘 안내 로드 (201) 를 Z축 위치 결정 장치 (30) 본체에 내장된 승강 수단 (도시 생략) 에 지지시킴으로써, 흡착 하우징 (210) 과는 독립하여 승강시킬 수 있게 구성되어 있다.

또, 진동 바늘 (200) 은 세포를 포함하는 용액을 조직(편) (5) 에 소정량 주입하기 위해 정밀 주입 수단 (도시 생략) 에 액체 연통하도록 접속된다.

정밀 주입 수단은 일반적으로 시판되고 있는 것이라면 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 또 미소 진동 정밀 주입 장치 (2) 속에 넣어 부착해도 되고, 또는 정밀 주입 장치 (2) 의 외부에서 접속해도 된다.

도 1 에 나타내는 구체예에서는, 정밀 주입 수단은 진동 바늘 (200) 과 액체 연통하는 세포 부유액 공급 튜브 (205) 를 통하여 정밀 주입 장치 (2) 의 외부에서 접속되어 있다.

이와 같이 정밀 주입 수단을 외부 접속한 경우에는, 정밀 주입 장치 (2) 의 내부 구조가 단순화되어 관리 (maintenance) 가 용이해짐과 함께 고장인자가 감소되어, 장치의 신뢰성이 향상된다는 장점이 있다.

또 주입해야 할 용액의 공급을 자동 주입 장치 (1) 의 외부에서 독립적으로 실시할 수 있기 때문에, 장치의 조작성도 향상된다는 장점도 있다.

흡착 하우징 (210) 의 내부에는 흡착 챔버 (211) 가 형성되고, 이러한 흡착 챔버 (211) 에는 부압 또는 정압을 발생시킬 수 있도록 외부 정압 및 부압원 (도시 생략) 과 접속하기 위한 흡배기구 (214) 가 형성되어 있다.

정압 및 부압원은, 예를 들어 펌프 또는 미리 소정 기체압이 유지된 정압 탱크 및 부압 탱크와 같은 것이어도 되고, 도 2 에 나타내고 있는 구체예에서는, 흡배기구 (214) 와 기체 연통되어 있는 흡배기 플러그 (215) 및 흡배기 튜브 (216) 를 통하여 상기 정압 및 부압원에 접속되고, 시료(편) (5) 을 흡착 하우징 (210) 에 흡착시키는 경우에는 흡착 챔버 (211) 내에 부압을 발생시키고, 시료(편) (5) 을 탈리시키는 경우에는 대기압 또는 그 이상의 정압을 발생시킨다.

흡착 하우징 (210) 의 저부에는 흡착 챔버 (211) 내에 부압이 발생된 경우에 시료(편) (5) 을 흡착하기 위한 흡착구멍 (213) 이 적당한 위치에 형성되어 있다. 또 흡착 하우징 (210) 의 저면 (212) 은 흡착된 시료(편) (5) 의 표면이 일정 평면이 되도록, 또한 시료(편) (5) 의 흡착성을 향상시키기 위해 X-Y 수평평면에서 면 일치 형상을 갖고 있다.

흡착 하우징 (210) 의 상부 및 하부에는, 진동 바늘 (200) 의 승강을 안정시키고 또한 흡착 챔버 (211) 의 기밀성을 유지하기 위한 슬라이딩 슬리브 (217 및 218) 가 각각 고정되도록 비치되어 있다.

진동 바늘 (200) 은 흡착 하우징 (210) 의 하부에서 슬리브 (217) 속을 승강이 자유롭게, 또한 기밀성을 유지하여 통과되며, 또한 흡착 하우징 (210) 의 상부 에서는 진동 바늘 (200) 과 끼워넣기 불가분하게 결합된 진동 바늘 안내 로드 (201) 가 승강이 자유롭게, 또한 기밀성을 유지하여 슬리브 (218) 속에 통과되고 있다.

진동 바늘 (200) 은 흡착 챔버 (211) 내에 승강이 자유롭게 부착된 승강 플랜지 (203) 에 의해 지지되며, 상기 흡착 챔버 (211) 내를 수직방향으로 소정 범위만큼 승강할 수 있게 위치 결정된다.

또 승강 플랜지 (203) 는 진동 바늘 안내 로드 (201) 와 접속 고정되고, 이러한 안내 로드 (201) 를 Z축 위치 결정 장치 (30) 본체에 내장된 승강수단에 의해 상하 이동시킴으로써, 지지한 진동 바늘 (200) 과 함께 승강된다. 즉, 진동 바늘 (200) 은 흡착 하우징 (210) 과는 독립하여 상대적으로 승강 가능하고, 따라서 흡착 하우징 하면 (212) 을 기준면으로 하여 진동 바늘 (200) 의 선단이 하우징 하면 (212) 보다 아래 또는 위에 있는 경우의 바늘의 돌출 길이를 조직(편) (5) 에 주입 깊이 또는 밀어넣기 깊이로 하여 제어된다.

그리고, 바람직하게는 승강 플랜지 (203) 의 플랜지면은 흡착 챔버 (211) 내에 정압 또는 부압이 발생된 경우에도 승강 플랜지 (203) 의 상면 및 하면에서 압력차가 생기지 않도록 기체 연통 구조로 하는 것이 좋다.

그 이유는, 승강 플랜지 (203) 의 상면 및 하면 사이에서 압력차가 생기면 승강 플랜지 (203) 의 승강에 지장을 초래하고, 나아가서는 진동 바늘 (200) 의 수직방향에서의 위치 제어 정밀도에 악영향을 미치게 되기 때문이다.

도 2 에 나타내는 구체예에서는, 승강 플랜지 (203) 의 강도와 압발성 (壓拔 性) 을 고려하여 플랜지면에 벤트 구멍 (204) 이 적당히 형성되어 있다.

진동 바늘 (200) 에는, 그 대략 중간부에 바늘 (200) 에 미소 진동을 가하기 위해 진동자 (202) 가 부착되어 있다.

진동자 (202) 는 바늘에 미소 진동을 가할 수 있는 것이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어 기계적 진폭 또는 회전 운동을 이용한 것, 전기적 코일의 여기 진동을 이용한 것, 또는 초음파 진동을 이용한 것 등을 본 발명의 진동자 (202) 에 사용할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는, 진동 바늘 (200) 을 정확하게 찌르기 위해 조직(편) (5) 을 흡착 고정하기 위한 수단으로서 흡인압을 이용하지만, 상기 흡착 고정하기 위한 수단으로는 특별히 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 조직(편) 을 금속용기 속에 수용하고 자기를 이용하여 간접적으로 조직(편) 을 흡착 고정시키는 방법이나, 조직(편) 에 악영향을 미치지 않는 점착제를 이용하는 방법 등을 고려할 수 있다.

( 실시예 1)

본 발명의 자동 주입방법 및 장치를 사용하면, 용기 (4) 속에 정치한 돼지 심근조직에 1×1센티미터 사방의 범위에 200마이크로미터 간격으로 2500 곳에 깊이 2밀리미터의 위치에 100피코리터의 세포 부유액 (1밀리리터당 1×10⁵개 세포) 을 주입할 수 있었다.

( 실시예 2)

본 발명의 자동 주입방법 및 장치를 사용하면, 용기 (4) 속에 정치한 박동하고 있는 돼지 심장벽에 200마이크로미터 간격으로 일열로 50곳에 깊이 5밀리미터의 위치에 100피코리터의 세포 부유액을 주입할 수 있었다.

Claims (12)

1. 탄성이 풍부한 조직 표면의 적어도 일부를 조직 흡착 수단에 의해 흡착시킨 후, 미소 진동이 가해진 바늘에 의해 흡착된 그 조직 표면을 찔러 그 조직 내의 원하는 부위에 세포를 주입하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 조직 내의 원하는 부위에 세포를 소정량 주입하기 위해 정밀 주입 수단을 사용하여 정량 주입하는 주입방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 조직 내의 원하는 부위에 정확하고 또한 자동적으로 세포를 주입하기 위해 3차원 정밀 위치 결정 수단을 사용하여 위치 결정하는 주입방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 조직의 흡착은 흡인압을 이용함으로써 흡착시키는 것을 특징으로 하는 주입방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 바늘에 주는 미소 진동은 기계적 진동, 전기적 코일 여기 등에 의한 진동, 또는 초음파를 포함한 물리적 진동에 의해 발생된 진동인 것을 특징으로 하는 주입방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성이 풍부한 조직이 인간, 동물 또는 식물 등의 생물 유래 조직인 주입방법.
7. 탄성이 풍부한 조직 표면의 적어도 일부를 흡착하기 위한 조직 흡착 수단과, 흡착된 그 조직 표면을 찔러 그 조직 내의 원하는 부위에 세포를 주입하기 위한 미소 진동 수단을 구비한 바늘부로 이루어지는 세포 세포 주입장치.
8. 제 7 항에 있어서, 조직 내의 원하는 부위에 세포를 소정량 주입하기 위한 정밀 주입 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 세포 주입장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 조직 내의 원하는 부위에 정확하고 또한 자동적으로 세포를 주입하기 위한 3차원 정밀 위치 결정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 세포 주입장치.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조직 흡착 수단은 흡인압을 이용한 것을 특징으로 하는 세포 주입장치.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바늘부에 구비된 미소 진동 수단은, 기계적 진동, 전기적 코일 여기 등에 의한 진동 또는 초음파를 포함한 물리적 진동에 의해 발생시킨 것임을 특징으로 하는 세포 주입장치.
12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성이 풍부한 그 조직이 인간, 동물 또는 식물 등의 생물 유래 조직인 세포 주입장치.

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