KR20090009192A - 생물학적 활성 화합물의 특성화 방법 - Google Patents

생물학적 활성 화합물의 특성화 방법 Download PDF

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Abstract

세포 및 생물학적 성분을 포함하는 3차원 배양을 시작하기 위하여 회전가능한 생물반응기에 세포 혼합물을 위치시키고, 회전가능한 생물반응기에서 그 세포들을 조절가능하게 증식시키며, 그 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위하여 그 생물학적 성분을 실험하는 것에 의하여 생물학적 활성 화합물을 특성화하는 방법을 개재한다. 본 발명은 또한 바람직하게는 시변전자기력에 그 세포들을 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
생물학적 활성 화합물, 특성화, 회전가능한 생물반응기

Description

생물학적 활성 화합물의 특성화 방법{METHOD OF CHARACTERIZING A BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUND}
본 발명은 생물학적 활성 화합물의 특성화방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위하여 회전가능한 생물반응기에서 3차원 배양을 조절가능하게 증식하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 2006, 2월 2일에 출원된 "약 효과를 테스트하는 방법"이라는 명칭의 미국 미국출원 60/764524에 대한 우선권 주장 출원이다.
대부분의 생물학적 활성 화합물들은 분자에서부터 대규모 조직 구조까지 모든 수준의 생물학적 단게에서 일어나는 상세한 구조 및 화학과정에 기초한 조직 특이적인 기능을 타겟한다. 작용 기작을 결정 및 효과에 대한 그러한 생물학적 활성 화합물들을 테스트하는 것은 높은 충실도 세포 및 조직을 요하고 종종 통상적인 인-비트로 배양(전체 효과를 위하여), 동물 및 궁극적으로는 인간 임상 실험에서 수행된다. 그러나 이들 방법 각각은 낮은 충실도 및/또는 윤리적인 것들에 의한 제한을 가진다. 또 생물학적 활성 화합물의 물리적 위치 또는 특정한 상세 기작을 조사 하는 능력은 통상의 이들 테스트 방법에 의하여 제한된다. 유사한 경우가 시약의 생물학적 활성을 조사하거나 이해하기 위하여 또는 물질 및 독성 화합물에 대한 독성 정도 및 기작을 이해하기 위한 경우에도 적용된다. 테스트용 동물의 경우에, 그 생물학적 환경이 너무 복잡하고, 조절가능하지 않으며, 혼동스런 인자들이 많고, 종종 인간 조건을 대표하지 못하고 윤리적인 제한을 가진다. 2차 배양과 같은 통상의 배양 또는 배양을 교반하고 혼합하는 배양들은 그들이 인 비보 조직 미세환경에서 상호작용하는 것과 같이 세포들과 생물학적 활성있는 상호작용을 재생할 수 없다. 통상의 비회전시스템에서 고정된 매트릭스를 이용하는 다른 배양기술 즉 자유롭게 현탁된 회전하는 물질의 성분이 없는 기술은 이들 연구를 수행하기 위한 충실도, 정확도, 분석력 및 실용성에 제한을 가진다. 인간 실험은 동물 실험에서 가지고 있는 많은 문제점과 심각한 윤리적 제한을 가진다.
기계적인 서포트 기질 및 세포들을 지지하고 서로서로에 대한 일차 기능적 세포들의 구조적인 관계들은 정확하고 자연적인 세포 및 조직 특이적인 행동을 제공한다. 결합 복합체, 선(gland) 형성, 세포 극성화 및 세포를 지지하기 위한 전체 정확한 기하적인 관계와 같은 형태 및 비세포성 구성요소는 그러한 세포 및 조직 특이적인 행동을 매개한다. 또 각 개별 세포 및 조직들은 이들 및 다른 특징에 의존하는 형태로 작용한다. 다른 특징들은 또한 무신, 분비된 호르몬들(췌장 베타 세포에서 인슐린), 세포내 수용성 신호들, 세모 막 표면 마커, 막 결합 효소들, 면역 확인 마커들, 부착 분자들, 액포들, 저장되고 분비된 뉴로트랜스미터들, 그리고 근육의 경우에 미오신 수축 섬유와 같은 세포 내부적 특정화된 장치, 간 세포의 경우 에 접합 독성 정화 가공 및 글리코겐을 포함하는 거대 조직 구조에서 세포들 사이의 3차원 상호작용 및 세포들 사이의 관계에 기여한다. 개별 세포 기능 및 세포-세포 상호작용은 이들 및 다른 특징에 의존한다.
생물학적 활성 화합물의 효과 및 독성은 세포, 조직 및/또는 이들 특징들에 대하여 가지고 있는 생물학적 활성 화합물의 효과를 결정하여 테스트되고 측정된다. 그러한 측정가능한 반응들은 유전자 발현, 핵형(karyotype), 성장 속도 특징, 다세포 및 개별 세포 형태, 대사 측정, 및 세포간 관계를 포함한다. 이들 및 다른 반응들은 주지되었으나 전통적인 배양 방법이 세포 및 세포 상호작용이 생물학적 활성 화합물에 대한 인 비보 세포 반응을 정확하게 반영하는 생물학적 활성 화합물에 대한 반응 및 인 비보 환경을 실질적으로 모방하게 하는 충분한 양의 세포 및 조적을 성장시킬 수 없는 어려움을 가진다. 따라서 긴 시간 동안 세포 및 조직의 막대하고 가속화된 성장을 유지하지 못하는 전통적인 배양 시스템은 그들의 효과를 테스트하여 생물학적 활성 화합물들을 특성화하기 위한 인 비트로 모델에서 정확성을 제공하지 못한다.
단일-배양 및 동시-배양 모두에서 다양한 정상 및 종양 포유류 조직의 성장은 배치 및 관류된 회전하는 벽 용기(Schwarz 외, 미국특허번호. 4,988,623, (1991) 및 Schwarz 외, 미국 특허 번호 5,026,590, (1991)) 및 통상적인 플레이트 및 플라스크 기초 배양 시스템 모두에서 확립되었다. 일부 출원에서, 이들 배양 시 스템에서 3차원 구조 즉 조직의 성장은 생물학적으로 양립가능한 폴리머 및 미세담체의 형태의 고체의 서포트에 의하여 용이하게되었다. 회전타원체 성장의 경우에, 3차원 구조는 매트릭스 서포트없이 달성되었다, Goodwin, 외, In Vitro Cell Dev. Biol., 28 A: 47-60(1992), Goodwin, 외, Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 202:181-192 (1993), Goodwin, 외, J. Cell Biochem., 51:301-311 (1993), Goodwin, 외, In Vitro Cell Dev. Biol. Anim., 33:366-374 (1997). 그러나, 인간 조직은 통상적인 배양 조건하에서 3차원 구조 및 조절된 성장 유도의 관점에서 대부분 다르기 힘들다. 실질적인 극미중력 및 다소 회전가능하게 모의실험된 극미중력은 증가된 세포 성장을 가능하게 하였다.
배양에서 신경 성장을 촉진하기 위하여 정전기장을 사용하는 시도가 있었다. 배아 발생을 성공적으로 변경시켰고, 분리된 신경 액손 방향성 성장(directional growth)이 성공적으로 달성되었다. 그러나 그러한 것을 야기하는 유전적인 활성 또는 성장의 잠재력의 실질적인 가속은 달성되지 않았다. 3차원 포유류 신경 조직의 배향 및 성장을 돕기 위하여 기획된 기계장치들이 현재 가능하다. Fukuda 등, 미국 특허번호 5,328,843는 신경 세포 또는 액손을 배향하기 위한 스테인레스 스틸 면도날 사이에 형성된 존(zone)을 사용하였다. 또 전위로 충전된 전극들을 액손 반응을 증가시키기 위하여 채택하였다. Aebischer, 미국특허번호. 5,030,225는 인체 내에서 잘려딘 신경을 재생하기 위ㅎ여 전기적으로 충전된 이식가능한 튜브 막을 기재한다. Wolf, 등, 미국특허번호 6,485,963는 세포 증식을 증가시키기 위하여 전자기력을 이용하나, 많은 경우에 세포 성장 및 증식은 환자의 치료 또는 필요되는 테스 트에 신속하게 충분하게 일어나지 못한다.
따라서 세포 및 조직들에 대한 생물학적 활성 화합물을 테스트하고 따라서 인 비보 환경의 높은 대표성을 가지는 반응을 제공하기 위한 인 비보 미세환경을 본질적으로 모방하는 인 비트로 배양 시스템에 대한 필요성이 있다.
발명의 요약
본 발명은 3차원 배양을 시작하기 위하여 회전가능한 생물반응기에 세포 혼합물을 위치시키는 것을 포함하고, 여기서 3차원 배양은 세포 및 생물학적 성분을 포함하며, 회전가능한 생물반응기를 회전시켜서 세포 3차원 형태 및 세포-세포 서포트 및 형태를 유지시키는 동시에 3차원 배양에서 그 세포들을 조절가능하게 증식시키며, 3차원 배양으로 생물학적 활성 화합물을 투입하고 생물학적 활성 화합물을 특성화하는 테스트를 사용하여 생물학적 성분을 테스트하는 것을 포함하는 생물학적 활성 화합물을 특성화하는 방법에 관한 것이다.
바람직한 실시예들의 상세한 설명
가장 간단한 용어로, 회전가능한 생물반응기는 작동 시에 실질적으로 수평축에 대하여 회전될 수 있는 배양 챔버를 포함하고 외부 부분과 내부 부분을 가진다. 그 배양 챔버의 내부 부분은 생물학적 구성요소 혼합물을 착탈가능하게 받을 수 있는 공간을 한정한다. 바람직하게는 그 배양 챔버는 실질적으로 실린더형이다. 회전가능한 생물반응기의 바람직한 실시예에서, 전기적으로 전도성 코일이 그 배양 챔버에 바람직하게 고정된, 더욱 바람직하게는 그 배양 챔버에 착탈가능하게 고정된 배양 챔버의 외부 부분을 감싼다. TVEMF 공급원은 그 전기적 전도성 코일에 작동가능하게 연결되어 있어서 사용 시에 TVEMF 공급원은 그 생물학적 구성요소를 증식시키기 위하여 그 생물학적 구성요소 혼합물 및 그 배양 챔버의 내부에 TVEMF를 공급한다. 그 배양 챔버는 적어도 하나의 틈(aperture)을 가져서 사용시에 생물학적 구성요소 혼합물이 챔버의 내부 부분으로 위치할 수 있게 한다. 그 틈은 바람직하게는 배양 배지 및/또는 생물학적 활성 화합물의 교환 및 테스트용 생물학적 구성요소의 샘플의 제거를 위하여 사용되고 바람직하게는 그 틈은 주사기를 가지고 사용하기에 적합하다.
도면에서 도 1은 회전가능한 생물반응기 10의 바람직한 실시예의 단면 입면도이다. 이 바람직한 실시예에서 모터 하우징 12는 베이스 14에 의하여 지지된다. 모터 16은 모터 하우징 12 내부에 고정되고 제1 와이어 18과 제2 와이어 20에 의하여 콘트롤 장치를 수용하는 콘트롤 박스 22에 연결되고 그것에 의하여 모터 16의 스피드가 콘트롤 손잡이 24를 돌려서 증분적으로 조절될 수 있다. 모터 하우징 12로부터 뻗어나와서 모터 샤프트 26이 있다. 회전가능한 마운팅(mounting) 28은 바람직하게는 디스포저블하고 바람직하게는 실질적으로 실린더 형으로 회전가능한 생물반응기 홀더 30 내에 바람직하게는 나사 34에 의하여 바람직하게는 착탈가능하게 고정된 배양 챔버 32를 착탈가능하게 수용하는 회전가능한 생물반응기 홀더 30을 착탈가능하게 수용한다. 배양 챔버 32는 회전가능한 마운팅 28에 바람직하게는 착탈가능하게 설치된다. 그 회전가능한 마운팅 28은 모터 샤프트 26에 의하여 수용된다. 사용에서 컨트롤 손잡이 24를 켜면, 배양 챔버 32가 회전한다. "회전된" 및 유사용어에 의해 사용에서 배양 챔버의 회전은 회전가능한 TVEMF 생물반응기의 내부 부분과 세포, 조직 또는 세포 덩어리의 충돌을 막는 것을 의도한다. 배양 챔버는 바람직하게는 관류된다.
본 발명의 회전가능한 생물반응기 10의 배양 챔버는 그것은 버리고 나중에 필요한 경우에 새건을 사용될 수 있다는 의미에서 바람직하게는 디스포저블하다는 의미이다. 그 회전가능한 생물반응기 10은 각 사용 후에 예를 들어 오토크래이브에서 살균되어 차후 배양에서 재사용될 수 있다. 디스포저블한 배양챔버 32는 멸균환경에서 제조되고 포장되어서 다른 디스포저블한 의료용 기구와 마찬가지로 의료용 또는 전문 연구에 사용될 수 있다.
도 2는 회전가능한 생물반응기 10의 측면 투시도이다. 도 2는 베이스 44에 의하여 지지되고 컨트롤 손잡이 54를 가지는 모터 하우징 42를 묘사한다. 모터 하우징 42로부터 뻗어나와서 모터 샤프트 56이 있다. 회전가능한 마운팅 58은 배양 챔버를 착탈가능하게 수용하는 회전가능한 생물반응기 홀더 60을 착탈가능하게 수용한다. 전기적으로 전도성 코일 59는 배양 챔버의 외부를 감싼다. 전기적으로 전도성 코일 59는 하기의 전도성 물질; 은, 금, 구리, 알루미늄, 철, 납, 타이타늄, 우라늄, 강자성 금속 및 아연 및 그들의 혼합을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 전기를 통하는 전기적 전도성 물질로 바람직하게는 제조될 수 있다. 그 전기적으로 전도성 코일 59는 또 바람직하게는 염수를 포함한다. 전기적으로 전도성 코일 59는 바람직하게는 솔레노이드이다. 또 전기적으로 전도성 코일 59는 고무, 플라스틱, 실리콘, 유리 및 세라믹을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 전기 절연체 속에 바람직하게는 함유된다. 전기적으로 전도성 코일 59는 배양 챔버의 외부 주위에 감싸지고 그리하여 배양 챔버는 바람직하게는 실질적으로 계랸형 단면, 더욱 바람직하게는 실질적으로 타원형 단면 가장 바람직하게는 실질적으로 원형 단면을 가지는 전기적으로 전도성 코일의 형태를 유지한다. 배양 챔버와 바람직하게는 디스포저블하게 통합된 전기적으로 전도성 코일 59는 TVEMF 공급원 64와 작동가능하게 연결되고 디스포저블한 배양 챔버와 함께 회전가능한 생물반응기 10 속에 배치된다. 디스포저블한 배양 챔버가 버려지는 경우에, 전기적으로 전도성 코일 59는 그것과 함께 버려진다.
제 1 말단에서 제 1 전도성 와이어 62 및 제2 전도성 와이어 66, 그것 모두는 전기적으로 전도성 코일 59에 통합되고 사용시에 TVEMF를 생성하기 위해서는 켜질 수 있는 공급원 손잡이 65를 가지는 TVEMF 공급원 64에 작동가능하게 연결된다. 제 2말단에서 와이어 62, 66은 전도성 코일 59의 회전을 가능하게 하는 적어도 하나의 링에 연결된다. 컨트롤 손잡이 54가 켜질 때, 그 배양 챔버 및 전도성 코일 59는 동시에 회전된다. 또 전도성 코일 59는 그 배양 챔버에 고정되고 포함하여서 사용시에 그것은 배양 챔버의 세포들에게 TVEMF를 제공한다.
회전가능한 생물반응기의 배양 챔버는 바람직하게는 3차원 배양으로부터 대사 노폐물 제거, 영양분 공급 및 호흡 가스 교환의 유지를 위하여 배양 배지 흐름 루프 100을 구비할 수 있다. 배양 배지 흐름 루프 100의 바람직한 실시예는 영양분 106, 버퍼 105, 신선한 배지 107, 사이토카인 109, 성장 인자 111 및 호르몬 113과 같은 비한정적인 세포 배지 물질의 선택적인 투입을 위한 공급 다기관 117, 바람직하게는 메인 펌프 115의 사용에 의하여 배양 배지의 방향성 흐름을 가능하게 하는 장치, 산소발생기 121, 배양 챔버 119를 가지는 도 3에서 묘사된다. 이 바람직한 실시예에서, 메인 펌프 115는 공급 다기관 117로부터 배양 배지가 산소화되고 배양 챔버 119를 통하여 통과되는 산소발생기 121에 신선한 배양 배지를 공급한다. 배양 챔버 119로부터 소비된 배양 배지의 노폐물은 바람직하게는 메인 펌프 115에 의하여 제거되어, 폐기물 118로 운반되고 그 폐기물 118에 제거되지 아니하고 남은 배양 배지는 공급 다기관 117로 회수되어서 펌프 115에 의하여 산소발생기 121을 통하여 배양 챔버 119에 재생되기 전에 신선한 배양 배지 물질들의 충전을 받는다.
배양 배지 흐름 루프 100의 바람직한 실시예에서, 배양 챔버 119 내에 일정한 조건을 유지하는 화학적 센서(도시 안함)의 반응에 따라 조정이 만들어진다. 이산화탄소 압력을 조절하고 산 또는 염기를 투입하여서 pH를 교정한다. 산소, 질소 및 이산화탄소는 세포 호흡을 유지하기 위하여 가스 교환 시스템(도시 안함)에 녹인다. 배양 배지 흐름 루프 100은 순환하는 가스 용량(capacitance)으로부터 이산화탄소를 제거하고 산소를 첨가한다. 비록 도 3은 본 발명에서 사용될 수 있는 배양 배지 흐름 루프의 한 바람직한 실시예이지만, 본 발명은 거기에 한정되지 않는다. 회전가능한 TVEMF 생물반응기 속으로 산소, 영양분, 버퍼, 신선한 배지, 사이토카인, 성장 인자 및 호르몬과 같은 비한정적인 배양 배지 물질들의 투입은 이산화탄소 및 노폐물의 제거 및 조절에서 가능한 것과 같이 수동, 자동 또는 다른 조절 수단에 의하여 수행될 수 있다. 여러 변경들이 본 발명이 범위를 벋어나지 아니하고 본 발명에서 예측된 것과 같은 회전가능한 TVEMF 생물반응기에서 만들어질 수 있고, 여기에 포함된 모든 내용은 서술을 목적으로 기재된 것이 한정되는 것이 아니다.
발명의 상세한 설명
하기 정의들은 본 발명의 내용에서 정의된 용어들의 이해 및 묘사에 도움을 주기 위한 것이다. 그 정의들은 본 출원을 통하여 개재된 것으로 이들 용어를 제한하려는 것이 아니다. 또 TVEMF에 관련된 것을 포함하는 일부 정의들- 이와 관련된 모든 정의는 서로 상보적으로 이해되어야지 서로 상반되게 해석되어서는 안된다.
본 명세서에서 사용된, "TVEMF"이란 용어는 "시변 전자기력(Time Varying Electromagnetic Force)"을 의미한다. 상기에 기재된 바와 같이 본 발명의 TVEMF는 델타파, 더욱 바람직하게는 차동의 스퀘어파 그리고 가장 바람직하게는 스퀘어 파(Fourier 커브를 수행하는)이다. 그 TVEMF는 바람직하게는 (1) 100 가우스 이하의 힘 진폭을 가지고 초당 1000 가우스이상의 소(slew) 속도를 가지는 TVEMF, (2) 실질적으로 낮은 힘 진폭, 100Hz이하의 주파수를 가지는 양극 스퀘어파를 가지는 TVEMF, (3) 실질적으로 100% 이하의 듀티 사이클을 가지는 낮은 힘 진폭 스퀘어파를 가지는 TVEMF (4) 1 ms 이하 지속 진동(duration pulse) 동안 초당 1000 가우스이상의 소(slew) 속도를 가지는 TVEMF (5) 실질적으로 1% 이하의 듀티 사이클을 가지는 양극 델타 기능-유사 진동 소(slew) 속도를 가지는 TVEMF (6) 1% 이하의 듀티 사이클과 양극 델타 기능-유사 진동 소(slew) 속도를 가지고 100 가우스 이하의 피크에서 피크 힘 진폭을 가지는 는 TVEMF, (7) 3차원 배양을 통하여 단일한 힘 강도를 만드는 솔레노이드 코일을 사용하여 적용된 TVEMF, (8) 그리고 3차원 배양 내에서 초점화되는 자기 흐름 및 자기 흐름의 공간적인 차를 제공하는 흐름 농축기를 이용하여 적용된 TVEMF 중 하나로부터 선택된다.
진동하는 전자기력 강도에서 진동수의 범위는 3차원 배양에서 그 세포들의 원하는 자극을 달성하기 위하여 선택될 수 있는 계수이다. 그러나 이들 계수는 그러한 것이 본 발명의 다른 특징에 기초하여 변할 수 있기 때문에 본 발명의 TVEMF를 제한하는 것을 의미하지 않는다. 그 TVEMF는 예를 들어 ENl 31 세포 센서 가우스 미터와 같은 표준 장치로 측정될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "전기적으로 전도성 코일"이라는 용어는 하기의 전도성 물질; 은, 금, 구리, 알루미늄, 철, 납, 타이타늄, 우라늄, 강자성 금속 및 아연 및 그들의 혼합을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 전기를 통하는 전기적 전도성 물질을 의미한다. 그 전기적으로 전도성 코일은 또 바람직하게는 염수를 포함할 수 있다. 전기적으로 전도성 코일은 바람직하게는 솔레노이드이다. 또 전기적으로 전도성 코일은 고무, 플라스틱, 실리콘, 유리 및 세라믹을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 전기 절연체 속에 바람직하게는 함유된다. 그 전기적으로 전도성 코일은 회전가능한 TVEMF 생물반응기의 배양 챔버의 외부 주위에 감싸지고 그리하여 배양 챔버는 바람직하게는 실질적으로 계랸형 단면, 더욱 바람직하게는 실질적으로 타원형 단면 가장 바람직하게는 실질적으로 원형 단면을 가지는 전기적으로 전도성 코일의 형태를 유지한다. 배양 챔버의 형태와 전기적으로 전도성 코일의 형태가 실질적으로 유사하기 때문에 배양 챔버는 그 전기적으로 전도성 코일의 형태를 지지한다. "주위에 감싸진"이란, 전기적으로 전도성 코일이 그 배양 챔버를 둘러 쌓아서 바람직하게는 작동시에 실질적으로 단일한 TVEMF가 배양 챔버의 내부와 그 안의 세포들에게 전달되게 한다. "둘러쌓다"라는 용어는 전기적으로 전도성 코일이 배양 챔버를 감는 것을 의미하고 사용시에 배양 챔버의 내부에 실질적으로 단일한 TVEMF를 제공하게 한다.
본 명세서에서 "생물학적 성분"은 본 발명의 방법의 조절가능한 증식 단계 동안 회전가능한 생물반응기에서 3차원 배양의 부분을 의미한다. 생물학적 성분은 바람직하게는 배양 동안 또는 배양이 완성된 후 또는 심지어 전자 현미경과 같은 특정 분석 기술을 위하여서는 사멸 후에 테스트될 수 있다. 생물학적 성분은 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위하여 테스트된다. 그 생물학적 구성서운은 바람직하게는 예를 들어 활성화된 T-세포와 같은 어떤 형태의 세포 및 막, 세포벽(식물의 경우) 및/또는 미토콘드리아를 포함하는 세포내 소기관일 수 있다. 그 테스트되는 생물학적 성분은 바람직하게는 무신, 콜라겐, 및 매트릭스, 분비된 호르몬들(췌장 베타 세포에서 인슐린), 분비된 세포내 구조 성분, 투입된 구조 매트릭스, 부착 매트릭스, 성장 기질, 세포내 수용성 신호들, 세모 막 표면 마커, 막 결합 효소들, 면역 확인 마커들, 부착 분자들, 액포들, 저장되고 분비된 뉴로트랜스미터들, 그리고 근육의 경우에 미오신 수축 섬유와 같은 세포 내부적 특정화된 장치, 글리코겐, 세포 배지, 테스트 중의 화합물, 테스트 중인 의심스런 톡신, 테스트 중인 시약, 진균류 및 간세포의 경우 연결된 복합체 같은 분비된 물질들을 바람직하게 포함할 수 있다. 생물학적 성분은 바람직하게는 증식 동안 회전가능한 생물반응기에서 3차원 배양에서 포함된 바이러스일 수 있다. 그러한 바이러스들은 바이러스 DNA를 포함하거나 레트로바이러스의 경우에는 바이러스 RNA 및 입자들을 포함하는 HIV, 조류 독감, SIV, 간염, HPV, 및 헤르페스 바이러스를 포함하나 이에 한정되지 아니한다. 그 생물학적 성분은 또한 바람직하게는 세균 세포일 수 있다. 그 생물학적 성분은 또한 다른 뉴크레이즈, DNA, RNA, 단백질, 나노 입자와 같은 인공 생활성 입자, 및/또는 유전자일 수 있으나 이에 한정되지 아니한다. 그 생물학적 성분은 바람직하게는 세포 혼합물의 첨가 전에 회전가능한 생물반응기 속에 위치되거나, 3차원 배양에 첨가되거나 또는 세포 혼합물에 포함될 수 있다. 그 생물학적 성분은 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위한 테스트의 초점이다.
본 명세서에 사용된 "생물학적 활성 화합물"은 본 발명의 방법에 의하여 특성화되는 합성 또는 비합성 생물학적 물질을 의미한다. 그 생물학적 활성 화합물은 분말, 액체, 기체 및 증기를 포함하나 이에 한정되지 아니한다. 그 생물학적 활성 화합물은 바람직하게는 단백질, 세포, 화학물질, 가스, 금속, 성장 인자, 방사선, 나노-입자, 바이러스, 세균 및/또는 물, 및/또는 그것의 결합일 수 있으나 이에 한정되지 아니한다. 그 생물학적 활성 화합물은 또 바람직하게는 세포 및 생물학적 성분을 포함하는 3차원 배양의 부분에 독성이 있는 물질일 수 있다. 본 발명에서 "톡신"이란 세포 또는 조직 기능에 부정적인 작용을 하거나 정상적인 기능으로부터 벗어나게 하는 것으로 알려지거나 의심되는 물질 또는 물리적인 과정을 의미한다. 톡신들은 바람직하게는 중금속일 수 있고, 또 바람직하게는 열, 방사선 또는 심지어는 전기적 노출일 수 있다. 또한 생물학적 활성 화합물은 바람직하게는 세포들 및 생물학적 성분을 포함하는 3차원 배양에 대하여 영향을 가지는 시약(reagent)일 수 있다. 본 발명에서 "시약"이란 용어는 세포 또는 조직 기능, 형태, 구조, 성장, 수명, 유전적 조성, 성장 특징, 분비된 물질, 분화상태, 분화 계통 경향 또는 표면 마커 발현, 대사 상태, 내부 세포 소기관 구조, 막 구조 또는 종양형성에서 변화를 야기하는데 이용되는 물질 또는 물리적 과정을 의미한다. 세포 속으로 이동하고 포도당 내부 전달을 야기하는 인슐린과 같은 바람직한 생물학적 활성 화합물 이외에, 생물학적 활성 화합물은 바람직하게 전기천공법, 화학천공법 및 나노입자 상호작용과 같은 시약 단계들을 의미할 수 있다. 천공법(poration)은 특히 단일클론 항체 생성을 위한 하이브리도마의 생성에 유용하다. 이론에 구애받지 아니하고, 회전하는 막 배양에 의하여 가능한 잘 분포된 3차원 배양은 하이브리도마 형성에서 형질전환되고 면역학적 세포 사이에 유전자교환을 최대화하는데 이상적이다.. 이것은 바람직한 항체들을 생성하는 요청된 하이브리드의 성공적인 수율을 개선할 수 있다. 생물학적 활성 화합물의 일부 부가적인 바람직한 실시예들은 인슐린, 인터루킨, 성장 인자, 분화 조절자, 주화성 물질, 저해제를 포함하나 이에 한정되지 아니한다. 본 발명에서 생물학적 활성 화합물은 생물학적 성분에 대한 그것의 효과를 테스트하여서 특성화될 수 있다.
본 발명에서 "세포"라는 용어는 예를 들어, 개별 세포, 조직, 세포 응집체, 하이브리드 세포, 예를 들어 미세담체 비드와 같이 세포 부착 기질에 미리 부착된 세포, 조직 유사 구조 또는 원래 조직 절제체의 형태를 의미한다. 본 발명에서 세포들은 바람직하게는 진핵이고 더욱 바람직하게는 원핵이다. 본 발명에 사용된 세포들은 바람직하게는 포유류이고 더욱 바람직하게는 인간이며 더더욱 바람직하게는 성체 줄기 세포이고 가장 바람직하게는 말초 혈 성체 줄기세포이고 더더욱 바람직하게는 중간엽세포이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 다른 포유류 세포들은 바람직하게는 심장, 간, 조혈, 피부, 근육, 장, 췌장, 중추신경계, 연골, 결합, 폐, 지라, 뼈 및 신장을 포함하나 이에 한정되지 아니한다.
본 발명에서 사용된 "회전가능한 생물반응기"란 용어는 어떤 속도로 회전될 수 있고 내부 및 외부를 가지는 배양 챔버에 연결된 모터를 포함하는 것을 의미한다. 바람직하게는 그 회전가능한 생물반응기는 실질적으로 실린더형이다. 그 회전가능한 생물반응기는 바람직하게는 배양 챔버의 외부 주위에 감겨진 전기적으로 전도성 코일을 가진다. 또 그 회전가능한 생물반응기는 3차원 배양에 그리고 그것을 통하여 배양 배지의 흐름을 가능하게 돕기 위하여 3차원 배양에 고정된 배양 배지 흐름 루프를 가질 수 있다. 그 배양 챔버를 통한 배양 배지의 흐름은 관류에 의할 수 있다. TVEMF 공급원은 그 전기적으로 전도성 코일에 바람직하게는 작동가능하게 연결될 수 있다. 사용에서 회전가능한 생물반응기는 회전될 수 있고, 이론에 구애받지 아니하고, 그 회전은 본 발명의 상세한 설명에 기재된 것과 같이 3차원 배양을 촉진하고 유지하고 지지할 수 있게 조절되어야 한다. 전기적으로 전도성 코일을 가지는 바람직한 실시예에서, TVEMF는 TVEMF 공급원에 의하여 생성될 수 있고, 적당한 가우스 레벨이 바람직하게는 전기적으로 전도성 코일을 통하여 배양 챔버의 내부로 전달될 수 있다. 회전가능한 생물반응기의 부피는 바람직하게는 약 15 ml에서 약 2L일 수 있다. 회전가능한 생물반응기의 예에 대해서는 도 1과 2을 참고(여기에 한정되는 것을 의미하는 것은 아님).
회전가능한 생물반응기의 배양 챔버는 내부 부분에 회전가능한 배양 챔버 벽을 가져서 작동 시에 그 챔버 벽들이 배양 배지에 대하여 이동하게 3차원 배양을 하게 하여서, 세포 배지에서 유체 전단응력이 본질적으로 없게 한다. 그 배양 챔버는 또한 세포 배지, 세포 및/또는 생물학적 성분 또는 그것의 부분들의 첨가 및/또는 제거 그리고 생물학적 활성 화합물의 투입을 위한 적어도 하나의 틈을 가진다. 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버는 실질적으로 수평적으로 배치된다. 그 배양 챔버는 또한 바람직하게는 두 말단을 가지고 실질적으로 수평축에 대하여 회전할 수 있다. 그 배양 챔버는 바람직하게는 부분적으로 투명하여서 그 생물학적 성분, 배양 배지 및/또는 3차원 배양이 필요한 경우 평가될 수 있다. 또 배양 챔버는 생물학적 성분, 3차원 배양, 및/또는 세포들을 평가하기 위하여 현미경을 구비할 수 있다. 이론에 구애받지 아니하고, 회전가능한 생물반응기 내의 세포들의 회전은 세포의 세포-세포 유지와 형태, 복잡한 3차원 형태를 유지하고 육성하고, 지지하는 동시에 시간이 지남에 따라 세포들의 조절가능한 증식을 제공한다.
본 발명에서 사용된 "세포 혼합물" 및 그 유사 용어는 배양 배지(첨가제 포함 및 불포함), 혈장, 버퍼 및 보존제를 포함하나 이에 한정되지 아니하는 또 다른 물질들과 세포들의 혼합물을 의미한다. 그 세포 혼합물은 또한 생물학적 성분을 ㅍ포함할 수 있다.
본 발명에서 사용된 "3차원 배양"이란 용어는 본 발명의 방법에 의하여 조절가능하게 증식된 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버 내 세포들과 생물학적 성분을 의미한다. 3차원 배양에서 세포들은 배양 챔버에서 유지되고 촉진되고 지지된 세포-세포 유지 및 형태와 3차원 형태를 가진다. 3차원 배양에서 세포들은 인 비보 세포에서와 같은 3차원 형태 및 세포-세포 유지 및 형태를 본질적으로 가진다. 3차원 조직, 비괴사 세포 덩어리, 및/또는 조직 유사 구조들은 그 세포들로부터 발전할 수 있고 3차원 배양에서 유지되거나 더 증식될 수 있으며 동시에 인 비보 미세환경을 모방한다. 그 3차원 배양은 실험의 목적에 의존하여서 증식(수의 증가), 유지되거나 쇠퇴될 수 있다. 다른 용어로 생물학적 활성화합물의 효과 및/또는 생물학적 활성 화합물을 특성화하는데 필요로 하는 바람직한 미세환경에 따라서 그 3차원 배양은 조절가능하게 증식될 수 있고, 바람직하게는 3차원 배양 또는 그것의 일부를 증식, 유지 또는 쇠퇴하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "작동가능하게 연결된" 및 유사 용어는 TVEMF 공급원이 배양 챔버에 바람직하게는 착탈가능하게 연결될 수 있어서 작동시 TVEMF 공급원이 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버의 내부 및 그안에 포함된 3차 배양에 TVEMF를 나누어주는 것을 의미한다. 그 TVEMF 공급원은 사용시에 만약에 배양 챔버의 내부에 ㅂ바람직하게는 단일 형태로 TVEMF를 분배한다면 작동가능하게 연결된 것이다.
본 명세서에서 사용된 "노출" 또는 유사 용어는 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버의 내부에 포함된 3차원 배양에 TVEMF를 제공하는 과정을 의미한다. 작동에서 TVEMF 공급원이 켜지고 바람직한 가우스 범위 및 바람직한 파장형태가 세팅되어서 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버의 외부에 감싸진 전기적으로 전도성 코일에 TVEMF 공급원을 통하여 동일한 것이 운반되게 한다. 그 후 그 TVEMF는 배양 챔버내 세포를 함유한 3차원 배양으로 운반되고 그 세포들을 바람직하게는 실질적으로 균일한 TVEMF에 노출되게 한다.
본 명세서에서 "배양 배지" 및 유사 용어는 시간에 따라서 세포의 유지를 의미하는 성장 배지 및 영양분을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 액체를 의미한다. 그 배양 배지는 성장 배지, 버퍼, 성장인자, 호르몬, 및 사이토카인을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 것으로 보강될 수 있다. 그 배양 배지는 증식을 유지하기 위하여 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버 내 현탁을 위한 세포 혼합물에 제공된다. 그 배양 배지는 바람직하게는 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버에 첨가되기 전에 세포 혼합물과 바람직하게는 혼합될 수 있거나 더욱 바람직하게는 세포 혼합물이 첨가되기 전에 배양 챔버에 첨가되어서 회전가능한 생물반응기에서 세포 배지와 세포들을 혼합하게 한다. 그 배양 배지는 바람직하게는 필요한 경우에 증식 동안 보강 및/또는 재공급될 수 있다. 배양 배지 그 자체 뿐 아니라 그 배양 배지에 포함된 노폐물은 바람직하게 필요한 경우 증식 동안 배양 챔버에서 3차원 배양으로부터 바람직하게 제거될 수 있다. 그 배양 배지에 포함된 노폐물은 대사 노폐물, 죽은 세포 및 다른 독성 찌꺼기일 수 있으나 이에 한정되지 아니한다. 그 배양 배지는 바람직하게는 산소로 보강될 수 있고 바람직하게는 산소, 이산화탄소 및 질소 운반 능력을 가진다.
본 발명에서 "위치하는" 및 유사 용어는 회전가능한 생물반응기에 세포를 첨가하기 전에 세포 혼합물 및 배양 배지를 혼합하는 과정을 의미한다. "위치하는"이라는 용어는 바람직하게는 회전가능한 생물반응기에 이미 존재하는 배양 배지에 세포 혼합물을 첨가하는 것을 의미한다. 그 세포들은 바람직하게는 미세담체 비드와 같은 세포 부착 기질들과 함께 회전가능한 생물반응기 속으로 위치될 수 있다.
본 명세서에서 "조절가능하게 증식되는" 및 유사 용어는 배양 챔버를 회전하여 회전가능한 생물반응기에서 세포들의 수를 감소, 증가, 또는 유지시키는 과정을 의미한다. 바람직한 실시예에서, 조절가능하게 증식되는 세포들은 또한 TVEMF에 그 3차원 배양을 노출시키는 것을 포함한다. 바람직하게는 그 세포들은 분화없이 증식된다. 만약 세포의 수의 증가가 바람직하면, 부피당 세포들의 수의 증가는 예를 들어 배양 배지의 부피를 70 ml에서 10 ml로 감소하여서 ml 당 세포의 수를 증가시키는 액체 부피의 단순한 감소에 기인하지 않는다. 바람직하게 회전가능한 생물반응기에서 세포들의 조절가능한 증식(수의 증가)은 증식 전 세포와 동일한 3차원 형태, 바람직하게는 실질적으로 그들이 자연적으로 존재하는 인 비보 미세환경 조직 또는 자연적으로 세팅된 세포들과 동일한 형태 및 세포-세포 상호작용을 가지는 세포들을 제공한다. 또 바람직하게는 조절가능한 증식은 3차원 배양을 유지하는 것을 의미하고, 여기서 예를 들어 바람직한 생물학적 활성 화합물의 효과는 그 세포의 수의 증가를 억제하는 것이다. 더욱 바람직하게는 그 3차원 배양은 생물학적 활성 화합물을 특정화하기 위하여 유지될 수 있다. 회전가능한 생물반응기의 3차원 배양에서 세포들의 조절가능한 증식은 배양을 쇠퇴화하는 것을 의미할 수 있다, 여기서 예를 들어 바람직한 생물학적 활성 화합물의 효과는 그 3차원 배양을 쇠퇴하는 것이다. 더욱 바람직하게는 그 3차원 배양은 바람직한 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위하여 의도적으로 쇠퇴화될 수 있다. 증식의 다른 특징은 또한 본 발명의 세포들의 예외적인 특성을 제공할 수 있다.
바람직하게 증식 동안 세포 및/또는 조직이 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위하여 생물학적 성분을 테스트하는데 필요하다. 3차원 배양은 회전가능한 생물반응기에서 적어도 160일 도안 증식을 하는 것이 바람직할 수 있다.
본 명세서에서 "회전하는" 및 유사 용어는 바람직하게는 실질적으로 실린더형이고 실질적으로 수평 판에 대하여 회전하는 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버의 회전을 의미한다. 바람직하게는 회전 속도는 분당 약 1회전(RPM)에서 약 120 RPM 범위이고 더욱 바람직하게는 약 2 RPM에서 약 30 RPM 범위이다. 그 회전가능한 생물반응기는 바람직하게는 자동으로 회전되거나 수동으로 회전될 수 있다. 또 그 회전 속도는 바람직하게는 수동적으로 조절되고, 시작되고 정지되거나 더욱 바람직하게는 센서를 사용하여 자동적으로 조절되고, 시작되고 정지될 수 있다.
본 명세서에서 "생물학적 활성 화합물을 투입하는"은 조절가능한 증식의 단계 전, 도중, 및/또는 후에 배양 챔버 속으로 생물학적 활성 화합물을 첨가하는 과정을 의미한다. 그 생물학적 활성 화합물은 본 발명의 방법 동안 및 여러 단계들 전 및/또는 후에 필요한 경우에 첨가될 수 있다. 수행되는 바람직한 테스트에 따라서, 그 생물학적 활성 화합물은 본 발명의 방법을 통하여 여러 번 그리고 다른 농도로 첨가될 수 있다. 그 생물학적 활성 화합물은 3차원 배양에 원래 포함될 수도 있다.
본 명세서에 사용된 "테스트하는"이라는 용어는 생물학적 성분에 대한 비-효과 또는 생물학적 활성 화합물의 효과를 분석하여서 생물학적 활성 화합물을 특성화하는 과정을 의미한다. 테스트되는 생물학적 성분에 따라서 그 테스트는 변할 것이다. 예를 들어 만약 생물학적 활성 화합물이 생물학적 성분의 DNA 또는 RNA의 효과를 기대한다면 그 생물학적 활성 화합물은 중합효소 연쇄반응에 의한 DNA 또는 역전사 중합효소 연쇄반응에 의한 RNA에 대한 효과를 테스트하여 특성화될 수 있다. 다른 테스트 및 테스트 방법은 질량 분광기, 유세포 분석기, 면역형광법, 크로마토그래피, 모노- 및 다이-클론 항체, 생존성 테스트, 독성 실험, 종 테스트, 생분석, 희석, 유효농도 테스트, 용량 반응 테스트, 위험성 노폐물 테스트, 치사 농도 테스트, 스크리닝 테스트, 정적 재생(static renewal) 테스트, 세포 수 및 조직 성장 테스트 그리고 방사선표지를 포함하는 장치 및 기술을 포함하나 이에 한정되지 아니한다. 바람직하게는 본 발명은 종양형성 및 유전적 이상에 대한 그 효과를 테스트하여서 생물학적 활성 화합물을 특성화하는 방법을 제공한다. 생물학적 활성 화합물을 특성화하는 본 발명의 방법에 의하여 수행될 수 있는 테스트의 다른 예들은 유전자 발현, 핵형(karyotype), 성장 속도 특징, 다세포 및 개별 세포 형태, 대사 측정, 및 세포간 관계를 포함하나 이에 한정되지 아니한다. 테스트는 바람직하게는 연결 복합체, 선 형성, 세포 극성 및 세포 사이의 형태적 관계(세포-세포 형태) 및 비세포성 성분들을 측정하는 것일 수 있다. 본 발명은 세포들을 조절가능하게 증식하는 단계들을 포함하는 방법을 제공하여서 세포들의 3차원 형태가 자연적인 세팅에 있는 것을 유지하게 하고 그것에 의하여 인 비보 환경에서 발견되는 것과 본질적으로 동일한 미세환경에서 생물학적 성분에 대한 생물학적 활성 화합물의 효과를 테스트하여 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위한 생물학적 성분을 제공하게 한다. 그 생물학적 성분은 생물학적 활성 화합물의 작용 기작, 생물학적 효과, 효율성, 전달, 이용성 및/또는 독성을 특성화하기 위하여 테스트될 수 있다.
본 명세서에서 "특성화하다"는 생물학적 성분에 대한 테스트를 수행하여서 생물학적 성분에 대하여 바람직한 생물학적 활성 화합물이 가지는 효과를 결정하는 과정을 의미한다. 테스트들은 생물학적 활성 화합물의 효과와 독성을 바람직하게 테스트하여서 수행될 수 있다. 그 생물학적 성분은 생물학적 활성 화합물의 작용 기작, 생물학적 효과, 효율성, 전달, 이용성 및/또는 독성을 특성화하기 위하여 테스트될 수 있다.
본 명세서에서 "세포-세포 형태(geometry)"라는 용어는 서로 서로에 대하여 세포 사이의 거리, 공간 및 물리적인 관계를 포함하는 세포의 형태를 의미한다. 예를 들어서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 조직, 세포 응집체 및 조직 유사 구조를 포함하는 증식된 세포 및 세포를 이용할 때 그 세포들은 인 비보 미세환경에서와 같이 서로서로에 관하여 유지한다. 그 증식된 세포들은 예를 들어서 시간과 증식에 따라 그러한 공간이 유지되지 않는 2차원 증식 용기세포들과는 다르게 세포 사이에 자연적인 공간의 범위 내에 존재한다.
본 명세서를 통하여 사용된 "세포-세포 서포트"라는 용어는 한 세포를 인접한 세포에 제공하는 서포트를 의미한다. 예를 들어 조직, 세포 응집체, 조직 유사 구조 및 세포들은 다른 세포들과 화학적, 호르몬적, 신경적(적용될수 있고/적당한)과 같은 상호작용을 유지한다. 이외에도 세포들은 서로서로에 대하여 구조적 서포트를 제공한다. 본 발명에서 이들 상호작용은 예를 들어 그들이 다른 세포들에게 독성 또는 해로운 신호를 보내기 시작하지 않는다(만약 그러한 것이 자연 혈액 환경에서 실행되지 않는다면)는 것을 의미하는 정상 기능 계수 내에서 유지된다.
본 명세서에서 사용된 "3차원 형태"라는 용어는 예를 들어 세포가 평평하게 되거나 늘어나게 되는 페트리 디쉬에서 성장한 세포로 발견된 것과 같은 2차원 형태에 대비되어 3차원 상태(그들의 자연 상태와 동일하거나 매우 유사한)에서 세포의 형태를 의미한다. 이론에 구애받지 아니하고, 그 세포들의 3차원 형태는 유지, 보존되어서 그 세포들은 3차원 형태 및 세포-세포 유지 및 형태를 유지하는 동시에 회전가능한 생물반응기의 3차원 배양에서 3차원 세포 응집체, 조직 및/또는 조직유사 구조로 발생할 수 있다. 배양 챔버에서 3차원 배양을 회전하여 그 안의 세포들을 거품을 사용한 진탕 및 교반과 같은 교반되는 환경에서 성장한 세포와 다른 3차원 형태 및 세포-세포 형태 및 서포트를 유지할 수 있다. 또 회전가능한 생물반응기의 회전은 세포를 서로서로 인접하게 하여서 그들이 인 비보 미세환경 세포에서 발견되는 3차원성을 확립하고 유지하게 할 수 있다.
본 발명의 세포들의 "세포-세포 서포트", "세포-세포 형태" 및 3차원 형태의 유지와 관련된 상기 세 정의 중 각각에서 "필수적으로 동일한" 및 "본질적으로 동일한"이란 용어는 증식 제공된 자연적인 형태 및 서포트를 의미하여서 그 세포들은 예를 들어서 3차 배양에 기능을 못하고, 조직을 재생시키지 못하거나 다른 세포들에 독성 또는 해를 주게 변하지 않는다는 것을 의미한다. 본 발명의 세포들은 증식 동안 및 후에 인 비보 상황을 모방한다. 작동에서 세포 혼합물은 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버에 위치된다. 바람직한 일 실시예에서, 그 배양 챔버는 TVEMF 공급원에 의하여 그 배양 챔버에서 TVEMF를 생성하는 동시에 일정 기간 동안 회전된다. "동시에"는 TVEMF의 전달의 시작이 배양 챔버의 회전이 시작되기 전, 동시 또는 후에 일 수 있다는 것을 의미한다. 더 복잡한 회전가능한 생물반응기에서, 배양 배지 물질이 강화된 세포의 유지를 제공하는 성장 인자, 사이토카인, 호르몬, 영양분, 버퍼 및 성장 배지를 포함하나 이에 한정되지 아니하는 배양 배지는 주기적으로 재공급되고 제거될 수 있다. 회전가능한 생물반응기의 3차원 배양에서 함유된 생물학적 성분은 증식 과정을 통하여 어느 시간에 측정될 수 있다. 또 특성화되는 생물학적 활성 화합물은 회전가능한 생물반응기에서 3차원 배양의 시작 전, 동안 또는 후에 3차원 배양에 투입될 수 있다. 생물학적 성분을 테스트하여서 생물학적 활성 화합물은 특성화될 수 있다.
사용에서 회전가능한 생물반응기는 증식의 지속동안 특정 공간 지역에서 세포의 국소화를 증가하고 세포 및 기질 공간 배향에 대한 3차원 자유도를 제공하고 유체 전단응력을 동시에 최소화하여서 섬세한 3차원 특성의 개량된 보유 및 발전을 가지게 세포들이 투입되고 현탁되고 결합되고 성장되고 유지될 수 있는 안정화된 배양 환경을 제공한다. 회전가능한 생물반응기에서 세포를 조절가능하게 증식시키는 바람직한 실시예에서 이들 세 기준(이후 "상기 세 기준"으로 기재)을 제공하고 동시에, TVEMF에 세포들을 노출한다. 본 발명의 특징은 배양 챔버의 차원, 세포들의 침강 속도, 회전 속도, 외부 중력장, TVEMF, 및 생물학적 성분과 생물학적 활성 화합물 상호작용이다.
본 발명은 심지어 생물학적 활성 화합물에 대한 세포 분해 과정이 인 비보 분해 과정을 잘 나타낸다는 것을 제공한다. 예를 들어 종양 세포의 크기 및 수의 감소가 있는지를 결정하고 작용기작은 관련된 생물학적 성분을 테스트하여서 결정하여서 화학요법제와 같은 생물학적 활성 화합물을 특성화한다. 화학요법제에 대한 성공적인 종양 감소는 그 치료제의 효과를 특성화할 수 있다. 이 경우에, 종양으로 그 생물학적 활성 화합물의 운반은 그러한 운반이 약제 또는 다른 조작에 의하여 증가될 수 있는 것에 의하여 세포 속 또는 주위로 투과하는 것을 분석할 수 있다. 세포 표면 상 또는 세포 조직 컨스트럭트 내, 내부적인 세포 서브-볼륨 내에서 약제 분포 분석은 효과적인 약 운반(독성 화합물 분석 또는 시약 작용)의 정확한 이해에 절대적이다. 그 배양된 모델 종양은 통상적인 조직 및 세포 초미세구조, 분자, 면역학 및 물리적 분석에 의한 잠재적 치료 (화학요법, 방사선, 나노입자 기능 또는 그것의 결합)에 대한 반응을 분석한다. 이 바람직한 실시예에서 생물학적 활성 화합물은 항체 함유 화합물 또는 심지어 살아 있는 면역 세포(채용된 면역치료 수단-킬러 T-세포 활성화와 같이 스스로 변형된)과 같은 면역-활성 요소들로 구성된다. 그와 같이, 생물학적 활성 화합물은 이들 구성요소에 대하여 본 발명에 주어진 운동 자유도에 의하여 특별하게 잘될 수 있는 살아있는 세포 성분을 포함할 수 있어서 타겟 조직(이 경우에는 종양)과 그들이 자유롭게 상호작용할 수 있게 한다.
회전가능한 생물반응기의 조작에 관한 안정화된 배양 환경은 배양 배지에서 조건, 특히 세포 투입 전 유체 속도 차이 그것은 그들의 투여에 대한 세포의 거의 균일한 현탁을 유지하고 그것에 의하여 세포 혼합물의 첨가에 대한 3차원 배양을 시작하게 한다. 바람직한 실시예에서, 배양 배지는 회전가능한 생물반응기의 유사하게 회전하는 챔버 벽의 범위 내에서 축에 대하여 거의 고체(solid body) 수평 회전 속으로 초기에 안정화된다. 이 조건에서 배양 챔버 벽은 시작 과도형상 및 관련된 과도 속도 차이가 없어지기 때문에 배양 챔버 내용물과 같은 각 속도로 회전한다. 배양 챔버 벽들은 배양 챔버 내용물에 회전을 처음에 제공하기 위하여 배양 배지에 대하여 운동하게 세팅되었다. 이 과도 현상 동안, 배양 챔버 스핀-다운, 현저한 유체 속도 차이 및 관련된 유체 전단응력이 존재한다. 배양 챔버와 내용물이 항상 상태에 도달한 후 이들 차이는 현저하게 감소하고 그 내부의 유체 전단응력은 최소화된다. 안정화된 배양 환경에 배양 배지를 투여하고 이동하는 세포들은 따라서 3차원 배양을 시작하고 유지한다. 3차원 배양은 중력, 원심력 및 전향력의 영향하에서 이동하고 3차원 배양의 배양 배지에서 세포, 입자 또는 다른 요소들의 존재는 배양 배지에 2차 효과를 유도한다. "요소들"이라는 용어는 바이러스, 나노입자, 노폐물, 죽은 세포, 세포 및 다른 물질을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 3차원 배양의 배양 배지에 존재하는 어떠한 것을 포함하는 것을 의미한다. 배양 챔버에 대한 배양 배지의 현저한 운동, 현저한 유체 전단 응력 및 다른 유체 운동은 배양 배지 내에 이들 세포, 입자들 및/또는 요소들의 존재에 기인한다.
이들 요소의 일부는 편의 또는 효과를 위하여 배양 챔버 내 액체 구획 내에서 자유롭게 운동하는 다른 요소들과 배양 챔버 벽 회전과 고정될 수 있는 것이 바람직하다. 그러한 "고정화된" 요소들은 단순한 조작자 편의(후에 특정한 요소를 위치하는 것과 같은) 또는 밀접한 관찰을 위하여 자유롭게 현탁된 요소들에 의하여 경험된 불가피한 벽 충격에 의하여 불리하게 영향받는, 배양 챔버 내에서 심지어 낮은 침강 유도된 잔류 유체 응력에 의하여 손상된 요소들, 너무 무거위서 회전하는 유체만에 의하여 부유될 수 없을 수 있는 물질(기질과 같은)일 수 있다. 그러한 "고정화된" 요소들의 투입은 본 명세서의 주제인 생물학적 활성 화합물과 무관하게 그 자체로 배양 과정에서 개량을 나타내는 것이 주목된다. 예를 들어 개량된 심장 밸브를 만들기 위하여 그 기질 상에 부착을 위하여 많은 세포들이 투여될 때 회전하는 배양 챔버 내에 심장 밸브 모양 기질을 달을(hang) 수 있다.
대부분의 경우에 안정화된 배양 환경이 준비된 세포들은 초당 0.5 cm 이하의 낮은 속도로 침강한다. 따라서 3차원 배양의 초기 단계에서, 넓은 회전 속도 범위(바람직하게는 약 1에서 약 120 RPM, 더욱 바람직하게는 약 2에서 약 30 RPM) 및 챔버 직경(바람직하게는 약 0.5에서 약 36 인치)를 선택하는 것이 가능하다. 바람직하게는 가장 낮은 회전 속도가 장비 노후 및 3차원 배양의 핸들링과 관련된 다른 병참들을 최소화하기 때문에 바람직하다.
이론에 구애받지 아니하고, 각속도에서 외부 중력 속도에 대하여 실질적으로 수평 축에 대한 회전은 3차원 배양 내에 부유된 세포들의 궤도 경로를 최적화한다. 작동에서 그 세포들은 증식하여 세포 응집체 덩어리, 3차원 조직, 비-괴저성 세포 덩어리 및/또는 조직 유사 구조를 형성하고, 그것은 3차원 배양이 진행됨에 따라서 크기가 커진다. 3차원 형태 및 세포-세포 형태 및 서포트와 같은 세포 사이의 상호작용은 자연적 세팅된 세포들, 인 비보 미세환경에서 발견된 것을 실질적으로 모방한다. 3차원 배양의 진행은 3차원 배양에서 3차원 세포 덩어리의 직경의 증가를 시각, 수동 또는 자동적으로 결정하여서 바람직하게는 평가된다. 특정한 경로를 최적화하기 위하여 3차원 배양에서 세포 응집체, 조직, 비-괴저성 세포 덩어리 및/또는 조직 유사 구조의 수 및/또는 크기의 증가 또는 감소는 회전 속도의 적당한 조절을 요할 수 있다. 배양 챔버의 회전은 회전가능한 TVEMF 생물반응기의 배양 챔버의 한정된 범위, 다른 세포들에 대한 세포들의 위치화, 충돌 강도 및 충돌 빈도수를 적당하게 조절한다. 회전을 조절하기 위하여, 만약 세포들이 아래쪽 편에 대하여 안쪽으로 위쪽편에 대하여 바깥쪽으로 과도하게 찌그러지면 분당 회전수("RPM")를 증가하는 것이 바람직하다. 만약 세포들이 바깥벽에 대하여 과도하게 원심분리되는 것이 관찰되면 그 RPM을 감소시키는 것이 바람직하다. 이론에 구애받지 아니하고, 침강 속도 또는 높은 중력이 관점에서 조작 한계에 도달한 때, 조작자는 이들 조건 모두를 만족시킬 수 없을 수 있으며 상기 세 기준에 대하여 측정된 것과 같이 수행에서 분해를 수용하여야 한다.
세포 침강 속도 및 외부 중력장은 3차원 배양의 배양 배지를 통하여 세포들 및/또는 요소들의 중력 유도된 추진력에 기인한 심지어 회전가능한 생물반응기의 작동 범위 내에서 얻어질 수 있는 유체 전단응력에 대한 낮은 제한을 둔다. 계산 및 측정들은 외부 중력 장 강도에 대한 세포 및/또는 요소들의 말단 침강 속도 (배양 배지를 통한)를 야기하는 것과 매우 근접하게 이 최소 유체 전단 응력에 위치한다. 세포와 배양 배지 상호작용에 기인한 2차 효과와 함께 원심 및 전향 유도된 운동[고전적인 각 운동학은 전향력과 관련된 하기 방정식, 즉 물체의 질량(m), 회전하는 프레임에서 그 속도(vr) 및 레퍼런스의 회전하는 프레임의 각속도(□): 전향력= -2 m (w x vr)을 제공한다]은 세포가 증식함에 따라 그 유체 전단응력을 더 변쇠시키게 작용한다.
이론에 구애받지 아니하나 외부 중력장이 감소함에 따라 더 밀집되고 더 큰 3차원 구조가 얻어질 수 있다. 최소 유체 전단응력 수준을 얻기 위하여, 배양 배지와 실질적으로 동일한 속도에서 배양 챔버가 회전되는 것이 바람직하다. 이론에 구애받지 아니하고, 이것은 3차원 배양에 대하여 유도된 유체 속도 구배를 최소화한다. 상기 세 기준을 만족시킬 수 있는 증식 속도에 대한 범위 내에서 세포 크기(및 관련된 침강 속도)를 유지하기 위하여 조직 형성의 크기 및 속도를 조절하는 것이 바람직하다. 그러나 속도 구배 및 결과적인 유체 전단응력은 3차원 세포 응집체에 대한 전단 응력의 효과를 연구하는 것과 같은 특정 연구 목적을 위하여 의도적으로 소개되고 조절될 수 있다. 또 증식과정의 일시적인 파괴는 초기 시스템 점화, 샘플 획득, 시스템 유지 및 3차원 배양 종결 동안에 보급 목적을 위하여 허용되고 용인된다.
중력에 실질적으로 수직인 축에 대한 세포 회전은 여러 침강 속도를 생성할 수 있고 본 발명에서 모든 것은 수 초(침강 특성이 클 때)에서 수 시간(침강 차이가 작을 때)의 범위 기간 동안 개별 지역에서 공간적으로 위치하게 한다. 이론에 구애받지 아니하고, 이것은 3차원 배양에서 서로 서로를 연관하고 다중 세포 구조를 형성하는데 필요한 상호작용을 하는데 충분한 시간을 이들 세포들에 제공한다. 그 세포들은 필요한 경우에 회전가능한 생물반응기에서 바람직하게 증식할 수 있다. 그 세포들은 회전가능한 생물반응기에서 적어도 160일간 바람직하게 증식을 계소갈 수 있다.
배양 챔버 차원은 본 발명의 3차원 배양에서 세포들의 경로에 영향을 준다. 배양 챔버 직경은 의도된 3차원 배양을 위하여 적당한 부피 바람직하게는 약 15ml에서 약 2L의 부피를 가지고 세포의 충분한 시딩 밀도를 제공하게 바람직하게 선택된다. 이론에 구애받지 아니하고, 원심력에 기인한 바깥쪽 세포 추진력은 높은 배양 배지 직경에서 과장되고 신속하게 침강하는 세포에 대하여 과장된다. 따라서 최종 3차원 배양 단계(높은 침강 속도를 가지는 가장 큰 세포 응집체가 형성될 때)에서 예측되는 조직들의 침강 특성의 함수로 배양 챔버의 최대 반경을 제한하는 것이 바람직하다.
3차원 배양에서 세포 경로는 중력, 원심력 및 전향 효과에 기인한 세포 운동을 통합하여 분석적으로 계산된다. 이들 결정하는 방정식들은 조작자로 하여금 특정 계획된 3차원 배양에 대한 선택가능한(또는 최적의) 계수를 선택하고 그 과정을 모델화하게 한다. 도 4는 외부(비회전하는) 레퍼런스 프레임으로부터 관찰된 것과 같은 세포 궤도의 전형적인 형태를 나타낸다. 도 5는 RPM (초당 0.5 cm 말단 속도로 침강하는 전형적인 세포에 대한)의 함수로 작성된 이상적인 원형 유선으로부터 세포의 방사상 편차의 그래프이다. 이 그래프(도 5)는 중력 침강에 의하여 유도된 것과 같은 사인형태로 변하는 방사상 세포 편차의 감소하는 진폭을 나타낸다. 도 5는 또한 RPM이 증가함에 따라서 원심력에 기인한 증가하는 방사상 세포 편차(회전 당)를 나타낸다. 이 상반되는 제한들은 세포벽에서 축적 또는 세포벽과 세포 충돌을 바람직하게 최소화하기 위하여 최적 RPM을 조심스럽게 선택하는데 영향을 준다. 작동하는 RPM 선택의 관점에서 외부 중력장 강도가 증가하거나 세포 침강 속도가 증가함에 따라서 증가하게 제한되는 곡선의 계열들이 생성된다. 이들 곡선의 계열, 또는 바람직하게는 이들 결정하는 궤도 방정식을 해결하는 컴퓨터 모델은 주어진 회부 중력장 강도에서 주어진 침강 속도의 세포들의 증식을 위한 최적 RPM과 챔버 차원을 선택하기 위하여 바람직하게 이용된다. 이론에 구애받지 아니하고, 전형적인 3차원 배양이 증식됨에 따라서 조직, 세포 응집체 및 조직 유사 구조들이 크기 및 침강속도가 증가하고 따라서 회전 속도는 그것을 최적화하기 위하여 바람직하게는 조절될 수 있다.
3차원 배양에서, 세포 배지의 회전하는 레퍼런스 프레임으로부터 온 그 세포 궤도(도 4)는 회전하는 중력 벡터의 영향 하에서 거의 원형 경로로 움직이는 것을 보인다(도 6). 이론에 구애받지 아니하나, 그 원심력과 전향력, 두 위(pseudo)력은 회전하는(가속된) 레퍼런스 프레임으로부터 오고 거의 원형 경로의 왜곡을 야기한다. 높은 중력 수준과 높은 세포 침강 속도는 비 회전하는 레퍼런스 프레임에서 보여지는 것과 같은 이상적인 원형 궤도로부터 더 큰 상각궤도 편차를 생성한다. 회전하는 레퍼런스 프레임에서 이론에 구애받지 아니하고 만약 중력 벡터가 회전되지 않았다면 그 세포들이 작은 원형으로 침강하는 것(회전하는 레퍼런스 프레임에서 관찰된 것과 같은)보다 긴 시간 동안에 크게 감소된 전체 축적 분리를 가지고 서로 서로 인접하게 공간적으로 위치되어 유지될 것이다. 따라서 작동에서 회전가능한 생물반응기는 다른 침강 특성의 세포들에 기계적으로 상호작용하는데 충분한 시간을 제공하고 따라서 수용성 화학적 신호를 통하여 인 비보에서 발견되는 것과 실질적으로 동일한 세포-세포 서포트 및 형태를 모방한다. 작동에서 본 발명은 바람직하게는 약 0 cm/초에서 10 cm/초의 침강 속도를 제공한다.
또 조작에서 본 발명의 배양 챔버는 신선한 배양 배지, 세포 혼합물, 생물학적 성분 및 생물학적 활성 화합물의 공급 및 생물학적 성분의 샘플 및 대사 노폐물을 포함하는 사용된 일정 부피의 세포 배지를 제거 그러나 그에 한정되지 아니하는 목적을 위하여 적어도 하나의 틈을 가진다. 바람직하게 세포 배지의 교환은 배양 배지 루프를 통하여 가능할 수 있고, 여기서 신선한 또는 재생된 배양 배지는 배양 챔버 내에 바람직하게는 대사 가스 교환, 영양분 운반 및 대사 노폐물 제거를 유지하는데 충분한 속도로 이동될 수 있다. 이것은 정지된 3차원 배양에서 다소 변쇄될 수 있다. 따라서 수 시간에서 몇 달 동안 현저한 대사 부담을 유지할 수 있는 장기간 3차원 배양을 제공하기 위하여 대사 노폐물 제거를 위한 기작 및 3차원 배양의 배양 배지에 호흡가스 교환, 영양분 운반, 성장 인자 운반을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 바람직한 성분들의 유지를 위한 기작이 소개되는 것이 바람직하다.
본 발명은 바람직하게 3차원 배양에 노출되고, 그리하여 3차원 형태 및 세포-세포 서포트 및 형태를 유지하는 세포들의 촉진된 증식을 제공할 뿐만 아니라 예를 들어 성장을 촉진하는 유전자의 업-조절 또는 성장을 저해하는 유전자들의 다운-조절과 같은 증식 동안 세포들의 일부 특성에 영향을 주는 TVEMF에 생물학적 성분 및 세포들을 노출한다. 전자기장은 TVEMF 공급원에 의하여 생성된다. 작동에서 회전가능한 생물반응기의 전기적으로 전도성 코일은 배양 챔버와 바람직하게는 회전가능하고 그것은 배양 챔버와 같은 축에 대하여 같은 방향에 있다는 것을 의미한다. 또한 전기적으로 전도성 코일은 회전가능한 관류된 TVEMF- 생물반응기의 배양 챔버에 대하여 바람직하게는 고정될 수 있다. 전기적으로 전도성 코일은 바람직하게는 통합될 수 있고, 그것은 회전가능한 TVEMF 생물반응기의 배양 챔버의 전기적으로 전도성 코일의 배양 챔버의 외부 주위에 감싸지고 고정된 것을 의미한다. 그 TVEMF 공급원은 회전가능한 TVEMF 생물반응기에 작동가능하게 연결된다. 본 발명의 방법은 지금까지 얻어지지 않은 형태에서 이들 세 기준들을 제공하고, 3차원 배양을 최적화하고, 동시에 충분한 시간에 충분한 증식(부피 당 수의 증가, 조직에 관한 직경, 또는 농도)이 되게 증식을 촉진하고 유지한다.
회전가능한 생물반응기의 작동에 의하여 생성된 정량적으로 특이한 세포들 이외에, 이론에 구애받지 아니하고, 조직 배양 및 세포에 대한 전체 배양 챔버의 이용에 관하여 증가된 효율은 달성된 실질적으로 단일하고 균일한 현탁에 기인하여 얻어질 수 있다. 따라서 유리하게는, 작동 시에 회전가능한 생물반응기는 덜 인간 자원을 가지는 동일한 회전가능한 생물반응기 내의 세포들의 증가된 수를 제공한다. 많은 세포 타입들은 이 방법에서 이용될 수 있다. 인 비보 세포 형태의 정확한 인 비트로 모델을 요하는 임상 적용 뿐 아니라 기본적인 세포 및 조직 생물학 연구는 본 명세를 통하여 그리고 상기에 기재된 것과 같이 본 발명의 증식된 세포들 및 조직들이 자연적인 발생하는 비 증식된 세포들과 본질적으로 동일한 3차원 형태 및 세포-세포 서포트 및 형태를 가지기 때문에 상기 것을 사용하는 방법 및 본 발명은 향상을 제공하는 곳에 적용된다. 인 비보 환경과 매우 비슷한 환경에서 생물학적 활성 화합물을 테스트하는 것은 유용하다.
생물학적 활성 화합물의 독성 및 효과는 생물학적 활성 화합물을 특성화하기 위하여 테스트될 수 있다. 생물학적 활성 화합물을 테스트하기 위하여, 인 비트로 조직 모델에서 정확성의 형성은 매우 바람직하다. 회전가능한 생물반응기는 인 비보 미세환경을 거의 나타내는 형태로 세포들이 생물학적 활성 화합물을 반응할 수 있는 본질적으로 정지된 세포들 3차원 배양을 포함하는 독특하고 유용한 인 비트로 환경을 제공할 수 있다.
다른 군들의 약제들은 다른 작용기작을 가지지만 본 발명에서 언급하는 약제 개발 과정에 의하여 공유하는 일반적인 특징들이 있다. 예를 들어 항 바이러스제인 경우, 바이러스 입자의 완전한 생태 주기는 개입할 수 있는 기회를 제공한다. 바이러스 생태 주기는 적어도 타겟 세포 주위에 바이러스 입자의 초기 이동 및 위치화, 세포 막 침투, 유전자 통합, 바이러스 서브-입자 제조, 바이러스 입자 조합 및 바이러스 방출을 포함한다. 이 바이러스 생태 주기에서 특정 단계들은 항 바이러스 제와 같은 생물학적 활성 화합물이 지시되고 약효를 테스트되는 단계들이다. 따라서 그러한 테스트들은 본 발명에서와 같이 회전가능한 생물반응기에서 증식에 의하여 제공된 인 비보 미세환경과 매우 유사한 높은 충실도 세포 및 다세포 조직 수준을 요한다. 본 발명의 방법에 의하여 바람직하게 테스트될 수 있는 바이러스들의 주된 예들은 레트로바이러스 RNA(역전사 의존) 감염 바이러스 입자뿐 아니라 통상의 DNA 바이러스 그리고 HTV, 조류 독감, 간염, 헤르페스 바이러스를 포함한다. 유사한 프로그램이 톡신 노출에 대한 독성 증후군에 대하여 테스트될 수 있고 교정적인 개입(예를 들어 중금속 노출)을 제공할 수 있는 세균 감염에 대한 바람직하게는 항균제와 같은 생물학적 활성 화합물의 효과를 바람직하게 테스트하기 위하여 수반될 수 있다.
다른 생물학적 활성 화합물들이 그 생물학적 활성 화합물드이 이들 정상적인 조직 및 세포 기능을 잠재적으로 회복하거나 질환 상태를 저해하기 위하여 정상적인 조직 및 세포 기능을 조절할 수 있는 지를 포함하는 정상적인 조직 및 세포 기능 및 형태에 대한 그들의 효과를 결정하기 위하여 바람직하게는 테스트될 수 있다. 이론에 구애받지 아니하고, 질환 상태에서 정상적인 조직 및 세포 기능은 종종 조절 및 피드백 기작 문제로 인하여 과- 또는 저-발현된다. 예를 들어, 성인형 당뇨병의 경우에, 인슐린에 대한 세포 반응(포도당을 넣는 것)은 희박하게된 세포 막 인슐린 수용체들, 비효과적인 수용체들 또는 방해된 수용체들(항체)에 기인하여 부적당하다. 성인형 당뇨병을 취급하기 위하여 테스트되어야 되는 약제의 꾸준한 흐름은 이들 세포 기능 및 구조가 정상으로 회복되는 것을 지시한다. 실질적으로 인 비보 환경을 모방하는 인 -비트로 모델, 여기서 인 비보 미세환경과 실질적으로 동일한 3차원 형태 및 세포-세포 서포트 및 형태를 가지는 세포들이고, 인 비보 미세환경을 모방하는 세포 및 조직 기능을 유지하는 인 비트로 모델은 생물학적 활성 화합물들의 효과들을 테스트하기 위한 본 발명에서 제공되고 따라서 그것을 특성화한다.
바람직하게는 생물학적 활성 화합물들의 효과를 테스트하는 동시에 인 비트로에서 향상된 충실도에 배양되고 약제에 노출될 수 있는 타겟 세포 및/또는 조직 뿐 아니라 다른 관련없는 조직에 대한 독성도 본 발명의 방법에 의하여 테스트될 수 있다. 바람직하게는 악성적으로 형질전환된(암) 조직과 같은 병원성 타겟에 대한 잠재적인 생물학적 활성 화합물들의 평가를 위한 회전가능한 생물반응기의 3차원 배양에서 유사하게 배양될 수 있다.악성 조직에 대하여 테스트될 수 있는 일부 바람직한 생물학적 활성 화합물들은 화학치료제, 방사선치료제,항-전이성, 종양 맥관형성 제거 및 나노입자제를 포함하나 이에 한정되지 아니한다.
미래는 나노-입자(“나노입자”는 인공적인 생물활성 입자를 의미) 치료 양상(암뿐 아니라 비-형질전환된 질병 상태 교정)에 대한 큰 유망성을 가지고 이들의 개발은 인 비트로 모델(질환 및 정상 모두)에서 정확한 조직 배양에 의존될 것이다. 따라서 바람직하게는 타겟 동정, 부착, 입장, 직접 입자 간섭, 약제 방출과 같은 2차 입자 기능들, 입자 수명/주기, 분해 및 제거를 포함하나 이에 한정되지 아니하는 나노-입자의 기능을 테스트하는 생물학적 활성 화합물들을 회전가능한 생물반응기에서 본 발명의 증식 과정에 의하여 테스트될 수 있다. 바람직하게는 치료 목적을 충족하는 변형된 바이러스로 구성된 하이브리드가 유사하게 테스트될 수 있다.
본 발명은 또한 줄기 세포로부터 원하는 조직(또는 커미티드 전구세포 계)를 생산하고 줄기 세포(또는 전구 세포)를 갱생하기 위하여 지시된 경로에 따라서 줄기세포를 약학적으로 조절, 변형, 또는 갱생 및 분화 발생의 기작을 바람직하게 테스트하는 방법을 제공한다. 바람직한 실시예에서 본 발명은 인 비보에서 발견되는 것과 실질적으로 동일한 3차원 형태, 세포-세포 서포트 및 형태를 유지하는 동시에 인 비트로에서 정확하게 줄기세포들을 증식하는 방법을 제공한다. 그러한 바람직한 실시예에서 수용성이고 직접적인 접촉 조절 기작에 대한 그들의 반응에 대하여 테스트될 수 있는 줄기 세포들을 가지는 3차원 배양은 생착 질 평가와 같은 간접 임상 사용에 대하여 바람직하게 테스트될 수 있다. 본 발명의 광범위한 적용을 서술하기 위하여 일부 부가적인 바람직한 실시예들은 이뇨 능력 및 신장 세뇨관 및 태트릭스 복합체에 대한 신장독성;회전가능한 생물반응기에서 증식된 평활근에서 혈압 조절 치료에 대한 반응 테스트; 및 자가면역 모델에 대한 생물학적 활성 화합물들 테스트를 포함한다.
본 발명은 여기에 존재하는 것뿐만 아니라 목적을 수행하고 목적 및 여기에 언급된 효과를기 위하여 잘 채택된다. 본 발명의 범위를 벗어나지 아니하고, 여기에 기재된 모든 내용은 예시적으로 해석되어야지 한정적으 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 사상 및 범위을 벗어나지 아니하고 다양한 변경이 본 발명에서 만들어 질수 있고 따라서 본 발명은 도면 및 상세한 설명 뿐 아니라 첨부된 청구범위에 의하여 한정되지 않는 다는 것은 당업자에 명백할 것이다.
도 1은 회전가능한 생물반응기의 바람직한 실시예의 입면도;
도 2는 회전가능한 생물반응기의 바람직한 실시예의 측면 투시도;
도 3은 회전가능한 생물반응기의 배양 담체 흐름 루프의 바람직한 실시예를 도식적으로 묘사한 것이고;
도 4는 비 회전하는 레퍼런스 프레임에서 전형적인 세포의 궤도 경로;
도 5는 회전 당 세포의 편차의 크기 그래프;
도 6은 배양 배지의 회전하는 레퍼런스 프레임에서 관찰된 것과 같은 대표적인 세포 경로를 나타낸다.
작동 방법
작동에서 바람직하게 15 ml에서 약 2L의 배양 챔버를 가지는 회전가능한 생물반응기는 의도된 부가적인 부피의 배양 배지, 세포들, 생물학적 활성 화합물들 및/또는 의도된 3차원 배양의 바람직한 성분들을 위한 공간만을 가지고 증식되는 인간 세포들을 위하여 바람직하게는 알부민(5%)과 바람직하게는 G-CSF가 보충된 적당한 배양 배지로 완전하게 충진된다. 바람직하게는 조절된 환경 배양기는 완전하게 회전가능한 생물반응기를 감싸고 바람직하게는 약 5% CO2와 약 21% 산소 및 온도는 바람직하게는 약 26℃에서 약 41℃, 더욱 바람직하게는 약 37℃± 2℃이다. 바람직하게는 회전가능한 생물반응기는 융합된 온도계, 히터, 및 공기 조절기(CO2, 02, 및/또는 질소의 조절을 포함).
초기적으로 안정된 배양 환경은 배양 배지에서 창조된다. 회전은 약 10 RPM에서 바람직하게 시작할 수 있다. 1O RPM는 그 비드가 중력 유도된 정착 또는 회전 적으로 유도된 원심분리에 의해서 챔버 벽에 상당하게 축적되지 않는 미세담체 비드 궤도 상각 궤도를 생성하는 바람직한 속도이다. 이 방법에서 그 회전가능한 생물반응기는 3차원 배양에서 최소 속도구배 및 유체 전단응력을 생성한다.
만약 세포부착 기질이 사용된다면, 세포 부착 기질은 바람직하게는 배양 배지 ml당 5mg 세포부착 기질의 적당한 밀도를 주기 위하여 배양 챔버 속으로 세포를 동시 또는 차후에 투입하고 바람직하게 부착 의존성 세포에 대한 세포 부착 기질은 미세담체 비드들이다. 세포 혼합물은 운반 시스템을 통하여 통과할 때 세포 손상을 최소화하기 위하여 바람직하게는 매우 짧은 시간 바람직하게는 2분 동안 배양 챔버 틈을 통하여 3차원 배양을 시작하는 안정화된 배양 환경 속으로 투입된다. 바람직하게 세포 혼합물 및/또는 세포 부착 기질이 만약 사용된다면 주사기를 통하여 운반된다.
세포들의 주입이 완성된 후, 배양 챔버는 바람직하게는 1분, 바람직하게는 10 RPM 이하에서 실질적으로 수평 축에 대하여 초기 회전에 바르게 복귀하고, 그것에 의하여 세포들에 대하여 얻어질 수 있는 유체 전단응력에 복귀한다. 초기 로딩 및 부착 시디 동안, 그 세포들은 짧은 시간, 바람직하게는 2시간에서 4시간 더욱 바람직하게는 일시적인 흐름을 완충하기에 충분한 시간 동안 평형화되게 한다.
본 발명에서 테스트된 생물학적 활성 화합물은 세포들의 증식 전, 동안 및/또는 후에 3차원 배양에 투여된다. 생물학적 활성 화합물들의 투여 방법은 생물학적 활성 화합물이 취하는 형태들(즉 기체, 액체 또는 고체)에 의존하고, 또한 배양 챔버에 투여되는 생물학적 활성 화합물을 가지는 틈에 의존한다. 또 그 농도는 궁 극적으로 수행되는 바람직한 테스트 및 생물학적 활성 화합물의 원하는 결과에 의존될 것이다.
3차원 배양의 증식이 진행됨에 따라 집합된 세포들의 침강 속도 및 크기는 생물학적 활성 화합물에 의존하여 증가되고 시스템 회전 속도는 현재 증가된 직경 조직 단편들의 이상적인 원형 유선들로부터 중력적으로 유도된 궤도 찌그러짐을 감소시키기 위하여 증가될 수 있다(바람직하게는 약 1에서 2 RPM의 증감으로 증가. 생물학적 활성 화합물의 효과에 의존하여 그 집합된 세포들 또는 세포 덩어리는 크기가 증가 또는 감소할 수 있다. 각 방법에서 3차원 배양의 회전 속도는 회전가능한 생물반응기의 내부와 충돌을 저해하기 위하여 조절할 필요가 있을 수 있다. 벽 충돌은 바람직하지 않으나 그들이 가능할 수 있다. 그러나 회전가능한 생물반응기는 적어도 정지된 3차원 배양을 파괴하지 않기 위하여 충분하게 낮은 효과적인 충격을 제공한다.
증식 동안, 배양 챔버에서 3차원 배양의 회전 속도는 3차원 배양세서 세포들이 실질적으로 수평 축 또는 수평축 주위에 유지하게 하기 위하여 평가되고 조절될 수 있다. 회전 속도 증가는 섬세한 구조의 3차원 성장에 해로우 과량의 벽 충돌을 저해하기 위하여 보증된다. 예를 들어, 회전에서 증가는 만약 3차원 배양에서 세포들이 회전 주기의 아래편에 대하여 초과적으로 안쪽 또는 아래쪽 그리고 회전 주기의 윗편에 대하여 초과적으로 바깥쪽 그리고 불충분하게 위쪽에 해당되면 바람직하다. 최적적으로, 사용자들은 세포들의 3차원 형태 및 세포-세포 서포트 및 세포-세포 형태를 유지하기 위하여 최소 충돌 빈도수 및 강도를 촉진하는 회전 속도를 바 람직하게 선택할 필요가 있다. 본 발명의 바람직한 속도는 약 2에서 약 30 RPM, 바람직하게는 약 10에서 약 30 RPM이다.
3차원 배양은 바람직하게는 투명한 배양 챔버를 통하여 시각적일 수 있고 수동적으로 조절될 수 있다. 3차원 배양의 평가 및 조절은 배양 챔버 내에서 세포들의 위치를 조절하는 센서(예를 들어 레이져)에 의하여 자동화될 수 있다. 너무 많은 세포 운동을 나타내는 센서 리딩은 그에 따른 회전 속도를 조절하는 기작을 자동적으로 야기한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 세포 혼합물의 초기 로딩 및 만약 세포부착 기질이 이용된다면 바람직하게는 부착 기간 후(2에서 4 시간), TVEMF 출력이 배양 챔버에서 3차원 배양에서 원하는 전자기장을 생성하기 위하여 TVEMF 공급원은 켜지고 조절된다. 그 TVEMF는 바람직하게는 초기 로딩 및 부착 기간 동안 3차원 배양에 바람직하게 적용될 수 있다. TVEMF는 그것이 종결될 때까지 증식 기간의 길이 동안에 3차원 배양에 공급되는 것이 바람직하다.
전기적으로 전도성 코일의 크기 및 회전가능한 TVEMF 생물반응기의 배양 챔버 주위를 감싼 횟수는 TVEMF가 그 전기적으로 전도성 코일에 공급될 때, TVEMF가 회전가능한 TVEMF 생물반응기의 배양 챔버 내의 3차원 배양에서 생성되는 범위이다. 상기 TVEMF는 바람직하게는 (1) 100 가우스 이하의 힘 진폭을 가지고 초당 1000 가우스이상의 소(slew) 속도를 가지는 TVEMF, (2) 실질적으로 낮은 힘 진폭, 100Hz이하의 주파수를 가지는 양극 스퀘어파를 가지는 TVEMF, (3) 실질적으로 100% 이하의 듀티 사이클을 가지는 낮은 힘 진폭 스퀘어파를 가지는 TVEMF (4) 1 ms 이 하 지속 진동(duration pulse) 동안 초당 1000 가우스이상의 소(slew) 속도를 가지는 TVEMF (5) 실질적으로 1% 이하의 듀티 사이클을 가지는 양극 델타 기능-유사 진동 소(slew) 속도를 가지는 TVEMF (6) 1% 이하의 듀티 사이클과 양극 델타 기능-유사 진동 소(slew) 속도를 가지고 100 가우스 이하의 피크에서 피크 힘 진폭을 가지는 TVEMF, (7) 3차원 배양을 통하여 단일한 힘 강도를 만드는 솔레노이드 코일을 사용하여 적용된 TVEMF, (8) 그리고 3차원 배양 내에서 초점화되는 자기 흐름 및 자기 흐름의 공간적인 차를 제공하는 흐름 농축기를 이용하여 적용된 TVEMF 중 하나로부터 선택된다. 그 진동하는 전자기력 강도의 범위는 3차원 배양에서 세포들의 원하는 촉진을 달성하기 위하여 선택될 수 있는 계수이다. 그러나 이들 계수들은 본 발명의 TVEMF를 제한하는 것을 의미하는 것은 아니고, 그러한 것은 본 발명의 다른 특징에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들어 TVEMF는 ENl 31 세포 센서 가우스 미터와 같은 표준 장치에 의하여 측정될 수 있다.
신속한 세포 증식 및 증가하는 전체 대사 요구는 영양분, 신선한 성장 배지, 성장 인자, 호르몬, 및 사이토카인을 포함하나 이에 한정되지 아니하는 3차원 배양에서 배양 배지를 강화하는 바람직한 상분들의 간헐적인 첨가를 요한다. 이 첨가는 포도당 및 다른 영양분 레벨을 유지하기 위하여 바람직하게 증가된다. 회전가능한 생물반응기에서 신속한 세포 및 조직 증식 동안에, 노폐물을 포함하는 배양 배지는 필요한 경우에 제한될 수 있다. 생물학적 성분의 샘플은 테스트되는 3차원 배양으로부터 제거될 수 있고 배양 챔버 회전은 실질적인 취급을 허용하기 위하여 일시적으로 정지될 수 있다. 3차원 배양은 우수한 세포 궤도를 선택하는 것이 가능한 지 점; 중력이 낮은 전단 3차원 배양의 관점에서 수행을 낮추는 제한을 소개하는 지점 아래로 진행될 수 있다. 또 증식 후, 그 세포들은 조직의 재생, 연구 및 질병의 치료를 포함하는 치료 목적으로 사용될 수 있다.
하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 기재이나 그것에 의하여 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
실시예 1-성체 줄기 세포의 증식 및 생물학적 활성 화합물
제조
도 1 및 2의 바람직한 실시예에서 기재된 75 ml 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버는 멸균 및 세척을 위한 추천된 농도의 제제 및 멸균 용액(Roccal II)에 의하여 세척하고, 고 수준 탈이온수로 충분하게 담구고 씻어내는 것을 수반하여 바람직하게 제조될 수 있다. 회전가능한 생물반응기는 오토크레이브에 의하여 멸균되고 배양 배지로 한번 씻어낸다. 만약 회전가능한 생물반응기의 디스포저블한 배양 챔버가 이용된다면 바람직하게는 그 디스포저블한 배양 챔버는 이미 멸균되어 있고 단순하게 포장으로부터 제거되고 모터 상에 조립될 필요가 있다. 전기적으로 전도성 코일을 가지는 바람직한 실시예에 대하여 전기적으로 전도성 코일은 회전가능한 생물반응기의 TVEMF 공급원에 연결된다.
말초혈 줄기세포의 증식
회전가능한 생물반응기는 5% 인간 알부민, 100 ng/ml 재조합 인간 G-CSF (Amgen Inc., Thousand Oaks, CA), 및 100 ng/ml 재조합 인간 줄기 세포 인자(SCF) (Amgen)가 보충된 Isocove's modified Dulbecco's medium (IMDM) (GIBCO, Grand Island N-Y.)으로 구성된 배양 배지로 바람직하게는 충진될 수 있다. 또 DMSO에 녹인 구리 킬레이팅화제 D-페니실라민[D(-)-2-아미노-3-메캅토-3-메틸부토노익산] (Sigma-Aldrich)이 10 ppm의 양으로 회전가능한 생물반응기 내 배양 배지로 바람직하게 투여될 수 있다. 말초 혈로부터 유래한 성체줄기 세포(CD34+/CD38-)는 0.75 x 106 세포/ml의 농도로 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버에 위치될 수 있다. 바람직하게는 그 배양 챔버는 세포 혼합물이 거기에 위치되기 전에 평형화된다. 만약 배양 배지 흐름 루프가 이용된다면, 도 3의 바람직한 실시예에 묘사된 것과 같이, 배양 배지의 평형화가 안정화된 배양 환경을 창조하는 것이 바람직하다. 그 안정화된 배양 환경은 세포 혼합물의 첨가를 위한 실질적으로 낮은 전단응력 수준을 제공한다.
그 모터는 바람직하게는 약 30 RPM의 속도로 켜져야 된다. 만약 그 배양 챔버 및 배양 배지가 평형화되면, 회전 속도는 회전의 바람직한 속도로 천천히 복귀되어야 한다. 회전가능한 생물반응기의 회전은 바람직하게 매일 평가될 수 있고 배양 배지의 중간에서 실질적으로 3차원 배양의 세포를 유지하고 벽 충돌을 저해하는 속도로 회전을 유지하게 조절될 수 있다. TVEMF 공급원은 바람직하게는 약 1mA에서 약 1,000 mA .바람직한 진동 범위 및 가우스로 켜질 수 있다. 그 증식은 바 람직하게는 7일간 진행되게 하여야 하고 세포들이 테스트되는 시기에 종결되었다.
샘플 및 결과들
적어도 두 샘플의 말초 혈 줄기 세포들은 상기 언급된 조건 하에서 회전가능한 생물반응기에서 바람직하게 증식되어야 한다. 샘플 1은 7일간 증식되어야 하고 그 후 생존은 현미경 하에서 평가되었다. 제 1 샘플에서 세포들은 건강을 유지하고 증식될 것이다. 생물학적 활성 화합물은 3차원 배양의 시작에서 샘플 2에 바람직하게는 투여되어야 한다. 그 생물학적 활성 화합물은 바람직하게는 3 ppm Pseudomonas aeruginosa 세균일 수 있다. 세균 외에 샘플 1과 2 사이의 조건들은 바람직하게는 동일하여야 한다. 7일 후, 그 실험 배양은 종결되어야 하고 세포들의 생존은 현미경 하에서 평가되었다. 현미경적 관찰은 샘플 1에서 온 세포들은 생존하고 건강한 반면 생물학적 활성 화합물을 포함한 샘플2에서 온 세포들은 죽은 것이 희망된다. 그러한 결과들은 이 바람직한 세균이 만약 말초 혈류로 들어가게 하면 독성을 가질 것이라는 것을 예측한다. 그 세포들의 생존은 당업계에서 공지되고 수용된 방법에 의하여 결정될 수 있다.
실시예 2- 쥐 신장 세포의 증식 및 생물학적 활성 화합물
제조
그 회전가능한 생물반응기는 상기 실시예 1에서와 같이 제조된다.
쥐 신장 세포들의 증식
쥐 신장 세포들은 바람직하게는 euthenized Sprague Dawley 랫트(Harlan Sprague-Dawley, Cleveland Ohio)로부터 수집된 신장 피질로부터 분리될 수 있다. 간략하게 설명하면, 신장 피질은 바람직하게 가위로 잘라서 신장 버퍼 137 mmol NaCl, 5.4 mmol KCl, 2.8 mmol CaCl2, 1.2 mmol MgCl2, 10 mmol HEPES-Tris, pH 7.4에서 잘게 다졌다. 다진 조직은 바람직하게는 보통 식염 수에서 10 ml의 0.1% 트립신과 0.1 % 타입 IV 콜라게네이즈의 용액에 위치될 수 있다. 그 조직을 함유한 용액은 바람직하게는 간헐적인 적정을 가지고 45분 동안 교반 워터 배쓰에서 37℃에서 배양될 수 있다. 그 세포들은 바람직하게는 원심분리에 위치되고 부드럽게 원심분리되고(800 rpm에서 5 분간), 그 상등액을 뽑아내고, 그 세포들은 0.1% 소 혈청을 가진 5ml 신장 버터에서 재부유하고 정밀(70 mm) 메쉬를 통과하였다. 그 메쉬를 통과하는 분획은 바람직하게는 5% 소 혈청 알부민의 비연속적인 구배로 층으로 만들 수 있고 부드럽게 원심분리될 수 있다(800 rpm에서 5분간). 그 상등액은 다시 쥐 신장 세포들의 세포 펠렛을 남기고 버려져야 한다. 이 시점에서 그 세포들은 바람직하게는 추후 사용을 위하여 필요한 경우에 동결(바람직하게는 -80℃, 더욱 바람직하게는 액체 질소에서)될 수 있다.
쥐 신장 세포 펠렛은 바람직하게는 DMEM/F-12 배지(ciprofloxacin과 fungizone 처리된)에서, 약 1 x 106 세포/ml의 농도로 재부유될 수 있다. 적어도 두 샘플의 세포들(1 x 106 세포/ml)은 바람직하게는 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버에서 증식된다. 그 회전가능한 생물반응기는 5% CO2 95% O2 배양기에서 위치되어야 하거나, 그것에 조절된 융합된 공기 및 온도 게이지를 가진다. 쥐 신장 세포들은 바람직하게는 7일간 증식되어야 한다.
샘플 및 결과들
쥐 신장 세포들의 샘플 1은 생물학적 활성 화합물을 포함하는 첨가제없이 증식되어야 된다. 생물학적 활성 화합물, 10 ppm의 다이이소옥틸 프탈레이트 가소제가 샘플 2에 바람직하게는 3차원 배양의 시작에서 투여되어야 한다. 샘플 1과 2 모두는 세포의 생존을 바람직하게는 7일 후 현미경 관찰과 같은 당업계에서 공지된 방법에 의하여 평가되어야 한다. 샘플 1의 세포는 회전가능한 생물반응기 속으로 위치된 것에 적어도 7배 증식될 것이 예측된다. 반면, 샘플 2의 대부분의 세포들은 죽을 것이라는 것이 예측된다. 그러한 결과들은 인체에 다이이소옥틸 프탈레이트가 투여되고 신장 세포에 축적된다면 다이이소옥틸 프탈레이트가 독성이 있다는 것이 예측된다. 생물학적 활성 화합물 이외의 다른 모든 조건들은 샘플 1과 2 사이에 바람직하게는 동일하다. 또 배양 조건들 및 회전가능한 생물반응기의 회전은 실시예 1과 바람직하게는 동일하여야 한다. 그러나 그 3차원 배양은 이 실시예 2에서는 바람직하게는 TVEMF에 노출되지 않았다.
실시예 3- 쥐 신장 세포들의 증식 및 생물학적 활성 화합물
제조
회전가능한 생물반응기는 상기 실시예 1과 같이 제조되어야 한다.
쥐 신장 세포들의 증식, 샘플 및 결과들
실시예 3에서, 실시예 2에서 다이이소옥틸 프탈레이트 가소제가 바람직하게는 10 ppm Cisplatinum으로 대체된 것을 제외하곤 반복되어야 한다. 그 테스트는 실시예 2와 동일한 조건 하에서 바람직하게는 10회 반복된다. 거의 모든 예에서 샘플 1의 세포들은 생존을 유지할 것이라는 것이 예측된다. 샘플 2의 세포들 및 10 ppm Cisplatinum을 가지는 대부분의 경우에, 그 쥐 신장 세포들은 건강하게 생존을 유지할 것이 예측된다. 따라서 그러한 결과들은 10 ppm Cisplatinum을 쥐 신장 세포에 첨가하고 회전가능한 생물반응기에서 그들을 증식시키는 것은 역 효과를 생성하지 아니하고, 결국은 Cisplatinum이 사실 신부전을 저해하는 것을 돕는다는 것이 예측된다. 부가적인 연구들은 인간에 대한 Cisplatinum 사용 전에 Cisplatinum을 사용하여서 신부전의 저해에 대하여 수행되어야 한다.
실시예 4- 말초혈 줄기세포의 증식 및 생물학적 활성 화합물
제조
회전가능한 생물반응기는 상기 실시예 1과 같이 제조되어야 한다.
말초혈 줄기 세포의 증식
회전가능한 생물반응기는 5% 인간 알부민, 100 ng/ml 재조합 인간 G-CSF (Amgen Inc., Thousand Oaks, CA), 및 100 ng/ml 재조합 인간 줄기 세포 인자(SCF) (Amgen)가 보충된 Isocove's modified Dulbecco's medium (IMDM) (GIBCO, Grand Island N-Y.)으로 구성된 배양 배지로 바람직하게는 충진될 수 있다. 또 DMSO에 녹인 구리 킬레이팅화제 D-페니실라민[D(-)-2-아미노-3-메캅토-3-메틸부토노익산] (Sigma-Aldrich)이 10 ppm의 양으로 회전가능한 생물반응기 내 배양 배지로 바람직하게 투여될 수 있다. 말초 혈로부터 유래한 성체줄기 세포(CD34+/CD38-)는 0.75 x 106 세포/ml의 농도로 회전가능한 생물반응기의 배양 챔버에 위치될 수 있다.
두 샘플의 말초 혈 줄기세포들은 바람직하게는 이 방법에 의하여 제조되어야 한다. 샘플 1은 바람직하게는 알려지지 않은 간 손상을 가지는 개인으로부터 유래되어야 한다. 샘플 2는 바람직하게는 알려진 간 손상을 가지는 개인으로부터 유래되어야 한다. 그 샘플들은 상기에서와 같이 제조되고 실시예 1에서 적힌 조건들 하에서 두 다른 회전가능한 생물반응기에 동일한 농도로 위치되어야 한다. 생물학적 활성 화합물, 20 ppm의 아세트아미노펜은 3차원 배양의 시작에서 샘플 2에 첨가되어야 한다. 샘플 1과 2 모두 증식 과정의 지속 동안에 실시예 1에서와 같이 약 1mA에서 약 1,000 mA의 TVEMF에 바람직하게는 노출되어야 한다.
결과들
바람직하게는 14일의 마지막에 각 샘플의 생존성은 평가되어야 하고 그 세포들의 수는 예를 들어 헤마토사이토미터로 현미경 하에서 계수되었다. 샘플 1의 세포들은 회전가능한 생물반응기에 위치된 수의 적어도 10배 증식되는 것이 예측된다. 샘플 2의 세포들은 죽지도 성장하지도 아니하고 변경되지 않은 것을 유지한다. 그러한 결과들은 20 ppm 아세트아미노펜의 존재이세 간 조직을 재생하는 잠재적인 문제를 예측한다. 더 많은 실험이 아세트아미노펜에 간 세포 노출의 효과를 결정하기 위하여 수행되어야 한다.
따라서 신속하고 현저한 세포 증식이 여기에 기재된 것과 같은 본 발명의 회전가능한 생물반응기에서 증식에 의하여 달성되는 것이 예측된다. 또한 신속하고 현저한 세포 증식이 인 비보 미세환경과 실질적으로 유사한 3 차원성 및 세포-세포 상호작용에 의하여 달성되는 것이 예측된다.
다양한 변경들이 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하고 본 발명에서 만들어 질 수 있고 따라서 본 발명을 실시예를 포함한 도면 및 상세한 설명에 의하여 제한되지 아니한다.

Claims (28)

  1. -3차원 배양을 시작하기 위하여 회전가능한 생물반응기에 세포 혼합물을 위치시키고, 여기서 상기 3차원 배양은 세포 및 생물학적 성분을 포함하며;
    -회전가능한 생물반응기를 회전시켜서 그 세포들이 3차원 형태 및 세포-세포 서포트 및 형태를 유지하게 하는 동시에 3차원 배양에서 상기 세포들을 조절가능하게 증식시키며;
    - 상기 3차원 배양에 생물학적 활성 화합물을 투여하고;
    - 그 약학적 화합물을 특성화하는 실험을 사용하여 그 생물학적 성분을 실험하는 것을 포함하는; 생물학적 활성 화합물을 특성화하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 성분은 세포, 세포의 일부, 분비된 물질들(뮤신, 콜라겐, 매트릭스), 분비된 호르몬, 분비된 세포내 구조 성분들, 투입된 구조 매트릭스, 부착 매트릭스, 성장 기질, 나노입자, 세포내 수용성 신호들, 세포막 표면 마커들, 막 결합 효소들, 면역 동정 마커들, 부착 분자들, 액포들, 저장되고 분비된 신경전달물질들, 세포내 특화된 기구들, 글리코겐, 배양 배지, 테스트 중인 화합물들, 테스트 중인 의심스런 톡신들, 테스트 중인 시약들, 진균류, 결합된 복합체들, 조직, 효소들, DNA, RNA, 바이러스, 단백질, 인공 생물활성 입자, 및 유전자로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 회전가능한 생물반응기는 회전하는 배양 챔버 벽을 포함하고 여기서 3차원 배양의 일부는 회전하는 배양 챔버 벽에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 세포들을 조절가능하게 증식하는 단계는 그 세포들을 시변전자기력에 노출시키는 것을 더욱 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 세포들은 회전가능한 생물반응기에 위치되었던 수보다 적어도 7배 증식된 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 세포들은 진핵, 원핵, 진균류, 동물, 식물, 비정상적으로 기능하는 세포들, 나노입자를 함유하는 세포들, 하이브리드 세포들, 변형된 바이러스를 함유하는 세포 하이브리드로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 세포들은 진핵, 원핵, 진균류, 동물, 식물, 비정상적으로 기능하는 세포들, 나노입자를 함유하는 세포들, 하이브리드 세포들, 변형된 바이러스를 함유하는 세포 하이브리드로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 세포들은 진핵, 원핵, 진균류, 동물, 식물, 비정상적으로 기능하는 세포들, 나노입자를 함유하는 세포들, 하이브리드 세포들, 변형된 바이러스를 함유하는 세포 하이브리드로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 동물 세포들은 포유류 성체 줄기세포들인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 동물 세포들은 포유류 성체 줄기세포들인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 동물 세포들은 포유류 성체 줄기세포들인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 테스트는 접목 특성, 독성, 효과, 병리, 종양형성, 유전자 발현, 핵형, 성장 속도 특징, 다세포 세포 형태, 개별 세포 형태, 대사 측정, 및 세포간 관계, 바이러스 생활 사의 일부, 이뇨 능력, 신장 독성, 혈압 조절 및 나노입자 기능들로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나에 대한 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 활성 화합물은 분말, 액체, 증기 및 기체로 구성된 군으로부터 선택된 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 활성 화합물은 단백질, 적어도 하나의 세포, 톡신, 시약, 화학물질, 가스, 금속, 금속의 복합재, 방사선, 적어도 하나의 나노입자, 적어도 하나의 바이러스, 단백질, 항균, 전기천공법, 화학 천공법, 면역 세포의 활성화된 유도체 및 물로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특 징으로 하는 방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 테스트는 약학적으로 줄기 세포 갱생을 조절, 줄기 세포 갱생을 변경, 줄기 세포 갱생을 정정, 약학적으로 줄기 세포 분화를 조절, 줄기 세포 분화를 변경, 줄기 세포 분화를 정정하는 기작으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 특성화하기 위한 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 테스트는 약학적으로 줄기 세포 갱생을 조절, 줄기 세포 갱생을 변경, 줄기 세포 갱생을 정정, 약학적으로 줄기 세포 분화를 조절, 줄기 세포 분화를 변경, 줄기 세포 분화를 정정하는 기작으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 특성화하기 위한 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 11항에 있어서, 상기 테스트는 약학적으로 줄기 세포 갱생을 조절, 줄기 세포 갱생을 변경, 줄기 세포 갱생을 정정, 약학적으로 줄기 세포 분화를 조절, 줄기 세포 분화를 변경, 줄기 세포 분화를 정정하는 기작으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 특성화하기 위한 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 회전가능한 생물반응기는 약 분당 1회전에서 약 분당 120회전의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 회전가능한 생물반응기는 약 분당 2회전에서 약 분당 30 회전의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 회전가능한 생물반응기는 약 분당 10 회전에서 약 분당 30 회전의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 활성 화합물은 그 세포들을 조절가능하게 증식시키는 단계 전에 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 활성 화합물은 그 세포들을 조절가능하게 증식시키는 단계 동안에 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 성분은 회전가능한 생물반응기로 세포 혼합물이 위치되기 전에 테스트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 성분은 그 세포들을 조절가능하게 증식시키는 단계 동안에 테스트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 성분은 그 세포들을 조절가능하게 증식시키는 단계 후에 테스트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 성분은 그 세포들을 조절가능하게 증식시키는 단계 동안 그리고 단계 후에 테스트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 1항에 있어서, 상기 생물학적 성분은 그 세포들을 조절가능하게 증식시키는 단계 전, 동안 그리고 단계 후에 테스트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 포유류 조직 접목을 위하여 생물학적 성분을 사용하는 것을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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