KR20090094975A - 초음파를 이용하여 정상 세포와 특이 세포를 선별 및분리하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용하여 정상 세포와 특이 세포를 선별 및 분리하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 초음파를 조사하였을 때의 정상 세포와 특이 세포의 감쇠 계수 (attenuation coefficient), 음속(speed of sound) 등의 차이를 이용하여, 정상 세포와 암 세포, 또는 정상 세포와 줄기 세포를 선별 및 분리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 간단하고 효율적인 방식으로 정상 세포와 특이 세포(암세포 또는 줄기 세포)를 선별 및 분리할 수 있다.
초음파, 정상 세포, 특이 세포, 정상적인 유방 세포 MCF10A, 유방암 세포 MCF7, 감쇠 계수 (attenuation coefficient), 음속(speed of sound), 선별, 분리.

Description

초음파를 이용하여 정상 세포와 특이 세포를 선별 및 분리하는 방법{A METHOD FOR SELECTION AND SEPARATION OF NORMAL CELL AND SPECIFIC CELL USING ULTRASONIC WAVE}
본 발명은 초음파를 이용하여 정상 세포와 특이 세포를 선별 및 분리하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 초음파를 조사하였을 때의 정상 세포와 특이 세포의 감쇠 계수 (attenuation coefficient), 음속(speed of sound) 등의 차이를 이용하여, 정상 세포와 암 세포, 또는 정상 세포와 줄기 세포를 선별 및 분리하는 방법에 관한 것이다.
인간의 귀로 감지할 수 없는, 20 KHz를 초과하는 주파수 범위를 갖는 음파를 '초음파'라 하는데, 초음파는 주파수가 낮으면 멀리까지 전달되지만 분해능이 떨어지고 주파수가 높으면 분해능이 향상되지만 파가 멀리 전달되지 못한다.
초음파는 의료용 초음파 진단 시스템, 유속 및 유량 측정, 초음파 거리 측정 , 비접촉 초음파 감지 장치, 초음파 세척기, 용착기, 초음파 가습기, 초음파 지방 두께 측정기, 초음파 임신 진단 장비, 초음파 해충 퇴치기, 초음파 노즐/스프레이, 초음파 위치 탐지 시스템, 초음파 가진 장치, 초음파 모터, 초음파 후방 감지 시스 템 등에 폭넓게 활용되고 있다.
한국 등록특허공보 제233352호에는 「상처 부위에 근접하여 위치된 탐침으로부터 결집된 초음파 에너지를 가함으로써 치료 대상 조직 이외의 다른 조직의 손상을 최소화하고 치료 비용을 최소화할 수 있는, 양성의 전립선 증식(BPH), 전리선암 및 기타 질병을 치료기 위한 장치 및 방법」이 기재되어 있다. 한국 공개특허공보 제1991-0007487호에는 「전파 매질내로 음향 변환기로부터 송신되고 상기 매질내에 실질적으로 동일한 반사 계수를 갖고 상기 전파 매질의 반사된 펄스의 감쇠 계수 및 속도가 실질적으로 변화되지 않은 채로 남은 2개 이상의 임피던스 불연속으로부터 반사된 주 초음파 펄스로부터 발생된 2개 이상의 초음파 펄스의 시퀀스의 진폭을 특징짓기 위한 장치 및 방법」이 기재되어 있다. 미국 등록특허공보 제7229411호에는 「이미징, 치료 및 온도 모니터링을 제공하기에 유용한 초음파 시스템으로서, 상기 초음파 시스템이 이미징, 치료 및 온도 모니터링 기능들을 수행할 수 있도록 배열된 음향 트랜스듀서(음향 트랜스듀서는 이미징 시스템, 치료 시스템 및 온도 조절 시스템에 작동가능하게 연결된 단일의 트랜스듀서를 포함함)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템」이 기재되어 있다. 이들 특허문헌 및 기타 종래의 문헌들에는 초음파 변환기, 초음파 영상 진단기, 고강도 집중 초음파를 이용한 암 치료 방법 등에 대하여 언급되어 있지만, 초음파를 이용하여 정상 세포와 특이 세포를 선별/분리하는 것에 대하여는 전혀 언급되어 있지 않다.
본 발명은 초음파를 이용하여 간단하고 효율적인 방식으로 정상 세포와 특이 세포(암세포 또는 줄기 세포)를 선별 및 분리할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 정상 세포와 특이 세포(암 또는 종양 세포, 또는 줄기 세포)는 초음파를 조사하였을 때 흡수/반사율, 감쇠 계수, 음속, 밀도 구배 등의 차이가 있을 것임에 착안하여, 초음파를 조사하였을 때의 정상 세포와 특이 세포의 감쇠 계수 (attenuation coefficient), 음속(speed of sound) 등의 차이를 이용하여, 정상 세포와 암 세포, 또는 정상 세포와 줄기 세포를 간단하고 효율적인 방식으로 선별/분리하는 방법을 창출해 내었다.
본 발명은 (a) 인간을 비롯한 포유 동물의 특정 부위 조직을 떼어낸 다수의 샘플에 동일한 주파수의 초음파를 조사(照射)하는 단계; (b) 동일한 주파수의 초음파가 조사된 각각의 샘플을 대상으로 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속을 측정하는 단계; 및 (c) 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속의 측정치가 샘플 전체에 대한 평균치보다 작은 샘플들의 그룹 A와 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속의 측정치가 샘플 전체에 대한 평균치보다 높은 샘플들의 그룹 B로 대별한 후, 그룹 A에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들과 그룹 B에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들을 각각 선별/분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명에 이용되는 초음파는 주파수가 20 KHz를 초과하는 것이라면 무방하지만, MHz 대역 또는 GHz 대역의 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 초음파를 조사(照射)하기 위한 장치는 당업계에 공지된 것이라면 어느 것이든 무방하다.
특이 세포는 암 또는 종양 세포이거나 또는 줄기 세포를 의미하고, 암 또는 종양 세포의 예로는 뇌하수체선종, 신경교종, 뇌종양, 구강암, 인후암, 흉부 흉선종, 중피종, 유방암, 폐암, 위암, 식도암, 대장암, 간암, 담낭암, 담관암, 췌장암, 간암, 신우암, 요관암, 신세포암, 고환종양, 전립선암, 방광암, 자궁암, 자궁경부암, 자궁내막암, 자궁육종, 난소암, 악성 림프종, 호지킨성 림프종, 비호지킨성 림프종, 다발성 골수종, 급성 또는 만성의 골수성 또는 림프성 백혈병, 흑색종, 피부암, 갑상선암 또는 골종양 세포 등을 들 수 있다.
매질의 밀도를 ρ, 용적 모듈러스를 B라 할 때, 초음파의 속도 V는 (B/ρ)1/2로 표시할 수 있으며, 매질에 따라서 초음파의 속도가 달라진다. 초음파가 매질을 통과할 때 매질의 흡수, 산란, 반사 등에 의하여 초음파의 세기가 감소하는 현상을 감쇠(attenuation)이라 하며, 감쇠는 통과한 길이와 주파수에 영향을 받는다. 단위 길이당 감쇠를 감쇠 계수라 정의하는데, 초음파의 감쇠는 주파수 증가에 따라 거의 직선적으로 증가한다. 본 발명은 동일한 주파수의 초음파를 조사하였을 때 나타나는 감쇠 계수 및/또는 음속의 유의적인 차이에 의해 정상 세포와 특이 세포(암 또는 종양 세포, 또는 줄기 세포)를 선별/분리하는 것을 특징으로 한다. 정상 세포들 과 특이 세포들은 감쇠 계수 및/또는 음속 등의 초음파 특성들이 다르며, 이 점을 이용하여 정상 세포와 특이 세포를 분리 분획할 수 있다.
또한, 본 발명은 측정 오차의 한계를 극복하여 보다 정확하게 정상 세포와 특이 세포를 선별/분리하기 위하여, 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속의 측정치가 샘플 전체에 대한 평균치보다 작은 샘플들의 그룹 A와 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속의 측정치가 샘플 전체에 대한 평균치보다 높은 샘플들의 그룹 B로 대별한 후, 그룹 A에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들과 그룹 B에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들을 각각 선별/분리하는 것을 특징으로 한다. 그룹 A에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들, 또는 그룹 B에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들 중 어느 한 쪽은 정상 세포들이며 다른 한 쪽은 특이 세포들이다.
본 발명에 따르면, 간단하고 효율적인 방식으로 정상 세포와 특이 세포(암세포 또는 줄기 세포)를 선별 및 분리할 수 있다.
하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 범주가 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 도출되 는 기술적 사상의 범위 내에서 하기 실시예의 다양한 변형, 수정 및 응용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예 1
인간의 유방 조직을 떼어낸 다수의 샘플에 975 MHz의 주파수를 갖는 초음파를 조사(照射)한 후, 각각의 샘플들에 대한 감쇠 계수(attenuation coefficeient)를 측정하였다. 정상 세포 MCF10A로 이루어진 샘플들은 감쇠 계수가 50 dB/mm 이하인 것이 6개, 감쇠 계수가 100∼150 dB/mm인 것이 6개, 그리고 감쇠 계수가 200∼250 dB/mm인 것이 2개이었다. 정상 세포 MCF10A로 이루어진 샘플들에 대한 감쇠 계수는 평균이 126 dB이었으며, 표준 편차가 67 dB/mm이었다. 한편, 유방암 세포 MCF7로 이루어진 샘플들은 감쇠 계수가 250∼300 dB/mm인 것이 2개, 감쇠 계수가 350∼400 dB/mm인 것이 1개, 감쇠 계수가 450∼500 dB/mm인 것이 3개, 감쇠 계수가 550∼600 dB/mm인 것이 3개, 그리고 감쇠 계수가 650∼700 dB/mm인 것이 1개이었다 . 유방암 세포 MCF7로 이루어진 샘플들에 대한 감쇠 계수는 평균이 443 dB이었고, 표준 편차가 129 dB이었다. t-검정(t-test)의 유의수준(p값)은 0.0001 미만이었다.
실시예 2
인간의 유방 조직을 떼어낸 다수의 샘플에 975 MHz의 주파수를 갖는 초음파를 조사(照射)한 후, 각각의 샘플들에 대한 음속(speed of sound)을 측정하였다. 정상 세포 MCF10A로 이루어진 샘플들은 음속이 1500∼1525 m/s인 것이 1개, 음속이 1550∼1575 m/s인 것이 5개, 그리고 음속이 1600∼1625 m/s인 것이 2개이었다. 정상 세포 MCF10A로 이루어진 샘플들에 대한 음속은 평균이 1583 m/s이었으며, 표준 편차가 24 m/s이었다. 한편, 유방암 세포 MCF7로 이루어진 샘플들은 음속이 1625∼1650 m/s인 것이 1개, 음속이 1675∼1700 m/s인 것이 1개, 음속이 1725∼1750 m/s인 것이 3개, 음속이 1775∼1800 m/s인 것이 4개, 그리고 음속이 1825∼1850 m/s인 것이 1개이었다 . 유방암 세포 MCF7로 이루어진 샘플들에 대한 음속은 평균이 1736 m/s이었고, 표준 편차가 61 m/s이었다. t-검정(t-test)의 유의수준(p값)은 0.0001 미만이었다.
도 1은 975 MHz의 주파수의 초음파를 조사(照射)했을 때의 정상적인 유방 세포 MCF10A의 감쇠 계수와 유방암 세포 MCF7의 감쇠 계수를 대비한 그래프이다.
도 2는 초음파를 조사(照射)했을 때의 정상적인 유방 세포 MCF10A의 음속과 유방암 세포 MCF7의 음속을 대비한 그래프이다.

Claims (4)

  1. 초음파를 이용하여 정상 세포와 특이 세포를 선별/분리하는 방법으로서,
    (a) 인간을 비롯한 포유 동물의 특정 부위 조직을 떼어낸 다수의 샘플에 동일한 주파수의 초음파를 조사(照射)하는 단계;
    (b) 동일한 주파수의 초음파가 조사된 각각의 샘플을 대상으로 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속을 측정하는 단계; 및
    (c) 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속의 측정치가 샘플 전체에 대한 평균치보다 작은 샘플들의 그룹 A와 감쇠 계수, 음속, 또는 감쇠 계수와 음속의 측정치가 샘플 전체에 대한 평균치보다 높은 샘플들의 그룹 B로 대별한 후, 그룹 A에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들과 그룹 B에 대한 측정치의 평균±표준 편차에 해당하는 측정치를 갖는 샘플들을 각각 선별/분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파는 MHz 대역 또는 GHz 대역의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 특이 세포는 암 또는 종양 세포이거나 또는 줄기 세포인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 암 또는 종양 세포는 뇌하수체선종, 신경교종, 뇌종양, 구강암, 인후암, 흉부 흉선종, 중피종, 유방암, 폐암, 위암, 식도암, 대장암, 간암, 담낭암, 담관암, 췌장암, 간암, 신우암, 요관암, 신세포암, 고환종양, 전립선암, 방광암, 자궁암, 자궁경부암, 자궁내막암, 자궁육종, 난소암, 악성 림프종, 호지킨성 림프종, 비호지킨성 림프종, 다발성 골수종, 급성 또는 만성의 골수성 또는 림프성 백혈병, 흑색종, 피부암, 갑상선암 또는 골종양 세포인 것을 특징으로 하는 방법.
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