KR20100019524A - 무세포 유기조직을 양성하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 살아있는 세포의 재이식을 위하여 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 다음과 같은 단계를 포함하는데, 실제로 편평한 표면 상에 상기 무세포 조직을 준비하는 단계와; 상기 조직 표면 전체에 걸쳐 분배되고, 상기 조직의 두께 일부를 꿰뚫어 천공하여 위치된 다수의 구멍을 형성하는 단계;로 되어 있다. 구멍은 재이식될 경우에 상기 살아있는 세포를 수용하기에 적합하다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 장치를 구비하는데, 홀더(20)에 배열된 하나 이상의 바늘(1)과; 상기 하나 이상의 바늘에 연결된 전력공급원(4);으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

무세포 유기조직을 양성하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR PREPARING AN ACELLULAR ORGANIC TISSUE}

본 발명은 재생용 무세포 조직을 양성하는 방법과 재생용 조직을 양성하는 상기 방법을 실행하는 장치에 관한 것이다.

이는 의료분야, 특히 외과분야에서 이미 공지되어 있는 것으로, 일부 장기(臟器) 혹은 모든 장기를 교체할 필요성이 대두되는 경우에 생명체에 이식가능한 조직을 제공하는 것은 중대한 사안으로 증대되고 있다.

연구실에서 양성되어 동물 혹은 인간에 제공될 생물학적 대체물의 창출은 "조직공학"으로 알려진 의료공정이다.

공지된 기술에 따라, 이식용 조직은 연구실에서 세포를 일반적으로 "스캐폴드(scaffold)"라 불려지는 무기지지체(inorganic supporting medium)로 구성된 매트릭스에 이식되어 양성된다.

"스캐폴드"는 치료될 장기의 손상물질을 대체하기 위해 사용되는 것으로, 새로운 조직이 완전히 형성될 때까지 세포의 3차원적 유기체를 조성한다.

스캐폴드가 완전히 사라지고 스캐폴드에 이식된 세포로 조성된 재생조직으로 교체될 때까지 자연스럽게 분해공정을 거쳐야만 한다.

이식은 식도벽과 같이 인간 혹은 동물에서 획득할 수 있는 (예컨대, "증여자"로부터") 인공 또는 천연 스캐폴드에 이 방법을 사용하여 달성할 수 있다.

타인에게 이식하기 위해 증여자로부터 채취된 천연 스캐폴드를 사용하기 위해서, 조직은 우선 결합조직의 섬유질 사이에 존재하는 모든 세포를 제거하고, 그런 다음에 거부반응현상을 피하기 위해 이식 수혜자(숙주)의 신체 세포에 재이식되어야만 한다.

공여자에서 채취된 조직에서 시작하여 스캐폴드, 즉 무세포 매트릭스를 창출하기 위해 사용되는 기법은 이미 널리 알려져 있고, 따라서 여기서는 상세하게 기술하지 않는바, 간단히 이 기법은 조직의 결합섬유질에 손상 없이 조직 내에 함유된 살아있는 세포를 소화 및 파괴 효능을 갖는 효소물질을 함유한 액체에서 처리될 조직을 함침한다.

숙주(host)로부터 획득된 세포를 수여받기 위해 무세포 조직매트릭스를 창출한 후에, 상기 조직 혹은 스캐폴드는 소위 "페트리디쉬(Petri dish)"(혹은 유사 용기)에서 양성되는바, 이 페트리디쉬는 생물학 연구실에서 일반적으로 사용되는 쟁반으로 재생될 조직이 페트리디쉬의 바닥에 놓인다.

조직은 미래의 수혜자로부터 줄기세포를 이식하고, 세포를 배양하는 세포배양액으로 줄기세포에 영양분을 제공하고, 줄기세포를 살아 있는 상태로 유지하며, 줄기세포를 증식하여 유포할 수 있게 재생된다.

근본적으로, 조직의 상부표면에 최초 위치된 줄기세포는 스캐폴드의 조직에 자연 간질(間質)성을 통해 이동하는데, 간질은 우선적으로 공여자의 세포로 채워져 있다.

제어온도와 배양액에 함유된 영양물질 내에서 주어진 시간이 경과한 후에, 살아있는 세포들은 조직의 간질 내에서 재위치되고, 그런 다음에 숙주 장기로 이식할 준비를 한다.

스캐폴드를 재생하는 데에 일반적으로 사용될 세포는 줄기세포로서, 이 줄기세포는 그런 다음에 분화되고(혹은 이미 분화될 수 있고) 재생될 조직이 이식될 장기의 특정기능을 획득하게 된다.

이러한 방식으로 처리된 조직의 이식 성공 혹은 실패 여부는 조직 매트릭스를 통해 세포의 모세관 확산으로 결정한다.

만약 이러한 확산이 어렵게 나타나거나 광범위하지 않은 표면에서 발생하면, 이식될 조직은 재생하기에 적합하지 않고 괴사과정이 시작되어 이식의 실패를 야기한다.

조직의 모든 부분, 특히 전반적인 두께를 통해서 광범위한 재생을 보장하는 데에 있어서 이는 본질적이면서 중요하며 성공을 위해서는 무시할 수 없는 것이다.

우선 예비 재생 처리가 충분한 시간에 걸쳐 적용될지라도, 여전히 임의의 이식 실패에 대한 충분한 보장을 신뢰할 만한 결과를 확신하기에는 불가능하다.

이는 스캐폴드에 재이식될 살아있는 세포의 침투성이 거의 없기 때문이다.

실질적인 관점에서, 이러한 단점은 조직이 충분한 두께로 침투할 수 없기 때문에 이식 후에 두껍게 조직이 충분히 재생되지 못하여 이식에 적합한 조직을 양성하는 데에 상당한 제한이 따른다는 점이다.

명백하기로, 현재의 기법은 약 0.1mm를 초과하지 않는 매우 제한된 두께의 조직 이식에만 적합하다.

본 발명의 목적은 전술된 단점을 극복하기 위한 무세포 조직을 양성하는 방법을 개발한 것이다.

더욱 특별하게 본 발명의 목적은 무세포 유기조직을 양성하는 방법을 개발한 것으로, 즉 상기 조직이 줄기세포와 재생될 때 상기 세포가 더욱 쉽게 결합조직 섬유질의 네트워크에 모든 가용공간으로 침투 및 잠입할 수 있어, 실제로 약화되기 전에 조직과 동일한 조건으로 재생하게 된다.

본 발명의 다른 목적은 일단 살아있는 세포가 이식용 조직을 양성하도록 추가되면 무세포 스캐폴드를 재생하는 데에 필요한 처리시간을 현저하게 줄이는 것이다.

본 발명의 목적은 청구범위 제1항에 따른 무세포 유기조직을 양성하는 방법으로 실현된다.

더욱 명확하게, 이 방법은 양성될 조직의 표면에 다수의 구멍을 형성하는 것으로, 이 구멍들은 두께의 일부를 꿰뚫어 천공하거나, 바람직하기로는 연관된 조직의 전체 두께를 꿰뚫을 수 있게 천공한다.

이 구멍들은 이렇게 만들어진 구멍 둘레에 결합조직에 어떠한 변화(찢어짐, 괴사 두께의 감소 혹은 증가, 액체 내용물의 변화 혹은 응고)를 유도하지 않으면서 적당한 전류를 흘려보낼 수 있는 바늘을 갖춘 장치를 수단으로 하여 달성된다.

구멍들의 준비가 일반적으로 구멍 둘레의 결합조직과 스캐폴드의 어떠한 악화를 야기하지 않게 하는 여러 장치와 방법을 사용하여 만들어진 조직의 두께를 꿰뚫어서 만들어질 수 있다.

아래의 기술에 따라서, 본 발명의 목적과 조직에 형성된 구멍을 위해 정성적 기간에 최상의 결과는, 약한 전기 전류 흐름을 유도하지만 결합조직에 분자들 사이에 결합을 파기하기에 충분하도록, 각 구멍에 사용될 각 바늘의 팁에 고주파 전압(일반적으로 4MHz)을 가하여 달성하여, 구멍을 만들고 분자들의 임의의 파손을 유도하지 않는다.

이는 삽입될 바늘의 굵기(gauge)에 실질적으로 동일한 협소한 직경의 구멍을 형성한다.

예컨대 대략 50㎛, 하지만 주변 조직을 재생하기 위해서 상기 구멍 내에 세포의 침투가 충분히 용이하게 매우 협소한 굵기의 바늘을 사용하는 것이 중요하다.

논리적이고 명백하게, 형성될 다수의 구멍들은 세포를 조직의 심층 부위에 이식할 수 있는 경로를 제공하고 있음을 의미하므로, 연관된 조직의 완벽한 재생을 보장한다.

본 발명에 따른 방법을 사용하여, 실제로 이식을 위해 준비될 수 있는 조직의 두께가 제한되지 않는바, 이 구멍들은 조직의 두께를 관통하고 전체 표면에 걸쳐 형성될 수 있어 무세포 스캐폴드에 재이식될 살아있는 세포가 조직을 완전히 관통하기 때문에 완벽하게 재생할 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 유기조직을 양성하는 방법을 실행하는 장치를 구비하는데, 이의 주요 특징은 청구범위 제11항에 기재되어 있다.

본 발명의 추가적인 특징과 특별한 특성은 본 발명의 바람직한 실시예와 상기 방법을 실행하는 대응 장치의 상세한 기술로 강조될 것이며, 여기서 제공된 실례로 국한되지는 않는다.

도 1은 재생을 위해 준비된 조직의 두께에 안착하는 바늘 배열을 갖춘 홀더로 이루어진 장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 홀더의 바늘을 도시한 도면이다.

도 3은 바늘 배열의 레이아웃(layout)를 도시한 도면이다.

도 4는 바늘 홀더를 변위하는 장치의 개략도이다.

본 발명에 따라, 미리 처리된 무세포 유기조직, 소위 스캐폴드가 페트리디쉬(혹은 유사 용기)의 바닥면 위에 놓여져서, 스캐폴드가 편평한 표면 위로 펼쳐진다.

다수의 바늘(참조부호 1로 표기되고 도 2에 도시됨)이 도 3의 참조부호 3으로 표시된 바와 같이 예컨대 정사각형으로 배열되어 있어, 질서 정연하게 배열된 바늘이 동일한 거리로 분리되어 있고, 다시 말하자면 서로 등거리에 있다.

바늘(1)의 헤드(11)는 상기 바늘 배열의 홀더(20)에 장착된 예컨대 금속도체판(2)을 수단으로 하여 전기연결된다.

판(2)은 발전기(4)에서의 출력을 교대로 수용하는 전기와이어(21)와 연결된 다.

발전기(4)는 바람직하기로 200~230 볼트와 4MHz의 주파수를 생산하는 전압발전기로, 이는 이미 알려진 전자 회로로서 성취되므로 본 발명의 명료성을 위해 이에 대한 상세한 설명은 배제한다.

발전기(4)의 출력(41)에서 가용하는 전압 사인파는 바람직하기로 왜곡된 사이파이고, 결과적으로 적어도 제1, 제2 및 제3차수의 고조파이다.

발전기(4)의 전력은 조정가능하되, 각 전극(1)의 팁에서 사용하는 전류는 2~2.5㎃ 이다.

각각의 바늘의 팁이 유기조직(5)의 표면(51)에 놓일 경우, 각 바늘(1)의 팁과 유기조직 사이의 접촉이 전술된 바와 같이 대략 2~2.5㎃의 전류를 흐르게 할 수 있다.

상기 전류는 주변 분자들에게 에너지를 보내는데, 소위 "분자공명(molecular resonance)"에 해당한다.

이 에너지는 전류 흐름으로 영향받는 분자들 사이의 결합을 충분히 파괴할 수 있는 반면에, 주변 영역으로 분열, 찢어짐, 괴사, 두께의 감소 혹은 증가, 액체 내용물의 변화, 응고 혹은 다른 조직 변질을 야기하지 않는다.

기본적으로, 분자결합으로 형성된 간극은 작은 구멍의 형성과 동일한데, 실제로 작은 구멍은 각 바늘(1)과 동일한 약 50~55㎛의 직경으로 되어 있다.

물론, 다르고, 더 크거나 더 작은 굵기의 바늘이 사용될 수 있으며, 사용자는 재생에 사용될 세포의 직경보다 작지 않은 바늘의 최소 굵기를 구비해야 한다는 것을 명심해야 한다.

그런 다음에, 바늘 배열(3)의 홀더(20)는 바늘 지점으로 밀어부쳐지고 바늘이 전진할 수 있게 충분히 느린 속도로 진행되며, 바늘의 팁은 전류 흐름과 분자결합의 결과 파열로 미리 형성된 구멍을 찾는다.

이는 결과적으로 결합조직의 찢어짐이 일어나지 않고 삽입될 바늘의 굵기에 대응하는 협소한 구멍이 달성된다.

앞서 설명된 바와 같이, 조직에 재이식될 세포가 조직을 꿰뚫는 깊이로 천공하여 구멍의 벽에 이식되기 때문에 특히 중요하고 유용하며, 세포는 유기조직의 전체 두께에서 매우 신속하게 증식 및 재생할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 바늘(1)은 구멍의 길이를 늘이고 결과적으로 스캐폴드에서 최대 채널링 효과를 달성하기 위하여 이럴 필요는 없지만 스캐폴드(5)의 표면(51)에서 비스듬하게 천공하는 것이 바람직하다.

이렇게 천공된 구멍은 스캐폴드의 두께보다 길이지기 때문에, 수직방향에 대해서 60°의 각도가 재생과정에서 더욱 효과적이라는 사실을 실험으로 증명된다.

연구소 실험에서 바늘(1)을 수용하는 바늘 배열(3)의 유효한 크기는 1㎠에 대략 200개의 바늘을 갖는데, 이 경우에 발전기(4)로 전송된 전류가 500㎃에 지나지 않는다.

천공공정은 이식을 위해 조직의 전체 유효표면에 걸쳐서 두께를 꿰뚫고 있는 구멍의 균일한 분배를 달성하기 위해서 스캐폴드의 표면(51)에서 전반적으로 반복되어야만 한다.

이러한 목적을 위해서, 본 발명은 3개의 데카르트 축, 다시 말하자면 도 4에 도시된 수직 혹은 사선방향의 축(Z)과 표면(51)의 평면과 평행한 데카르트 축(X,Y)을 따라 홀더(20)를 변위하기 위해서 수단(30)을 갖춘 구멍을 형성하는 장치를 구비한다.

일단 구멍이 스캐폴드(5)의 주어진 부분에 형성되면, 홀더(20)는 이동할 수 있고 이 과정이 전체 표면(51)을 덮도록 정렬된 방식으로 반복될 수 있다.

만약 바늘 배열(3)을 운반하는 홀더(20)가 전자제어유닛으로 통제된 스텝모터를 갖춘 프로그램화된 변위수단(30)에 연결되면, 공정이 자동적으로 그리고 연속으로 매우 정밀하게 반복될 수 있다.

전술된 바와 같이, 무세포 조직(5)에 일련의 구멍을 형성하고 난 후에 상기 무세포 조직은 페트리디쉬 혹은 유사 용기에 안착될 수 있으며, 그런 다음에 살아있는 세포가 추가되되, 일반적으로 세포는 조직편을 수용하도록 개별적으로 의도된 숙주로부터의 줄기세포이다.

배양액으로 적당히 영양화되면, 상기 줄기세포는 바늘(1)로 형성된 모든 구멍을 빠르고 쉽게 채워서, 이식을 위한 전반적인 조직의 재생을 완벽하면서 효과적으로 보장한다.

완벽하고 효과적인 재생이 보장되고 연속적인 이식의 실패 위험성이 배제되기 때문에, 본 발명의 방법과 이를 실현하는 장치는 본 발명의 모든 목적을 달성할 것이다.

덧붙여서, 재생과정은 현재 사용되고 있는 기법보다 더욱 빠르게 일어나고, 매우 성공적인 결과를 가져온다.

임의의 청구항에 기재된 기술적 특징들은 참고로 기술되며, 참고는 청구범위의 이해를 돕기 위한 목적으로 구비되고, 이러한 참고는 참고의 실례로서 확인된 모든 부재의 설명에 국한된 결과를 갖지 않는다.

Claims (21)

1. 살아있는 세포의 재이식을 위하여 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법에 있어서,

   실제로 편평한 표면 상에 상기 무세포 조직을 준비하는 단계와;

   상기 조직 표면 전체에 걸쳐 분배되고, 상기 조직의 두께 일부를 꿰뚫어 천공하여 위치된 다수의 구멍을 형성하는 단계;를 포함하며,

   재이식될 경우에, 상기 구멍은 상기 살아있는 세포를 적당하게 수용하고 있는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 구멍은 상기 바늘의 팁 근처에 상기 유기조직을 이루는 분자들 사이에 결합을 파기할 수 있는 충분한 에너지를 각 바늘의 팁에 제공하기 위해 소정의 전류 흐름과 주파수를 유도하는 전기공급원에 연결된 하나 이상의 금속 바늘로서 형성되며, 각 구멍은 상기 전류 흐름으로 형성되고 상기 분자결합의 간극으로 만들어진 공간으로 상기 바늘의 팁을 인도하기 위한 충분한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 금속 바늘은 대략 4MHz의 주파수로 사인파의 교류를 전기적으로 전력공급받은 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 바늘에 상기 전력공급은 적어도 3차 이상의 고자파를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 바늘에 사용될 상기 전압은 대략 200~230 볼트로 되어 있는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 각 바늘에 사용될 전류는 대략 2~2.5㎃로 되어 있는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍의 깊이는 상기 유기조직의 전체 두께에 대응하는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍의 길이는 상기 무세포 유기조직의 두께보다 길게 되어 있는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 구멍은 상기 조직의 표면과 실제로 수직방향으로 놓이는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 다수의 구멍은 상기 유기조직의 표면에 비스듬하게 놓이는 것을 특징으로 하는 재생용 무세포 유기조직을 양성하는 방법.
11. 무세포 유기조직의 표면에 상기 조직을 재생하는 세포를 적당하게 수용하는 하나 이상의 구멍을 형성하는 장치에 있어서,

    홀더(20)에 배열된 하나 이상의 금속 바늘(1)과;

    상기 바늘의 팁과 접촉하는 상기 유기조직에 분자들 사이에 결합의 간극을 유도하기에 충분한 에너지를 제공하도록 각 바늘의 팁에 충분한 세기와 파상의 전류를 전달하기에 적합한 상기 하나 이상의 바늘에 연결된 전력공급원(4);을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 전력공급원은 대략 4MHz의 주파수에서 사인파 전압을 발생하는 발전기로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 사인파 전압은 적어도 3차 이상의 고조파로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 각 바늘에 사용될 전류는 대략 2~2.5㎃로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 홀더(20)에 배열된 다수의 바늘들이 서로 평행하게 바늘 배열(3)을 형성하며, 상기 바늘들은 실제로 서로 등거리에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제11항에 있어서, 상기 하나 이상의 바늘의 굵기는 50~55㎛로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제11항에 있어서, 상기 하나 이상의 바늘의 굵기는 재생세포의 최대크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 바늘은 상기 홀더(20)에 대해서 실제로 수직방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제15항에 있어서, 상기 홀더(20)는 천공될 상기 유기조직의 표면에서 비스듬하게 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제11항에 있어서, 상기 조직의 표면에 입사하는 하나 이상의 축을 따라 그리고 상기 유기조직의 표면과 평행한 하나 이상의 축을 따라 상기 하나 이상의 바늘을 변위하는 수단(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 변위수단은 상기 유기조직의 표면과 실제로 평행하게 놓인 2개의 데카르트 축들을 따라서 이동을 유도하는 것을 특징으로 하는 장치.

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