KR20100088297A - 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 세포가 받고 있는 전단응력과 전기장을 독립적으로 조절함으로써 외부 환경변화에 따른 세포의 반응을 실시간으로 관찰하는데 유용한 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 배양액입구와 상기 배양액입구에 연결되며 유입된 배양액의 분산을 유도하는 단차지어 함몰된 배양액분산부가 구비된 배양액공급부와, 상기 배양액공급부에 결합되어 상기 배양액분산부를 커버하며 유입된 배양액의 유동을 차단하는 유동방지플레이트와 상기 유동방지플레이트와 일체로 연결되되 전극이 삽입되는 전극삽입홈이 형성된 전극플레이트와 상기 전극플레이트와 일체로 연결되되 배양액이 유출되는 다수의 배양액출구가 형성된 출구플레이트로 이루어지는 세포커버부 및 상기 배양액공급부 및 세포커버부의 저면에 결합되며 안착된 슬라이드글라스로 배양액이 유동되는 단차지어 함몰된 세포안착부가 구비된 세포지지부를 포함하여 구성된다.

복합자극챔버, 전단응력, 전기장, 유량센서, 피드백제어기

Description

세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치{COMPLEX STIMULUS CHAMBER FOR CELL CULTURE AND CELL CULTURE APPARATUS IN USING SAME}

본 발명은 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치에 관한 것으로 외부환경 변화에 따른 세포의 반응을 실험실 환경에서 실시간으로 관찰할 수 있는 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치에 관한 것이다.

세포배양을 위해서는 세포가 배양될 수 있는 일정한 공간을 제공하는 세포배양챔버와 세포에 영양분을 공급하는 배양액이 필요하다.

배양액은 세포에 대한 배양 매체인 동시에 영양분이나 산소 등의 전송 매체이다. 즉, 배양액은 세포에게 필요한 영양분이나 산소 등을 공급하고 노폐물을 제거한다.

따라서, 배양액은 세포배양챔버에 주입되어 세포배양에 사용된 후 세포조직을 신선한 상태로 유지하기 위해서 적절한 주기로 교환되어야 한다. 따라서, 세포배양챔버와 이를 이용한 세포배양장치에는 계속적인 배양액의 공급과 배출과정을 원활히 수행할 수 있는 구성이 필요하다.

한편, 세포의 생리학에 대해 연구함에 있어서 외부의 물리적인 자극에 따른 세포반응을 관찰하는 방법이 소개된다.

관련 논문으로 "Flow effects on prostacyclin production by cultured human endothelial cells", (Frangos, J.A. et al., Science 227 (4693), 1477-1479, 1985)가 있으며, 상기 논문에서는 세포에 전단응력을 가하면서 실시간으로 관찰할 수 있는 시스템의 개념을 소개한다. 그러나, 실제 세포가 전단응력을 받게되는 유동챔버의 형태가 전단응력의 방향에 대해 비대칭적으로 만들어져 있어서 균일한 유동장을 만들어 줄 수 없는 문제점이 있다.

또한, 논문 "Fluid shear-stress modulates cytosolic free calcium in vascular endothelial-cells", (Shen, J. et al., American Journal of Physiology 262: 2, C384-C390, 1992)에서는 유동방향에 대해 대칭적으로 설계된 유동 챔버의 소개가 있으나, 세포 배양액이 유입되는 입구에서 유동을 충분히 분산시키지 못하므로 유동장이 균일하지 못하는 문제점이 있다.

더불어, 논문 "Endothelial cell dynamics under pulsating flows: Significance of high versus low shear stress slew rates", (Hsiai, T.K. et al., Annals of Biomedical Engineering 30: 5, 646-656, 2002)에서는 유체역학으로 유동장을 만들어 줄 수 있는 장비를 제작하였으나, 실제 세포가 크는 넓이에 비해 주변 장비의 크기가 비대하여 현미경 자체의 변경이 불가피하다는 문제점이 있 다.

한편, 세포에 전기장을 가할 수 있는 연구와 관련된 논문으로 “Application of direct current electric fields to cells and tissues in vitro and modulation of wound electric field in vivo” (Song, B. et al., Nature Protocols, 2: 6, 2007)와 “Movements of cultured corneal epithelial cells and stromal fibroblasts in electric fields” (Soong, H.K. et al., Investigative Ophthalmology and Visual Science, 31: 11, 1990)이 있다. 상기 논문에서는 슬라이드글라스에 배양된 세포에 전위차를 주어 전기장의 영향에서 세포의 이동 및 신호전달 등의 반응을 관찰할 수 있다. 그러나, 세포 배양액을 지속적으로 공급해 주지 못해 배양액이 증발하고, 자체 온도가 상승하며, pH가 바뀌어 실시간으로 세포 반응을 관찰할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 세포에 전단응력을 가할 수 없어 실제 인체 내의 상황을 모사하기 힘들다는 문제점이 있다.

따라서, 균일한 유동환경을 효과적으로 형성하고 세포의 생장조건을 유지하면서 전기적 자극을 가할 수 있는 세포배양장치가 요청된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 생체 내에서 세포가 받고 있는 전단응력과 전기장을 독립적으로 조절함으로써 외부 환경변화에 따른 세포의 반응을 실시간으로 관찰하는데 유용한 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 배양액을 효과적으로 분산하여 균일한 유동장을 형성하고, 자체적으로 배양액을 순환시킴으로써 세포의 생장 조건을 유지하면서 전기적 자극의 영향을 확인할 수 있는 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치를 제공할 수 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세포배양 복합자극챔버는 배양액입구와 상기 배양액입구에 연결되며 유입된 배양액의 분산을 유도하는 단차지어 함몰된 배양액분산부가 구비된 배양액공급부와, 상기 배양액공급부에 결합되어 상기 배양액분산부를 커버하며 유입된 배양액의 유동을 차단하는 유동방지플레이트와 상기 유동방지플레이트와 일체로 연결되되 전극이 삽입되는 전극삽입홈이 형성된 전극플레이트와 상기 전극플레이트와 일체로 연결되되 배양액이 유출되는 다수의 배양액출구가 형성된 출구플레이트로 이루어지는 세포커버부 및 상기 배양액공급부 및 세포커버부의 저면에 결합되며 안착된 슬라이드글라스로 배양액이 유동되는 단차지어 함몰된 세포안착부가 구비된 세포지지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배양액공급부는 상기 배양액분산부 주위로 단차지게 형성되어 배양액의 유출을 차단하는 유출방지패킹부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 유출방지패킹부는 실리콘으로 패킹될 수 있다.

또한, 상기 전극삽입홈에 삽입되는 전극은 와이어 전극으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 전극삽입홈에는 전극의 전기분해 부산물로부터 세포를 보호하는 전도성 물질이 삽입될 수 있다.

또한, 상기 전도성 물질은 한천 젤(ager gel)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 세포지지부는 상기 세포안착부 주위로 단차지게 형성되어 배양액의 유출을 차단하는 유출방지패킹부가 구비될 수 있다. 이때, 상기 유출방지패킹부는 실리콘으로 패킹될 수 있다.

또한, 상기 세포안착부는 상기 슬라이드글라스 주위에 슬라이드글라스와 동일한 두께의 가스켓이 안착될 수 있다.

또한, 상기 가스켓은 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 배양액공급부와 세포커버부 및 세포지지부는 폴리카보네이트 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 배양액공급부와 세포커버부 및 세포지지부는 각각 볼트와 너트로 체결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 세포배양 복합자극챔버를 이용한 세포배양장치는 본 발명에 따른 세포배양 복합자극챔버와, 상기 세포배양 복합자극챔버 내로 배양액을 공급하기 위해 배양액의 유동을 발생시키는 연동펌프와, 상기 연동펌프에 의해 유동되는 배양액의 맥동을 완화하여 균일화된 배양액을 상기 세포배양 복합자극챔버 내로 유입하는 배양액완충기 및 상기 세포배양 복합자극챔버에서 유출된 배양액이 저장되며 상기 연동펌프에 의해 배양액을 공급하는 배양액저수조를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 세포배양장치는 상기 배양액완충기와 세포배양 복합자극챔버 사이에 설치되어 배양액의 유동량을 측정하는 유량센서를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 세포배양장치는 상기 유량센서와 연동펌프 사이에 설치되어 상기 유량센서를 모니터링하되 기 설정된 설정값과 상기 유량센서의 유동값을 비교하여 상기 유동값이 설정값보다 크면 상기 연동펌프의 속도를 감소시키는 피드백제어기를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 피드백제어기에 기 설정된 설정값은 체적유량이 분당 50㎖ 내지 500㎖ 일 수 있다.

또한, 상기 세포배양장치는 상기 배양액완충기와 배양액저수조가 안착되며 배양액의 온도를 일정하게 유지시키는 항온수조를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 항온수조에 의해 배양액이 37℃로 유지될 수 있다.

또한, 상기 세포배양장치는 상기 배양액저수조에 연결되어 배양액의 pH를 일정하게 유지시키는 pH조절기를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 pH조절기에 의해 습해진 5％ 농도의 이산화탄소에 의해 배양액의 pH가 일정하게 유지될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세 포배양장치에 의하면 생체 내에서 세포가 받고 있는 전단응력과 전위차에 의한 전기장을 실험실 환경에서 독립적으로 조절함으로써 외부환경 변화에 따라 나타나는 세포의 반응을 관찰하는데 유용한 효과가 있다.

또한, 배양액을 효과적으로 분산하여 균일한 유동장을 형성하고, 자체적으로 배양액을 순환시킴으로써 세포의 생장 조건을 유지할 수 있으며, 다양한 물리적 자극에 의한 반응을 복합적으로 연구할 수 있다.

또한, 실제 실험을 수행함에 있어서 실험자가 현미경상에서 실시간으로 관찰을 하는데 용이하므로 동일한 세포를 추적하면서 변화를 관찰하거나 시간에 따른 변화의 양상을 정량화할 수 있고, 이를 통하여 다양한 물리적 자극에 의한 세포의 반응에 대한 연구발전에 기여할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버의 분해 사시도이고, 도 2는 결합 사시도이고, 도 3은 현미경 관찰 영역을 나타내는 도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치의 개략도이고, 도 5a는 단층세포 들에 전단응력이 작용하는 모습을 나타내는 도이고, 도 5b는 단층세포들에 전기장이 작용하는 모습을 나타내는 도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버는 배양액공급부와, 세포커버부 및 세포지지부를 포함하여 구성된다.

상기 배양액공급부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배양액입구(111)와 배양액분산부(112)가 구비되어 구성된다. 이때, 상기 배양액공급부(110)는 폴리카보네이트 재질로 이루어질 수 있다.

상기 배양액입구(111)는 상기 배양액공급부(110)의 일 측면으로부터 상기 배양액공급부(110)의 타 측면에 형성된 상기 배양액분산부(112)까지 관통하여 형성된다.

상기 배양액분산부(112)는 상기 배양액입구(111)에 연결되되 단차지게 형성되어 유입된 배양액의 분산을 유도하는 함몰된 형상으로 이루어진다. 이때, 상기 배양액분산부(112)의 단차 깊이는 0.5㎜로 형성될 수 있다.

즉, 상기 배양액입구(111)를 통하여 유입되는 배양액은 상기 세포커버부(120)의 후술할 유동방지플레이트(121)에 의해 그 유동이 차단되어 본래의 유동속도를 잃게 되며, 상기 배양액분산부(112)의 유도에 의해 분산된 배양액이 상기 세포지지부(130)로 이동된다.

또한, 상기 배양액공급부(110)는 상기 배양액분산부(112)의 유도로 분산된 배양액이 상기 배양액공급부(110)에서 외부로 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 배양액분산부(112) 주위로 단차지게 형성된 유출방지패킹부(113)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 유출방지패킹부(113)는 실리콘으로 패킹될 수 있다.

상기 세포커버부(120)는 유동방지플레이트(121)와, 전극플레이트(122) 및 출구플레이트(123)가 구비되어 구성된다. 이때, 상기 세포커버부(120)는 폴리카보네이트 재질로 이루어질 수 있다.

상기 유동방지플레이트(121)는 상기 배양액분산부(112)가 구비된 배양액공급부(110)에 결합되어 상기 배양액분산부(112)를 커버함과 동시에, 상기 배양액입구(111)를 통해 유입되는 배양액의 유동을 차단한다.

상기 전극플레이트(122)는 상기 유동방지플레이트(121)와 일체로 연결되고, 상면에 전극이 삽입되는 전극삽입홈(122a)이 형성된다.

상기 전극삽입홈(122a)은 두 개의 평행한 홈으로 형성되고, 상기 전극삽입홈(122a)에 삽입되는 전극은 와이어 전극으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 전극삽입홈(122a)에는 전극이 삽입된 후 전극의 전기분해 부산물로부터 세포를 보호하기 위해 전도성 물질이 삽입될 수 있다. 이때, 상기 전도성 물질은 한천 젤(agar gel)로 이루어질 수 있다.

상기 와이어 전극은 상기 전극삽입홈(122a) 양측에 형성된 전극입구(122c)와 전극출구(122d)를 통하여 상기 전극삽입홈(122a)에 안착될 수 있다.

한편, 상기 와이어 전극은 전원공급기나 파동발생기에 연결될 수 있고, 직류 또는 교류 전압을 인가하여 원하는 형태의 전위차를 형성시킴으로써 단층 세포들에게 전기적 자극을 가할 수 있다. 즉, 상기 와이어 전극 사이와 대응하는 후술할 상기 세포지지부(130)의 세포안착부(131)의 해당 위치에 세포가 배양된 슬라이드글라스(131a)를 안착시켜 일정한 전기장이 세포에 가해지도록 할 수 있다. 이때, 현미경의 관찰영역은 도 3에 도시된 바와 같이, 전기적 자극이 가해지는 양 전극(122b) 사이이다.

상기 출구플레이트(123)는 상기 전극플레이트(122)와 일체로 연결되고, 배양액이 유출되는 다수의 배양액출구(123a)가 상기 출구플레이트(123)의 상하를 관통하여 형성된다. 상기 배양액출구(123a)는 4개로 이루어져 배양액출구가 1개일 때에 비해 유동 변화의 폭이 크지 않기 때문에 상대적으로 더 넓고 고른 유동장의 확보가 가능하다.

상기 세포지지부(130)는 상기 배양액공급부(110) 및 세포커버부(120)의 저면에 결합되며 내부에 세포안착부(131)가 구비되어 구성된다. 이때, 상기 세포지지부(130)는 폴리카보네이트 재질로 이루어질 수 있다.

상기 세포지지부(130)는 상기 배양액분산부(112)을 통해 이동하는 배양액의 유동을 차단하되 배양액의 유동방향을 바꾸어 균일한 유동을 가지는 배양액을 세포에게 공급한다.

상기 세포안착부(131)는 0.5mm의 깊이로 단차지게 형성된 함몰된 형상으로 이루어지며, 세포가 배양된 슬라이드글라스(131a)가 안착된다. 이때, 상기 슬라이 드글라스(131a)는 그 두께가 1㎜로 이루어질 수 있고, 두개의 슬라이드글라스(131a)가 상기 세포안착부(131)에 안착될 수 있다.

또한, 상기 세포안착부(131)는 고른 층류 유동면을 확보하기 위해 상기 슬라이드글라스(131a) 주위에 슬라이드글라스(131a)와 동일한 두께의 가스켓이 안착될 수 있고, 이때, 상기 가스켓은 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 세포지지부(130)는 상기 세포안착부(131)에서 유동하는 배양액이 상기 세포지지부(130)에서 외부로 유출되는 것을 차단하기 위해 상기 세포안착부(131) 주위로 단차지게 형성된 유출방지패킹부(132)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 유출방지패킹부(132)는 실리콘으로 패킹될 수 있다.

한편, 상기 배양액공급부(110)와, 세포커버부(120) 및 세포지지부(130)는 각각 체결부재에 의해 결합될 수 있다. 즉, 상기 배양액공급부(110)에 상기 세포커버부(120)의 대응측면이 결합되며, 상기 세포지지부(130)는 결합된 상기 배양액공급부(110)와 세포커버부(120)의 저면에 결합된다. 이때, 상기 체결부재는 볼트 및 너트로 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버를 이용한 세포배양장치를 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버(100)와, 연동펌프(200)와, 배양액 완충기(300)와, 배양액저수조(400)를 포함하여 구성된다.

상기 세포배양 복합자극챔버(100)는 기 서술한 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버의 구성과 동일하다.

상기 연동펌프(200)는 상기 배양액저수조(400)에 연결되어 상기 배양액저수조(400)에 저장된 배양액의 유동을 발생시키며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 내의 세포안착부(131)에 있는 세포에게 배양액을 공급한다. 따라서, 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 내의 세포는 적절한 생장 조건이 유지되면서 배양액의 유동량에 비례하는 전단응력을 받게 된다.

상기 배양액완충기(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연동펌프(200)에 연결되어 상기 연동펌프(200)에 의해 유동되는 배양액의 맥동을 완화하여 균일화하며 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 내로 완화된 배양액을 공급한다.

상기 배양액저수조(400)는 상기 세포배양 복합자극챔버(100)로부터 유출된 배양액이 저장되며, 상기 연동펌프(200)에 의해 다시 상기 세포배양 복합자극챔버(100)내로 배양액을 공급한다.

한편, 상기 세포배양장치는 배양액의 유동량을 측정하는 유량센서(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유량센서(500)는 상기 연동펌프(200)와 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 사이에 설치되며, 체적유량을 측정할 수 있다.

또한, 상기 세포배양장치는 상기 유량센서(500)와 연동펌프(200) 사이에 설치되는 피드백제어기(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 피드백제어기(600)는 비례-적분-미분 제어기 (Proportional Integral Derivative controller, PID 제어기)로 구성되되, 각각의 계수는 지글러-니콜스 방법으로 최적화될 수 있다.

상기 피드백제어기(600)는 상기 유량센서(500)를 모니터링하되 기 설정된 설정값과 상기 유량센서(500)의 유동값을 비교하여 상기 연동펌프(200)의 속도를 자동적으로 제어한다.

즉, 상기 유량센서(500)의 유동값이 상기 피드백제어기(600)의 설정값보다 크면 상기 연동펌프(200)의 속도를 감소시키고, 상기 유량센서(500)의 유동값이 상기 피드백제어기(600)의 설정값보다 작으면 상기 연동펌프(200)의 속도를 증가시킨다. 이때, 상기 피드백제어기(600)에 기 설정된 설정값은 체적유량이 분당 50㎖ 내지 500㎖ 일 수 있고, 이때, 체적유량에 비례하여 실제 세포가 받는 전단응력은 1㎠ 당 3dyne 내지 30dyne 일 수 있다. 따라서, 실험을 진행하는 동안 상기 체적유량의 범위 내에서 특정한 전단응력을 일정하게 유지시키거나, 미리 입력한 설정값에 따라 특정 형태의 전단응력 패턴을 가할 수 있다.

또한, 상기 세포배양장치는 배양액의 온도를 일정하게 유지시키는 항온수조(700)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 항온수조(700)는 내부에 상기 배양액완충기(300)와 배양액저수조(400)가 안착되며 적절한 세포배양환경을 형성해 주기 위해 배양액의 온도를 37℃로 유지시킬 수 있다.

더불어, 상기 세포배양장치는 배양액의 pH를 일정하게 유지시키는 pH조절기(800)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 pH조절기(800)는 상기 배양액저수조(400)에 연결되되 가습기로 이루어질 수 있으며, 상기 pH조절기(800)에 의해 습해진 5％ 농도의 이산화탄소에 의해 배양액의 pH를 유지시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버 및 이를 이용한 세포배양장치의 작용을 상세히 설명한다.

단층 세포가 배양된 슬라이드글라스 두 개를 도 1에 도시된 바와 같이, 세포지지부(130)의 세포안착부(131)에 고정시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 세포의 적절한 생장 조건을 유지하기 위해 공급되는 배양액은 연동펌프(200)에 의해 유동되고, 배양액완충기(300)를 거치면서 맥동성이 없는 균일한 유동을 가지게 되며, 이후, 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 내로 공급된다.

이때, 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 내로 공급되는 유동량은 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 앞에 연결된 유량센서(500)에 의해 측정된다. 상기 유량센서(500)의 유동값은 상기 유량센서(500)를 모니터링하는 피드백제어기(600)의 설정값과 비교되며 펌프의 속도가 자동적으로 제어된다. 즉, 상기 피드백제어기(600)는 최적화된 제어방법을 통해 유동값이 설정값보다 크면 상기 연동펌프(200)의 속도를 감소시키고, 이와 반대로, 유동값이 설정값보다 작으면 상기 연동펌프(200)의 속도를 증가시킨다. 따라서, 특정한 유동량을 가진 배양액이나, 특정 형태의 유동 패턴을 가진 배양액을 상기 세포배양 복합자극챔버(100) 내로 공급할 수 있다.

배양액은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배양액공급부(110)에 구비된 배양액입구(111)로 유입되고, 세포커버부(120)의 유동방지플레이트(121)에 의해 그 유동이 차단되어 원래의 유동속도를 잃게 되며, 상기 배양액공급부(110)에 구비된 배양액분산부(112)의 유도로 분산된다. 또한, 상기 배양액분산부(112)를 통하여 유동되는 배양액은 다시 세포지지부(130)에 의해 그 유동이 차단되어 유동방향이 바뀌게 되므로 균일한 유동을 가진 배양액이 상기 세포안착부(131)에 고정된 세포에게 공급된다.

배양액의 외부유출을 차단하며 배양액을 공급하기 위해 배양액분산부(112)와 세포지지부(130) 주위에 유동방지패킹부가 구비되며, 세포커버부(120)와 세포지지부(130) 사이에 균일한 유동층류를 형성하기 위해 상기 슬라이드글라스(131a)와 동일두께의 가스켓이 세포안착부(131)에 구비된다.

배양액은 세포커버부(120)에 형성된 다수의 배양액출구(123a)를 통해 유출되므로, 배양액출구가 한 개일 때와 비교하여 유동 변화의 폭이 크지 않다. 따라서, 상대적으로 더 넓고 고른 유동장을 확보할 수 있다.

세포커버부(120)와 세포지지부(130) 사이를 흐르는 배양액은 5a에 도시된 바와 같이, 상기 세포커버부(120)와 세포지지부(130)의 마찰에 의해 속도 구배가 형성되고, 이에 비례하는 전단응력이 상기 세포안착부(131)에 고정된 세포에 가해진다.

동시에, 상기 세포커버부(120)에 삽입된 전극을 통해 직류 또는 교류 전압을 인가하여 원하는 형태의 전위차를 형성함으로써 도 5b에 도시된 바와 같이, 일정한 전기장이 세포에 가해진다.

현미경상에서 실시간으로 관찰하되 세포가 받고 있는 전단응력과 전위차에 의한 전기장을 독립적으로 조절함으로써 외부환경 변화에 따라 나타나는 세포의 모양과 이동성 차이, 세포의 발생과 분화, 특정 단백질의 발현 정도 및 유전정보의 활성화변화 등 다양한 변화의 양상을 정량화할 수 있다.

세포배양 복합자극챔버(100)로부터 유출된 배양액은 도 4에 도시된 바와 같이, 배양액저수조(400)에 저장되며, 상기 연동펌프(200)에 의해 다시 순환된다.

한편, 적절한 세포배양환경을 형성하기 위해 온도는 항온수조(700)에 의해 일정하게 유지되며, pH는 pH조절기(800)에 의해 습해진 이산화탄소에 의해 조절된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 세포배양 복합자극챔버와 이를 이용한 세포배양장치을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도 면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버의 결합 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양 복합자극챔버의 현미경 관찰 영역을 나타내는 도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치의 개략도이다.

도 5a는 단층세포들에 전단응력이 작용하는 모습을 나타내는 도이다.

도 5b는 단층세포들에 전기장이 작용하는 모습을 나타내는 도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100:세포배양 복합자극챔버 110:배양액공급부

111:배양액입구 112:배양액분산부

113,132:유출방지패킹부 120:세포커버부

121:유동방지플레이트 122:전극플레이트

122a:전극삽입홈 122b:전극

122c:전극입구 122d:전극출구

123:출구플레이트 123a:배양액출구

130:세포지지부 131:세포안착부

131a:슬라이드글라스 200:연동펌프

300:배양액완충기 400:배양액저수조

500:유량센서 600:피드백제어기

700:항온수조 800:pH조절기

900:단층세포

Claims (20)

1. 배양액입구와, 상기 배양액입구에 연결되며 유입된 배양액의 분산을 유도하는 단차지어 함몰된 배양액분산부가 구비된 배양액공급부;

   상기 배양액공급부에 결합되어 상기 배양액분산부를 커버하며 유입된 배양액의 유동을 차단하는 유동방지플레이트와, 상기 유동방지플레이트와 일체로 연결되되 전극이 삽입되는 전극삽입홈이 형성된 전극플레이트와, 상기 전극플레이트와 일체로 연결되되 배양액이 유출되는 다수의 배양액출구가 형성된 출구플레이트로 이루어지는 세포커버부; 및

   상기 배양액공급부 및 세포커버부의 저면에 결합되며 안착된 슬라이드글라스로 배양액이 유동되는 단차지어 함몰된 세포안착부가 구비된 세포지지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배양액공급부는 상기 배양액분산부 주위로 단차지게 형성되어 배양액의 유출을 차단하는 유출방지패킹부가 구비되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 유출방지패킹부는 실리콘으로 패킹되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전극삽입홈에 삽입되는 전극은 와이어 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전극삽입홈에는 전극의 전기분해 부산물로부터 세포를 보호하는 전도성 물질이 삽입되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 전도성 물질은 한천 젤(ager gel)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 세포지지부는 상기 세포안착부 주위로 단차지게 형성되어 배양액의 유출을 차단하는 유출방지패킹부가 구비되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 유출방지패킹부는 실리콘으로 패킹되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 세포안착부는 상기 슬라이드글라스 주위에 슬라이드글라스와 동일한 두께의 가스켓이 안착되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 가스켓은 실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 배양액공급부와 세포커버부 및 세포지지부는 폴리카보네이트 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 배양액공급부와 세포커버부 및 세포지지부는 각각 볼트와 너트로 체결되는 것을 특징으로 하는 세포배양 복합자극챔버.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 하나의 항에 의한 세포배양 복합자극챔버;

    상기 세포배양 복합자극챔버 내로 배양액을 공급하기 위해 배양액의 유동을 발생시키는 연동펌프;

    상기 연동펌프에 의해 유동되는 배양액의 맥동을 완화하여 균일화된 배양액을 상기 세포배양 복합자극챔버 내로 유입하는 배양액완충기; 및

    상기 세포배양 복합자극챔버에서 유출된 배양액이 저장되며 상기 연동펌프에 의해 배양액을 공급하는 배양액저수조를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 배양액완충기와 세포배양 복합자극챔버 사이에 설치되어 배양액의 유동량을 측정하는 유량센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 유량센서와 연동펌프 사이에 설치되어 상기 유량센서를 모니터링하되 기 설정된 설정값과 상기 유량센서의 유동값을 비교하여 상기 유동값이 설정값보다 크면 상기 연동펌프의 속도를 감소시키는 피드백제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 피드백제어기에 기 설정된 설정값은 체적유량이 분당 50㎖ 내지 500㎖ 인 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
17. 제 13항에 있어서,

    상기 배양액완충기와 배양액저수조가 안착되며 배양액의 온도를 일정하게 유 지시키는 항온수조를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 항온수조에 의해 배양액이 37℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
19. 제 13항에 있어서,

    상기 배양액저수조에 연결되어 배양액의 pH를 일정하게 유지시키는 pH조절기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 pH조절기에 의해 습해진 5％ 농도의 이산화탄소에 의해 배양액의 pH가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 세포배양장치.

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