KR20120013012A - Techniques for isolation of axons from cultured neurons and formation of directional synapses between neurons - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for separating spatial axons from neurons is provided to manufacture a bio chip which enables signal recognition of neuron of a low density compartment. CONSTITUTION: A method for separating spatial axon comprises: a step of selectively injecting first suspension liquid containing neurons into a first injection hole to attach the neurons to a neuron adhesion layer; a step of culturing the attached neurons; and a step of isolating axons extended from the neurons. A microfluid chip comprises a first flow path having the first injection hole and a first discharge hole; a second flow path having a second injection hole and a second discharge hole; a microfluid channel for connecting the first and second flow paths; and a neuron adhesion layer.

Description

신경세포로부터 공간적인 축색 돌기 분리 및 방향성을 갖는 시냅스 형성방법{Techniques for isolation of axons from cultured neurons and formation of directional synapses between neurons}Techniques for isolation of axons from cultured neurons and formation of directional synapses between neurons

본 발명은 신경세포로부터 공간적인 축색 돌기 분리 및 방향성을 갖는 시냅스 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용하여 고밀도 신경세포에서 저밀도 신경세포의 일측 방향으로 축색 돌기가 미세유체 채널 내로 성장하여 분리되는 공간적인 축색 돌기의 분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of synapse formation having a spatial axon separation and directionality from nerve cells, and more specifically, axon projection in one direction of low density neurons in high density neurons using a microfluidic chip for axon separation. The present invention relates to a method for separating spatial axons that grow and separate into microfluidic channels.

실험동물을 직접 사용하지 않고 그로부터 적출한 생체조직 또는 세포의 체외(in vitro) 배양은 세포생물학분야 또는 의학분야의 연구발전에 지대한 공헌을 하였다. 초대배양(primary culture)과 계대배양(subculture)을 통한 조직배양 및 세포배양에 관한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 현재 다양한 종류의 세포에 대한 배양법(protocol)이 매우 잘 정립되어 있다. In vitro culture of biological tissues or cells extracted from the animals without direct use has made a significant contribution to the development of research in cell biology and medicine. Various researches on tissue culture and cell culture through primary culture and subculture have been conducted, and the protocol for various kinds of cells is very well established.

신경세포의 개별 신경세포 주위의 환경변화에 대한 관찰을 하고자하는 노력에도 불구하고 신경세포는 배양되는 신경세포 간에 상호작용을 하면서 성장하기 때문에 저밀도 배양이 매우 어렵다.Despite efforts to observe environmental changes around individual neurons of neurons, low density cultures are very difficult because neurons grow by interacting with cultured neurons.

지금까지 연구된 바에 의하면 연구를 수행하기 위한 합리적인 신경세포 생존률을 얻기 위해서는 일정 밀도 이상(10 내지 50 cell/㎟)으로 신경세포를 배양해야만 한다. 더욱이 일반적인 배양 조건(조직배양접시, 조직배양플라스크, 조직배양플레이트)은 일정한 밀도로 신경세포가 주입되므로(단일 밀도로 주입되므로) 단위 면적당 개체수의 변화를 가져오기가 매우 어렵다. Until now, it has been studied that in order to obtain a reasonable neuronal viability for conducting the study, the neurons must be cultured to a certain density or more (10 to 50 cell / mm 2). Moreover, general culture conditions (tissue culture dish, tissue culture flask, tissue culture plate) are very difficult to bring about the change of population per unit area because neurons are injected at a constant density (in a single density).

따라서 관심을 갖는 신경세포 주위에는 항상 매우 많은 돌기들(축색 돌기와 수상 돌기)로 붐비기 때문에 그것들의 출처, 관계 등을 규명하기가 매우 혼란스럽다. Therefore, the nerve cells of interest are always crowded with so many bumps (axons and dendrites) that it is very confusing to identify their origins and relationships.

한편, 최근 들어 개별 신경세포 주위의 환경 변화에 따른 신경세포의 거동에 관한 분석 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이를 수행하기 위해서는 개별 신경세포를 신경세포군으로부터 분리하여 고립시켜 배양하여야 하며, 그 신경세포 주위에 빈 공간을 충분하게 주어야 하고, 주위의 신경세포군으로부터의 영향을 제어해야하며, 신경세포군으로부터 분리된 축색 돌기를 고립 신경세포 주위로 유도시키며 배양해야만 한다. On the other hand, in recent years, analytical researches on the behavior of neurons according to environmental changes around individual neurons have been actively conducted. To do this, individual neurons must be isolated from the neuronal cell population, isolated and cultured, sufficient space must be provided around the neuron, the influence from surrounding neuronal cell populations must be controlled, and axons isolated from the neuronal cell population. The protuberance must be cultured inducing around isolated neurons.

특히, 지금까지의 연구에서 세포체로부터 축색 돌기의 분리는 신경세포 성장인자(NGF, nerve growth factor) 등과 같은 물질을 이용한 분리 기술을 사용하여 축색 돌기를 분리하고 있다. In particular, in the past studies, the separation of axons from cell bodies has been carried out using separation techniques using materials such as nerve cell growth factor (NGF).

이에 본 발명자들은 신경세포 성장인자(NGF, nerve growth factor) 등과 같은 물질을 사용할 필요없이, 반도체 공정기술의 포토리소그래피(Photolithography Process)와 고분자 복제 주물 방법(Polymer replica molding technique), 소프트리소그래피(Soft lithography) 등을 이용하여 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 제작하고, 표면 패터닝 방법과 접목하여 고밀도 신경세포에서 저밀도 신경세포의 일측 방향으로 축색 돌기가 미세유체 채널 내로 성장하여 분리되는 공간적인 축색 돌기의 새로운 분리방법을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors do not need to use materials such as nerve growth factor (NGF), photolithography process, polymer replica molding technique, soft lithography of semiconductor processing technology. Microfluidic chip for axon projection separation, and combined with surface patterning method, a new method of spatial axon projection in which axons grow in one direction from low density neurons to microfluidic channels. The separation method was found and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 주입된 전체 신경세포군으로부터 소수의 신경세포를 공간적으로 고립시켜 일정시간 배양한 후, 고립된 신경세포 주변에 공간적으로 축색 돌기를 분리하는 방법 및 신경세포군으로부터 성장한 축색 돌기와 고립된 신경세포 주변에 방향성을 갖는 시냅스를 형성하는 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to spatially isolate a small number of nerve cells from the injected whole nerve cell group, and then culture for a predetermined time, and then to spatially separate the axon projections around the isolated nerve cells, and to the isolated axons and isolated nerve cells. It is intended to provide a method of forming a directional synapse around a cell.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 분리방법으로 분리된 축색 돌기 및 저밀도로 성장된 신경세포 간에 방향성을 갖는 인위적인 시냅스의 형성방법을 제공하고자 한다. Still another object of the present invention is to provide a method for forming an artificial synapse having directivity between axons separated by the above separation method and neurons grown at low density.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 축색 돌기 분리용 미세유체칩의 표면에 대한 패턴 형성과 미세구조물을 사용하여, 동일 기판에서 위치에 따른 신경세포 배양 밀도의 조절을 통하여 고밀도 신경세포에서 저밀도 신경세포로의 일측 방향으로 축색 돌기가 미세유체 채널 내로 성장하여 분리되는, 공간적인 축색 돌기의 분리방법 및 상기 분리방법을 통하여 분리된 축색 돌기를 제공한다.In order to achieve the object as described above, the present invention uses a pattern formation and the microstructure on the surface of the microfluidic chip for separation of axons, through the control of the density of nerve cell culture according to the position on the same substrate In one direction to the low-density neurons in the axon growth is separated into a microfluidic channel, to provide a separation method of spatial axon projections and separated axon projections through the separation method.

본 발명의 축색 돌기의 분리방법은 상기 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용함으로써 신경세포가 동일 기판상의 제 1 주입구 및 제 2 주입구를 통하여 서로 다른 밀도를 가진 신경세포 함유 현탁액이 주입되어, 신경세포 부착층에 공간적으로 선택적인 신경세포의 부착이 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the separation method of the axon protrusion of the present invention, by using the microfluidic chip for separating the axon protrusion, nerve cells containing different concentrations of nerve cells are injected through the first injection hole and the second injection hole on the same substrate, and the nerve cells are injected. It is characterized in that the adhesion of the spatially selective neurons to the adhesion layer is made.

본 발명의 축색 돌기의 분리방법은 상기 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용함으로써 신경세포가 동일 기판상의 제 1 유로 및 제 2 유로의 신경세포 부착층에 서로 다른 주입 밀도로 성장하는 것을 특징으로 한다.Separation method of the axon projection of the present invention is characterized in that by using the microfluidic chip for separation of the axon projections, nerve cells grow at different injection densities in the neuronal cell adhesion layers of the first flow path and the second flow path on the same substrate. .

본 발명의 축색 돌기의 분리방법은 상기 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용함으로써 고밀도 신경세포에서 저밀도 신경세포의 일측 방향으로 축색 돌기가 미세유체 채널 내로 성장하여 분리되는 것을 특징으로 한다.Separation method of the axon projections of the present invention is characterized in that the axon projections grow in one direction of the low density neurons from the high density neurons by using the microfluidic chip for separation of the axon projections.

상기 본 발명의 축색 돌기 분리용 미세유체칩은 제 1 주입구 및 제 1 배출구를 구비한 제 1 유로, 제 2 주입구 및 제 2 배출구를 구비한 제 2 유로, 상기 제 1 및 제 2 유로를 연결하는 미세유체 채널, 상기 제 1 유로, 제 2 유로 및 미세유체 채널의 기저면에 구비된 신경세포 부착층을 포함하는 축색 돌기 분리용 미세유체칩인 것을 특징으로 한다.The microfluidic chip for separating the axon protrusions of the present invention connects the first flow path having the first inlet and the first outlet, the second flow path having the second inlet and the second outlet, and the first and second flow paths. It is characterized in that the microfluidic chip for separation of the axon projections comprising a microfluidic channel, the first flow path, the second flow path and the neuron cell adhesion layer provided on the base surface of the microfluidic channel.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 The present invention

제 1 주입구 및 제 1 배출구를 구비한 제 1 유로, 제 2 주입구 및 제 2 배출구를 구비한 제 2 유로, 상기 제 1 및 제 2 유로를 연결하는 미세유체 채널, 상기 제 1 유로, 제 2 유로 및 미세유체 채널의 기저면에 구비된 신경세포 부착층을 포함하는 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용한 축색 돌기 분리방법에 있어서,A first flow passage having a first inlet and a first outlet, a second flow passage having a second inlet and a second outlet, a microfluidic channel connecting the first and second flow passages, the first flow passage, and a second flow passage In the axon projection separation method using a microfluidic chip for axon projection separation comprising a nerve cell adhesion layer provided on the base surface of the microfluidic channel,

상기 제 1 주입구에 신경세포를 함유하는 제 1 현탁액을 선택적으로 주입하여 신경세포 부착층에 부착시키는 단계; 및Selectively injecting a first suspension containing neurons into the first inlet and attaching to the neuronal cell adhesion layer; And

상기 부착된 신경세포의 배양을 통하여 상기 신경세포에서 축색 돌기가 미세유체 채널 내로 성장하여 분리되는 단계;Separating and growing axons in the microfluidic channel through the culture of the attached nerve cells;

를 포함하는, 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용한 신경세포로부터 공간적인 축색 돌기의 분리방법 및 상기 축색 돌기의 방법으로 분리된 신경세포의 축색 돌기를 제공한다.It provides a separation method of spatial axon projections from nerve cells using a microfluidic chip for separation of axon projections and provides axon projections of nerve cells separated by the method of the axon projections.

본 발명에 있어서, 상기 축색 돌기의 분리방법은 상기 제 2 주입구를 통해 주입되는 제 2 현탁액은 상기 제 1 현탁액보다 저밀도의 신경세포를 함유하는 현탁액인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the separation method of the axon projections is characterized in that the second suspension injected through the second inlet is a suspension containing nerve cells of lower density than the first suspension.

상기 제 1 주입구 및 제 2 주입구를 통해 주입되는 제 1 현탁액 및 제 2 현탁액은 서로 다른 밀도의 신경세포를 함유하는 현탁액인 것으로, 보다 상세하게는 제 1 주입구를 통해 고밀도의 신경세포를 함유하는 현탁액을 주입하거나 또는 제 1 주입구를 통해 고밀도의 신경세포를 함유하는 현탁액을 주입 및 제 2 주입구를 통해 저밀도의 신경세포를 함유하는 현탁액을 주입할 수 있다.The first and second suspensions injected through the first and second inlets are suspensions containing neurons of different densities, and more specifically, suspensions containing high density neurons through the first inlets. Or a suspension containing neurons of high density through the first inlet and a suspension containing neurons of low density through the second inlet.

본 발명에 있어서, 상기 제 1 유로 또는 제 2 유로의 신경세포 부착층에 부착된 신경세포는 고밀도에서 저밀도의 일측 방향으로 미세유체 채널을 통해 농도구배에 의해 이동 분리되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the nerve cells attached to the neural cell adhesion layer of the first flow passage or the second flow passage are separated by a concentration gradient through the microfluidic channel in one direction of high density to low density.

본 발명에 있어서, 상기 특정 부분에 부착된 신경세포는 고밀도에서 저밀도의 일측 방향으로 2차원적으로 위치 분리가 가능하며, 오직 축색 돌기와 수상 돌기만이 성장하여 미세유체 채널을 통해 농도구배에 의해 이동 분리된다.In the present invention, the nerve cells attached to the specific part can be separated in two dimensions in one direction of high density to low density, and only axons and dendrites grow and move by concentration gradient through the microfluidic channel. Are separated.

본 발명의 공간적인 축색 돌기의 분리방법은 제 1 주입구와 제 2 주입구는 서로 다른 밀도의 신경세포를 함유하는 현탁액이 주입되는 것으로, 상기 주입된 신경세포는 서로 다른 주입 밀도로 부착되어 성장하며, 공간적으로 선택적인 신경세포의 부착과 방향성을 갖는 축색 돌기의 성장 및 분리를 유도하기 위하여 신경세포 부착 물질의 표면 패터닝을 이용하거나, 또는 입체적인 미세구조물을 설치하거나, 또는 많은 구획을 갖는 미세유체칩의 구획과 그 구획들을 연결하는 미세유체 채널을 이용하여 각 돌기가 성장할 때 방향성을 제어하고, 성장 속도를 제어함으로써 축색 돌기를 일정 방향으로 분리시킬 수 있다.In the separation method of the spatial axon projection of the present invention, the first injection hole and the second injection hole are injected with a suspension containing nerve cells of different densities, and the injected nerve cells are attached and grown at different injection densities, In order to induce growth and separation of axons with spatially selective neuronal attachment and orientation, surface patterning of neuronal cell attachment materials, or the installation of three-dimensional microstructures, or microfluidic chips with many compartments By using the compartment and the microfluidic channel connecting the compartments, the axons can be separated in a predetermined direction by controlling the direction as each protrusion grows and controlling the growth rate.

보다 상세하게는 세포체로부터 축색 돌기만을 특정 방향으로 분리하기 위하여 성장 속도에 따른 물리적인 분리를 이용한 것으로, 100 내지 200 ㎛/day의 성장속도를 가지는 축색 돌기와 20 내지 30 ㎛/day의 성장속도를 가지는 수상 돌기가 신경세포가 부착된 공간 이외에 빈 공간을 향하여 경쟁적으로 성장할 경우, 일정기간이 지나면 세포체로부터 먼 거리에 있는 위치일수록 분리된 축색 돌기만이 미세유체 채널을 통해 이동 분리할 수 있다. In more detail, physical separation according to the growth rate is used to separate only the axons from the cell body in a specific direction. The axons have a growth rate of 100 to 200 μm / day and a growth rate of 20 to 30 μm / day. If the dendrite grows competitively toward the vacant space in addition to the space to which the neurons are attached, only the axons separated from the cell body can move and separate through the microfluidic channel after a certain period of time.

본 발명에 있어서, 상기 미세유체칩은 기판 상에 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)로부터 선택되는 1종 이상의 고분자 또는 광감응성 고분자로 제조된 미세구조물을 부착하여 유로 및 미세유체 채널을 형성시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the microfluidic chip is one or more polymers or light selected from polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (PU), polymethyl methacrylate (PMMA) on a substrate By attaching a microstructure made of a sensitive polymer to form a flow path and a microfluidic channel.

본 발명에 있어서, 상기 신경세포 부착층은 유리, 실리콘, 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스틸렌(polystyrene) 및 폴리프로필렌(polypropylene)으로부터 선택되는 1종 이상의 기판 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the neuron adhesion layer is selected from glass, silicon, silicon oxide (silicon oxide), silicon nitride (silicon nitride), polycarbonate (polycarbonate), polystyrene (polystyrene) and polypropylene (polypropylene) 1 It is characterized by being located on more than one substrate.

또한, 상기 신경세포 부착층은 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL), 폴리-D-라이신(poly-D-lysine, PDL), 라미닌(laminin), 라미닌(laminin) 구조를 모사한 합성 폴리펩티드 또는 올리고 펩티드로부터 선택되는 1종 이상의 신경세포 부착물질을 사용할 수 있다.In addition, the neuron adhesion layer simulates poly-L-lysine (PLL), poly-D-lysine (PDL), laminin, laminin structure One or more neuronal cell attachment substances selected from one synthetic polypeptide or oligopeptide can be used.

보다 상세하게는 기판 상부에 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL), 폴리-D-라이신(poly-D-lysine, PDL), 라미닌(laminin), 라미닌(laminin) 구조를 모사한 합성 폴리펩티드 또는 올리고 펩티드로부터 선택되는 1종 이상의 신경세포 부착물질을 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)과 같은 폴리머를 이용하여 인쇄(stamping)하여 미리 무늬를 만들고 그 위에 신경세포를 키우되, 세포부착성 물질 위에만 자라날 수 있는 환경을 조성하였다.More specifically, the structure of poly-L-lysine (PLL), poly-D-lysine (PDL), laminin, laminin structure on the substrate is simulated. One or more neuronal cell attachment substances selected from synthetic polypeptides or oligopeptides are printed using a polymer such as polydimethylsiloxane (PDMS) to form a pattern in advance and grow neurons thereon, with cell adhesion It created an environment that can only grow on matter.

본 발명에 있어서, 상기 유로는 100 내지 1000 ㎛, 길이 1 내지 20 ㎜, 높이 50 내지 500 ㎛의 구획을 가지며, 미세유체 채널로 연결되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 미세유체 채널은 폭 3 내지 100 ㎛, 길이 10 내지 2000 ㎛, 높이 1 내지 20 ㎛의 서로 이격 분리된 다수 개의 미세유체 채널인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the flow passage has a section of 100 to 1000 ㎛, length 1 to 20 mm, height 50 to 500 ㎛, characterized in that connected to the microfluidic channel, the microfluidic channel is 3 to 100 width It is characterized in that the plurality of microfluidic channels spaced apart from each other, the length of 10 to 2000 ㎛, 1 to 20 ㎛ in height.

본 발명에 있어서, 상기 부착된 신경세포는 평균 밀도가 10 내지 300 cell/㎟로 유지되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the attached neurons are characterized in that the average density is maintained at 10 to 300 cell / mm2.

보다 상세하게는 상기 제 1 유로, 제 2 유로 및 미세유체 채널의 기저면에 구비된 신경세포 부착층에 부착된 신경세포의 평균적인 밀도는 10 내지 300 cell/㎟을 유지되며, 일정수준 이상의 세포 생존률을 유지할 수 있다. More specifically, the average density of neurons attached to the neural cell adhesion layer provided on the first channel, the second channel, and the base surface of the microfluidic channel is maintained at 10 to 300 cell / mm 2, and the cell survival rate is higher than a certain level. Can be maintained.

또한, 각 유로마다 주입된 신경세포의 부착 및 성장이 진행되며, 각 유로는 유체역학적으로 연결되어 있어 유체의 교류를 통해 배양 조건이 평준화되며, 특정 유로의 개별 신경세포 또는 소수의 신경세포(1 cell/㎟)들은 아주 높은 생존률로 성장할 수 있는 장점이 있다.In addition, the adhesion and growth of the injected nerve cells in each flow path is progressed, each flow path is hydrodynamically connected to equalize the culture conditions through the exchange of fluid, individual neurons or a few nerve cells in a specific flow path (1 cell / mm 2) has the advantage of being able to grow at a very high survival rate.

본 발명은 서로 이격 분리된 각 유로 내 서로 다른 밀도로 주입 후 부착된 신경세포를 배양한 후, 고밀도에서 저밀도의 배양된 신경세포가 일측 방향으로 미세유체 채널을 통해 농도구배에 의해 이동 분리된 축색 돌기와 저밀도로 성장된 신경세포의 수상 돌기 또는 세포체 간의 시냅스 형성단계를 포함하는 방향성을 갖는 인위적인 시냅스의 형성방법을 제공한다.According to the present invention, after culturing attached neurons after injection at different densities in each flow path separated from each other, cultured neurons having high density and low density are moved in one direction by a concentration gradient through a microfluidic channel. It provides a method for forming an artificial synapse having a direction comprising a step of synapses formed between dendritic projections or cell bodies of neurons grown at low density.

보다 상세하게는 일반적인 배양 조건에서 성장한 신경세포들은 무질서한 방향으로 시냅스를 형성하며, 한 개의 신경세포 주위에 위치한 각 돌기들의 구별은 매우 어렵다. 하지만 공간적으로 고립되어 배양된 개별 신경세포에서 세포체, 축색 돌기, 수상 돌기의 구분은 매우 쉽다.More specifically, neurons grown under normal culture conditions form synapses in a disordered direction, and it is very difficult to distinguish each of the protrusions located around one neuron. However, it is very easy to distinguish between cell bodies, axons and dendrites in individual neurons cultured in spatial isolation.

본 발명의 시냅스 형성방법은 일반적인 신경세포 배양조건에서 표면공학과 MEMS(Micros Electro Mechanical System) 공정을 이용하여 공간적으로 분리된 축색 돌기들과 고립되어 배양된 신경세포 간에 방향성을 갖는 시냅스가 형성되는 장점이 있다.Synapse formation method of the present invention has the advantage of forming a synapse having a direction between the isolated axons and the spatially separated axons using the surface engineering and MEMS (Micros Electro Mechanical System) process under normal neuron culture conditions have.

본 발명에 따른 축색 돌기의 분리방법은 본 발명의 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용함으로써 신경세포의 평균 밀도를 10 내지 300 cell/㎟로 유지할 수 있을 뿐 아니라 특정 구획의 개별 신경세포 또는 소수의 신경세포(1 cell/mm2)들은 아주 높은 생존률을 유지할 수 있는 장점이 있다.The method for separating axons according to the present invention can maintain the average density of neurons at 10 to 300 cell / mm 2 by using the microfluidic chip for separating the axons. Neurons (1 cell / mm 2 ) have the advantage of maintaining a very high survival rate.

본 발명에 따른 축색 돌기의 분리방법은 본 발명의 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용함으로써 고밀도 구획의 신경세포의 세포체 주변의 환경변화로부터 형성된 신호를 저밀도 구획의 신경세포의 세포체가 인식할 수 있는 바이오 칩의 제조에 크게 기여할 것이다.The method for separating axons according to the present invention uses the microfluidic chip for separating axons, thereby allowing the cell bodies of the neurons in the low density compartment to recognize signals formed from environmental changes around the cell bodies of the neurons in the high density compartment. Will greatly contribute to the manufacture of biochips.

도 1은 본 발명에 따른 미세유체칩에 대한 개념도이고,
(A: 기판에 비가역역적으로 부착된 고분자 미세유체칩, B: 기판에 가역적으로 분리할 수 있도록 고안된 고분자 미세유체칩)
도 2는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용한 신경세포들의 방향성을 갖는 시냅스 형성에 대한 개념도이며,
도 3은 본 발명에 따른 신경세포 부착물질이 도포된 미세유체칩을 이용하여 세포체와 수상 돌기로부터 축색 돌기를 공간적으로 분리됨을 확인한 결과이고,
(A: 개념도, B: 현미경 사진, C: 면역화학적 분석 결과)
도 4는 본 발명에 따른 신경세포 부착물질의 패턴이 형성된 미세유체칩을 이용하여 세포체와 수상 돌기로부터 축색 돌기를 공간적으로 분리됨을 확인한 결과이며,
(A: 개념도, B: 현미경 사진, C: 면역화학적 분석 결과)
도 5는 본 발명에 따른 고분자 주물 미세구조물이 형성된 미세유체칩을 이용하여 세포체와 수상 돌기로부터 축색 돌기를 공간적으로 분리됨을 확인한 결과이고,
(A: 개념도, B: 현미경 사진, C: 면역화학적 분석 결과)
도 6은 본 발명에 따른 광감응 고분자 미세구조물이 형성된 미세유체칩을 이용하여 세포체와 수상 돌기로부터 축색 돌기를 공간적으로 분리됨을 확인한 결과이며,
(A: 개념도, B: 현미경 사진, C: 면역화학적 분석 결과)
도 7은 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 배양된 신경세포의 생존율을 보여주는 것이고,
(A: 배양 사진, B: 확대사진)
도 8은 시간의 흐름에 따른 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 배양된 신경세포의 생장과정을 보여주는 것이며,
도 9는 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 배양된 신경세포의 주위에 스냅스를 형성한 결과 사진을 보여주는 것이고,
도 10은 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 배양된 신경세포로부터 각각 분리된 세포체, 수상 돌기, 축색 돌기를 보여주는 것이며,
(A: 현미경 사진, B: 면역화학적 분석결과)
도 11은 본 발명에 따른 미세유체칩을 이용하여 배양된 신경세포의 주위에 형성된 시냅스의 사진을 보여주는 것이다.
(A: 현미경 사진, B: 면역화학적 분석결과)
1 is a conceptual diagram of a microfluidic chip according to the present invention,
(A: polymer microfluidic chip irreversibly attached to the substrate, B: polymer microfluidic chip designed to be reversibly separated on the substrate)
2 is a conceptual diagram for synapse formation having a direction of the neurons using the microfluidic chip according to the present invention,
3 is a result of confirming that the axon projections are spatially separated from the cell body and the dendrite using a microfluidic chip coated with a neuronal cell adhesion material according to the present invention,
(A: conceptual diagram, B: micrograph, C: immunochemical analysis)
4 is a result of confirming that the axon projections are spatially separated from the cell body and the dendrite using a microfluidic chip formed with a pattern of neuronal cell adhesion material according to the present invention.
(A: conceptual diagram, B: micrograph, C: immunochemical analysis)
5 is a result of confirming that the axon projections are spatially separated from the cell body and the dendrites by using the microfluidic chip in which the polymer casting microstructures according to the present invention are formed.
(A: conceptual diagram, B: micrograph, C: immunochemical analysis)
6 is a result of confirming that the axon projections are spatially separated from the cell body and the dendrite using a microfluidic chip in which the photosensitive polymer microstructure according to the present invention is formed.
(A: conceptual diagram, B: micrograph, C: immunochemical analysis)
Figure 7 shows the survival rate of neurons cultured using the microfluidic chip according to the present invention,
(A: culture photo, B: enlarged photo)
Figure 8 shows the growth of neurons cultured using the microfluidic chip according to the present invention over time,
9 is a photo showing the result of forming a snap around the cultured nerve cells using the microfluidic chip according to the present invention,
10 shows cell bodies, dendrites, and axons formed from neurons cultured using the microfluidic chip according to the present invention, respectively.
(A: micrograph, B: immunochemical analysis)
Figure 11 shows a picture of the synapse formed around the nerve cells cultured using the microfluidic chip according to the present invention.
(A: micrograph, B: immunochemical analysis)

이하 실시예를 들어 본 발명에 따른 갭 소자의 제조방법을 설명하나 제시되는 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, a method of manufacturing a gap device according to the present invention will be described with reference to the following examples, but the examples presented do not limit the scope of the present invention.

[실시예 1] 신경세포로부터 공간적인 축색 돌기의 분리Example 1 Isolation of Spatial Axons from Neurons

(1) 공간적인 부착의 차이로부터 축색 돌기의 분리(1) Separation of axons from spatial differences

기판에 미세유체 채널(높이 3 내지 5 ㎛, 폭 50 ㎛, 길이 100 내지 1000 ㎛)로 연결된 구획(높이 100 ㎛, 폭 800~1000 ㎛)을 갖는 고분자칩을 비가역적으로 부착하여 많은 구획을 갖는 미세유체칩을 제작하였다. 기판에 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL)을 도포한 후, 미세유체칩의 한 구획에는 고밀도의 신경세포(300 cell/㎟)를 주입하였다.It has a large number of compartments by irreversibly attaching a polymer chip having compartments (100 μm in height, 800 to 1000 μm in width) connected to the substrate by microfluidic channels (height 3 to 5 μm, width 50 μm, length 100 to 1000 μm). A microfluidic chip was produced. After applying poly-L-lysine (PLL) to the substrate, high density neurons (300 cell / mm 2) were injected into one compartment of the microfluidic chip.

도 3에서도 확인할 수 있듯이, 신경세포가 성장할수록 부착 부분에서 성장한 신경세포의 축색 돌기는 빈 공간으로 성장하는 것을 확인하였고,(도 3의 (B)) 면역화학적 방법으로 구분하여 염색하였을 경우, 빈 공간으로 상장한 돌기들은 축색 돌기임을 확인할 수 있다.(도 3의 (C))As can be seen in Figure 3, as the nerve cells grow, it was confirmed that the axon projections of the nerve cells grown at the attachment portion grew to empty spaces ((B) of FIG. 3) when stained by immunochemical methods, the blanks It can be seen that the projections listed in space are axon projections (FIG. 3C).

(2) 표면 패터닝을 이용한 축색 돌기 분리(2) Separation of axons using surface patterning

폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL)이 도포된 기판에 고분자 도장과 공기 플라즈마를 이용하여 폴리-L-라이신(PLL)의 패턴 5 ㎛, 간격 5 ㎛에서부터 패턴 800 ㎛, 간격 800 ㎛까지 수행하여 패턴을 형성한 후, 상기 실시예 1과 동일한 구획을 갖는 미세유체칩을 이용하여 신경세포를 선택적으로 부착하였다. Poly-L-lysine (PLL) -coated substrate using a polymer coating and air plasma pattern of poly-L-lysine (PLL) 5 ㎛, interval 5 ㎛ pattern 800 ㎛, interval 800 After forming to form a pattern by performing to the μm, neurons were selectively attached using a microfluidic chip having the same compartment as in Example 1.

도 4에서도 확인할 수 있듯이, 신경세포가 성장할수록 부착부분에서 성장한 신경세포의 축색 돌기는 패턴부분으로 성장하는 것을 확인하였고(도 4의 (B)), 면역화학적 방법으로 구분하여 염색하였을 경우, 패턴이 있는 공간으로 성장한 돌기들이 축색 돌기임을 확인할 수 있다(도 4의 (C)).As can be seen in Figure 4, as the nerve cells grow, the axon projections of the nerve cells grown in the attachment part were confirmed to grow in the pattern part (Fig. 4 (B)), when stained by the immunochemical method, the pattern It can be confirmed that the protrusions grown into the space are axon protrusions (FIG. 4C).

(3) 고분자 주물 미세구조물을 이용한 축색 돌기의 분리(3) Separation of axons using polymer casting microstructures

반도체 공정기술을 이용하여 사전에 제작된 거푸집을 이용하여 고분자 주물 미세구조물을 제작하였다. 상기 미세구조물의 높이는 3 내지 5 ㎛이며, 미세구조물의 폭은 50 ㎛이고, 미세구조물과 미세구조물 사이의 세포부착을 위한 패턴은 10 ㎛이다. Polymer casting microstructures were fabricated using prefabricated formwork using semiconductor process technology. The height of the microstructure is 3 to 5 ㎛, the width of the microstructure is 50 ㎛, the pattern for cell adhesion between the microstructure and the microstructure is 10 ㎛.

폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL)이 도포된 고분자 기판에 구획을 갖는 미세유체칩을 이용하여 신경세포를 선택적으로 부착하였다.Neurons were selectively attached to the polymer substrate coated with poly-L-lysine (PLL) using a microfluidic chip having compartments.

도 5에서도 확인할 수 있듯이, 신경세포가 성장할수록 부착부분에서 성장한 신경세포의 축색 돌기는 미세구조물과 미세구조물 사이의 패턴부분으로 성장하였고(도 5의 (B)), 면역화학적 방법으로 구분하여 염색하였을 경우에도 패턴이 있는 공간으로 성장한 돌기들은 축색 돌기임을 확인할 수 있었다(도 5의 (C)).As can be seen in Figure 5, as the nerve cells grow, the axon projections of the nerve cells grown in the attachment portion grew into a pattern portion between the microstructures and the microstructures (Fig. 5 (B)), stained by immunochemical methods Even if it was confirmed that the projections grown in the pattern space is axon projection (Fig. 5 (C)).

(4) 광감응 고분자 미세구조물을 이용한 축색 돌기의 분리(4) Separation of Axons Using Photosensitive Polymer Microstructures

유리 기판에 광감응 고분자(SU8 5)를 3 내지 5 ㎛ 두께로 도포한 후, 필름에 인쇄하여 사전에 제작된 포토마스크(photomask)를 이용하여 광감응 고분자 미세구조물의 패턴을 제작하였다.(도 1의(b)) 상기 미세구조물의 높이는 3~5 ㎛ 장애물의 폭은 50 ㎛이고, 미세구조물과 미세구조물 사이의 세포부착을 위한 패턴은 10 ㎛이다. After the photosensitive polymer (SU8 5) was coated on the glass substrate to a thickness of 3 to 5 μm, the photosensitive polymer microstructure was fabricated using a photomask prepared by printing on a film. 1 (b)) the height of the microstructure is 3 ~ 5㎛ the width of the obstacle is 50㎛, the pattern for cell adhesion between the microstructure and the microstructure is 10㎛.

광감응 고분자 미세구조물이 패턴된 유리 기판에 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL)을 도포한 후, 구획을 갖는 미세유체칩을 이용하여 신경세포를 선택적으로 부착하였다. Poly-L-lysine (PLL) was applied to the glass substrate on which the photosensitive polymer microstructure was patterned, and then neurons were selectively attached using a microfluidic chip having a compartment.

도 6에서도 확인할 수 있듯이, 신경세포가 성장할수록 부착부분에서 성장한 신경세포의 축색 돌기는 패턴부분으로 성장하였고(도 6의 (B)), 면역화학적 방법으로 구분하여 염색하였을 경우에도 패턴이 있는 공간으로 성장한 돌기들은 축색 돌기임을 확인할 수 있었다(도 6의 (C)).As can be seen in Figure 6, as the nerve cells grow, the axon projections of the nerve cells grown at the attachment part grew into the pattern part (Fig. 6 (B)), even if the pattern is divided by the immunochemical method space Growing protrusions could be confirmed that the axon protrusion (Fig. 6 (C)).

[[ 실시예Example 2] 시간의 흐름에 따른 신경세포의 축색 돌기의 생장 조사 2] Investigation of growth of axons of neurons over time

기판에 미세유체 채널(높이 3 내지 5 ㎛, 폭 50 ㎛, 길이 100 내지 1000 ㎛)로 연결된 구획(높이 100 ㎛, 폭 800 내지 1000 ㎛)을 갖는 미세유체칩을 비가역적으로 부착하여 많은 구획을 갖는 미세유체칩을 제작하였다. 기판에 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL)을 도포한 후, 미세유체칩의 한 유로(구획)에는 고밀도의 신경세포(300 cell/㎟)를 주입하고, 그와 이웃한 유로(구획)에는 저밀도의 신경세포(1 cell/㎟)를 주입하여 성장시켰다. The microfluidic chip having the compartments (100 μm in height and 800 to 1000 μm in width) connected to the substrate by microfluidic channels (3 to 5 μm in height, 50 μm in width and 100 to 1000 μm in length) is irreversibly attached to many substrates. A microfluidic chip having was prepared. After applying poly-L-lysine (PLL) to the substrate, one channel (compartment) of the microfluidic chip is injected with high density nerve cells (300 cell / mm 2), and the adjacent channel (Compartments) were grown by injecting neurons (1 cell / mm 2) of low density.

도 8에서 확인할 수 있듯이 각 유로(구획)에 주입되어 성장한 신경세포들은 시간의 흐름에 따라 중추신경계 신경세포의 성장과정을 확인한 결과, 7시간이 지나면 제 1단계인 판족 단계(lamellipodia)에 이르며, 18시간이 지나면 제 2단계인 미소 돌기 단계(minor processes)에 이르는 것을 관찰할 수 있다. 또한, 28시간이 경과되면 제 3단계인 축색 돌기 생장(dendritic outgrowth) 단계에 이르며, 40시간까지 그 과정이 계속되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figure 8 neurons injected and grown in each passage (compartment) as a result of confirming the growth process of the central nervous system neurons with the passage of time, after 7 hours to reach the first stage (lamellipodia), After 18 hours, one can observe the second step, the minor processes. In addition, when 28 hours have elapsed, a third step, the adriatic outgrowth stage, was reached, and the process continued up to 40 hours.

상기의 결과는 미세유체칩 내에서 배양되는 신경세포들도 C. G. Dotti et al.(J. Neurosci. 1988, 8, 1454-1468.)가 제시한 신경세포 성장단계를 충실하게 따르고 있음을 확인한 결과이다.These results confirm that neurons cultured in the microfluidic chip faithfully follow the neuronal growth stage suggested by CG Dotti et al. (J. Neurosci. 1988, 8, 1454-1468.). .

[[ 실시예Example 3] 방향성을 갖는 시냅스의 형성 3] formation of directional synapses

도 1에 있어서 본 발명에 따른 미세유체칩으로, 기판에 미세유체 채널(높이 3 내지 5 ㎛, 폭 50 ㎛, 길이 100 내지 1000 ㎛)로 연결된 구획(높이 100 ㎛, 폭 800 내지 1000 ㎛)을 갖는 미세유체칩을 비가역적으로 부착하여 많은 구획을 갖는 미세유체칩 및 유리 기판에 광감응 고분자를 이용한 미세유체 채널(높이 3 내지 5 ㎛, 폭 50 ㎛, 길이 100 내지 1000 ㎛)을 제작하고, 많은 구획(높이 100 ㎛, 폭 800 내지 1000 ㎛)을 갖는 미세유체칩을 가역적으로 부착하여 많은 구획을 갖는 미세유체칩을 제작하였다.In FIG. 1, a microfluidic chip according to the present invention comprises a section (100 μm in height and 800 to 1000 μm in width) connected to a substrate by a microfluidic channel (height 3 to 5 μm, width 50 μm, length 100 to 1000 μm). Irreversibly attach the microfluidic chip having a microfluidic chip (3-5 μm in height, 50 μm in width, 100-1000 μm in length) using a photosensitive polymer to the microfluidic chip and glass substrate having many compartments, A microfluidic chip having many compartments was prepared by reversibly attaching a microfluidic chip having a large number of compartments (height 100 μm and a width of 800 to 1000 μm).

기판에 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL)을 도포한 후, 미세유체칩의 한 유로(구획)에는 고밀도의 신경세포(300 cell/㎟)를 주입하고, 그와 이웃한 유로(구획)에는 저밀도의 신경세포(1 cell/㎟)를 주입하여 성장시켰다.After applying poly-L-lysine (PLL) to the substrate, one channel (compartment) of the microfluidic chip is injected with high density nerve cells (300 cell / mm 2), and the adjacent channel (Compartments) were grown by injecting neurons (1 cell / mm 2) of low density.

도 9에서 확인할 수 있듯이 신경세포를 주입 5일이 지난 후, 왼쪽 구획에서는 개별 신경세포에서 축색 돌기와 수상 돌기가 세포체와 구별 가능하도록 분리되었으며, 오른쪽 구획으로부터 축색 돌기가 분리되어 미세유체 채널을 통하여 왼쪽 구획으로 성장하여 방향성을 갖는 시냅스가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 9, 5 days after the injection of neurons, the axons and dendrites were separated from individual neurons so as to be distinguishable from the cell body in the left compartment, and the axons were separated from the right compartment to the left through the microfluidic channel. It was confirmed that a synapse having a directional growth was formed in the compartment.

즉, 도 10에 있어서, 고밀도로 성장된 미세유체칩의 유로(구획)에서 분리된 축색 돌기는 이웃 유로(구획)에서 저밀도로 성장된 신경세포의 수상 돌기 또는 세포체와 시냅스를 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 면역화학적 방법으로 구분하여 염색하였을 경우 축색 돌기, 수상 돌기, 세포체를 구별할 수 있었으며, 도 11에서 분리된 축색 돌기와 수상 돌기 또는 세포체 간에 형성된 시냅스를 확인할 수 있었다.That is, in FIG. 10, the axons separated in the flow path (compartment) of the microfluidic chip grown at high density form a synapse with the dendritic projections or cell bodies of the neurons grown at low density in the neighboring flow path (compartment). there was. When distinguished and stained by immunochemical methods, axons, dendrites, and cell bodies could be distinguished, and the synapses formed between the axons and dendrites or cell bodies separated in FIG. 11 could be identified.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 물질이나 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. In the present invention as described above has been described by the specific material or specific matters and the embodiments and drawings, which are provided only to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, Various modifications and variations can be made by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims as well as the claims to be described later will belong to the scope of the present invention. .

Claims (11)

제 1 주입구 및 제 1 배출구를 구비한 제 1 유로, 제 2 주입구 및 제 2 배출구를 구비한 제 2 유로, 상기 제 1 및 제 2 유로를 연결하는 미세유체 채널, 상기 제 1 유로, 제 2 유로 및 미세유체 채널의 기저면에 구비된 신경세포 부착층을 포함하는 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용한 축색 돌기 분리방법에 있어서,
상기 제 1 주입구에 신경세포를 함유하는 제 1 현탁액을 선택적으로 주입하여 신경세포 부착층에 부착시키는 단계; 및
상기 부착된 신경세포의 배양을 통하여 상기 신경세포에서 축색 돌기가 미세유체 채널 내로 성장하여 분리되는 단계;
를 포함하는, 축색 돌기 분리용 미세유체칩을 이용한 신경세포로부터 공간적인 축색 돌기의 분리방법.
A first flow passage having a first inlet and a first outlet, a second flow passage having a second inlet and a second outlet, a microfluidic channel connecting the first and second flow passages, the first flow passage, and a second flow passage In the axon projection separation method using a microfluidic chip for axon projection separation comprising a nerve cell adhesion layer provided on the base surface of the microfluidic channel,
Selectively injecting a first suspension containing neurons into the first inlet and attaching to the neuronal cell adhesion layer; And
Separating and growing axons in the microfluidic channel through the culture of the attached nerve cells;
A method of separating the spatial axon projections from nerve cells using a microfluidic chip for axon separation.
제 1항에 있어서,
상기 축색 돌기의 분리방법은 상기 제 2 주입구를 통해 주입되는 제 2 현탁액은 상기 제 1 현탁액보다 저밀도의 신경세포를 함유하는 현탁액인 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
The method of claim 1,
The separation method of the axon projection is characterized in that the second suspension is injected through the second inlet is a suspension containing the nerve cells of a lower density than the first suspension.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 유로 또는 제 2 유로의 신경세포 부착층에 부착된 신경세포는 고밀도에서 저밀도의 일측 방향으로 미세유체 채널을 통해 농도구배에 의해 이동 분리되는 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The nerve cell attached to the nerve cell adhesion layer of the first flow path or the second flow path is separated from the axon projections, characterized in that the movement is separated by a concentration gradient through the microfluidic channel in one direction of high density to low density.
제 1항에 있어서,
상기 미세유체칩은 기판 상에 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)로부터 선택되는 1종 이상의 고분자 또는 광감응성 고분자로 제조된 미세구조물을 부착하여 유로 및 미세유체 채널을 형성시키는 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
The method of claim 1,
The microfluidic chip is made of at least one polymer or photosensitive polymer selected from polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane (PU), and polymethyl methacrylate (PMMA) on a substrate. Separating the axon projections, characterized in that to form a flow path and a microfluidic channel by attaching a microstructure.
제 1항에 있어서,
상기 유로는 100 내지 1000 ㎛, 길이 1 내지 20 ㎜, 높이 50 내지 500 ㎛의 구획을 가지며, 미세유체 채널로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
The method of claim 1,
The flow path has a section of 100 to 1000 ㎛, 1 to 20 mm in length, 50 to 500 ㎛ in height, connected to the microfluidic channel, characterized in that the separation of the axon projections.
제 5항에 있어서,
상기 미세유체 채널은 폭 3 내지 100 ㎛, 길이 10 내지 2000 ㎛, 높이 1 내지 20 ㎛의 서로 이격 분리된 다수 개의 미세유체 채널인 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
6. The method of claim 5,
The microfluidic channel is a separation method of the axon projections, characterized in that a plurality of microfluidic channels separated from each other of 3 to 100 ㎛ in width, 10 to 2000 ㎛ in length, 1 to 20 ㎛ in height.
제 1항에 있어서,
상기 신경세포 부착층은 유리, 실리콘, 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스틸렌(polystyrene) 및 폴리프로필렌(polypropylene)으로부터 선택되는 1종 이상의 기판 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
The method of claim 1,
The neuron adhesion layer is formed on at least one substrate selected from glass, silicon, silicon oxide, silicon nitride, polycarbonate, polystyrene, and polypropylene. Separation method of the axon projections, characterized in that located.
제 7항에 있어서,
상기 신경세포 부착층은 폴리-L-라이신(poly-L-lysine, PLL), 폴리-D-라이신(poly-D-lysine, PDL), 라미닌(laminin), 라미닌(laminin) 구조를 모사한 합성 폴리펩티드 또는 올리고 펩티드로부터 선택되는 1종 이상의 신경세포 부착물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
The method of claim 7, wherein
The neuronal cell adhesion layer is a poly-L-lysine (PLL), poly-D-lysine (poly-D-lysine, PDL), laminin (laminin), laminin (laminin) structure A method for separating axons, characterized in that it comprises one or more neuronal cell attachment substances selected from polypeptides or oligopeptides.
제 1항에 있어서,
상기 부착된 신경세포는 평균 밀도가 10 내지 300 cell/㎟로 유지되는 것을 특징으로 하는 축색 돌기의 분리방법.
The method of claim 1,
The attached neurons are separated from the axon projections, characterized in that the average density is maintained at 10 to 300 cell / ㎜.
제 1항 또는 제 2항에 따른 어느 한 항의 축색 돌기 분리 방법으로 분리된 흰쥐 신경세포의 축색 돌기.Axon projections of rat neurons isolated by the method of any one of claims 1 or 2 according to the axon separation. 제 10항에 따른 축색 돌기 및 저밀도로 성장된 신경세포의 수상 돌기 또는 세포체 간의 시냅스 형성단계를 포함하는 방향성을 갖는 인위적인 시냅스의 형성방법.A method for forming an artificial synapse having directivity, comprising the step of synaptic formation between dendrites or cell bodies of neurons grown at low density and axons according to claim 10.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101287690B1 (en) * 2012-02-15 2013-07-24 동국대학교 산학협력단 Cell damage modeling device using microfluidic emement and cell damage modeling method using the same
KR101426056B1 (en) * 2013-04-08 2014-08-01 서울대학교산학협력단 Device for in vitro blood vessel formation and vascular permeability assay using the same

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