KR20120117452A - 세포 배양 및 탈리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포 배양 및 탈리 장치 및 이를 이용한 세포 분리 방법에 관한 것이다. 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에 따르면, 배양된 세포의 성질을 변하게 하지 않고, 보다 효율적으로 세포를 배양하여 분리시킬 수 있다.

Description

세포 배양 및 탈리 장치 및 방법{Device and method for cell culture and isolation}

본 발명은 세포 배양 및 탈리 장치 및 이를 이용하여 세포를 배양하는 동시에 배양된 세포를 탈리하는 방법에 관한 것이다.

고정된 면에 부착을 요하는 동물 세포 배양을 위해 사용되는 부착 소재는 튜브 형태, 디쉬, 비드 형태, 스폰지, 디스크, 탄성 있는 판 등 다양한 형태가 존재한다. 부착된 세포는 어떠한 형태로든 소재와 분리시키는 과정을 필요로 하고 있어서 거의 모든 소재에서 세포를 탈리시키는 과정으로서 트립신과 같은 단백질 분해 효소를 이용한다. 이들 효소는 부착면과의 연결면을 녹여 세포의 부착을 와해시키는 방법으로서 효소처리에 시간이 소요되고 효소의 독성으로 인한 세포 특성의 변화, 사멸등 다양한 문제를 일으키고 있다. 세포의 특성은 트립신 처리 횟수로 그 특성의 변화 정도를 분류하는데, 이는 트립신의 사용이 세포 특성을 변화시키는 문제가 있다는 증거가 된다.

트립신을 사용하지 않기 위한 방법으로는 강한 물의 전단력을 이용하는 방법, 평판이나 완만한 곡면에 적용가능한 스크레이퍼로 긁어내는 방법, 온도 반응 액화/경화 형 고체-액체, 액체-고체 소재를 부착 소재로 이용하는 법, 트립신이 아닌 콜라젠 용해효소(collagenase)를 사용하는 방법 등 다양하게 활용되고 있으나 세포의 회수율이 낮거나 불균일한 단점이 있거나 세포 부착면적의 제한이 문제가 되고 있다. 예를 들어, 세포 부착 비드(bead)에서 물의 전단력만을 이용하여 탈리시키는 경우 강한 와류를 이용하여야 하므로 물의 방향이 균일하지 않아 회수율이 일정치 않고 비드끼리 충돌하면서 사이에 끼는 세포가 손상을 입는 문제가 있다. 또한, 콜라겐 부착소재와 콜라겐 용해효소를 이용할 경우는 세포가 두겹이상 적층되었을때 안쪽에서는 효소의 영향을 받지 않아 아예 용해되지 않는 세포가 있거나 콜라겐이 모두 녹을 때가지 소요되는 시간동안 콜라겐 용해 효소가 가진 트립신 유사 기능으로 인해 세포를 녹일 수도 있는 위험성이 있으므로 활용이 쉽지 않다. 평판 스크레이퍼를 이용하는 경우는 부착면이 2차원적 평판으로 구성되므로 부착면의 면적이 제한되므로 배양공간의 크기에 비해 아주 작은 면적의 부착면을 활용할 수 밖에 없다. 신장형 평판이라 하다라도 그 신장성이 수십배-수백배의 면적을 제공하지만 볼륨을 형성할 수 없으므로 3차원적인 미세구조에서 제공되는 총 부착 표면적 보다 매우 작다.

또한, 봉합사에 세포를 배양한 사례가 존재하지만, 이는 세포 회수를 위한 배양이 아니라 단순히 봉압사의 성능을 높이기 위해, 봉합사의 표면에 세포를 배양한 것으로서, 세포 회수를 위한 스크래이핑에 대한 구체적 방안이 전제되지 않은 세포 배양이므로, 세포를 분리하기 위해서는 트립신을 사용해야 하는 문제점이 있다.

일반적으로 디쉬에 하는 배양을 2차원 배양이라면, 스폰지 기공의 사이에 세포가 부착하여 자라도록 하여 공간을 활용하는 스폰지 배양을 3차원 배양이라고 한다. 포유 동물 세포 배양에서는 부착면으로 작은 비드를 제공하고 이를 적당히 부유시키는 방법을 통해 3차원 배양에 가깝게 접근하였다. 그러나 이들 비드의 소재들은 세포를 분리하기 위해 트립신을 사용하거나 제한된 특성의 소재만을 이용해야 하므로 사용에 어려움이 있다.

따라서, 종래 기술에 의하더라도 세포의 성질을 변하게 하지 않고, 보다 효율적으로 세포를 배양, 탈리시킬 수 있는 세포 배양 및 탈리 장치가 요구된다.

일 구체예는 배양 용기, 지지체, 지지체 공급부 및 세포 탈리 수단을 포함하는 세포 배양 및 탈리 장치를 제공한다.

다른 구체예는 상기 장치를 이용하여 세포를 배양하고 탈리하는 방법을 제공한다.

일 양상은 세포 배양액을 포함하는 배양 용기;

배양된 세포가 부착되기 위한 연속 지지체를 포함하며, 상기 세포 배양액에 연속 지지체를 공급하는 지지체 공급부; 및

상기 연속 지지체에 기계적인 힘을 가하여 상기 연속 지지체에 부착된 배양된 세포를 탈리시키기 위한 세포 탈리 수단을 포함하는 세포 배양 및 탈리 장치를 제공한다.

일 구체예에 따르면, 상기 배양 용기는 세포 배양액을 포함하는 제1 챔버 및 탈리된 세포를 수거하기 위한 제2 챔버로 이루어질 수 있다. 즉, 이는 세포를 배양하는 공간과 세포를 탈리하고 수거하는 공간이 별도로 존재하는 것을 의미한다.

예를 들어, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버는 상기 배양 용기 내에서 구획으로 나뉘어 존재하는 것일 수 있다. 이러한 경우에는 상기 제1 챔버 및 제2 챔버는 상기 배양 용기 내에서 공간적으로 차단된 형태로 존재하여, 상기 제1 챔버 내의 세포 배양액이 제2 챔버로 유출될 수 없게 된다. 또한, 상기 제2 챔버는 제1 챔버 내에 포함되는 형태일 수 있다.

또한, 상기 배양 용기는 세포 배양에 적합한 조건을 제공할 수 있도록, 당업계에 알려진 세포 배양기와 같은, 온도 조절 장치, CO₂ 조절 장치, 습도 조절 장치가 장착될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 지지체 공급부는 제1 챔버에 포함될 수 있다. 상기 지지체 공급부는 상기 연속 지지체를 세포 배양액에 공급하기 위한 당업계에 알려진 어떠한 장치라도 가능하다. 일 구체예에 따르면, 상기 장치는 세포 밀도 측정부에서 측정되는 세포의 밀도의 변화에 따라 배양 용기에 자동 또는 수동으로 연속 지지체의 공급을 조절하는 지지체 공급 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "연속 지지체"는 지지체를 이루고 있는 재질이 공간적으로 단절되지 않고 연속성을 갖는 지지체를 의미하는 것으로 해석되며, 예를 들어, 상기 연속 지지체는 선형 지지체, 관형 지지체 또는 필름형 지지체일 수 있다. 선형 지지체는 예를 들어, 실과 같은 형상을 갖는 연속 지지체를 의미하고, 관형 지지체는 예를 들어, 파이프와 같은 형상을 갖는 연속 지지체를 의미하며, 필름형 지지체는 예를 들어, 필름과 같은 형상을 갖는 연속 지지체를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 선형 지지체는 예를 들어, 직경이 1 mm 내지 10 mm이고, 길이는 바람직하게는 직경의 50배 이상, 더욱 바람직하게는 100배 이상, 가장 바람직하게는 300배 이상인 원기둥형인 것일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 관형 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm인 구멍을 포함하는 원기둥의 관 형상을 갖는 것으로, 상기 관의 길이는 바람직하게는 직경의 50배 이상, 더욱 바람직하게는 100배 이상, 가장 바람직하게는 300배 이상일 수 있다. 또한, 상기 관형 지지체는 표면에 다수의 관통 포어(pore) 또는 슬릿(slit)을 포함하는 형태로 이루어질 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 필름형 지지체는 가로 5 mm 내지 500 mm의 직사각형 형상을 갖는 것으로, 상기 필름형 지지체의 세로의 길이는 바람직하게는 상기 가로의 길이의 3배 이상, 더욱 바람직하게는 5배 이상, 가장 바람직하게는 10배 이상인 것일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 필름형 지지체는 표면에 히드로겔, 콜라겐, 온도 반응성 소재 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이 코팅된 것일 수 있다. 일 구체예 따르면, 상기 물질은 당업계에 널리 알려진 여러 방법에 따라 특정 형태의 패턴으로 상기 필름형 지지체의 표면에 프린팅(printing)되거나, 접착될 수 있다. 예를 들어, 상기 필름형 지지체 상에 특정한 부위에 특정한 형태로 세포가 부착되어 배양하기를 원한다면, 상기 물질을 상기 필름형 지지체에 상기 특정한 부위에 특정한 형태로 프린팅하거나, 접착시킬 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 필름형 지지체는 상기 필름의 2개의 가로변과 인접한 평행선상에 일정한 간격으로 배치된 천공을 더 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 필름형 지지체는 상기 필름의 일 표면과 접촉하며, 상기 필름의 2개의 가로 변과 각각 인접하여 평행하게 배치된 2개의 스트립을 더 포함하는 것일 수 있다.

또는, 상기 필름형 지지체는 상기 필름의 일 표면과 접촉하며, 상기 필름의 2개의 가로 변과 각각 인접하여 평행하게 배치된 2개의 스트립; 및 상기 필름의 2개의 가로변과 인접한 평행선상에 일정한 간격으로 배치되며, 상기 스트립과 필름을 동시에 관통하는 천공을 더 포함하는 것일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 연속 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm이고, 길이는 바람직하게는 직경의 50배 이상, 더욱 바람직하게는 100배 이상, 가장 바람직하게는 300배 이상인 원기둥형의 2 이상의 선형 지지체가 서로 꼬여 있는 형태로 이루어진 것일 수 있다. 이는 복수 개의 선형 지지체를 서로 교차하거나 꼬아서 선형의 연속 지지체를 생성하는 것으로, 상기 선형 지지체가 복수 개 존재함으로써, 배양되는 세포의 부착면을 더욱 넓게 할 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 지지체 공급부는 연속 지지체의 일 말단이 고정되어 있으며, 상기 연속 지지체와 접촉하여 감긴 형태를 이루는 제1 롤러를 하나 이상 포함할 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 장치는 연속 지지체의 다른 말단이 고정되어 있으며, 상기 연속 지지체와 접촉하여 감긴 형태를 이루는 하나 이상의 제2 롤러를 더 포함할 수 있다. 이는 상기 연속 지지체가 선형 지지체 또는 관형 지지체일 때 주로 사용될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 제1 롤러는 표면에 일정한 간격으로 돌출부를 갖는 것으로, 상기 돌출부는 필름형 지지체의 천공과 맞물리도록 배치된 것일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 제2 롤러는 표면에 일정한 간격으로 돌출부를 갖는 것으로, 상기 돌출부는 필름형 지지체의 천공과 맞물리도록 배치된 것일 수 있다. 이는 상기 연속 지지체가 필름형 지지체일 때 사용될 수 있으며, 특히, 상기 필름 지지체가 상기 설명한 천공을 가지고 있을 때, 사용될 수 있다. 상기 제1 롤러 및 제2 롤러가 배치된 경우, 상기 필름형 지지체는 배치된 천공의 간격에 따라 상기 필름형 지지체의 공급되는 시간 및/또는 양이 결정될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 세포 탈리 수단은 제2 챔버 내에 배치될 수 있다. 즉, 상기 배양 용기가 제1 챔버 및 제2 챔버로 이루어져 있는 경우, 제1 챔버에서 배양되어 연속 지지체에 부착된 세포는 제2 챔버로 이동되어, 제2 챔버 내에서 세포 탈리 수단에 의해 탈리되어 수거될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 세포 탈리 수단은 예를 들어, 상기 연속 지지체에 접촉하는 스크레이퍼(scraper), 제트 수류 전달 장치, 진동 발생 장치 및 지지체 신장 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 일 구체예에 따르면, 상기 스크레이퍼는 상기 연속 지지체의 종단면과 동일한 형상의 구멍을 포함하며, 상기 연속 지지체가 상기 구멍을 관통하여 이동할 수 있도록 배치되어, 상기 연속 지지체의 외부 표면을 긁어내는 것일 수 있다. 또한, 상기 연속 지지체가 관형 지지체인 경우, 상기 스크레이퍼는 상기 관형 지지체의 구멍과 동일한 형상의 종단면을 갖는 것으로, 상기 스크레이퍼가 상기 관형 지지체의 구멍을 관통하여 이동할 수 있도록 배치되어, 상기 관형 지지체의 내부 표면을 긁어내는 것일 수 있다. 즉, 상기 세포 탈리 수단은 상기 연속 지지체의 외부 표면 또는 내부 표면에 부착된 세포를 기계적인 힘에 의해 탈리시키는 것이다.

일 구체예에 따르면, 상기 장치는 상기 세포 배양액 내에 포함된 연속 지지체에 부착된 세포의 밀도를 측정하기 위한 세포 밀도 측정부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 세포 밀도 측정부는 상기 연속 지지체에 접촉하도록 배치된 제1 전극 및 세포 배양액에 접촉하도록 배치된 제2 전극을 포함하는 것일 수 있다. 또는, 상기 연속 지지체의 일 말단에 접촉하도록 배치된 제1 전극 및 상기 연속 지지체의 다른 말단에 접촉하도록 배치된 제2 전극을 포함하는 것일 수 있다. 상기 세포 밀도 측정부는, 예를 들어, 상기 배양 용기 내에 세포 배양액의 전기 전도도를 측정하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 세포 배양액 또는 연속 지지체에 투과되도록 빛을 제공하는 광원 및 상기 빛을 감지하는 흡광 센서를 포함하는 것일 수 있고, 상기 세포 배양액 내에서 상기 지지체의 중량을 측정하는 중량 측정부를 포함하는 것일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 연속 지지체는 폴리디옥사논, 나일론, 케라틴, 실크, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 실리콜, 테프론, 폴리프로필렌, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜리드, 폴리(락토-코-글리콜리드), 폴리-L-락트산, 콜라겐, 금, 티타늄, 자성 물질, 온도 반응 경화성 고분자, 온도 반응 가소성 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재질로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

또한, 상기 연속 지지체는 전도성 소재 또는 빛 투과성 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 상기 연속 지지체는 전기적 성질을 갖거나, 또는 지지체 자체가 빛을 통과할 수 있게 되므로, 상기 전극 또는 광원 및 흡광 센서를 포함하는 세포 밀도 측정부를 사용하여 상기 연속 지지체 상에 부착된 세포의 밀도를 측정할 수 있다.

한편, 상기 장치는 측정된 세포 밀도를 사용자에게 출력시키는 출력부를 더 포함할 수 있다. 사용자는 상기 측정된 세포 밀도를 확인하고, 연속 지지체의 공급 여부를 결정할 수 있다.

다른 양상은 일 구체예에 따른 상기 세포 배양 및 탈리 장치의 세포 배양액에 세포를 접종하여 연속 지지체에 세포를 배양하는 단계;

상기 연속 지지체에 부착하여 배양된 세포의 밀도가 기준치 이상이 되면 지지체 공급부에서 연속 지지체를 세포 배양액에 더 공급하는 단계; 및

상기 연속 지지체에 부착된 세포를 세포 탈리 수단에 의해 탈리하는 단계를 포함하는 세포의 배양 및 탈리 방법을 제공한다.

상기 세포의 배양 및 탈리 방법을 각각의 단계별로 상세하게 설명하면 다음과 같다:

상기 방법은, 일 구체예에 따른 상기 세포 배양 및 탈리 장치의 세포 배양액에 세포를 접종하여 연속 지지체에 세포를 배양하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 연속 지지체의 형상 및 재질에 대한 설명은 상기 장치에서 기재한 바와 같으므로, 생락하도록 한다.

상기 배양되는 세포는 인공적으로 배양할 수 있는 세포는 어떠한 것이든 가능하며, 세포 배양액은 배양되는 세포의 종류에 따라 당업계에 알려진 배지를 사용할 수 있다. 세포의 배양은 본 발명의 세포 배양 및 탈리 장치로부터 제공되는 온도, 습도, CO₂ 조건을 통해 이루어질 수 있으며, 또는 상기 조건이 유지되는 배양기 등에 상기 장치를 넣고 배양할 수 있다.

이후, 상기 방법은 상기 연속 지지체에 부착하여 배양된 세포의 밀도가 기준치 이상이 되면 지지체 공급부에서 연속 지지체를 세포 배양액에 더 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 공급하는 단계는 세포 밀도 측정부에서 측정되는 세포의 밀도의 변화에 따라 배양 용기에 자동 또는 수동으로 조절하여 연속 지지체를 공급하는 것일 수 있다. 세포 밀도 측정부에 대해서는 상기 장치에서 설명한 바와 같으며, 상기 설명한 바와 같은 여러 가지 방법(예를 들어, 세포 배양액의 전기 전도도, 연속 지지체의 전기 전도도, 세포 배양액의 흡광도 등)의 세포 밀도 측정법에 따라 연속 지지체에 부착된 세포의 양이 측정이 되고, 충분한 양의 세포가 부착된 경우, 상기 장치의 지지체 공급 조절부를 통해 자동 또는 수동으로 연속 지지체가 공급될 수 있다.

마지막으로, 상기 방법은 상기 연속 지지체에 부착된 세포를 세포 탈리 수단에 의해 탈리하는 단계를 포함할 수 있다.

이전 단게에서 충분한 양의 세포가 연속 지지체에 부착된 경우, 상기 세포가 부착된 연속 지지체는 상기 장치의 배양 용기 내에서 세포 배양액이 없는 공간(예를 들어, 제2 챔버)으로 이동하게 되고, 상기 세포 탈리 수단에 의해 부착된 세포가 탈리될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 세포 탈리 수단은 상기 연속 지지체에 접촉하는 스크레이퍼(scraper), 제트 수류 전달 장치, 진동 발생 장치 및 지지체 신장 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상기 세포 탈리 수단에 의해 연속 지지체에 부착된 세포는 탈리되어 수거될 수 있다. 예를 들어, 스크레이퍼를 이용하는 경우라면, 상기 연속 지지체의 외부 표면 또는 상기 관형 지지체의 내부 표면을 긁어내어 상기 지지체에 부착된 세포를 탈리할 수 있다.

상기 방법에 의해 탈리된 세포는 수거하여 별도의 처리(예를 들어, 트립신 처리) 없이 다시 배양하거나, 또는 사용자의 목적에 맞도록 사용될 수 있다.

일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에 따르면, 배양된 세포의 성질을 변하게 하지 않고, 보다 효율적으로 세포를 배양하여 분리시킬 수 있다.

도 1a은 연속 지지체로서 선형 지지체를, 세포 탈리 수단으로 스크레이퍼를 사용한 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 모식도이다.
도 2는 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치 내에서 사용되는 선형 지지체 및 스크레이퍼를 확대한 도면이다.
도 3은 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치 내에서 사용되는 관형 지지체 및 스크레이퍼를 확대한 도면이다.
도 4는 연속 지지체로서 필름형 지지체를 사용한 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 개략도이다.
도 5는 연속 지지체로서 필름형 지지체를, 세포 탈리 수단으로 스크레이퍼를 사용한 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 측면도이다.
도 6는 세포 밀도 측정부가 포함되어 있는 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 측면도이다.
도 7a는 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치 내에서 사용되는 필름형 지지체의 평면도이다.
도 7b는 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치 내에서 사용되는 필름형 지지체 및 스크레이퍼를 확대한 도면이다.
도 7c는 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치 내에서 사용되는 필름형 지지체가 감겨있는 형상을 나타낸 도면이다.

이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1a은 연속 지지체로서 선형 지지체(120)를, 세포 탈리 수단으로 스크레이퍼(140)를 사용한 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 모식도이다. 도 2는 상기 장치 내에서 사용되는 선형 지지체(120) 및 스크레이퍼(140)를 확대한 도면이다.

도 1a에 도시된 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에서 배양 용기(10)는 세포 배양액(130)을 포함하는 제1 챔버(100) 및 세포를 탈리하여 수거하기 위한 제2 챔버(110)로 이루어져 있다. 세포 배양액(130)이 포함되어 있는 제1 챔버(110)에는 연속 지지체가 공급될 수 있다. 상기 연속 지지체는 선형 지지체(120), 관형 지지체(180) 또는 필름형 지지체(190)일 수 있으며, 도 1a에 도시된 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에서는 선형 지지체(120)를 이용하여 세포 배양 및 탈리하는 방법을 나타낸다. 상기 선형 지지체(120)는 지지체 공급부에 의해 공급될 수 있다. 상기 선형 지지체(120)의 공급은 지지체 공급 조절부(150)에 의해 수동 또는 자동으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지체 공급부는 제1 롤러(160)와 같은 형태로 선형 지지체(120)가 감겨 있는 형태로 존재하여, 상기 선형 지지체(120)가 제1 챔버(110)의 세포 배양액(130) 내로 연속적으로 공급될 수 있다.

일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에서, 선형 지지체(120)는 세포 배양액 내에서 세포가 증식하면서 부착될 수 있는 외부 표면을 제공하는 것으로, 3차원적 세포 배양을 가능하게 한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 스크레이퍼(140)는 상기 선형 지지체(120)의 종단면과 동일한 형상의 구멍을 포함하고 있으며, 상기 선형 지지체(120)는 상기 구멍을 통과할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 구멍의 직경은 상기 선형 지지체(120)와 동일하거나, 상기 선형 지지체(120)에 부착되는 세포(170)의 부피를 고려하여, 예를 들어, 1 nm 내지 100 nm 만큼 크기 때문에, 스크레이퍼(140)의 구멍 내부로 상기 선형 지지체(120)가 통과되면서, 선형 지지체(120)의 외부 표면을 긁어 내게 된다. 따라서, 상기 선형 지지체(120)에 부착된 세포(170)는 스크레이퍼(140)의 기계적 힘에 의해 탈리될 수 있다.

한편, 상기 연속 지지체는 도 3에서 도시한 바와 같이, 관형 지지체(180)일 수 있다. 관형 지지체(180)는 세포 배양액(130) 내에서 세포가 증식하면서 부착될 수 있는 외부 표면 및 내부 표면을 제공할 수 있다. 즉, 관형 지지체(180)는 기둥 형상을 가지며, 상기 기둥의 내부가 비어 있는 관 형상을 갖기 때문에, 관의 외형을 이루는 외부 표면은 물론, 관을 이루는 내부 표면 또한 세포가 부착될 수 있다. 또한, 세포 부착면의 면적을 증가시키기 위해, 상기 관형 지지체(180)는 상기 지지체를 관통하는 포어 또는 슬릿을 포함할 수 있다. 관형 지지체(180)를 사용하는 경우, 스크레이퍼(140)는 상기 선형 지지체의 스크레이퍼(140)와 같은 형태로, 상기 관형 지지체(180)의 외부 표면을 긁어 내도록 제작될 수 있다. 또는 상기 스크레이퍼(140)는 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 관형 지지체(180)의 구멍과 동일한 형상의 종단면을 갖도록 하여, 상기 스크레이퍼(140)가 상기 관형 지지체(180)의 구멍을 관통하여 이동할 수 있도록 배치하여, 상기 관형 지지체(180)의 내부 표면을 긁어 내도록 제작될 수 있다. 상기와 같은 방법에 의해, 상기 관형 지지체(180)에 부착된 세포(170)는 스크레이퍼(140)의 기계적 힘에 의해 탈리될 수 있다.

세포의 탈리는 도 1a에 도시된 바와 같이, 제2 챔버(110)에서 이루어질 수 있으며, 탈리된 세포는 별도로 수거하여 다시 배양을 하거나, 필요한 용도로 사용될 수 있다.

도 1a에 도시된 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치의 배양 용기(10)는 세포 배양액(130)을 포함하는 제1 챔버(100) 및 세포를 탈리하여 수거하기 위한 제2 챔버(110)로 구성되어 있지만, 이는 하나의 예시에 불과하며, 도 1b와 같이 제1 챔버 및 제2 챔버로 분리되지 않은 상태의 배양 용기에 세포 배양액이 포함되도록 제작될 수 있다. 이러한 경우, 상기 탈리된 세포는 상기 세포 배양액 내에 존재하여, 연속적으로 세포 배양이 이루어질 수 있게 된다. 또는, 상기 탈리된 세포는 세포 배양액과 함께 수거될 수 있다.

또한, 도 1b와 같이, 선형 지지체(120)의 다른 말단이 고정되어 있으며, 상기 선형 지지체(120)와 접촉하여 감긴 형태를 이루는 제2 롤러(200)가 더 포함되어 있을 수 있다.

한편, 도 1a에 도시된 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에서는 세포 탈리 수단으로 스크레이퍼(140)를 사용하였으나, 이는 하나의 예시에 불과하며, 상기 장치의 배양 용기(10) 내에 제트 수류 전달 장치를 장착하여, 상기 연속 지지체에 부착된 세포를 제트 수류에 의해 탈리시킬 수 있으며, 초음파 발생 장치와 같은 진동 발생 장치를 장착하여, 초음파 또는 진동에 의해 상기 연속 지지체에 부착된 세포를 탈리시킬 수도 있다. 또한, 지지체 신장 장치를 장착하여, 상기 연속 지지체의 탄성을 이용함으로써 상기 연속 지지체에 부착된 세포를 탈리시킬 수도 있다.

도 4는 연속 지지체로서 필름형 지지체(190)를 사용한 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 개략도이며, 도 5는 연속 지지체로서 필름형 지지체(190)를, 세포 탈리 수단으로 스크레이퍼(140)를 사용한 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 측면도이다. 또한, 도 6은 상기 도 5에서 나타낸 세포 배양 및 탈리 장치에 세포 밀도 측정부(400)가 포함되어 있는 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 도시한 측면도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에서 배양 용기(10)는 세포 배양액(130)을 포함하는 제1 챔버(100) 및 세포를 탈리하여 수거하기 위한 제2 챔버(110)로 이루어져 있다. 세포 배양액(130)이 포함되어 있는 제1 챔버(100)에는 필름형 지지체(190)가 포함되어 있으며, 도 4 내지 도 6는 일 구체예에 따른 장치에서 필름형 지지체(190)를 이용하여 세포 배양 및 탈리하는 방법을 나타낸다. 상기 필름형 지지체(190)는 지지체 공급부에 의해 공급될 수 있으며, 상기 필름형 지지체(190)의 공급은 지지체 공급 조절부(150)에 의해 수동 또는 자동으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지체 공급부는 제1 롤러(160)와 같은 형태로 필름형 지지체(190)가 감겨 있는 형태로 존재하여, 상기 필름형 지지체(190)가 제1 챔버(100)의 세포 배양액(130) 내로 연속적으로 공급될 수 있다. 일 구체예에 따르면, 연속 지지체로서 필름형 지지체(190)를 사용하는 경우, 필름형 지지체(190)의 다른 말단이 고정되어 있으며, 상기 필름형 지지체(190)와 접촉하여 감긴 형태를 이루는 제2 롤러(200)가 더 포함되어 있을 수 있다. 즉, 일 구체예에 따른 장치 내에서 상기 제1 롤러(160)는 연속 지지체를 세포 배양액에 공급하는 기능을, 제2 롤러(200)는 연속 지지체를 수거하는 기능을 수행함으로서, 일정한 양의 연속 지지체를 연속적으로 세포 배양액에 공급시킬 수 있다. 특히, 필름형 지지체(190)를 사용하는 경우, 상기 필름형 지지체는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 세포 배양액 내에서 1회 이상 꼬여 있는 형태로 존재할 수 있으며, 이로 인해 상기 필름형 지지체(190)의 위 아래 양면 모두에 세포가 부착되도록 할 수 있다.

한편, 상기 필름형 지지체(190) 상에 부착된 세포는 스크레이퍼(140)에 의해 탈리될 수 있다. 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 스크레이퍼(140)의 내부 형태 또는 스크레이퍼(140)로 필름형 지지체(190)를 긁어내는 방식에 따라, 상기 필름형 지지체(190) 상에 부착된 세포를 모두 탈리시키거나, 상기 필름형 지지체의 길이 방향, 직각 방향 등의 여러 가지 방법으로 상기 세포를 탈리시킬 수 있다.

도 6은 세포 밀도 측정부를 포함하는 세포 배양 및 탈리 장치의 일 구체예를 나타낸다. 세포 밀도 측정부(400)는 상기 장치 내에서 연속 지지체에 부착된 세포의 밀도를 측정하기 위한 것으로, 예를 들어, 세포 배양액의 전기 전도도, 세포가 부착된 연속 지지체의 전기 전도도 또는 광 투과율, 또는 배양된 세포의 중량을 측정하여 결정될 수 있다. 전기 전도도의 측정을 위해서는 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 연속 지지체 및 세포 배양액에 접촉하도록 전극(300)을 배치할 수 있다. 또한, 상기 연속 지지체의 일 말단 및 다른 말단에 접촉하도록 전극을 배치할 수 있으며, 상기 배양 용기 내에 세포 배양액의 전기 전도도를 측정하도록 배양 용기 내부에 전극을 배치할 수도 있다. 연속 지지체에 부착된 세포의 광 투과율을 측정하기 위해서는 상기 세포 배양액에 투과되도록 빛을 제공하는 광원 및 상기 빛을 감지하는 흡광 센서를 배치할 수 있다. 또한, 배양된 세포의 중량을 측정하기 위해서는 상기 배양 용기 내에 세포 배양액 내에서 상기 지지체의 중량을 측정하여 부착된 세포의 중량을 간접적으로 측정하도록 하는 중량 측정부를 장착할 수 있다.

일 구체예에 따른 세포 배양 및 탈리 장치에서, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 상기 필름형 지지체(190)는 세포 배양액(130) 내에서 세포가 증식하면서 부착될 수 있는 외부 표면을 제공하는 것으로, 3차원적 세포 배양을 가능하게 한다. 도 8b에서 도시한 바와 같이, 스크레이퍼(140)는 상기 필름형 지지체(190)의 종단면과 동일한 형상의 구멍을 포함하고 있으며, 상기 필름형 지지체(190)는 상기 구멍을 통과할 수 있도록 구성되어 있다. 스크래이퍼(140)의 구멍 내부로 상기 필름형 지지체(190)가 통과되면서, 필름형 지지체(190)의 외부 표면을 긁어 내게 된다. 따라서, 상기 필름형 지지체(190)에 부착된 세포(170)는 스크레이퍼(140)의 기계적 힘에 의해 탈리될 수 있다. 한편, 도 8a 내지 도 8c에 도시한 바와 같이, 상기 필름형 지지체(190)는 상기 필름형 지지체의 일 표면과 접촉하며, 상기 필름형 지지체의 2개의 가로 변과 각각 인접하여 평행하게 배치된 2개의 스트립(192); 및/또는 상기 필름형 지지체의 2개의 가로변과 인접한 평행선상에 일정한 간격으로 배치되며, 상기 필름형 지지체를 관통하거나, 또는 스트립(192)과 필름형 지지체(190)을 동시에 관통하는 천공(191)을 더 포함할 수 있다. 상기 스트립(192)이 필름형 지지체에 배치되는 경우, 배양되는 세포(170)는 상기 스트립(192)을 제외한 부분에 해당하는 필름형 지지체(190)에 부착되므로, 상기 스트립(192)의 높이만큼 세포가 부착될 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 스트립(192)이 배치되는 경우, 상기 스크레이퍼(140)는 스트립(192)을 제외한 부분의 필름형 지지체(190)의 외부 표면만을 긁어낼 수 있도록 제작될 수 있다. 또한, 상기 천공(191)은 스트립(192)이 배치되는 경우나, 또는 배치되지 않은 경우에도 상기 필름형 지지체(190)에 포함될 수 있다. 상기 천공(191)이 포함되는 필름형 지지체(190)를 사용하는 경우, 상기 도 4 내지 도 6에서 도시된 바와 같은, 제1 롤러(160) 및 제2 롤러(200)는 표면에 일정한 간격으로 상기 필름형 지지체의 천공(191)과 서로 맞물리도록 배치된 돌출부를 갖도록 제작할 수 있으며, 상기 제1 롤러(160) 및 제2 롤러(200)를 이용하여 일정한 시간에 일정한 양의 필름형 지지체(190)가 세포 배양액(130)에 공급되도록 할 수 있다.

10: 배양 용기
100: 제1 챔버
110: 제2 챔버
120: 선형 지지체
130: 세포 배양액
140: 스크레이퍼
150: 지지체 공급 조절부
160: 제1 롤러
170: 세포
180: 관형 지지체
190: 필름형 지지체
191: 천공
192: 스트립
200: 제2 롤러
300: 전극
400: 세포 밀도 측정부

Claims (44)

1. 세포 배양액을 포함하는 배양 용기;
   배양된 세포가 부착되기 위한 연속 지지체를 포함하며, 상기 세포 배양액에 연속 지지체를 공급하는 지지체 공급부; 및
   상기 연속 지지체에 기계적인 힘을 가하여 상기 연속 지지체에 부착된 배양된 세포를 탈리시키기 위한 세포 탈리 수단을 포함하는 세포 배양 및 탈리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 배양 용기는 세포 배양액을 포함하는 제1 챔버 및 탈리된 세포를 수거하기 위한 제2 챔버로 이루어진 것인 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 지지체 공급부는 제1 챔버에 포함되는 것인 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 장치는 세포 밀도 측정부에서 측정되는 세포의 밀도의 변화에 따라 배양 용기에 자동 또는 수동으로 연속 지지체의 공급을 조절하는 지지체 공급 조절부를 더 포함하는 것인 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 연속 지지체는 선형 지지체, 관형 지지체 또는 필름형 지지체인 것인 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 선형 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm이고, 길이는 직경의 300배 이상인 원기둥형인 것인 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 관형 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm인 구멍을 포함하는 원기둥의 관 형상을 갖는 것으로, 상기 관의 길이는 상기 직경의 300배 이상인 것인 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 관형 지지체는 표면에 다수의 관통 포어(pore) 또는 슬릿(slit)을 포함하는 형태로 이루어진 것인 장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 가로 5 mm 내지 500 mm의 직사각형 형상을 갖는 것으로, 상기 필름형 지지체의 세로의 길이는 상기 가로의 길이의 10배 이상인 것인 장치.
10. 제5항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 표면에 히드로겔, 콜라겐, 온도 반응성 소재 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질이 코팅된 것인 장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 상기 필름형 지지체의 2개의 가로변과 인접한 평행선상에 일정한 간격으로 배치된 천공을 더 포함하는 것인 장치.
12. 제9항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 상기 필름형 지지체의 일 표면과 접촉하며, 상기 필름형 지지체의 2개의 가로 변과 각각 인접하여 평행하게 배치된 2개의 스트립을 더 포함하는 것인 장치.
13. 제9항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 상기 필름형 지지체의 일 표면과 접촉하며, 상기 필름형 지지체의 2개의 가로 변과 각각 인접하여 평행하게 배치된 2개의 스트립; 및 상기 필름형 지지체의 2개의 가로변과 인접한 평행선상에 일정한 간격으로 배치되며, 상기 스트립과 필름형 지지체를 동시에 관통하는 천공을 더 포함하는 것인 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 연속 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm이고, 길이는 직경의 300배 이상인 원기둥형의 2 이상의 선형 지지체가 서로 꼬여 있는 형태로 이루어진 것인 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 지지체 공급부는 연속 지지체의 일 말단이 고정되어 있으며, 상기 연속 지지체와 접촉하여 감긴 형태를 이루는 제1 롤러를 하나 이상 포함하는 것인 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 롤러는 표면에 일정한 간격으로 돌출부를 갖는 것으로, 상기 돌출부는 필름형 지지체의 천공과 맞물리도록 배치된 것인 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 장치는 연속 지지체의 다른 말단이 고정되어 있으며, 상기 연속 지지체와 접촉하여 감긴 형태를 이루는 하나 이상의 제2 롤러를 더 포함하는 것인 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 제2 롤러는 표면에 일정한 간격으로 돌출부를 갖는 것으로, 상기 돌출부는 필름형 지지체의 천공과 맞물리도록 배치된 것인 장치.
19. 제1항에 있어서, 상기 세포 탈리 수단은 제2 챔버 내에 배치되는 것인 장치.
20. 제1항에 있어서, 상기 세포 탈리 수단은 상기 연속 지지체에 접촉하는 스크레이퍼(scraper), 제트 수류 전달 장치, 진동 발생 장치 및 지지체 신장 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 스크레이퍼는 상기 연속 지지체의 종단면과 동일한 형상의 구멍을 포함하며, 상기 연속 지지체가 상기 구멍을 관통하여 이동할 수 있도록 배치되어, 상기 연속 지지체의 외부 표면을 긁어내는 것인 장치.
22. 제20항에 있어서, 상기 스크레이퍼는 상기 관형 지지체의 구멍과 동일한 형상의 종단면을 갖는 것으로, 상기 스크레이퍼가 상기 관형 지지체의 구멍을 관통하여 이동할 수 있도록 배치되어, 상기 관형 지지체의 내부 표면을 긁어내는 것인 장치.
23. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 세포 배양액 내에 포함된 연속 지지체에 부착된 세포의 밀도를 측정하기 위한 세포 밀도 측정부를 더 포함하는 것인 장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 세포 밀도 측정부는 상기 연속 지지체에 접촉하도록 배치된 제1 전극 및 세포 배양액에 접촉하도록 배치된 제2 전극을 포함하는 것인 장치.
25. 제23항에 있어서, 상기 세포 밀도 측정부는 상기 연속 지지체의 일 말단에 접촉하도록 배치된 제1 전극 및 상기 연속 지지체의 다른 말단에 접촉하도록 배치된 제2 전극을 포함하는 것인 장치.
26. 제23항에 있어서, 상기 세포 밀도 측정부는 상기 배양 용기 내에 세포 배양액의 전기 전도도를 측정하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 것인 장치.
27. 제23항에 있어서, 상기 세포 밀도 측정부는 빛을 제공하는 광원 및 상기 빛을 감지하는 흡광 센서를 포함하는 것인 장치.
28. 제23항에 있어서, 상기 세포 밀도 측정부는 상기 세포 배양액 내에서 상기 지지체의 중량을 측정하는 중량 측정부를 포함하는 것인 장치.
29. 제1항에 있어서, 상기 연속 지지체는 폴리디옥사논, 나일론, 케라틴, 실크, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 실리콜, 테프론, 폴리프로필렌, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜리드, 폴리(락토-코-글리콜리드), 폴리-L-락트산, 콜라겐, 금, 티타늄, 자성 물질, 온도 반응 경화성 고분자, 온도 반응 가소성 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재질로 이루어진 것인 장치.
30. 제1항에 있어서, 상기 장치는 측정된 세포 밀도를 사용자에게 출력시키는 출력부를 더 포함하는 것인 장치.
31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 세포 배양 및 탈리 장치의 세포 배양액에 세포를 접종하여 연속 지지체에 세포를 배양하는 단계;
    상기 연속 지지체에 부착하여 배양된 세포의 밀도가 기준치 이상이 되면 지지체 공급부에서 연속 지지체를 세포 배양액에 더 공급하는 단계
    상기 연속 지지체에 부착된 세포를 세포 탈리 수단에 의해 탈리하는 단계를 포함하는 세포의 배양 및 탈리 방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 연속 지지체는 선형 지지체, 관형 지지체 또는 필름형 지지체인 것인 방법.
33. 제32항에 있어서, 상기 선형 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm이고, 길이는 직경의 300배 이상인 원기둥형인 것인 방법.
34. 제32항에 있어서, 상기 관형 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm인 구멍을 포함하는 원기둥의 관 형상을 갖는 것으로, 상기 관의 길이는 상기 직경의 300배 이상인 것인 방법.
35. 제34항에 있어서, 상기 관형 지지체는 표면에 다수의 관통 포어(pore) 또는 슬릿(slit)을 포함하는 형태로 이루어진 것인 방법.
36. 제32항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 가로 5 mm 내지 500 mm의 직사각형 형상을 갖는 것으로, 상기 필름형 지지체의 세로의 길이는 상기 가로의 길이의 10배 이상인 것인 방법.
37. 제32항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 상기 필름의 2개의 가로변과 인접한 평행선상에 일정한 간격으로 배치된 천공을 더 포함하는 것인 방법.
38. 제32항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 상기 필름의 일 표면과 접촉하며, 상기 필름의 2개의 가로 변과 각각 인접하여 평행하게 배치된 2개의 스트립을 더 포함하는 것인 방법.
39. 제32항에 있어서, 상기 필름형 지지체는 상기 필름의 일 표면과 접촉하며, 상기 필름의 2개의 가로 변과 각각 인접하여 평행하게 배치된 2개의 스트립; 및 상기 필름의 2개의 가로변과 인접한 평행선상에 일정한 간격으로 배치되며, 상기 스트립과 필름을 동시에 관통하는 천공을 더 포함하는 것인 방법.
40. 제31항에 있어서, 상기 연속 지지체는 직경이 1 mm 내지 10 mm이고, 길이는 직경의 300배 이상인 원기둥형의 2 이상의 선형 지지체가 서로 꼬여 있는 형태로 이루어진 것인 방법.
41. 제31항에 있어서, 상기 연속 지지체는 폴리디옥사논, 나일론, 케라틴, 실크, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 실리콜, 테프론, 폴리프로필렌, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜리드, 폴리(락토-코-글리콜리드), 폴리-L-락트산, 콜라겐, 금, 티타늄, 자성 물질, 온도 반응 경화성 고분자, 온도 반응 가소성 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재질로 이루어진 것인 방법.
42. 제31항에 있어서, 상기 공급하는 단계는 세포 밀도 측정부에서 측정되는 세포의 밀도의 변화에 따라 배양 용기에 자동 또는 수동으로 조절하여 연속 지지체를 공급하는 것인 방법.
43. 제31항에 있어서, 상기 세포 탈리 수단은 상기 연속 지지체에 접촉하는 스크레이퍼(scraper), 제트 수류 전달 장치, 진동 발생 장치 및 지지체 신장 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 방법.
44. 제31항에 있어서, 상기 탈리하는 단계는 스크레이퍼를 이용하여 상기 연속 지지체의 외부 표면 또는 상기 관형 지지체의 내부 표면을 긁어내어 상기 지지체에 부착된 세포를 탈리하는 것인 방법.

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