KR20130033938A - 3 dimensional cell culture tool and cell culture method using the same - Google Patents

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KR20130033938A KR1020120050142A KR20120050142A KR20130033938A KR 20130033938 A KR20130033938 A KR 20130033938A KR 1020120050142 A KR1020120050142 A KR 1020120050142A KR 20120050142 A KR20120050142 A KR 20120050142A KR 20130033938 A KR20130033938 A KR 20130033938A
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Abstract

PURPOSE: A three dimensional cell culture device and a three dimensional cell culture method using the same are provided to form a floating spheroid in a culture medium without a separate treatment such as inoculation of cells on a cover part. CONSTITUTION: A three dimensional cell culture device comprises a culture plate part, a cover part, and a protrusion part(50). The culture plate part has wells for culturing cells. The cover part covers the culture plate part. The protrusion part is extended toward the inside of the well from the surface which touches the culture plate part.

Description

3차원 세포 배양 용구 및 이를 이용한 세포의 3차원 배양 방법{3 dimensional cell culture tool and cell culture method using the same}The present invention relates to a three-dimensional cell culture apparatus and a three-dimensional culture method using the same,

본 발명은 3차원 세포 배양 용구 및 이를 이용한 세포의 3차원 배양 방법 에 관한 것이다.
The present invention relates to a three-dimensional cell culture apparatus and a three-dimensional culture method of cells using the same.

오늘날 창약(創藥)의 개발에 있어서, 세포배양기술에 의해 배양한 세포가 약제의 약리활성평가나 독성시험의 시뮬레이터에 이용되고 있다. In today's development of cells, cells cultured by cell culture techniques are being used for simulating pharmacological activity of drugs and toxicity tests.

그러나, 종래의 세포배양기술로 배양한 세포는 세포가 2차원 방향으로 퍼진 단층세포이기 때문에, 생체 내와 동등한 3차원 조직을 구축할 수 없고, 세포가 체내에서 갖고 있는 특이적인 기능을 장시간 유지할 수 없으며, 이에 따라 시뮬레이션의 정밀도가 보장되지 않는 문제가 있다. However, since cells cultured by conventional cell culture techniques are monolayer cells spread in two-dimensional directions, three-dimensional tissues equivalent to those in vivo cannot be constructed, and the specific functions of the cells in the body can be maintained for a long time. Therefore, there is a problem that the accuracy of the simulation is not guaranteed.

최근에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 생체 내와 동등한 기능을 갖는 세포의 3차원 조직인 스페로이드의 배양이 주목을 받고 있다. 특히, 줄기 세포 기술이 발전함에 따라 배아줄기세포를 3차원으로 스페로이드 배양하여 각종 분화 기전의 연구에 응용하기 위한 여러가지 방법이 시도되고 있다. Recently, in order to solve such a problem, the cultivation of spheroid, which is a three-dimensional tissue of cells having an equivalent function in vivo, has attracted attention. In particular, with the development of stem cell technology, various methods have been attempted for spheroid culture of embryonic stem cells in three dimensions and applied to the study of various differentiation mechanisms.

예를 들어, 바닥면이 깔대기 형상인 웰에 복수의 단일세포를 파종하고, 바닥면에서 이 단일세포를 응집 및 분열시켜서 스페로이드를 배양하는 것(일본 특개평6-327462호 공보(단락번호 0016, 도 1))이나, 소정의 폴리머 혼합물의 캐스트액 표면에 물을 결로시키고, 이 결로에 의해 생긴 미소한 물방울을 증발시킴으로써 얻어지는 허니콤 구조체 상에서 스페로이드를 배양하는 것(일본 특개2002-335949호 공보(p3, 도 1))이 있다.For example, seeding a plurality of single cells in a well having a funnel shape on the bottom surface, aggregating and dividing the single cells on the bottom surface, and culturing the spleoid (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-327462 , Fig. 1)), and a method in which spoil is cultured on a honeycomb structure obtained by dewatering water on the cast liquid surface of a predetermined polymer mixture and evaporating minute droplets generated by this condensation (JP-A-2002-335949 (P3, Fig. 1)).

그러나, 일본 특개평6-327462호 공보에 의하면, 배양에 의해 생기는 스페로이드의 터전이 없고, 세포배양구조체 또는 세포배양용기에 스페로이드가 고정되기 어렵다. 그렇기 때문에, 배지교환 시에, 스페로이드가 배지와 함께 없어지거나 배지 교환 작업이 상당히 번잡해져서 양호한 배양환경을 유지하는 것이 어려워지는 문제가 있었다. 또한, 복수의 세포가 응집하여 스페로이드를 형성하고 있기 때문에, 암세포의 동태를 시뮬레이션하려고 해도, 생체 내에서 하나의 암세포로부터 분열되어 형성된 종양의 성질과 스페로이드의 성질이 엄밀하게 다르기 때문에, 시뮬레이션의 정밀도가 떨어지는 문제가 있었다. However, according to Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-327462, there is no space of sprooid produced by culturing, and it is difficult for the sphere to be fixed to the cell culture construct or the cell culture container. Therefore, during the medium exchange, there was a problem that the spheroids disappeared with the medium, or the medium exchange work became very complicated, and it was difficult to maintain a good culture environment. In addition, since a plurality of cells aggregate to form spheroids, even if the behavior of the cancer cells is simulated, the nature of the tumor formed by division from one cancer cell in vivo and the properties of the spoloid are strictly different. There was a problem that accuracy was poor.

또한, 허니콤 구조의 크기를 정밀하게 제어할 수 없으며, 구조를 평면 방향의 형상이 원형인 허니콤 구조 이외의 형상으로 하는 것이 어려운 등의 문제가 있었다. 또한, 허니콤 구조를 제작하는데 상당히 시간이 많이 걸리는 것 외에, 비용이 비싸고, 대량생산에 적합하지 않다는 문제가 있었다.
Further, the size of the honeycomb structure can not be precisely controlled, and it is difficult to make the structure of the honeycomb structure other than the honeycomb structure having a circular shape in the planar direction. In addition, it takes a considerable amount of time to manufacture the honeycomb structure, and there is a problem that it is expensive and is not suitable for mass production.

세포의 3차원 스페로이드 배양 방법 중 또 다른 방법으로서, 현적 배양법(hanging drop culture)이 있다. As another method of culturing cells in a three-dimensional spoloid, there is a hanging drop culture.

도 2는, 현적 배양법(hanging drop culture)을 통해 세포를 3차원 배양하는 일반적인 방법을 보여주는 개념도이다. 현적 배양법(hanging drop culture)을 통해 세포를 3차원 배양하는 방법은 먼저, 도 2(a)와 같이 수거한 세포의 수를 센 후 약 300~500여개의 세포를 피펫 등을 이용하여 일반 배양용기(100)의 덮개(11) 부분에 방울 형태로 분주하여 거꾸로 부착시켜 배양한다. 이후, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 매달려 있는 세포가 중력에 의해 방울의 끝부분에 모이면서 배아 형태의 세포괴를 형성하게 되는데 이를 일반적으로 배상체라 한다.2 is a conceptual diagram showing a general method of three-dimensionally culturing cells through a hanging drop culture. In the method of three-dimensionally culturing cells by hanging drop culture, the number of collected cells is counted as shown in FIG. 2 (a), and about 300 to 500 cells are collected using a pipette, (11) of the culture dish (100) in a droplet form and adhere them in an inverted manner. Thereafter, as shown in FIG. 1 (b), the hanging cells gather at the end of the droplet by gravity to form an embryoid-like cell mass, which is generally referred to as a compensator.

도 3의 A, B 는 3d biomatrix 가 개발한 이러한 현적 배양법의 또 다른 형태로서, 일정 크기의 구멍이 형성된 커버플레이트를 이용하여, 상기 커버플레이트에 세포 배양액을 수용하고, 중력에 의하여 상기 구멍으로부터 세포가 3차원 배양되는 형태를 나타낸다. Fig. 3A and 3B show another embodiment of the current culture method developed by the 3d biomatrix, which uses a cover plate having a hole with a predetermined size to accommodate the cell culture liquid in the cover plate, Is three-dimensionally cultured.

그러나, 이러한 현적 배양법(hanging drop culture)의 경우 피펫 등의 도구를 이용하여 배양 용기의 덮개 부분에 세포를 분주하기 때문에 이와 같이 옮기는 과정에서 세포에 물리적인 손상이 발생하거나, 미생물에 의한 오염으로 심각한 문제가 초래될 염려가 있었다.
However, in the case of hanging drop culture, cells are placed on the cover of the culture container by using a pipette or the like, so that the cells are physically damaged during the transfer, There was a concern that the problem would be caused.

본 발명은 이와 같은 종래 세포의 3차원 스페로이드 배양 기술의 문제점을 해결할 수 있는 세포의 3차원 배양을 위한 3차원 세포 배양 용구를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional cell culture apparatus for three-dimensional culture of cells which can overcome the problems of the conventional three-dimensional spheroid culture technology of cells.

본 발명은 또한, 상기 3차원 세포 배양 용구를 이용하여 세포를 3차원 배양하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention also aims to provide a method for three-dimensionally culturing cells using the three-dimensional cell culture apparatus.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 The present invention has been made to solve the above problems

세포를 배양하기 위한 웰을 포함하는 배양 플레이트부;A culture plate portion including a well for culturing the cells;

상기 배양 플레이트부를 덮는 커버부; 및 A cover portion covering the culture plate portion; And

상기 커버부의 상기 배양 플레이트부와 접하는 표면으로부터 상기 배양 플레이트부의 상기 웰 내부로 향하여 연장된 돌출부;를 포함하는 3차원 세포 배양 용구를 제공한다. And a protrusion extending from the surface of the cover portion in contact with the culture plate portion toward the inside of the well of the culture plate portion.

본 발명에 있어서, 상기 돌출부는 자성을 나타내는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the projecting portion is characterized by exhibiting magnetism.

본 발명에 있어서, 상기 돌출부가 자성을 나타내도록 하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 돌출부는 영구 자석 재질로 제조되는 것이 가능하다. In the present invention, a method of causing the protrusions to exhibit magnetism is not particularly limited, and in one embodiment of the present invention, the protrusions can be made of a permanent magnet material.

본 발명에 있어서, 상기 돌출부는 전자석을 포함하고, 상기 전자석에 공급되는 전류의 크기와 공급 시간을 제어하는 제어부 및 상기 제어부에 의하여 상기 전자석에 정해진 시간 동안 정해진 크기의 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the projecting portion may further include a control portion for controlling the magnitude and the supply time of the current supplied to the electromagnet, and a power portion for supplying the electromagnet with a power of a predetermined size for a predetermined period of time .

본 발명에 있어서, 상기 돌출부의 길이는 상기 웰의 깊이의 1/20 내지 9/10 인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the length of the protrusion is 1/20 to 9/10 of the depth of the well.

본 발명에 있어서, 상기 배양 플레이트부는 상기 세포를 배양하기 위한 웰을 복수개 포함하고, 상기 돌출부는 상기 세포를 배양하기 위한 웰 당 1개씩 포함되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서, 상기 돌출부는 상기 세포를 배양하기 위한 웰 당 복수개 포함되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the culture plate portion includes a plurality of wells for culturing the cells, and the protrusions are formed to include one per well for culturing the cells. In the present invention, the protrusions are formed to include a plurality of cells per well for culturing the cells.

본 발명에 있어서, 상기 돌출부의 말단은 그 형상이 특별히 제한되지 않으나, 뾰족하게 형성되는 것이 자성을 집중시켜서 세포를 3차원으로 효율적으로 배양하기 위해 바람직하다.
In the present invention, the shape of the distal end of the protruding portion is not particularly limited, but it is preferable that the protruding portion is sharply formed so as to concentrate magnetism and efficiently cultivate the cells in three dimensions.

본 발명은 또한, The present invention also provides

나노 입자가 포함된 배양액에서 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포를 기초 배양하는 단계;Culturing the cells to be cultured in the form of spoil in a culture solution containing nanoparticles;

상기 배양된 세포와 배양액을 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계;Receiving the cultured cells and a culture solution in a well of a culture plate portion;

상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여, 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하는 단계; 및 Covering the surface of the culture plate portion with a cover portion including the protrusions so that the protrusions are positioned inside the wells; And

상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 세포가 스페로이드를 형성하면서 3차원 배양되는 단계를 포함하는 본 발명의 3차원 세포 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법을 제공한다. And three-dimensional culture of the cells using the three-dimensional cell culture apparatus of the present invention including the step of culturing the cells three-dimensionally while forming the spheroids by the magnetism of the protrusions.

본 발명에서는 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포를 먼저 나노 입자가 포함된 배양액에서 기초 배양되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서 기초 배양 방법은 특별히 제한되지 않으며, 진탕 배양 또는 기타 다른 방법에 의해 기초 배양될 수 있다. In the present invention, cells to be cultured in the form of a sphere are firstly cultured in a culture solution containing nanoparticles. In the present invention, the basic culture method is not particularly limited, and can be basically cultured by shaking culture or other methods.

나노 입자가 포함된 배양액에서 기초 배양된 세포는 상기 나노 입자가 세포 내부에 수용되거나, 세포막에 나노 입자가 부착되거나, 기타 다른 메커니즘에 의해 자성 나노 입자가 세포에 부착되어 외부 자성에 의해 세포의 이동이 유도되게 된다. The cells cultured on the basis of the nanoparticle-containing culture can be prepared by allowing the nanoparticles to be accommodated in the cells, attaching nanoparticles to the cell membranes, or attaching the magnetic nanoparticles to the cells by other mechanisms, Lt; / RTI >

자성 나노입자는 각종 생의학적 용도로 사용될 것이 제안되었는데, 이러한 용도에는 자기 공명 영상화, 악성 세포의 고열처리, 및 약물 전달이 포함되며, 최근에는 나노 입자를 혼합한 배양액에서 세포를 배양하여 나노 입자가 세포 내로 도입되게 하고, 자성 입자가 도입된 세포를 원하는 위치에 고정하는 기술이 개발되고 있다. Magnetic nanoparticles have been proposed to be used in a variety of biomedical applications, including magnetic resonance imaging, high-temperature treatment of malignant cells, and drug delivery. In recent years, cells have been cultured in a mixture of nanoparticles, A technique of immobilizing the cells into the cells and fixing the cells into which the magnetic particles have been introduced is being developed.

본 발명에 있어서, 상기 나노 입자란, 전형적으로는 직경이 작게는 1 나노미터에서부터 크게는 수백 마이크로미터까지 이르는 매우 작은 입자를 말한다. 작은 크기 때문에 염료 및 안료; 심미적 또는 기능적 코팅; 생물학적 연구, 의학적 영상화 및 치료를 위한 도구; 자기 기록 매체; 양자점(quantum dots); 및 고르고 일정한 나노크기 반도체 등과 같은 각종 제품을 제조하는데 이용될 수 있다. In the present invention, the nanoparticle refers to a very small particle, typically ranging from one nanometer to a few hundred micrometers in diameter. Because of the small size dyes and pigments; Aesthetic or functional coating; Tools for biological research, medical imaging and therapy; A magnetic recording medium; Quantum dots; And uniform and constant nano-sized semiconductors.

본 발명에 있어서, 상기 상기 자성 나노 입자는 마그네타이트, Fe3O4, γ-Fe2O3, 망간 페라이트, 코발트 페라이트 및 니켈 페라이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 1개 또는 복수개인 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the magnetic nanoparticles may be one or more selected from the group consisting of magnetite, Fe 3 O 4 , γ-Fe 2 O 3 , manganese ferrite, cobalt ferrite and nickel ferrite.

본 발명에 있어서, 상기 배양된 세포와 배양액을 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계에서는 상기 배양된 세포와 배양액이 상기 돌출부와 접촉하지 않도록 수용하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of accommodating the cultured cells and the culture solution in the well of the culture plate portion, the cultured cells and the culture solution are received so as not to contact the protrusions.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 배양된 세포를 포함하는 배양액을 상기 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계에서는 상기 돌출부의 말단이 상기 배양된 세포와 배양액과 접촉하도록 수용하는 것을 특징으로 한다. 이 경우 상기 돌출부의 표면에 적절한 처리를 함으로써, 돌출부 주변에 3차원 배양된 세포를 돌출부로부터 분리시키는 것이 가능하다.
In addition, in the present invention, in the step of accommodating the culture solution containing the cultured cells in the well of the culture plate portion, the end of the projected portion is received in contact with the cultured cells and the culture solution. In this case, it is possible to separate the three-dimensionally cultured cells from the protrusions around the protrusions by appropriately treating the surface of the protrusions.

본 발명에 있어서, 상기 나노 입자가 포함된 배양액에서 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포를 기초 배양하는 단계에서는 상기 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포의 종류가 복수개이고, 상기 복수개 종류의 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포가 상기 나노 입자가 포함된 배양액에서 혼합되어 동시에 기초 배양되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, in the step of basically culturing the cells to be cultured in a spleod form in the culture solution containing the nanoparticles, there are a plurality of kinds of cells to be cultured in the spoloid form, The cells that are desired to be cultured in the form of nanoparticles are mixed in a culture solution containing the nanoparticles and simultaneously cultured.

본 발명의 3차원 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법은 또한, 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 제 1 세포, 제 2 세포를 나노 입자가 포함된 각각의 배양액에서 별도로 기초 배양하는 단계;The method for three-dimensional culture of cells using the three-dimensional culture apparatus of the present invention may further comprise the steps of: separately culturing the first and second cells, which are desired to be cultured in a spoloid form, in respective cultures containing nanoparticles;

상기 배양된 제 1 세포를 포함하는 배양액을 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계;Receiving a culture medium containing the cultured first cells in a well of a culture plate portion;

상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하는 단계; Covering the surface of the culture plate portion with a cover portion including the protrusion so that the protrusion is positioned inside the well;

상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 제 1 세포가 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;Culturing the first cells by forming a spheroid by the magnetism of the protrusions;

상기 배양된 제 2 세포를 포함하는 배양액을 상기 제 1 세포 스페로이드 형성된 배양 플레이트부의 웰에 공급하는 단계; 및 Supplying a culture medium containing the cultured second cells to a well of the first cell spleen-formed culture plate portion; And

상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 제 1 세포 스페로이드를 코어부로 하고, 상기 제 2 세포가 쉘부로 하는 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;를 포함한다. And culturing the first cell spleoid as a core part by magnetic force of the protruding part and forming the second cell as a shell part.

본 발명의 3차원 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법은 또한, 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 복수 종류의 세포를 나노 입자가 포함된 각각의 배양액에서 별도로 기초 배양하는 단계;The method for three-dimensional culture of cells using the three-dimensional culture apparatus of the present invention may further comprise the steps of: separately culturing a plurality of types of cells desired to be cultured in a spoloid form in respective cultures containing nanoparticles;

상기 배양된 복수 종류의 세포를 포함하는 배양액을 별도의 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계;Receiving a culture solution containing the cultured plural kinds of cells in a well of another culture plate portion;

상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하는 단계; Covering the surface of the culture plate portion with a cover portion including the protrusion so that the protrusion is positioned inside the well;

상기 복수 종류의 세포가 상기 돌출부의 자성에 의하여 각각 1차 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;Culturing the plurality of types of cells while forming primary spheredoids by the magnetism of the protrusions;

상기 배양된 각각의 복수 종류 세포의1차 스페로이드를 혼합하는 단계 ; 및 Mixing the first spheroids of each of the cultured plural kinds of cells; And

상기 혼합된 복수 종류 세포의 1차 스페로이드가 상기 돌출부의 자성에 의하여 응집되면서 2차 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;를 포함한다.
And culturing the mixed spherooids of the plurality of kinds of cells while being coagulated by the magnetism of the protrusions to form secondary spherooids.

이하에서는 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 세포 배양 용구의 모식도를 나타낸다. 4 is a schematic view of a three-dimensional cell culture apparatus according to the present invention.

도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 3차원 세포 배양 용구는 세포를 배양하기 위한 복수 이상의 웰(30)을 포함하는 배양 플레이트부(10); 상기 배양 플레이트부를 덮는 커버부(20); 및 상기 커버부의 상기 배양 플레이트와 접하는 표면으로부터 상기 배양 플레이트의 웰 내부로 향하여 연장된 하나 이상의 돌출부(50)를 포함한다. As shown in FIG. 4, the three-dimensional cell culture apparatus according to the present invention includes a culture plate portion 10 including a plurality of wells 30 for culturing cells; A cover part (20) covering the culture plate part; And at least one protrusion (50) extending from the surface of the cover portion in contact with the culture plate toward the inside of the well of the culture plate.

본 발명의 3차원 세포 배양 용구에 있어서, 상기 돌출부는 자성을 나타내는 것을 특징으로 하며, 이를 위한 방법이 한정되지는 않는다. 구체적으로 상기 돌출부는 영구 자석 재질로 만들어지거나, 전자석 재질로 만들어지는 것이 가능하다. In the three-dimensional cell culture equipment of the present invention, the projecting portion is characterized by exhibiting magnetism, and the method for this is not limited. Specifically, the protruding portion may be made of a permanent magnet material, or may be made of an electromagnet material.

도 4에서는 돌출부 전체가 영구 자석 재질로 만들어진 경우(51), 말단에 영구 자석을 장착한 경우(52)를 나타내었다. Fig. 4 shows a case (51) in which the entire protrusion is made of a permanent magnet material, and a case (52) in which a permanent magnet is attached at the end.

도 5의 경우 돌출부가 전자석 재질로 만들어지는 경우의 모식도를 나타내었다. 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명의 3차원 세포 배양 용구가 전자석 돌출부를 포함하는 경우, 배양 플레이트(110), 상기 배양 플레이트에 포함된 복수개의 웰(130), 상기 배양 플레이트를 커버하기 위한 커버부(120) 및 상기 커버부의 상기 배양 플레이트와 접하는 표면으로부터 상기 배양 플레이트의 각각의 웰 내부로 향하여 연장된 전자석 재질의 돌출부를 포함하며, 상기 전자석 재질의 돌출부의 자성을 조절하기 위하여 각각의 팁에 연결된 외부 전원부(160) 및 제어부(170)를 포함한다. 본 발명에 있어서, 상기 제어부(170)에 의하여 상기 외부 전원부(160)에 인가되는 전원의 인가 여부 및 인가 세기, 인가 시간 등이 조절되며, 그에 따라 상기 전자석 재질의 돌출부에 발생되는 자성을 조절할 수 있게 된다. 이에 의하여 다양한 형태의 세포 배양이 가능하다. 즉, 세포를 배양하는 과정에서 자성을 주기적으로 인가하거나, 세포가 응집될 때까지만 자성을 인가하고, 이후에는 자성을 인가하지 않는 것과 같은 다양한 방법으로 세포를 배양하는 것이 가능하게 된다. FIG. 5 is a schematic view of a case where the protrusion is made of an electromagnet material. 5, when the three-dimensional cell culture apparatus of the present invention includes an electromagnet protrusion, the culture plate 110 includes a plurality of wells 130 included in the culture plate, a cover for covering the culture plate, (120) and a protrusion of an electromagnet material extending from a surface of the cover portion in contact with the culture plate toward the inside of each well of the culture plate, and connected to each tip for controlling the magnetism of the protrusion of the electromagnet material An external power supply unit 160, and a control unit 170. In the present invention, the control unit 170 adjusts the power applied to the external power supply unit 160, the intensity of the power applied to the external power supply unit 160, and the application time thereof, thereby adjusting the magnetic force generated in the protrusions of the electromagnet material . Thus, various types of cell cultures are possible. That is, it is possible to cultivate the cells in various ways such as periodically applying magnetism in the course of culturing the cells, applying magnetism only until the cells coagulate, and then not applying magnetism.

상기 배양 플레이트(10)의 전체적인 형상 및 상기 웰 형상이 특별히 제한되지 않으며, 구체적으로는 둥근 바닥 플라스크 뿐 만 아니라, 당업계에서 일반적으로 세포를 배양하기 위해 사용되는6 웰, 96 웰 플레이트 등이 세포 배양 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예로서 상기 배양 플레이트가 멀티웰 형상인 경우를 도 6에, 원형 플레이트 형상인 경우를 도 7에 나타내었다. The overall shape of the culture plate 10 and the shape of the well are not particularly limited and concretely include not only a round bottom flask but also a 6 well plate and a 96 well plate plate used for culturing cells generally in the art And may be appropriately selected depending on the purpose of culture. Fig. 6 shows a case where the culture plate is in the form of a multi-well, and Fig. 7 shows a case in which the culture plate is in the form of a circular plate as a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 3차원 세포 배양 용구에 있어서, 상기 팁의 형상 및 개수는 상기 세포를 배양하기 위한 웰의 용량에 의해 적절히 선택될 수 있고, 특별히 제한되지 않으며, 도 6에서와 같이 상기 배양 플레이트(10)가 세포 배양을 위한 웰(30)을 복수개 포함하는 경우, 상기 돌출부는 상기 세포를 배양하기 위한 웰(30) 당 1개씩 포함되도록 형성되는 것이 가능하다. In the three-dimensional cell culture apparatus of the present invention, the shape and the number of the tips can be appropriately selected depending on the capacity of the well for culturing the cells, and are not particularly limited, and the culture plate 10 ) Comprises a plurality of wells 30 for cell culture, it is possible that the protrusions are formed to include one per well 30 for culturing the cells.

또한, 상기 도 7에서와 같이 세포를 배양하기 위한 웰 내에 복수개의 돌출부를 포함하는 것이 가능하다. 이와 같이 하나의 세포를 배양하기 위한 웰 내에 수개의 팁을 설치하는 경우 세포를 배양하기 위한 웰 내에서 돌출부가 위치하는 부분마다 동일한 형질의 스페로이드가 동시 다발적으로 형성될 수 있으며, 이후 3차원 배양된 세포를 더욱 성장시키는 경우 배양액을 교체하거나 한꺼번에 분리할 경우에도 효과적이다. It is also possible to include a plurality of protrusions in the well for culturing the cells as shown in FIG. When a plurality of tips are provided in a well for culturing one cell as described above, spleoids of the same type can be formed simultaneously in each well where the protrusions are located in the well for culturing the cells, When the cultured cells are further grown, they are also effective when the culture medium is replaced or separated at once.

본 발명의 3차원 세포 배양 용구에 있어서, 상기 돌출부의 길이는 특별히 제한되지는 않으며, 상기 웰의 깊이의 1/20 내지 9/10 인 것이 바람직하다. 상기 돌출부의 길이가 웰의 깊이에 비해 너무 길면 돌출부에 접촉하는 세포의 수가 증가하며 3차원 배양의 효율이 감소하며, 돌출부의 길이가 웰의 깊이에 비해 너무 짧으면 자성이 미치는 범위가 작아 3차원 배양의 효율이 떨어지게 된다.
In the three-dimensional cell culture equipment of the present invention, the length of the projecting portion is not particularly limited, and is preferably 1/20 to 9/10 of the depth of the well. If the length of the protrusion is too long relative to the depth of the well, the number of cells contacting the protrusion increases and the efficiency of the three-dimensional culture decreases. If the length of the protrusion is too short compared to the depth of the well, The efficiency of the battery is reduced.

본 발명에 있어서, 상기 팁은 상기 웰 내의 세포 배양액과 접촉하지 않은 상태에서도 세포를 3차원 배양하는 것이 가능하며, 접촉한 상태 에서도 세포를 3차원 배양하는 것이 가능하다. 접촉한 상태에서 세포를 배양하는 경우 자성이 좀 더 직접적으로 작용하기 때문에 바람직하지만, 돌출부 표면에 세포가 달라붙게 되므로, 돌출부 표면을 적절한 표면 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이 때 돌출부 표면 처리로는 세포부착에 방해가 되는 고분자 물질 (PEG 같은 고 발수성 물질)을 코팅하거나 세포와 직접적 접촉을 막는 물질을 덧씌우는 방법 등을 이용할 수 있다.
In the present invention, the tip can be cultured three-dimensionally even when the tip is not in contact with the cell culture fluid in the well, and the cells can be cultured three-dimensionally even in the contacted state. When cells are cultured in contact with each other, it is preferable that the magnetism acts more directly. However, since the cells stick to the surface of the protrusions, it is preferable to perform appropriate surface treatment on the protrusions. At this time, as the surface treatment of protrusions, a method of coating a polymer material (a highly water repellent substance such as PEG) that interferes with cell attachment or covering a material that prevents direct contact with a cell can be used.

도 8에 본 발명에 따른 3차원 세포 배양 용구를 이용한 3차원 세포 배양 방법을 나타내었다. 본 발명의 3차원 세포 배양 용구를 이용한 3차원 세포 배양 방법은 i) 나노 입자가 포함된 배양액에서 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포를 기초 배양하는 단계; ii) 상기 배양된 세포를 포함하는 배양액을 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계; iii) 상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하는 단계; iv) 상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 세포가 스페로이드를 형성하면서 3차원 배양되는 단계; 를 포함하는 것으로 구성된다. FIG. 8 shows a three-dimensional cell culture method using a three-dimensional cell culture apparatus according to the present invention. A three-dimensional cell culture method using the three-dimensional cell culture apparatus of the present invention comprises i) culturing the cells to be cultured in a spoloid form in a culture solution containing nanoparticles; ii) receiving a culture solution containing the cultured cells in a well of a culture plate portion; iii) covering the surface of the culture plate portion with a cover portion including the protrusions so that the protrusions are positioned inside the wells; iv) culturing the cells three-dimensionally while forming the spheroids by magnetism of the protrusions; It is configured to include.

본 발명의 3차원 세포 배양 방법에 있어서, 나노 입자가 포함된 배양액에서 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포를 기초 배양한다. In the three-dimensional cell culture method of the present invention, cells that are desired to be cultured in a spoloid form in a culture solution containing nanoparticles are basically cultured.

이와 같이 나노 입자가 포함된 배양액에서 세포를 기초 배양함으로써 세포 내로 자성 나노 입자를 도입시키거나, 또는 상기 나노 입자를 표면 개질함으로써 세포의 세포막에 부착시킬 수 있다. As described above, the magnetic nanoparticles can be introduced into cells by basal culture of the cells in a culture solution containing the nanoparticles, or the surface of the nanoparticles can be modified to adhere to cell membranes.

세포 내로 자성 나노 입자를 도입하는 방법은 당업자가 일반적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있으며, 상기 자성 나노 입자를 세포 배양 배지 내에 바람직하게는 10 pg 에서 1000 pg/ cell 농도로 포함시키고, 자성 나노 입자가 포함된 배지내에서 세포를 배양함으로써 세포 내에 자성 나노 입자가 도입되도록 한다. Methods for introducing magnetic nanoparticles into cells can be performed by a method commonly used by those skilled in the art. The magnetic nanoparticles are preferably contained in a cell culture medium at a concentration of 10 pg to 1000 pg / cell, The cells are cultured in the contained medium so that the magnetic nanoparticles are introduced into the cells.

본 발명에 있어서 상기 자성 나노 입자로는 초상자성 또는 강자성 철 산화물 나노입자를 이용한다. 바람직하게는, 상기 나노입자에 포함된 산화물은 페로-(ferro-) 또는 페리마그네틱 화합물(ferrimagnetic compounds), 예컨대, 마그네타이트, Fe3O4, γ-Fe2O3, 망간 페라이트, 코발트 페라이트 및 니켈 페라이트를 포함한다. 보다 바람직하게는, 본 발명에 이용하는 초상자성 나노입자에 포함된 철-산화물은 Fe3O4 또는 γ-Fe2O3 이고, 가장 바람직하게는 Fe3O4이다. In the present invention, super magnetic or ferromagnetic iron oxide nanoparticles are used as the magnetic nanoparticles. Preferably, the oxides contained in the nanoparticles are selected from the group consisting of ferro- or ferrimagnetic compounds such as magnetite, Fe 3 O 4 , γ-Fe 2 O 3 , manganese ferrite, cobalt ferrite and nickel Ferrite. More preferably, the iron-oxide contained in the super-magnetic nanoparticles used in the present invention is Fe 3 O 4 or γ-Fe 2 O 3 And most preferably Fe 3 O 4 .

이후, 본 발명의 3차원 세포 배양 용구의 세포를 배양하기 위한 웰의 크기 및 원하는 스페로이드 크기를 고려하여 상기 기초 배양된 세포를 포함하는 배양액의 부피 및 세포농도를 조절하여 상기 세포를 배양하기 위한 웰에 수용하고, 상기 커버부로 커버하여 상기 커버부의 표면에 형성된 돌출부가 상기 배양 플레이트의 웰 내부에 위치하도록 한다. Then, in consideration of the size of the well for culturing the cells of the three-dimensional cell culture tool of the present invention and the desired spheroid size for adjusting the volume and cell concentration of the culture medium containing the basal culture cells for culturing the cells It is accommodated in a well and covered with the cover portion so that the protrusion formed on the surface of the cover portion is located inside the well of the culture plate.

이와 같이 하고 세포를 배양하면 상기 커버부의 돌출부의 자성에 의해 상기 자성 나노 입자를 포함하는 세포가 팁 가까이 모여들게 되고, 결과적으로 세포가 상호 응집된 형태의 3차원 세포 배양이 가능하게 된다. When the cells are cultured in this manner, the cells containing the magnetic nanoparticles gather near the tips due to the magnetism of the protruding portions of the cover portion, and as a result, three-dimensional cell cultures in which the cells are mutually agglomerated are made possible.

이후 단계에서는 일단 응집된 세포들은 그 상태를 유지하면서 계속 배양하여 3차원 세포 배양된 스페로이드 내의 세포의 수를 증가시켜, 스페로이드의 크기를 더욱 성장시키는 것이 가능하다. In the subsequent step, it is possible to further grow the size of the spheroids by increasing the number of cells in the three-dimensional cell cultured spleen by continuously culturing the aggregated cells while maintaining the state.

본 발명에 있어서, 상기 기초 배양시 세포 종류를 조절하거나, 기초 배양후 스페로이드 형성 단계에서 여러가지 형태로 융합 스페로이드로 배양하는 것이 가능하다. In the present invention, it is possible to regulate the cell type during the basal culture or to cultivate the fusion spolide in various forms in the spoloid formation step after the basal culture.

본 발명에 있어서, 가능한 융합 스페로이드 제조 방법을 도 20 에 모식적으로 나타내었다. In the present invention, a method for producing a fused spheroid as possible is schematically shown in Fig.

구체적으로, A)무작위 혼합 스페로이드 형태, 즉 기초 배양시 세포 종류를 복수개 사용하여, 상기 복수 종류의 세포가 상호 응집되면서 무작위 혼합으로 스페로이드를 형성하는 방법, Specifically, there are provided: A) a method of randomly mixing a plurality of types of cells in a randomly mixed speroid form, that is, a base culture,

B) 순차적 세포 도입으로 형성된 코어-쉘 (core-shell) 형태의 스페로이드, 즉, 제 1세포로 스페로이드를 형성한 후, 제 2 세포가 상기 제 1 세포 스페로이드를 코어부로 하여 쉘부를 형성하는 방법, B) forming a core-shell type spheroid formed by sequential introduction of cells, that is, forming a spheroid from the first cell, and then forming a shell part with the first cell spheroid as a core part How to,

C) 스페로이드 간의 융합(fusion), 즉, 제 1 세포 스페로이드, 제 2 세포 스페로이드를 기초로 하여 스페로이드를 형성하는 등 다양한 형태의 스페로이드를 형성하는 것이 가능하다. It is possible to form various forms of spoiloids, such as the formation of spoeloids based on C) spoloids, i.e., first and second cell spoids.

상기 A 방법에서는 기초 배양하는 단계에서 상기 스페로이드 배양하기를 원하는 세포의 종류를 복수개로 하고, 상기 복수개 종류의 스페로이드 배양하기를 원하는 세포가 상기 나노 입자가 포함된 배양액에서 혼합되어 동시에 기초 배양되어 상기 복수 종류의 세포가 상호 응집되면서 무작위 혼합으로 스페로이드를 형성하게 된다. In the method A, a plurality of kinds of cells to be cultured are cultured in a basal culturing step, and the cells to be cultured in the plurality of kinds of spoil are mixed in a culture solution containing the nanoparticles and simultaneously cultured The plurality of types of cells coagulate and randomly mix to form spheroids.

상기 B 방법에서는 스페로이드 배양하기를 원하는 세포를 제 1 세포, 제 2 세포 복수개 선정하고, 상기 각각의 세포를 나노 입자가 포함된 각각의 배양액에서 별도로 기초 배양한 후, 먼저 상기 배양된 제 1 세포를 포함하는 배양액을 배양 플레이트부의 웰에 수용한다. In the above B method, a plurality of cells, which are desired to be spoold cultured, are selected from a plurality of first cells and a plurality of second cells, and the respective cells are separately cultured in respective cultures containing nanoparticles, Is contained in the well of the culture plate portion.

상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하여, 상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 제 1 세포가 스페로이드를 형성하면서 배양한다. 이후, 상기 제 1 세포 스페로이드 형성된 배양 플레이트부의 웰에 상기 배양된 제 2 세포를 포함하는 배양액을 공급하고, 상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 제 2 세포가, 상기 제 1 세포 스페로이드를 코어부로 하고, 쉘부를 형성하는 스페로이드를 형성하면서 배양된다. The surface of the culture plate portion is covered with a cover portion including the protrusions so that the protrusions are positioned inside the wells and the first cells are cultured while forming the spheroids by the magnetism of the protrusions. Thereafter, the culture medium containing the cultured second cells is supplied to the wells of the first cell spleen-formed culture plate portion, and the second cells are cultured by the magnetism of the protrusions into the core portions of the first cell spoloids , And forming a spheroid to form a shell part.

상기 C 방법에서는 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 복수 종류의 세포를 나노 입자가 포함된 각각의 배양액에서 별도로 기초 배양하고, 상기 배양된 복수 종류의 세포를 포함하는 배양액을 별도의 배양 플레이트부의 웰에 수용한다. In the above C method, a plurality of types of cells desired to be cultured in the form of spoil are separately cultured in respective cultures containing the nanoparticles, and the culture solution containing the cultured plural kinds of cells is placed in a well of a separate culture plate Accept.

상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하고, 상기 복수 종류의 세포가 상기 돌출부의 자성에 의하여 각각 1차 스페로이드를 형성하면서 배양한다. The cover portion including the protrusions covers the surface of the culture plate portion so that the protrusions are positioned inside the wells and the plural kinds of cells are cultured while forming the primary spoloids by the magnetism of the protrusions.

이렇게 형성된 상기 배양된 각각의 복수 종류 세포의 1차 스페로이드를 혼합하고, 상기 혼합된 복수 종류 세포의 1차 스페로이드가 상기 돌출부의 자성에 의하여 2차 스페로이드를 형성하면서 배양한다.
The first spheroids of the cultured plural kinds of cells thus formed are mixed and the primary spheroids of the mixed plural kinds of cells are cultured while forming secondary spheroids by the magnetic properties of the protrusions.

본 발명의 3차원 세포 배양 장치 및 이를 이용한 3차원 세포 배양 방법은 자성 나노 입자를 세포 내에 도입시키고, 상기 자성을 나타내는 돌출부를 사용하여 자성을 인가하면서 세포를 배양함으로써, 커버부에 세포를 접종하는 등의 별도의 처리없이도, 세포가 기초 배양된 배양액 내의 부유 상태에서 스페로이드를 형성할 수 있는 효과를 나타낸다.In the three-dimensional cell culture apparatus and the three-dimensional cell culture method using the same, the magnetic nanoparticles are introduced into the cells, and the cells are cultured while applying magnetism using the magnetic protrusions to inoculate cells in the cover , It is possible to form spleoids in the suspended state in the culture medium in which the cells are basically cultured.

도 1은 종래 세포의 3차원 배양을 위해 사용되는 플레이트 바닥부의 형상을 나타낸다.
도 2, 도 3은 종래 세포의 3차원 배양을 위해 사용되는 현적 배양법의 과정 및 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 세포 배양 장치의 단면도를 나타낸다.
도 5, 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자석을 이용한 3차원 세포 배양 장치를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 세포 배양 장치의 단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 3차원 세포 배양 방법에 의하여 세포를 3차원 배양하는 방법을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 3차원 세포 배양 장치의 커버부 사진을 나타낸다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 3차원 세포 배양 용구를 사용하여 세포를 배양하고, 세포에 형광물질을 도입한 후 형광 현미경으로 관찰한 결과를 나타내었다
도 13 은 본 발명의 3차원 세포 배양 용구를 사용하여 배양한 세포의 viability 를 측정한 결과를 나타낸다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 세포 배양 웰이 복수개의 돌출부를 포함하는 경우의 세포 배양 용구에서 형성된 3차원 배양된 세포를 무작위로 추출하여 각각의 세포에 대한 상태를 나타낸다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예의 3차원 배양 용구를 사용하여 세포를 배양한 경우와 2차원 배양된 비교예에 있어서, 세포 내부의 골격에 관여하는 단백질의 분포를 측정한 결과를 나타낸다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예의 3차원 배양 용구를 사용하여 세포를 배양한 경우와 2차원 배양된 비교예에 있어서, 각각의 세포의 독성 물질에 대한 반응을 나타낸다.
도 17 내지 19는 본 발명의 일 실시예의 3차원 배양 용구를 사용하여 융합 스페로이드가 형성되는 과정을 측정한 결과를 나타낸다.
도 20 은 본 발명에 있어서, 가능한 융합 스페로이드 제조 방법을 모식적으로 나타내었다.
Figure 1 shows the shape of a plate bottom used for three-dimensional culture of conventional cells.
FIGS. 2 and 3 show a process and apparatus of a current culture method used for three-dimensional culture of conventional cells.
4 is a cross-sectional view of a three-dimensional cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 5 and 6 show a three-dimensional cell culture apparatus using an electromagnet according to another embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a three-dimensional cell culture apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a method of three-dimensionally culturing cells by the three-dimensional cell culture method of the present invention.
9 is a photograph of a cover part of a three-dimensional cell culture apparatus manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 10 to 12 show the result of culturing cells using the three-dimensional cell culture apparatus of the present invention, introducing a fluorescent substance into the cells, and observing them with a fluorescence microscope
Fig. 13 shows the viability of cells cultured using the three-dimensional cell culture apparatus of the present invention.
FIG. 14 shows the state of each cell by randomly extracting three-dimensionally cultured cells formed in a cell culture apparatus when the cell culture well includes a plurality of protrusions according to an embodiment of the present invention.
Fig. 15 shows the results of measurement of the distribution of proteins involved in the internal skeleton in the case of culturing cells using the three-dimensional culture apparatus of one embodiment of the present invention and the two-dimensional cultured comparative example.
FIG. 16 shows the response of each cell to a toxic substance in the case of culturing the cells using the three-dimensional culture apparatus of one embodiment of the present invention and in the two-dimensional cultured comparative example.
FIGS. 17 to 19 show the measurement results of the process of forming a fusion spoloid using a three-dimensional culture apparatus of an embodiment of the present invention.
Fig. 20 schematically shows a method for producing a fused spheroid, in the present invention.

이하에서는 본 발명을 아래 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 아래 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1>  1>

<< 실시예Example 1-1> 세포 배양 웰 당 1개의 돌출부를 포함하는 3차원 세포 배양 장치 제조 1-1> Production of a three-dimensional cell culture device containing one protrusion per cell culture well

상기 배양 플레이트로 96 웰 플레이트를 사용하고, 영구 자석 재질인 NdFeB 로 팁 모양의 돌출부를 제조한 후, 상기 96 웰 플레이트의 커버에 부착하여 3차원 세포 배양 장치를 제조하였다. 제조된 세포 배양 장치의 커버부를 도 9에 나타내었다.
A 96-well plate was used as the culture plate, and a tip-shaped protrusion was made of NdFeB, which is a permanent magnet material, and attached to the cover of the 96-well plate to prepare a three-dimensional cell culture apparatus. The cover portion of the manufactured cell culture apparatus is shown in Fig.

<< 실시예Example 1-2> 기초 배양 1-2> Foundation culture

세포주로서 HeLa 세포를 자성 나노 입자로서 Fe3O4 포함된 배지에서 세포를 배양하여, 세포 내에 800 pg 의 입자가 도입되도록 배양하였다.
As a cell line, HeLa cells were used as magnetic nanoparticles and Fe 3 O 4 end Cells were cultured in the contained medium and cultured to introduce 800 pg of particles into the cells.

<< 실시예Example 1-3> 3차원 세포 배양 1-3> Three-dimensional cell culture

상기 실시예 1-2에서 배양된 800 pg 세포를 상기 실시예 1에서 제조된 3차원 세포 배양 장치 각각의 웰당 500개의 세포가 포함되도록 분양시켰다. 세포는 관찰이 용이하도록 세포의 핵 (Hoechst)을 염색시키는 물질을 도입하였다.800 pg of the cells cultured in Example 1-2 were distributed to each of the three-dimensional cell culture apparatuses prepared in Example 1 to contain 500 cells per well. Cells were loaded with a material that stained Hoechst cells to facilitate observation.

상기 도 9에 나타난 커버부로 상기 배양 플레이트를 커버한 후 5분간 배양하면서 시간 변화에 따른 세포의 3차원 응집 과정을 형광 현미경으로 시간에 따라 측정하고, 그 결과를 도 10에 나타내었다. The cover plate shown in FIG. 9 was covered with the culture plate, followed by incubation for 5 minutes. Three-dimensional aggregation process of the cells with time was measured with a fluorescence microscope. The results are shown in FIG.

도 10에서 보는 바와 같이 팁 형태의 돌출부를 포함하는 커버로 커버한지 5분 뒤에 세포가 응집되어 3차원 배양되는 것을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 10, it can be confirmed that the cells are coagulated and three-dimensionally cultured five minutes after covering with a cover including a tip-shaped protrusion.

<< 실시예Example 1-4> 배양 농도에 따른 3차원 세포 배양 1-4> Three-dimensional cell culture according to culture concentration

상기 실시예 1-1에서 제조된 배양 플레이트의 웰당, 상기 실시예 1-2에서 기초 배양된 세포를 각각 상기 125개 내지 1000 개의 세포가 포함되도록 분양시키고, 5분이 지난 후, 공초점 현미경으로 z-axis스캐닝한 후 3차원 이미지로 재구성한 것으로, 세포의 3차원 배양 여부를 확인한 결과 및 3차원 이미지로 확인한 결과를 도 11 에 나타내었다. The cells cultured on the basal culture in the above Example 1-2 per well of the culture plate prepared in Example 1-1 were each distributed so as to contain the above 125 to 1000 cells and after 5 minutes, -axis scanning, and reconstructed into a three-dimensional image. The results of confirming whether or not the cells were cultured in three dimensions and the results of three-dimensional images were shown in Fig.

도 11에서 보는 바와 같이 각 웰당 최초 분양되는 세포 숫자가 증가할 수록 3차원으로 배양되는 세포 자체의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 11, it can be seen that the size of the cells cultured in three dimensions increases as the number of cells initially delivered per well increases.

<< 실시예Example 1-5> 기초 배양시 사용되는 자성 나노 입자의 농도에 따른 3차원 세포 배양 1-5> Three-dimensional cell culture according to the concentration of magnetic nanoparticles used for the basic culture

상기 실시예 1-2에서 기초 배양시 세포 내로 도입되는 자성 나노 입자의 농도를 200-800 pg/cell 범위에서 변화시키면서 상기 HeLa 세포를 기초 배양하고, 상기 실시예 1-1에서 제조된 배양 플레이트의 웰에 1000 cells/well 이 되도록 이동시키고, 커버를 장착하고 5분간 세포를 3차원 배양시켰다. The HeLa cells were basically cultured while varying the concentration of the magnetic nanoparticles introduced into cells at the time of the basal culture in the range of 200-800 pg / cell in Example 1-2, and the culture plate prepared in Example 1-1 The cells were moved to a well of 1000 cells / well, and a cover was attached, and the cells were three-dimensionally cultured for 5 minutes.

도 12에서 각각의 농도별 세포 배양 정도를 확인할 수 있다. 배양 플레이트 내의 각 웰당 자성 나노 입자의 농도에 따라서는 생성되는 3차원 세포인 스페로이드의 크기 차이가 크게 나지 않는 것을 확인할 수 있다.
In FIG. 12, the degree of cell culture for each concentration can be confirmed. It can be confirmed that the difference in size of the three-dimensional cell, sphere, generated depending on the concentration of the magnetic nanoparticles per well in the culture plate is not large.

<< 실험예Experimental Example 1> 3차원 배양된 세포의  1 > 3-dimensionally cultured cells viabilityviability 확인 Confirm

상기 실시예 1-5 에서 3차원 배양된 세포를 이후 5일간 연속 배양하면서 Live/DEAD viability kit를 사용하여 viability를 형광 관찰로 확인하고 그 결과를 도 13에 나타내었다. The cells cultured three-dimensionally in Example 1-5 were continuously cultured for 5 days, and the viability was confirmed by fluorescence observation using the Live / DEAD viability kit. The results are shown in FIG.

Live/DEAD viability kit를 사용할 경우 배양 후에 세포에 Calcein AM (2 μM), EthD-1 soultion (4 μM) 을 혼합해 주면 살아 있는 세포는 녹색으로 죽은 세포는 붉은색 형광을 띤다. 도 13에서 보는 바와 같이 5일째까지 세포 사멸은 관찰되지 않았으며, 세포가 증식하면서 3차원 배양됨을 확인할 수 있었다.
When Live / DEAD viability kit is used, when cells are mixed with Calcein AM (2 μM) and EthD-1 soultion (4 μM) after the incubation, living cells are green and dead cells are red fluorescence. As shown in FIG. 13, no cell death was observed until day 5, and it was confirmed that the cells were cultured three-dimensionally as the cells proliferated.

<< 실시예Example 2> 세포 배양  2> cell culture 웰이Well 복수개의Multiple 돌출부를 포함하는 경우 When the protrusion is included

<< 실시예Example 2-1> 3차원 세포 배양 장치 제조  2-1> Three-dimensional cell culture device manufacturing

세포를 배양하기 위한 웰 내에 복수개의 돌출부를 포함하는 경우 3차원 세포 배양 여부를 확인하기 위해, 배양 플레이트로서 원형 플레이트를 사용하고, 상기 원형 플레이트의 커버에 팁 형태의 자석을 일정 간격을 두고 복수개 부착하여 도 7과 같은 형태의 3차원 세포 배양 장치를 제조하였다.
When a plurality of protrusions are contained in a well for culturing the cells, a circular plate is used as a culture plate to confirm whether or not the three-dimensional cell culture is carried out, and a plurality of tip-shaped magnets are attached to the cover of the circular plate at regular intervals Thereby producing a three-dimensional cell culture apparatus as shown in Fig.

<< 실시예Example 2-2> 3차원 세포 배양 2-2> Three-dimensional cell culture

상기 실시예 1-2에서 기초 배양된 800 pg 세포를 상기 실시예 2-1에서 제조된 배양 플레이트 각각의 웰당 500개의 세포가 포함되도록 분양시켰다. 800 pg cells cultured on the basis of the above Example 1-2 were distributed to contain 500 cells per well of the culture plate prepared in Example 2-1.

제조된 3차원 세포 배양 장치에 상기 실시예 2-1 에서 제조된 자성 입자가 도입된 세포를 도입한 후, 커버를 장착하여 세포가 3차원으로 배양되게 하고, 배양된 3차원 배양된 세포를 무작위로 추출하여 각각의 세포에 대한 상태를 도 14에 나타내었다. After the cells having the magnetic particles prepared in Example 2-1 were introduced into the prepared three-dimensional cell culture apparatus, the cells were cultured in three dimensions by attaching a cover, and the cultured three-dimensional cultured cells were randomly And the state of each cell is shown in Fig.

1개의 웰에 복수개의 돌출부를 포함하는 경우 돌출부가 형성된 위치에서 3차원으로 형성된 생물학적 성질과 상태가 동일한 여러 개의 스페로이드를 한꺼번에 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
When a plurality of protrusions are included in one well, it can be seen that a plurality of spoloids having the same biological property as the three-dimensionally formed state can be obtained at a position where the protrusions are formed.

<< 비교예Comparative example > 2차원 배양> Two-dimensional culture

96 웰 플레이트에 HeLa세포와 중간엽줄기세포를 배양액과 함께 각각 현탁 분주한 후 일정시간 두어 세포가 플레이트 바닥부에 가라 앉도록 하고 인큐베이터에서 일반적인 배양 방법에 의하여 세포를 배양하였다.
HeLa cells and mesenchymal stem cells were suspended in a 96-well plate, respectively, with the culture medium. After a certain period of time, the cells were submerged in the bottom of the plate and cells were cultured in an incubator by a general culture method.

<< 실험예Experimental Example 2>  2> 액틴Actin 염색 및  Dyeing and 공초점Confocal 현미경 비교 Microscopy comparison

상기 실시예 1의 방법으로 HeLa와 중간엽줄기세포의 두 종류를 각각 3차원 스페로이드로 배양한 후 배양된 스페로이드에서의 단백질 분포와 상기 비교예의 2차원 배양된 세포가 나타내는 단백질 분포를 비교하기 위해서 Alexa 488-conjugated phalloidin 으로 액틴을 염색하고 공초점 현미경으로 비교 관찰하였으며, 그 결과를 도 15 에 나타내었다. Two different types of HeLa and mesenchymal stem cells were cultured with 3-dimensional spheroids according to the method of Example 1, and the protein distribution in the cultured spoloid was compared with the protein distribution in the 2-dimensional cultured cells of the comparative example Actin was stained with Alexa 488-conjugated phalloidin and compared with a confocal microscope. The results are shown in Fig.

도 15 에서 보는 바와 같이 상기 실시예 1 의 3차원 세포 배양 된 스페로이드와 상기 비교예의 2차원 배양된 세포는 서로 다른 단백질 분포를 나타내며, 상기 실시예 1 의 3차원 세포 배양 된 스페로이드에서는 세포 간의 유기적인 영향으로 액틴의 유기적인 결합과 함께 단백질의 분포가 바깥쪽으로 치우치는 경향을 나타낸다.
As shown in FIG. 15, the three-dimensional cell cultured spleroid of Example 1 and the two-dimensional cultured cell of Comparative Example exhibited different protein distributions. In the three-dimensional cell cultured spleroid of Example 1, The organic influences, along with the organic binding of actin, tend to outward bias the distribution of proteins.

<< 실험예Experimental Example 3>  3> 스타우로스포린Staurosporin (( staurosporinestaurosporine )에 대한 세포 독성 비교) To cytotoxicity

상기 실시예 1 의 3차원 세포 배양 된 스페로이드와 상기 비교예의 2차원 배양된 세포에 대해 독성물질인 스타우로스포린(staurosporine) 500 uM을 6시간 처리한 후, Live/DEAD viability kit를 사용하여 viability 를 형광 관찰로 확인하고 그 결과를 도 16 에 나타내었다. After 500 μM of staurosporine, which is a toxic substance, was treated with the three-dimensional cell cultured spleen of Example 1 and the two-dimensional cultured cells of the comparative example for 6 hours, viability Was confirmed by fluorescence observation, and the results are shown in Fig.

도 16 에서 붉은색 형광은 죽은 세포를 의미한다. 도 16 에서 보는 바와 같이 본 발명의 상기 실시예 1 의 3차원 세포 배양 된 스페로이드의 경우 독성 약물에 대한 반응이 스페로이드의 바깥쪽부터 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이는 3차원 배양된 세포의 특징을 보여준다.
In Fig. 16, red fluorescence means dead cells. As shown in FIG. 16, in the case of the three-dimensional cell cultured spoloid of Example 1 of the present invention, the reaction to the toxic drug appears from the outside of the spleoid, Show.

<< 실시예Example 3-1>  3-1> 스페로이드Speroid 간의 융합( Fusion between fusionfusion ) ) 스페로이드Speroid 형성 formation

중간엽 줄기 세포를 사용하여 1차 스페로이드로 2개 배양한 후, 상기 배양된2개의 줄기 세포 스페로이드를 혼합해서 상기 실시예 1에서 제조된 세포 배양 용구에서 2차 스페로이드 배양하였다. Two mesenchymal stem cells were cultured in primary spleen, and the two cultured stem cell spleoids were mixed and cultured in a second culture medium in the cell culture apparatus prepared in Example 1 above.

배양 시간에 따라 2차 스페로이드가 형성하는 과정을 도 17 에 나타내었다. 2 개의 1차 스페로이드 중 하나의 스페로이드를 형성하는 세포는 지질막 염색으로 붉은색으로 나타나도록 하고, 나머지 하나의 스페로이드를 형성하는 세포는 핵 염색으로 푸른색으로 나타내도록 하였다. 도 17 에서 시간이 지날수록 2개의 1차 스페로이드가 융합되어 새로운 2차 융합 스페로이드를 형성하는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 17 shows the process of forming secondary spheroids according to the incubation time. Cells forming one of the two primary spoloids were reddish by lipid membrane staining, and the cells forming the other spoloid were blue stained with nuclear staining. In FIG. 17, it can be seen that as the time passes, the two primary spoloids are fused to form a new secondary fusion spoloid.

<< 실시예Example 3-2> 코어-쉘 타입  3-2> Core-shell type 스페로이드Speroid 형성 formation

형광 단백질을 띠는 HEK-293 세포를 기초 배양한 후, 1차로 스페로이드 배양하고, 배양된 스페로이드를 GFP 녹색을 띠는 HeLa세포를 포함하는 배지에서 2차로 스페로이드 배양하여 코어-쉘 타입 스페로이드로 배양하고, 그 결과를 도 18에 나타내었다. 도 18에서 코어 쉘 구조의 스페로이드가 형성됨을 확인할 수 있다.
HEK-293 cells with fluorescent proteins were cultured on a basal plate, followed by primary spore culture, and the cultured spoloids were subjected to secondary spore culture in a medium containing HeLa cells with GFP green to obtain core- And the results are shown in Fig. It can be confirmed from FIG. 18 that the core-shell structure spoil is formed.

<< 실시예Example 3-3> 무작위 혼합 타입  3-3> Random mixing type 스페로이드Speroid 형성 formation

GFP 형광을 띠는 HeLa 세포와 Red 형광 단백질을 갖는 HEK-293 세포를 각각 기초 배양한 후, 이를 각각 떼어내어 혼합한 후 스페로이드를 형성하고, 그 결과를 도 19에 나타내었다. 도 19에서 혼합된 세포가 스페로이드를 형성하는 것을 확인할 수 있다.
HeLa cells with GFP fluorescence and HEK-293 cells with Red fluorescence protein were respectively incubated and then separated and mixed to form spheroids. The results are shown in FIG. In Fig. 19, it can be confirmed that the mixed cells form spleoid.

Claims (16)

세포를 배양하기 위한 웰을 포함하는 배양 플레이트부;
상기 배양 플레이트부를 덮는 커버부; 및
상기 커버부의 상기 배양 플레이트부와 접하는 표면으로부터 상기 배양 플레이트부의 상기 웰 내부로 향하여 연장된 돌출부;를 포함하는 3차원 세포 배양 용구.
A culture plate portion including a well for culturing the cells;
A cover portion covering the culture plate portion; And
And a protrusion extending from the surface in contact with the culture plate portion of the cover portion toward the inside of the well of the culture plate portion.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부는 자성을 나타내는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구
The method of claim 1,
3D cell culture apparatus, characterized in that the protrusions show a magnetic
제 2 항에 있어서,
상기 돌출부는 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구
The method of claim 2,
Wherein the protruding portion comprises a permanent magnet.
제 2 항에 있어서,
상기 돌출부는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구
The method of claim 2,
Wherein the protruding portion includes an electromagnet.
제 4 항에 있어서,
상기 전자석에 공급되는 전류의 크기와 공급 시간을 제어하는 제어부 및 상기 제어부에 의하여 정해진 시간 동안 상기 전자석에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구
The method of claim 4, wherein
A controller for controlling a magnitude and a supply time of a current supplied to the electromagnet, and a power unit for supplying power to the electromagnet for a predetermined period of time,
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부의 길이는 상기 웰의 깊이의 1/20 내지 9/10 인 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구.
The method of claim 1,
Wherein the length of the protrusion is 1/20 to 9/10 of the depth of the well.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 세포를 배양하기 위한 웰 당 1개씩 포함되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구.
The method of claim 1,
Wherein the protrusions are formed so as to include one per well for culturing the cells.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 세포를 배양하기 위한 웰 당 복수개 포함되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구.
The method of claim 1,
Wherein the protrusions are formed to include a plurality of cells per well for culturing the cells.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부의 말단이 뾰족하게 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구.
The method of claim 1,
Wherein the protruding portion has a pointed end.
나노 입자가 포함된 배양액에서 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포를 기초 배양하는 단계;
상기 배양된 세포를 포함하는 배양액을 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계;
돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하는 단계; 및
상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 세포가 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;를 포함하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 3차원 세포 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법.
Culturing the cells to be cultured in the form of spoil in a culture solution containing nanoparticles;
Receiving a culture medium containing the cultured cells in a well of a culture plate portion;
Covering a surface of the culture plate portion with a cover portion including a protrusion so that the protrusion is positioned inside the well; And
The method of three-dimensional culture of cells using the three-dimensional cell culture tool of any one of claims 1 to 8 comprising the step of culturing the cells forming a spheroid by the magnetism of the protrusion.
제 10 항에 있어서,
상기 배양된 세포를 포함하는 배양액을 상기 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계에서는 상기 돌출부의 말단이 상기 배양된 세포와 배양액과 접촉하지 않도록 수용하는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the step of accommodating the culture solution containing the cultured cells in the well of the culture plate part accommodates the end of the projected part so as not to contact the cultured cells with the culture solution, Dimensional culture method.
제 10 항에 있어서,
상기 배양된 세포를 포함하는 배양액을 상기 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계에서는 상기 돌출부의 말단이 상기 배양된 세포와 배양액과 접촉하도록 수용하는 것을 특징으로 하는 3차원 세포 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the step of accommodating the culture solution containing the cultured cells in the well of the culture plate part accommodates the end of the projected part so as to be in contact with the cultured cell and the culture solution, Lt; / RTI &gt;
제 10 항에 있어서,
상기 나노 입자가 포함된 배양액에서 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포를 기초 배양하는 단계에서는
상기 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포의 종류가 복수개이고, 상기 복수개 종류의 스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 세포가 상기 나노 입자가 포함된 배양액에서 혼합되어 동시에 기초 배양되는 것을 특징으로 하는 3차원 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법.
11. The method of claim 10,
In the step of basically culturing the cells to be cultured in the form of spoil in the culture solution containing the nanoparticles
Characterized in that a plurality of types of cells to be cultured in the spoloid form are present and the cells to be cultured in the plurality of kinds of spoloid types are mixed and simultaneously cultured in the culture medium containing the nanoparticles A three-dimensional culture method of cells using a culture apparatus.
제 10 항에 있어서,
스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 제 1 세포, 제 2 세포를 나노 입자가 포함된 각각의 배양액에서 별도로 기초 배양하는 단계;
상기 배양된 제 1 세포를 포함하는 배양액을 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계;
상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하는 단계;
상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 제 1 세포가 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;
상기 배양된 제 2 세포를 포함하는 배양액을 상기 제 1 세포 스페로이드 형성된 배양 플레이트부의 웰에 공급하는 단계; 및
상기 돌출부의 자성에 의하여 상기 제 2 세포가, 상기 제 1 세포 스페로이드를 코어부로 하고, 쉘부를 형성하는 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;를 포함하는 3차원 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법.
11. The method of claim 10,
Separately culturing the first cells and the second cells, which are desired to be cultured in the form of spheroids, in respective cultures containing nanoparticles;
Receiving a culture medium containing the cultured first cells in a well of a culture plate portion;
Covering the surface of the culture plate portion with a cover portion including the protrusion so that the protrusion is positioned inside the well;
Culturing the first cells to form spheroids by magnetization of the protrusions;
Supplying a culture medium containing the cultured second cells to a well of the first cell spleen-formed culture plate portion; And
Wherein the second cells are cultured with the first cell spheroids as a core part and forming spheroids forming a shell part by the magnetic properties of the protrusions, wherein the three-dimensional culture using the three- Way.
제 10 항에 있어서,
스페로이드 형태로 배양하기를 원하는 복수 종류의 세포를 나노 입자가 포함된 각각의 배양액에서 별도로 기초 배양하는 단계;
상기 배양된 복수 종류의 세포를 포함하는 배양액을 별도의 배양 플레이트부의 웰에 수용하는 단계;
상기 돌출부를 포함하는 커버부로 상기 배양 플레이트부의 표면을 커버하여 상기 돌출부가 상기 웰의 내부에 위치하도록 하는 단계;
상기 복수 종류의 세포가 상기 돌출부의 자성에 의하여 각각 1차 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;
상기 배양된 각각의 복수 종류 세포의 스페로이드를 혼합하는 단계 ; 및
상기 혼합된 복수 종류 세포의 1차 스페로이드가 상기 돌출부의 자성에 의하여 2차 스페로이드를 형성하면서 배양되는 단계;를 포함하는 3차원 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법.
11. The method of claim 10,
Separately culturing a plurality of kinds of cells desired to be cultured in a spoveroid form in respective cultures containing nanoparticles;
Receiving a culture solution containing the cultured plural kinds of cells in a well of another culture plate portion;
Covering the surface of the culture plate portion with a cover portion including the protrusion so that the protrusion is positioned inside the well;
Culturing the plurality of types of cells while forming primary spheredoids by the magnetism of the protrusions;
Mixing spheroids of each of the cultured plural kinds of cells; And
And a step of culturing the mixed spheroploids of the plurality of kinds of cells while forming secondary spherooids by the magnetism of the protrusions, and culturing the spheroplasts in a three-dimensional culture apparatus using the three-dimensional culture apparatus.
제 10 항에 있어서,
상기 자성 나노 입자는 마그네타이트, Fe3O4, γ-Fe2O3, 망간 페라이트, 코발트 페라이트 및 니켈 페라이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 1개 또는 복수개인 것을 특징으로 하는 3차원 배양 용구를 이용한 세포의 3차원 배양 방법.

11. The method of claim 10,
Wherein the magnetic nanoparticles are one or more selected from the group consisting of magnetite, Fe 3 O 4 , γ-Fe 2 O 3 , manganese ferrite, cobalt ferrite and nickel ferrite. Three - dimensional culture method.

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