KR20150126520A - Experimental apparatus to simulate the contraction and expansion capability of human body organs for pathophysiological study - Google Patents

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KR20150126520A
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Abstract

The present invention relates to an experimental apparatus for simulation of human body organs. More specifically, the experimental apparatus for simulation of contraction and expansion capability of human body organs comprises: an upper body which is cubic-shaped and includes a passage opened along the longitudinal direction of the bottom surface thereof; a thin film part which is coupled to the bottom surface of the upper body, and has a multiple-hole region corresponding to the center of the passage; a lower body which is coupled to the bottom surface of the thin film part, has elasticity within a first chamber in a cylindrical shape and formed at the center of the thin film part, and includes a second chamber partitioned by cylindrical partitions supporting a peripheral region of the multiple-hole region; and a vacuum passage which is formed at one side surface of the lower body and communicates to the first chamber. The cylindrical partitions moves according to vacuum pressure generated in the first chamber via the vacuum passage to expand and contract the multiple-hole region, thus cell layers can be cultured symbiotically to be separated by cell layer; mechanical stimulus (expansion and contraction) corresponding to a biomechanical environment of human body organs repeatedly expanding and contracting can be applied in all directions (±180°) with respect to the moving direction of a culture fluid to enable the monitoring of effects on human body organs due to agonists in vivo; and an environment similar to the conditions within human body organs can be provided to more accurately measure changes in pathophysiological properties and in cell barrier functions due to cell adhesion surface treatment, mechanical stimulus such as expansion and contraction, and external agonists.

Description

수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치{Experimental apparatus to simulate the contraction and expansion capability of human body organs for pathophysiological study}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an experimental apparatus for simulating a human organs having a contraction and an expansion function,

본 발명은 인체장기를 모사한 실험모델장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분리가 가능한 세포층을 공생배양한 후 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기의 동적 특성에 해당하는 기계적 자극을 세포배양액 유동방향 기준 전 방향으로 가해주면서 생체 내?외부의 작용물질에 의해 인체장기에 미치는 영향을 실시간으로 모니터링할 수 있는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an experimental model device simulating human organs. More particularly, the present invention relates to an experimental model device for simulating a human organ organs, The present invention relates to an experimental model device simulating a human body having a shrinking and expanding function capable of real-time monitoring of the effects of human and external agonists on human organs while being applied in all directions.

최근 동물과 사람을 대상으로 하는 임상연구에 대한 윤리적 차원의 논란이 끊이지 않고 있고 그 연장선상에서 동물시험 또는 인체시험을 비롯한 생체 내(in vivo) 시험에 대한 국제인증 및 규약이 점차 강화되고 있다. 이에 생체 내 시험을 대체할 수 있는 시험관 내(in vitro) 시험에 대한 관심이 증가하고 있으나 현재까지 개발된 시험관 내 시험용 실험모델장치의 환경은 인체 장기조직에서의 환경과 많은 차이가 나는 문제점이 있다. 심장, 폐, 유방과 같이 수축과 팽창을 반복하는 기계적 거동이 있는 인체 장기에 대한 실험모델장치의 경우 더욱 그러하다. 따라서 인체 장기의 생체 내 조건과 유사하게 조직 또는 세포층 구조를 유지하면서 수축 및 팽창과 같은 인체 장기의 동적특성을 구현할 수 있는 시험관 내 실험모델장치를 개발하여 세포부착용 표면처리, 수축 및 팽창과 같은 기계적 자극, 외부 작용물질 등이 인체 장기에 미치는 영향을 실시간으로 모니터링 하고자 하는 노력이 다양하게 이루어지고 있다. 더 나아가 상기 세포부착용 표면처리, 수축 및 팽창과 같은 기계적 자극, 외부 작용물질에 의한 인체 장기의 병리생리학적 변화와 세포장벽기능 변화가 발생하는 장기조직 내 세포층 위치를 규명하고자 하고 있다. Recently, there has been a continuous debate on the ethical dimension of clinical studies on animals and humans, and international certifications and protocols for in vivo tests including animal tests or human tests are gradually being reinforced. Although there is an increasing interest in in vitro tests that can replace in vivo tests, there is a problem that the environment of the experimental model device in vitro developed so far differs greatly from the environment in human organs . This is especially true for experimental model devices for human organs with mechanical movements such as heart, lung, and breast that repeat shrinkage and swelling. Therefore, we developed an in vitro modeling device that can simulate the dynamic characteristics of human organs such as contraction and swelling while maintaining tissue or cell layer structure similar to the in vivo conditions of human organs, and provide a mechanical device such as cell attachment surface treatment, shrinkage and expansion Stimulation, and external agonists on human body organs in a variety of ways. Furthermore, it is intended to investigate the location of cell layers in organs where mechanical stimuli such as surface treatment for cell attachment, contraction and expansion, pathological physiological changes of human organs due to external acting substances, and cell barrier function changes occur.

종래 기술을 살펴보면 다음과 같은 것들이 있는데, 먼저 미국 특허(US20090305326, MICROFLUIDIC DEVICE AND METHOD FOR COUPLING DISCRETE MICROCHANNELS AND FOR CO-CULTURE)는 각각 한 개의 유로를 포함하는 상판과 하판으로 구성되어 적어도 두 종류 이상의 세포층을 공배양할 수 있는 방법이다. 본 선행특허는 수축과 팽창을 반복하는 인체 장기와 유사한 기계적 자극(수축, 팽창)을 구현할 수 있는 구성요소를 포함하고 있지 않아 실제 인체 장기와 유사한 생체 내 환경을 구현할 수 없다. (US20090305326, MICROFLUIDIC DEVICE AND METHOD FOR COUPLING DISCRETE MICROCHANNELS AND FOR CO-CULTURE) is composed of an upper plate and a lower plate each including one flow path, and at least two kinds of cell layers It is a method that can co-culture. This prior patent does not include components capable of realizing mechanical stimulation (contraction and expansion) similar to the human body organs that repeatedly contracts and expands, and thus can not implement a living environment similar to a human body organs.

미국 특허(US20110250585, ORGAN MIMIC DEVICE WITH MICROCHANNELS AND METHODS OF USE AND MANUFACTURING THEREOF)는 다공성 박막에 적어도 두 종류 이상의 세포층을 공배양한 후 상기 다공성 박막에 세포배양액이 흐르는 방향에 수직인 방향으로 기계적 팽창을 가해 인체 장기의 생체 내 환경을 구현한다. 본 선행특허에 의한 방법은 인체 장기(혹은 세포층)에서 발생하는 병리생리학적 변화와 세포장벽기능 변화를 모니터링할 수 있는 구성요소를 구비하고 있지 않아 세포-표면, 세포-세포 간 상호작용을 직접적으로 측정할 수 없고 기계적 자극의 방향이 세포배양액 유동방향에 수직방향으로만 제한되어 있다. (US Pat. No. 20110250585) discloses a method for producing a porous membrane by co-culturing at least two kinds of cell layers in a porous membrane, mechanically expanding the porous membrane in a direction perpendicular to the direction of flow of the cell culture liquid And realizes the in vivo environment of human organs. The method of the prior patent does not have a component capable of monitoring pathophysiological changes and cellular barrier function changes occurring in the organ (or cell layer) of the human body, so that the cell-surface and cell-cell interactions are directly And the direction of mechanical stimulation is limited only in a direction perpendicular to the flow direction of the cell culture fluid.

대한민국 공개특허 제10-2011-0018798호에서는 미세유체 세포칩, 이를 이용한 세포사멸 정량 분석법 및 세포영상분석장치)는 동일 평면상에 존재하는 적어도 두 개 이상의 유로를 기반으로 한 미세유체 세포칩에 세포층을 배양한 후 상기 세포층에 가해지는 외부 작용물질 농도의 구배를 조절할 수 있는 방법이다. Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0018798 discloses a microfluidic cell chip, a cell death quantitative analysis method using the same, and a cell image analysis device), which comprises a microfluidic cell chip based on at least two channels on the same plane, And then adjusting the gradient of the concentration of the external agonist applied to the cell layer.

상기한 종래의 기술의 경우 적어도 두 종류 이상의 세포층에 대한 공생배양이 사실상 불가능하고 설사 공생배양을 해도 세포층 간의 분리가 불가능하며 수축과 팽창을 반복하는 인체 장기와 유사한 생체 내 환경을 구현할 수 없다.
In the case of the conventional technique described above, it is impossible to co-cultivate at least two kinds of cell layers, and it is not possible to separate the cell layers even if diarrheic culture is carried out, and it is impossible to realize an in vivo environment similar to human organs which repeatedly shrinks and expands.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 수축과 팽창을 반복하는 인체 장기와 동일한 생체 내 생물-기계학적 환경을 구현하면서 생체 내,외부의 작용물질에 의해 상기 인체 장기에 미치는 영향을 실시간으로 모니터링할 수 있는 수축 및 팽창을 반복하는 인체 장기를 모사한 조직공학 기반의 분리 가능한 실험모델장치를 제공하는데 그 목적이 있다. Disclosure of the Invention The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a biomedical biomechanical environment similar to a human body organs which repeatedly shrinks and swells, The present invention is intended to provide a detachable experimental model device based on tissue engineering which simulates human organs which repeatedly shrinks and expands in order to monitor the effect on the tissue.

본 발명에서 상술한 실험모델장치는 종래기술이 해결하지 못한 분리가 가능한 세포층을 공생배양한 후 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기의 동적 특성에 해당하는 기계적 자극을 세포배양액 유동방향 기준 전 방향으로 가해주면서 생체 내,외부의 작용물질에 의해 인체장기에 미치는 영향을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술을 제공한다.
In the experimental model device described above, a separable cell layer which can not be solved by the prior art is cultured in a symbiotic manner, and a mechanical stimulus corresponding to the dynamic characteristics of a human organs having a shrinking and expanding function is applied in the forward direction The present invention provides a technique for real-time monitoring of the effects of human organs on organs by in vivo or external agents.

본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치는 육면체의 형태로 저면의 길이방향을 따라 저면이 개방된 유로를 형성한 상단몸체와, 상기 상단몸체의 저면에 접합하고, 상기 유로의 중심과 대응하는 위치에는 다공영역을 형성한 박막부 및 상기 박막부의 저면에 결합하고, 중심에 형성된 원통형의 제1챔버 내에 탄성을 갖으며, 상기 다공영역의 주위를 지지하는 원통형의 격벽으로 제2챔버를 구획한 하단몸체 및 상기 하단몸체의 일측면에 형성되어, 상기 제1챔버와 연통하는 진공유로를 포함하여, 상기 진공유로를 통해 상기 제1챔버 내부에 발생하는 진공압에 따라 원통형의 격벽이 유동하여 다공영역이 수축 및 팽창한다.An experimental model device simulating a human body having a function of contraction and expansion according to the present invention comprises an upper body formed with a channel having a bottom open along the longitudinal direction of the bottom in the form of a hexahedron, A thin film portion formed with a porous region at a position corresponding to the center of the flow path, and a cylindrical partition wall having elasticity in a first cylindrical chamber formed at the center thereof and connected to the bottom surface of the thin film portion, And a vacuum passage formed on one side of the lower body and communicating with the first chamber, wherein the vacuum chamber is provided with a vacuum chamber, The cylindrical partition wall flows and the porous region contracts and expands.

이때 본 발명에 따른 상기 상단몸체의 상면 일측에는 상기 유로와 연통하여 유체를 유로로 유입하는 적어도 하나 이상의 제1입구 및 상기 상단몸체의 상면 타측에는 상기 유로와 연통하여 유체를 유로에서 유출하는 적어도 하나 이상의 제1출구를 포함한다.At least one first inlet for introducing the fluid into the flow path in communication with the flow path and at least one second inlet for flowing fluid from the flow path in communication with the flow path is provided on the other side of the upper surface of the upper body, And the first outlet.

그리고 본 발명에 따른 상기 제2챔버의 저면 일측에는 상기 제2챔버 내부와 연통하여 유체를 유로로 유입하는 제2입구 및 상기 제2챔버의 저면 타측에는 상기 제2챔버 내부와 연통하여 유체를 유로에서 유출하는 제2출구를 포함한다.The second chamber has a second inlet communicating with the inside of the second chamber and a second inlet communicating with the inside of the second chamber. And a second outlet that flows out from the second outlet.

또한 본 발명에 따른 상기 상단몸체의 유로 상면에는 제1전극을 구비하고, 상기 하단몸체의 제2챔버 바닥면에는 제2전극을 구비하여, 상기 제1전극과 제2전극을 이용해 상기 상단몸체의 유로와 상기 하단몸체 제2챔버 사이의 상피관통저항을 측정할 수 있다.Further, the upper body may have a first electrode on the upper surface of the flow path of the upper body, and a second electrode may be provided on the lower surface of the second chamber of the lower body, And the epithelium penetration resistance between the flow path and the second chamber of the lower body can be measured.

더불어 본 발명에 따른 상기 박막부 및 하단몸체는 탄성중합체로 이루어질 수 있다.In addition, the thin film portion and the lower end body according to the present invention may be formed of an elastomer.

그리고 본 발명에 따른 상기 유로의 길이방향의 단면은 다각형 또는 원형이고, 상기 유로의 높이방향 단면은 사각형일 수 있다.The lengthwise cross section of the flow path according to the present invention may be polygonal or circular, and the cross section in the height direction of the flow path may be rectangular.

또한 본 발명에 따른 상기 박막부의 다공영역은 탄성중합체에 소금, 설탕, 커피, 코코아 중 어느 하나의 수용성 입자를 혼합 및 가교한 후, 다시 상기 수용성 입자를 물에 녹여서 제거하여 형성할 수 있다. Also, the porous region of the thin film portion according to the present invention can be formed by mixing and crosslinking the water-soluble particles of any one of salt, sugar, coffee, and cocoa with an elastomer, and then dissolving the water-soluble particles in water to remove the water-soluble particles.

더불어 상기 다공영역의 미세다공은 지름은 0.1~10.0㎛일 수 있다.In addition, the micropores of the porous region may have a diameter of 0.1 to 10.0 탆.

그리고 본 발명에 따른 상기 박막부의 한 측면 또는 양 측면에는 세포를 배양하여 세포막을 형성할 수 있다.
The cell membrane may be formed by culturing cells on one side or both sides of the thin membrane part according to the present invention.

이상과 같이 본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치는 세포층별 분리가 가능한 형태로 세포층을 공생배양하고 수축과 팽창을 반복하는 인체장기의 생체 내 생물-기계학적 환경에 해당하는 기계적 자극(수축과 팽창)을 배양액 유동방향 기준 전 방향(±180°)으로 가해주면서 생체 내?외부의 작용물질에 의해 인체장기에 미치는 영향을 실시간으로 모니터링할 수 있는 효과를 가진다.As described above, the experimental model device simulating the human organs having shrinking and expanding function according to the present invention has a function of culturing the cell layers in a form capable of separating the cell layers, (± 180 °) relative to the flow direction of the culture fluid, the effect of the stimulation on the body organs in the living body can be monitored in real time.

또한 인체장기의 생체 내 조건과 유사한 환경을 제공하기에, 세포부착용 표면처리, 수축 및 팽창과 같은 기계적 자극, 외부 작용물질에 의한 인체 장기의 병리생리학적 변화와 세포장벽기능 변화를 보다 명확하게 측정할 수 있는 효과를 가진다.In addition, to provide an environment similar to the in vivo conditions of human organs, mechanical stimulation such as surface treatment for cell attachment, shrinkage and expansion, pathological physiological changes of human organs by external agents, and change of cell barrier function are more clearly measured .

그리고 수축과 팽창을 반복하는 인체장기를 모사한다는 점에서 종래의 동물과 사람을 대상으로 하는 임상연구(시험)을 대체할 수 있기 때문에 이는 다양한 외부 작용물질이 실제 인체장기에 미치는 영향(혹은 질병)과의 상관관계를 체계적으로 규명할 수 있고, 더 나아가 상기 외부 작용물질 혹은 그로 인한 질병에 대한 신약 개발에 적용될 수 있는 효과를 가진다.
In addition, since it replaces conventional animal and human clinical studies (tests) in that it simulates human organs that repeatedly contract and expand, it is possible that the effect of various external agents on actual human organs (or disease) , And further has an effect that can be applied to the development of a new drug for the external agonist or the disease caused therefrom.

도 1은 본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치의 구성을 보인 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치의 실시예를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막부의 수축 및 팽창 기능을 실시하는 상태를 보인 예시도이다.1 is an exploded perspective view showing a configuration of an experimental model device simulating a human body having a function of contraction and expansion according to the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view showing an experimental model device simulating a human body having a function of contraction and expansion according to the present invention. FIG.
FIG. 3 is an exemplary view showing an embodiment of an experimental model device simulating a human body having a function of contraction and expansion according to the present invention.
4 is an exemplary view showing a state in which a thin film portion according to the present invention performs a contraction and expansion function.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, at the time of the present application, It should be understood that variations can be made.

도 1은 본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치의 구성을 보인 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치를 보인 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치의 실시예를 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 박막부의 수축 및 팽창 기능을 실시하는 상태를 보인 예시도이다.FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of an experimental model apparatus simulating a human organ having a function of contraction and expansion according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of an experimental model apparatus simulating a human organ having a contraction and expansion function according to the present invention FIG. 3 is an exemplary view showing an embodiment of an experimental model device in which a human body having a function of contraction and expansion according to the present invention is simulated. FIG. 4 is a view showing the contraction and expansion function of the thin- And FIG.

본 발명은 분리가 가능한 세포층을 공생배양한 후 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기의 동적 특성에 해당하는 기계적 자극을 세포배양액 유동방향 기준 전 방향으로 가해주면서 생체 내?외부의 작용물질에 의해 인체장기에 미치는 영향을 실시간으로 모니터링할 수 있는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치에 관한 것으로, 도면을 참조하여 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.The present invention relates to a method for producing a cell, which comprises subjecting a separable cell layer to co-culture and then subjecting a mechanical stimulus corresponding to the dynamic characteristics of a human organs having a shrinking and swelling function to the forward direction of the flow direction of the cell culture fluid, The present invention relates to an experimental model device simulating a human body having a shrinking and expanding function capable of real-time monitoring of the effect on the human body organs, and will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명에 따른 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 크게 상단몸체(10), 박막부(20), 하단몸체(30)로 구성하는데, 먼저 상단몸체(10)를 살펴보면, 상기 상단몸체(10)는 육면체의 형태로 그 육면체 저면의 길이방향을 따라 저면이 개방된 유로(11)를 형성한다.As shown in FIGS. 1 to 3, the experimental model device simulating a human body having a function of shrinking and expanding according to the present invention comprises a top body 10, a thin film portion 20, and a bottom body 30 Referring to the upper body 10, the upper body 10 forms a flow path 11 having a bottom open along the longitudinal direction of the bottom surface of the hexahedron in the form of a hexahedron.

이때 상기 유로(11)의 길이방향 단면은 다각형 또는 원형이고, 상기 유로(11)의 높이방향 단면은 사각형으로 형성하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the longitudinal cross section of the flow path 11 is polygonal or circular, and the height direction cross section of the flow path 11 is formed as a square.

그리고 상기 상단몸체(10)의 상면 일측에는 상기 유로(11)와 연통하여 유체를 상기 유로(11)로 유입하는 적어도 하나 이상의 제1입구(12)를 형성하고, 상기 상단몸체(10)의 상면 타측에는 상기 유로(11)와 연통하여 유체를 상기 유로(11)에서 외부로 유출하는 적어도 하나 이상의 제1출구(13)를 형성한다. At least one first inlet 12 for introducing a fluid into the flow path 11 is formed at one side of the upper surface of the upper body 10 in communication with the flow path 11, And at least one first outlet (13) communicating with the flow path (11) and discharging fluid from the flow path (11) to the outside is formed on the other side.

따라서 유체는 상기 제1입구(12)를 통해 상기 상단몸체(10)의 유로(11)로 진입하여 상기 제1입구(12)의 타측 방향에 형성된 제1출구(13)를 통해 유동한다.The fluid enters the flow path 11 of the upper body 10 through the first inlet 12 and flows through the first outlet 13 formed in the other direction of the first inlet 12.

이때 유체는 세포를 배양하는 배양액일 수 있다.The fluid may be a culture medium for culturing the cells.

또한 상기 상단몸체(10)의 유로(11) 상면에는 제1전극(14)을 구비하고, 상기 제1전극(14)은 외부의 전기저항을 측정하는 장치와 연결할 수 있다.A first electrode 14 is provided on the upper surface of the flow path 11 of the upper body 10 and the first electrode 14 can be connected to an apparatus for measuring external electrical resistance.

그리고 상기 상단몸체(10)의 저면에는 박막부(20)를 접합하는데, 상기 박막부(20)는 탄성중합체로 이루어지고, 상기 상단몸체(10)의 저면과 동일한 형상으로 구성하여, 상기 상단몸체(10)의 저면과 면접하도록 한다. The thin film part 20 is made of an elastic polymer and has the same shape as the bottom surface of the upper body 10, (10).

또한 상기 박막부(20)에는 상기 유로(11) 중심과 대응하는 위치상에는 다공영역(21)을 형성하는데, 상기 다공영역(21)의 미세다공(22)은 지름은 0.1~10.0㎛로 탄성중합체에 소금, 설탕, 커피, 코코아 중 어느 하나의 수용성 입자를 혼합 및 가교한 후, 다시 상기 수용성 입자를 물에 녹여서 제거하여 형성하는 것이 바람직하다.A porous region 21 is formed on the thin film portion 20 at a position corresponding to the center of the flow path 11. The micropores 22 of the porous region 21 have a diameter of 0.1 to 10.0 m, It is preferable to mix and crosslink the water-soluble particles of any one of salt, sugar, coffee, and cocoa and then remove the water-soluble particles by dissolving them in water.

그리고 상기 박막부(20) 및 상기 다공영역(21) 상,하측 중 어느 한 측면 또는 상,하측 양 측면에는 세포를 배양하여 세포막(23)을 형성할 수 있다.The cell membrane 23 can be formed by culturing the cells on either or both of the upper and lower sides of the thin film portion 20 and the porous region 21 and the lower side.

여기서 상기 세포막(23)을 어떻게 형성하는지는 하단몸체를 설명한 후 설명하겠다.Here, how to form the cell membrane 23 will be described after the description of the lower body.

상기 박막부(20)의 저면에는 하단몸체(30)를 결합하는데, 상기 하단몸체(30) 역시 탄성중합체로 이루어지고, 육면체로 그 상면을 상기 박막부(20)의 저면과 동일한 형상으로 형성하여 면접하도록 한다.The lower end body 30 is also made of an elastomer and is formed in a hexahedron so that the upper surface of the lower end body 30 has the same shape as the bottom surface of the thin film portion 20 Interview.

그리고 상기 하단몸체(30) 중심에는 원통형의 제1챔버(40)를 형성하는데, 상기 제1챔버(40)의 내부에는 탄성을 갖는 원통형의 격벽(31)으로 제2챔버(50)를 구획한다.A cylindrical first chamber 40 is formed in the center of the lower body 30 and a second chamber 50 is defined by a cylindrical partition wall 31 having elasticity in the first chamber 40 .

다시 말해 상기 제2챔버(50)를 중심에 두고, 주변을 따라 환형의 제1챔버(40)가 배치되는 이중의 챔버로 구성한다.In other words, the first chamber 40 and the second chamber 50 are centered on each other, and the annular first chamber 40 is disposed along the circumference.

그리고 상기 원통형의 격벽(31)의 상단은 상기 다공영역(21)의 주위 상기 박막부(20)를 지지함은 물론, 상기 격벽(31)의 상단이 상기 박막부(20)인 상기 다공영역(21)의 주위와 접합될 수도 있다.The upper end of the cylindrical partition 31 supports the thin film 20 around the porous region 21 and the upper end of the partition 31 supports the porous region 20 21).

또한 상기 하단몸체(30)의 일측면에는 상기 제1챔버(40)와 연통하는 진공유로(41)를 형성하여, 상기 진공유로(41)를 통해 상기 제1챔버(40) 내부에 발생하는 진공압(맥동압력)의 생성 유무에 따라 원통형의 격벽(31)이 상기 제1챔버(40) 측으로 유동하여 상기 박막부(20)의 다공영역(21)이 수축 및 팽창한다. A vacuum passage 41 communicating with the first chamber 40 is formed on one side surface of the lower body 30 so that the vacuum generated in the first chamber 40 through the vacuum passage 41 The cylindrical partition wall 31 flows toward the first chamber 40 depending on whether or not the pneumatic pressure (pulse pressure) is generated, and the porous region 21 of the thin film portion 20 contracts and expands.

이때 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 진공유로(41)는 별도의 진공펌프와 연결되어 상기 제1챔버(40) 내로 진공압을 전달하고, 상기 진공펌프의 정구동 및 역구동에 따라 상기 제1챔버(40) 내부에 진공압(맥동압력)의 생성이 조절된다.3 and 4, the vacuum passage 41 is connected to a separate vacuum pump to transmit the vacuum pressure to the first chamber 40, and the vacuum pump 41 is driven in accordance with the forward and reverse motions of the vacuum pump. The generation of the vacuum pressure (pulsation pressure) is controlled in the first chamber 40.

상기 제1챔버(40)의 수축 및 팽창 작용에 의해 상기 박막부(20)와 그에 부착되어 있는 세포에게 양축등가응력(equibiaxial stress)을 가해주게 되고, 상기 양축등가응력 중 가장 큰 크기를 가지는 반지름 방향의 응력은 유체에 의한 전단응력에 대해 ±180°의 방향을 가지게 된다. The first chamber 40 is subjected to a contraction and expansion action to apply equiaxial stress to the thin film portion 20 and the cells attached to the thin film portion 20 and a radius having the largest size among the biaxial equivalent stresses Direction has a direction of ± 180 ° with respect to the shear stress caused by the fluid.

그리고 상기 제2챔버(50)의 저면 일측에는 상기 제2챔버(50) 내부와 연통하여 유체를 유로로 유입하는 적어도 하나 이상의 제2입구(51)를 형성하고, 상기 제2챔버(50)의 저면 타측에는 상기 제2챔버(50) 내부와 연통하여 유체를 유로에서 유출하는 제2출구(52)를 형성한다.At least one second inlet (51) is formed at one side of the bottom surface of the second chamber (50) to communicate with the inside of the second chamber (50) And a second outlet (52) communicating with the inside of the second chamber (50) and discharging fluid from the flow path is formed on the other side of the bottom surface.

이때 유체는 세포를 배양하는 배양액일 수 있다.The fluid may be a culture medium for culturing the cells.

또한 상기 제2챔버(50)의 바닥면에는 상기 상단몸체(10)의 제1전극(14)과 대향지게 제2전극(53)을 구비하고, 상기 제2전극(53)은 외부의 전기저항을 측정하는 장치와 연결할 수 있다.The second electrode 53 is provided on the bottom surface of the second chamber 50 so as to face the first electrode 14 of the upper body 10. The second electrode 53 has an external electrical resistance Can be connected to the measuring device.

따라서 상기 제1전극(14)과 제2전극(53)을 이용해 상기 상단몸체(10)의 유로(11)와 상기 제2챔버(50) 사이의 상피관통저항을 측정하는데, 상기 박막부(20) 또는 다공영역(21)을 경계로 한 상피관통저항을 실시간으로 모니터링 하여 상기 박막부(20) 또는 다공영역(21)에 부착되어 있는 세포층에서 일어나는 생물학적 변화와 상기 변화가 발생하는 세포층 위치를 실시간으로 측정 및 분석할 수 있다.Therefore, the resistance of the epitaxial penetration between the flow path 11 of the upper body 10 and the second chamber 50 is measured using the first electrode 14 and the second electrode 53. The thin film portion 20 ) Or the porous region 21 is monitored in real time to monitor the biological changes occurring in the cell layer attached to the thin film portion 20 or the porous region 21 and the position of the cell layer where the change occurs in real time Can be measured and analyzed.

더불어 상기 박막부(20) 및 상기 다공영역(21)의 상,하측 중 어느 한 측면 또는 상,하측 양 측면에는 세포를 배양하여 세포막(23)을 형성할 수 있는데, 이때 세포부착분자, 세포외기질 단백질 등과 같은 생물학적 방법 혹은 산소 플라즈마 처리, 테슬러 코일(Tesla coil) 등과 같은 전기,화학적 방법에 의해 상기 박막부(20) 및 상기 다공영역(21)의 상,하측 중 어느 한 측면 또는 상,하측 양 측면에 세포를 배양할 수 있다.In addition, the cell membrane 23 can be formed by culturing cells on either the upper or lower side of the thin film part 20 and the porous region 21, or both the upper and lower sides. In this case, A thin film portion 20 and a porous portion 21 are formed on the side of the upper portion or the lower portion of the thin film portion 20 and the upper side or the lower side of the porous portion 21 by an electric or chemical method such as an oxygen plasma treatment, a Tesla coil, Cells can be cultured on both lower sides.

상기 상단몸체(10)의 유로(11) 및 상기 하단몸체(30)의 제2챔버(50) 내로 입구(12,51)와 출구(13,52)를 이용하여 배양액을 순환시켜, 상기 박막부(20)의 다공영역(21)에 세포부착분자, 세포외기질 단백질을 표면 코팅을 실시할 수 있다.The culture medium is circulated through the channels 11 of the upper body 10 and the second chambers 50 of the lower body 30 using the inlets 12 and 51 and the outlets 13 and 52, The surface of the cell adhesion molecule and the extracellular matrix protein can be coated on the porous region 21 of the porous membrane 20.

이때 상기 세포부착분자는 integrin, cadherin, selectin 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 세포외기질 단백질은 fibronectin, tenascin, collagen, fibrinogen, laminin, entactin 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the cell adhesion molecule includes at least one of integrin, cadherin, and selectin, and the extracellular matrix protein includes at least one of fibronectin, tenascin, collagen, fibrinogen, laminin, and entactin.

상기 박막부(20)로 주입되는 배양액에는 접착성 세포도 포함하는데, 상기 접착성 세포는 동물 세포군 또는 인간 세포군 중에 어느 하나일 수 있다.The culture solution injected into the thin film part 20 also includes an adhesive cell, which may be either an animal cell group or a human cell group.

이때에도 상기 박막부(20) 및 상기 다공영역(21)의 상,하측 양 측면에 적어도 한 종류 이상의 접착성 세포를 배양할 시, 한 측면에는 상피세포를 다른 한 측면에는 내피세포를 배양할 수 있다. At this time, when at least one type of adhesive cell is cultured on both the upper and lower sides of the thin film portion 20 and the porous region 21, epithelial cells can be cultured on one side and endothelial cells can be cultured on the other side have.

상기와 같이 상기 박막부(20) 및 상기 다공영역(21)의 배양되는 세포막(23)의 생성과정을 통해 상기 세포의 부착, 성장 및 기능에 미치는 영향을 상피관통저항 변화를 통해 확인할 수 있고, 상기 제1챔버(40) 내에 진공압을 생성하거나, 중단하여 상기 박막부(20)를 팽창 및 수축시켜 기계적 자극(수축 및 팽창)이 세포층에서 일어나는 병리생리학적 변화와 세포층의 장벽기능에 일어나는 변화에 미치는 영향을 상피관통저항 변화를 통해 확인할 수 있다.Growth, and function of the cell through the process of forming the cell membrane 23 to be cultured in the thin film portion 20 and the porous region 21 can be confirmed through the change of the epithelial penetration resistance, The expansion and contraction of the thin film portion 20 by generating or stopping vacuum pressure in the first chamber 40 causes the mechanical stimulation (contraction and expansion) to change the pathophysiological changes occurring in the cell layer and the changes Can be confirmed through the change of epithelial penetration resistance.

또한 상기 박막부(20)에 적어도 한 종류 이상의 세포를 공생배양하여 융합상태에 도달하면 상기 박막부(20)를 팽창 및 수축시켜 기계적 자극(수축 및 팽창)을 주면서 외부 작용물질을 주입하여 상기 외부 작용물질이 상기 세포층에 미치는 영향을 상피관통저항 변화를 통해 확인할 수 있다.Also, when at least one or more kinds of cells are co-cultivated in the thin film part 20 to reach a fusion state, the thin film part 20 is expanded and contracted to induce mechanical stimulation (contraction and expansion) The effect of the active substance on the cell layer can be confirmed by changing the epithelial penetration resistance.

이때 상기 외부 작용물질은 바이러스, 세균, 종양세포, 나노입자, 미세먼지, 담배연기, 분진, 동물 털, 꽃가루, 천연 추출물, 화학적 합성물 중에 하나일 수 있다.The external acting substance may be one of viruses, bacteria, tumor cells, nanoparticles, fine dust, tobacco smoke, dust, animal hair, pollen, natural extracts, and chemical compounds.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 상단몸체 11: 유로
12: 제1입구 13: 제1출구
14: 제1전극 20: 박막부
21: 다공영역 22: 미세다공
23: 세포막 30: 하단몸체
31: 격벽 40: 제1챔버
41: 진공유로 50 제2챔버
51: 제2입구 52: 제2출구
53: 제2전극10: upper body 11:
12: first inlet 13: first outlet
14: first electrode 20: thin film part
21: porous region 22: fine porous
23: cell membrane 30: lower body
31: partition wall 40: first chamber
41: Vacuum flow path 50 Second chamber
51: second inlet 52: second outlet
53: Second electrode

Claims (10)

인체장기 내의 생체조건과 유사한 생물,기계학적 환경을 제공하는 실험모델 장치에 있어서,
육면체의 형태로 저면의 길이방향을 따라 저면이 개방된 유로를 형성한 상단몸체;
상기 상단몸체의 저면에 접합하고, 상기 유로의 중심과 대응하는 위치에는 다공영역을 형성한 박막부; 및
상기 박막부의 저면에 결합하고, 중심에 형성된 원통형의 제1챔버 내에 탄성을 갖으며, 상기 다공영역의 주위를 지지하는 원통형의 격벽으로 제2챔버를 구획한 하단몸체; 및
상기 하단몸체의 일측면에 형성되어, 상기 제1챔버와 연통하는 진공유로를 포함하여, 상기 진공유로를 통해 상기 제1챔버 내부에 발생하는 진공압에 따라 원통형의 격벽이 유동하여 다공영역이 수축 및 팽창하는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
1. An experimental model device for providing a biological and mechanical environment similar to a living body condition in a human organ,
An upper body formed in a shape of a hexahedron and having a bottom open along a longitudinal direction of the bottom;
A thin film portion joined to a bottom surface of the upper body and having a porous region at a position corresponding to the center of the flow path; And
A lower body coupled to a bottom surface of the thin film portion and having a cylindrical first chamber having a resiliency in the center thereof and defining a second chamber with a cylindrical partition wall supporting the periphery of the porous region; And
And a vacuum passage formed on one side surface of the lower body and communicating with the first chamber so that the cylindrical partition wall flows according to a vacuum pressure generated in the first chamber through the vacuum passage, And an experimental model device simulating human organs that perform expansion and contraction and expansion.
청구항 1에 있어서,
상기 상단몸체의 상면 일측에는 상기 유로와 연통하여 유체를 유로로 유입하는 적어도 하나 이상의 제1입구; 및
상기 상단몸체의 상면 타측에는 상기 유로와 연통하여 유체를 유로에서 유출하는 적어도 하나 이상의 제1출구를 포함하는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
At least one first inlet for introducing a fluid into the flow path, the first inlet communicating with the flow path, at one side of the upper surface of the upper body; And
And an at least one first outlet for discharging fluid from the flow path in communication with the flow path, on the other side of the upper surface of the upper body.
청구항 1에 있어서,
상기 제2챔버의 저면 일측에는 상기 제2챔버 내부와 연통하여 유체를 유로로 유입하는 제2입구; 및
상기 제2챔버의 저면 타측에는 상기 제2챔버 내부와 연통하여 유체를 유로에서 유출하는 제2출구를 포함하는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
A second inlet communicating with the inside of the second chamber to introduce fluid into the flow path, And
And a second outlet communicating with the interior of the second chamber and flowing out from the flow path, on the other side of the bottom of the second chamber.
청구항 1에 있어서,
상기 상단몸체의 유로 상면에는 제1전극을 구비하고, 상기 하단몸체의 제2챔버 바닥면에는 제2전극을 구비하여, 상기 제1전극과 제2전극을 이용해 상기 상단몸체의 유로와 상기 하단몸체 제2챔버 사이의 상피관통저항을 측정하는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
And a second electrode on the bottom surface of the second chamber of the lower body, wherein the first electrode and the second electrode are used to connect the flow path of the upper body and the lower body, An experimental model device simulating human organs performing shrinking and expanding functions to measure the epithelial penetration resistance between the second chambers.
청구항 1에 있어서,
상기 박막부 및 하단몸체는
탄성중합체로 이루어지는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
The thin film portion and the lower end body
An experimental model device simulating human organs with elastic and shrinking and expanding functions.
청구항 1에 있어서,
상기 유로의 길이방향 단면은 다각형 또는 원형인 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
Wherein the longitudinal cross section of the flow path simulates a polygonal or circular body organs having a shrinking and expanding function.
청구항 1에 있어서,
상기 유로의 높이방향 단면은 사각형인 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cross section in the height direction of the flow path is a quadrangular shape and the human body organs having a function of expanding are simulated.
청구항 1에 있어서,
상기 박막부의 다공영역은
탄성중합체에 소금, 설탕, 커피, 코코아 중 어느 하나의 수용성 입자를 혼합 및 가교한 후, 다시 상기 수용성 입자를 물에 녹여서 제거하여 형성되는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
The porous region of the thin film portion
An experimental model device simulating human organs having a shrinking and expanding function formed by mixing and crosslinking water-soluble particles of any one of salt, sugar, coffee, and cocoa with an elastomer and then dissolving the water-soluble particles in water.
청구항 1에 있어서,
상기 다공영역의 미세다공은
그 지름이 0.1~10.0㎛인 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.
The method according to claim 1,
The micropores of the porous region
An experimental model device simulating human organs having a diameter of 0.1 to 10.0 μm and having a shrinking and expanding function.
청구항 1에 있어서,
상기 박막부의 한 측면 또는 양 측면에는
세포를 배양하여 세포막을 형성하는 수축 및 팽창 기능을 하는 인체장기를 모사한 실험모델장치.The method according to claim 1,
On one side or both sides of the thin film portion
An experimental model device simulating human organs with shrinking and expanding functions to form cell membranes by culturing cells.
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