KR20160133062A - 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에 관한 것으로, 세포 배양 지지체는 전기방사에 의해 얻어진 친수성 고분자와 소수성 고분자를 함유하는 섬유가 축적되어 배양액이 침투하는 다수의 기공이 만들어지는 섬유 웹으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체{Culture scaffold having improved adhesion and mobility}
본 발명은 세포 배양 지지체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 세포의 부착성 및 이동성을 향상시킬 수 있고, 세포 배양에 친숙하고 적합한 배양 환경을 제공하여 세포의 생존율을 극대화할 수 있으며 바람직한 형상 및 골격으로 세포를 성장시킬 수 있는 세포 배양 지지체에 관한 것이다.
최근, 질병 치료에 배양 세포의 이용이 확대됨에 따라 세포 배양에 대한 관심 및 연구가 증가하고 있다.
세포 배양은 세포를 생체로부터 채취하고, 생체 밖에서 배양시키는 기술이며, 배양된 세포는 피부, 장기, 신경 등 신체의 다양한 조직으로 분화시켜 질병 치료에 활용하는 것이다.
이와 같은 세포 배양은 체내와 유사한 배양 환경을 제공하기 위한 배양 지지체를 필요로 한다.
배양 지지체에서 배양되는 세포들은 부착 상태로 성장하며, 배양 지지체에 세포의 부착성을 향상시키는 것이 세포의 생존율을 높일 수 있는 것이다.
그러므로, 세포들의 부착성을 향상시키고, 세포의 배양 환경을 더욱 최적화시키 위한 새로운 배양 지지체에 대한 연구 및 개발이 현재에도 지속적으로 이루어지고 있다.
한국 공개특허공보 제2007-0053443호에는, 섬유 방사원액을 전기 방사하는 공정을 수행하여 3차원 구조의 스펀지 형태의 섬유로 이루어진 지지체를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 지지체의 섬유는 소정의 직경을 가지는 실 형상이고 지지체의 기공은 섬유들 사이에 존재하는 공간으로 정의된다.
그러므로, 세포는 지지체의 미세한 기공을 통하여 지지체 내부로 침투하여 성장하는 것이 어려워, 세포의 2차원적 성장만 가능하게 하여 세포가 바람직한 형상과 곡격을 가지고 성장하는 데는 한계가 있으며, 세포가 지지체에 부착되어 성장되기에 세포 성장 후 분화를 위해 세포를 지지체로부터 분리시키기 어려운 단점이 있으며, 이 지지체는 실크 단백질의 섬유로 이루어져 세포의 부착성과 이동성 모두를 우수하게 할 수 있는데는 한계가 있다.
한국 공개특허공보 제2007-0053443호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 세포의 부착성 및 이동성을 향상시켜 세포 성장에 친숙하고 적합한 환경을 제공할 수 있는 세포 배양 지지체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 배양되는 세포가 섬유 웹 내부로 침투하여 성장시켜, 세포의 형상 및 골격을 왜곡시키지 않고 성장시킬 수 있는 세포 배양 지지체를 제공하는데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체는, 전기방사에 의해 얻어진 친수성 고분자와 소수성 고분자를 함유하는 섬유가 축적되어 배양액이 침투하는 다수의 기공이 만들어지는 섬유 웹으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 상기 섬유에 친수성 고분자가 60 ~ 90wt% 함유될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 상기 친수성 고분자는 PVP 또는 PAN일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 상기 소수성 고분자는 PVdF, PU, PES 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 상기 섬유의 직경은 100㎚ ~ 10㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 상기 세포가 상기 섬유 웹 내부로 침투하여 성장할 수 있는 공간을 확보를 위하여, 상기 섬유에 형성된 다수의 비드;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 상기 섬유 웹은, 상기 친수성 고분자, 상기 소수성 고분자와 용매가 혼합된 방사용액의 전기방사에 의해 얻어진 웹이고, 상기 방사용액의 점도는 50 ~ 2000cps일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서, 상기 비드의 직경은 상기 섬유의 직경보다 클 수 있다.
본 발명에 의하면, 친수성 고분자 및 소수성 고분자를 함유하는 섬유가 축적되어진 다수의 기공이 구비된 섬유 웹을 세포를 배양하기 위한 지지체로 구현하여, 세포의 부착성 및 이동성을 향상시키고, 세포들에서 배출된 분비물의 이로운 성분을 흡수할 수 있도록 하여 세포 성장을 촉진시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 인체의 세포외 기질(ECM, Extra Cellular Matrix)과 가장 유사한 구조를 가지는 섬유 웹으로 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체를 구현하여, 세포 배양에 친숙하고 적합한 환경을 제공함으로써, 세포의 생존율을 극대화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 섬유 웹의 섬유에 매달린 다수의 비드를 형성하여, 비드와 섬유 사이, 및 비드와 비드 사이에 확대된 공간을 마련하여, 배양되는 세포가 섬유 웹 내부로 침투하여 성장시켜, 세포의 형상 및 골격을 왜곡시키지 않고 성장시킬 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에서 배양된 세포가 한 곳으로 이동된 상태를 모식적으로 도시한 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 세포가 이동되는 개념을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체에 비드가 형성된 상태를 설명하기 위한 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따라 비드 유무에 따른 섬유 웹의 SAM 사진,
도 5는 본 발명에 따라 세포 배양 지지체 내측으로 성장되는 세포가 침투되는 상태를 모식적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체를 제조하기 위한 전기 방사 장치를 설명하기 위한 모식적인 도면,
도 7은 본 발명에 따라 적층된 세포 배양 지지체의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
본 발명에서는 친수성 고분자 및 소수성 고분자를 함유하는 섬유가 축적되어진 다수의 기공이 구비된 섬유 웹을 세포를 배양하기 위한 지지체로 구현하여, 세포의 부착성 및 이동성을 개선하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 전기방사에 의해 얻어지는 친수성 고분자 및 소수성 고분자를 함유하는 섬유가 축적되어 형성되고 다수의 기공이 구비된 섬유 웹을 세포 배양을 위한 지지체로 구성하고, 배양되는 세포가 섬유 웹 내부로 침투하여 성장할 수 있는 공간을 형성할 수 있도록 섬유 웹의 섬유에 다수의 비드(bead)가 형성되어 있는 구조적인 특징이 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체는 섬유가 축적되어 만들어진 다수의 기공이 구비된 섬유 웹(100)의 구조로 이루어져 있고, 섬유는 세포의 부착성을 우수하게 하기 위한 친수성 고분자 및 세포의 이동성을 향상시키기 위한 소수성 고분자를 포함한다.
이런 섬유 웹(100)은 친수성 고분자 및 소수성 고분자 및 용매를 혼합한 방사용액의 전기방사에 의해 얻어진 섬유가 축적되어 만들어지며, 배양액이 침투할 수 있는 다수의 기공이 구비되어 있다.
섬유 웹(100)의 세포 배양 지지체에 세포가 부착되고, 배양액에 침지된 상태에서 세포를 배양한다. 여기서, 섬유 웹(100)을 구성하는 섬유의 친수성 고분자는 배양액과 친화력이 우수하여 세포 배양 지지체에 부착되는 세포가 배양액으로부터 영양분을 흡수하기가 용이하여 성장성을 향상시킬 수 있으며, 친수성 고분자를 포함하는 섬유 웹(100)은 친수성이 우수함으로 세포의 부착성을 높일 수 있다.
즉, 세포 배양 지지체는 배양액에 침지되고, 세포 배양 지지체에 부착된 세포는 배양액에서 영양분을 흡수하여 성장한다. 세포는 친수성이 우수한 지지체에 잘 부착되어 성장될 수 있기에, 본 발명에서는 친수성이 우수한 섬유 웹을 구현함으로써, 세포의 부착을 용이하게 할 수 있는 것이다.
이때, 세포는 배양액에 포함된 영양소를 흡수하고 다량의 분비물을 배출하는데, 이 배출된 분비물에는 세포가 성장에 이로운 성분을 포함하고 있다.
그러므로, 세포에서 배출된 분비물 중 이로운 성분을 흡수하기 위해 세포는 이웃하는 세포로 이동하려고 하는데, 본 발명에서는 세포의 이동을 돕기 위하여 섬유에 소수성 고분자를 함유하는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 친수성 고분자 및 소수성 고분자를 함유하는 섬유로 만들어진 세포 배양 지지체를 구현하여, 세포의 부착성 및 이동성을 개선할 수 있는 것이다.
친수성 고분자는 대표적으로 PVP 또는 PAN을 사용할 수 있고, 소수성 고분자는 PVdF, PU, PES 중 하나를 사용할 수 있으며, 이외의 친수성 또는 소수성 특성을 구비한 고분자도 사용 가능하나, 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고, 전기방사에 의해 섬유를 형성할 수 있는 고분자이면 특별히 제한되지 않는다.
전술된 바와 같이, 본 발명에서는 세포 배양 지지체가 친수성과 소수성을 구비해야 하는데, 세포의 부착성을 높이고 세포의 이동성을 가지기 위하여, 섬유에 친수성 고분자와 소수성 고분자의 함유 비율을 최적화시키는 것이 바람직하다. 즉, 친수성 고분자와 소수성 고분자로 이루어진 섬유에 친수성 고분자가 60 ~ 90wt% 함유되는 것이 바람직하다.
여기서, 섬유에 친수성 고분자가 60wt% 미만 함유되어 있는 경우, 지지체에 세포의 부착성이 저하되고, 섬유에 친수성 고분자가 90wt% 초과하여 함유되어 있는 경우, 섬유에 소수성 고분자가 소량 함유되어 세포가 이동하기 어려운 단점이 있다.
도 2a와 같이, 제1 및 제2세포(151,152)가 소정의 간격(D1)으로 이격되어 세포 배양 지지체에 부착되어 배양되는 경우, 제1 및 제2세포(151,152) 각각에서는 다량의 분비물(A,B)를 배출한다.
이 분비물(A,B)에는 세포가 성장에 이로운 성분을 포함하고 있어, 제1 및 제2세포(151,152)는 분비물(A,B)에 포함된 이로운 성분을 흡수하기 위해 도 2b와 같이 이동하여 제1 및 제2세포(151,152)의 간격(D2)은 배양 지지체에 최초 부착된 상태의 도 2a의 간격(D1)보다 작아진다.
그러므로, 도 1과 같이, 본 발명의 세포 배양 지지체(100)에 부착된 세포들(151)은 한 영역으로 이동하여 성장하거나, 근처의 세포들(151)이 서로 접근하여 성장하게 된다.
따라서, 본 발명은 세포 배양 지지체에 소수성 고분자를 함유시켜, 세포의 이동성을 향상시켜, 세포들에서 배출된 분비물의 이로운 성분을 흡수할 수 있도록 하여 세포 성장을 촉진시킬 수 있는 것이다.
그리고, 전기방사를 위한 방사용액은 친수성 고분자 및 소수성 고분자를 용매에 용해하여 제조하는데, 이 용매는 DMAc(N,N-Dimethyl acetoamide), DMF(N,N-Dimethylformamide), NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetra-hydrofuran), (EC(ethylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), 물, 초산(acetic acid), 개미산(formic acid), 클로로포름(Chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane), 아세톤(acetone) 및 이소프로필알콜(isopropylalchol)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 세포 배양 지지체로 사용되는 섬유 웹은 인체의 세포외 기질(ECM, Extra Cellular Matrix)과 가장 유사한 구조를 가지고 있어, 이 섬유 웹으로 이루어진 지지체는 세포 배양에 친숙하고 적합한 환경을 제공할 수 있으므로, 세포의 생존율을 극대화할 수 있는 것이다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 세포 배양 지지체(100)는 세포를 부착시켜 배양하기 위한 지지체로서, 친수성 고분자와 소수성 고분자를 함유하는 섬유(120)가 축적되어 만들어지고, 다수의 기공(125)이 형성된 섬유 웹(110); 및 상기 세포가 상기 섬유 웹(110) 내부로 침투하여 성장할 수 있는 공간을 확보를 위하여, 상기 섬유(120)에 형성된 다수의 비드(130);를 포함하여 구성할 수 있다.
도 3에서 섬유 웹(110)의 'A'영역의 확대도를 살펴보면, 친수성 고분자와 소수성 고분자를 함유하는 섬유(120)는 불균일하게 축적되어 평판 형상의 섬유 웹(110)을 형성하고, 축적된 섬유(120) 사이에 다수의 기공(125)이 형성된다.
여기서, 섬유(120)에 다수의 비드(130)가 형성되어 있다.
그리고, 비드(130)의 직경은 섬유(120)의 직경보다 크며, 비드(130)는 친수성 고분자와 소수성 고분자가 뭉쳐진 덩어리로 정의될 수 있다. 이때, 모든 섬유(120) 각각에 적어도 하나의 비드(130)가 형성되거나, 또는 모든 섬유(120) 중 일부의 섬유(120)에 적어도 하나의 비드(130)가 형성된다.
본 발명에서는 친수성 고분자, 소수성 고분자와 용매를 혼합하여 방사용액을 제조하고, 이 방사용액을 후술된 방사장치의 노즐에서 전기방사하여 비드(130)가 매달린 섬유(120)를 형성하고, 이 섬유(120)를 축적시켜 세포 배양 지지체(100)를 위한 섬유 웹(110)을 제조한다.
이때, 본 발명에서는 비드를 가지는 섬유를 구현하기 위해, 친수성 고분자, 소수성 고분자와 용매가 혼합된 방사용액의 점도를 50 ~ 2000cps으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 방사용액의 점도가 50cps 미만이면 방사용액의 흐름성이 높아 방사장치의 노즐에서 액적이 분사되고, 방사용액의 점도가 2000cps를 초과하면 방사용액에서 유기 용매 량이 적어져 낮은 흐름성을 가지게 되어 방사장치의 노즐에서 섬유만 방사된다.
본 발명의 발명자는 방사 노즐에서 전기방사되어 만들어지는 섬유(120)에 비드가 형성되는 것이 방사용액의 점도와 밀접한 관련이 있다는 것을 실험을 통해 확인하였다.
즉, 고분자를 분자량이 130,000인 PLGA로 적용하고, 점도를 2100cps가 되도록 PLGA와 용매를 혼합하여 전기방사한 결과, 도 4a와 같이 섬유만으로 이루어진 섬유 웹이 제조되었으나, 본 발명에서 설정된 점도 범위 내에 만족하도록 점도를 260cps가 되도록 PLGA와 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여, 도 4b와 같이 비드를 가지는 섬유가 축적된 섬유 웹을 제조할 수 있었다.
따라서, 본 발명에서는 세포 배양 지지체를 친수성 고분자와 소수성 고분자를 함유하는 섬유 웹으로 구현하고, 섬유 웹의 섬유에 매달린 다수의 비드를 형성하여, 비드와 섬유 사이, 및 비드와 비드 사이에 확대된 공간(큰 기공)을 마련할 수 있어, 도 5와 같이, 섬유 웹(110) 위에서 배양되는 세포(150)가 섬유 웹(110) 내부로 침투하여 3차원적으로 성장할 수 있는 장점이 있다.
즉, 섬유만으로 축적된 섬유 웹은 섬유 사이에 미세 기공이 형성되나, 본 발명의 세포 배양 지지체로 사용되는 섬유 웹은 비드와 섬유 사이 및 비드와 비드 사이에 기공이 형성된다. 그러므로, 비드가 존재하는 본 발명의 섬유 웹의 기공은 비드가 존재하지 않는 섬유 웹의 섬유 사이에 형성된 미세 기공보다 큰 기공이 되어, 성장되는 세포(150)의 침투를 용이하게하는 공간이 되는 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 세포 배양 지지체를 제조하기 위한 전기 방사 장치를 설명하기 위한 모식적인 도면이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 세포 배양 지지체를 제조하기 위한 전기 방사 장치는 교반된 방사 용액을 공급하는 교반탱크(20)가 방사 노즐(40)에 연결되어 있고, 방사 노즐(40)과 이격된 하부에는 일정한 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 콜렉터(50)가 배치되어 있고, 방사 노즐(40)은 고전압 발생기와 연결되어 있다.
여기서, 친수성 고분자, 소수성 고분자와 용매를 교반기(30)로 혼합하여 방사 용액을 만든다. 이때, 교반기(30)에서 혼합하지 않고, 전기 방사 장치에 투입되기 전에 미리 혼합된 방사 용액을 사용할 수 있다.
그 후, 콜렉터(50)와 방사 노즐(40) 사이에 고전압 정전기력을 인가하면, 방사 노즐(40)에서 방사 용액을 초극세 섬유(210)로 만들어 콜렉터(50)에 방사하고, 콜렉터(50)에는 섬유(210)가 축적되어 세포 배양 지지체의 섬유 웹(200)이 형성된다.
더 세부적으로 설명하면, 방사 노즐(40)로부터 토출되는 방사 용액은 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사 노즐(40)을 통과하면서 섬유(210)로 방출되어, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 콜렉터(50) 상부에 섬유(210)가 순차적으로 적층되어 세포 배양 지지체의 섬유 웹(200)이 형성되는 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 세포의 부착성 및 이동성을 향상시킬 수 있고, 세포 배양에 친숙하고 적합한 배양 환경을 제공하여 세포의 생존율을 극대화할 수 있으며 바람직한 형상 및 골격으로 세포를 성장시킬 수 있는 세포 배양 지지체를 제공한다.
40,41,42,43: 방사 노즐 100: 세포 배양 지지체
110,111,112,113,200: 섬유 웹 120,210: 섬유
125: 기공 130: 비드
150,151,152: 세포

Claims (8)

  1. 세포를 부착시켜 배양하기 위한 지지체로서,
    상기 지지체는 전기방사에 의해 얻어진 친수성 고분자와 소수성 고분자를 함유하는 섬유가 축적되어 배양액이 침투하는 다수의 기공이 만들어지는 섬유 웹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유에 상기 친수성 고분자가 60 ~ 90wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 친수성 고분자는 PVP 또는 PAN인 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소수성 고분자는 PVdF, PU, PES 중 하나인 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 섬유의 직경은 100㎚ ~ 10㎛인 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 세포가 상기 섬유 웹 내부로 침투하여 성장할 수 있는 공간을 확보를 위하여, 상기 섬유에 형성된 다수의 비드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 섬유 웹은,
    상기 친수성 고분자, 상기 소수성 고분자와 용매가 혼합된 방사용액의 전기방사에 의해 얻어진 웹이고,
    상기 방사용액의 점도는 50 ~ 2000cps인 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 비드의 직경은 상기 섬유의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 세포 부착성 및 이동성이 개선된 배양 지지체.








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