KR20170017548A - 세포 배양용 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 한 실시예에 따른 세포 배양 용기는 세포를 점착하여 세포를 증식 및 분화시키기 위한 세포 배양면을 포함하는 세포 배양용 용기에 있어서, 세포 배양용 용기는 망형 세포 배양면을 가지는 적어도 하나 이상의 웰을 포함하는 세포 배양부, 세포 배양부를 보호하는 커버를 포함한다.

Description

세포 배양용 용기 및 그 제조 방법{CELL CULTURE CONTAINER AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 세포 배양용 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

세포 배양은 폴리스티렌(polystyrene) 플레이트(plate), 웰 플레이트(wellplate) 그리고 유리 페트리접시(petri dish)에서 이루어졌고, 이에 따라서 다양한 형상의 플라스틱 플레이트가 사출이나 압출을 통해서 제작되어 왔다.

하지만, 기존의 조직 공학과 의생명 공학 분야에서 사용하고 있는 세포 배양 용기의 경우 생체 내의 구조와 상이하다는 단점이 있다. 즉, 기존의 세포 배양 용기의 2차원 평면인 반면 생체 내의 구조는 3차원 형상으로 차이가 있다.

따라서, 최근 세포 배양에 있어서 생체 내와 유사한 환경을 제공해 주기 위한 세포 배양 용기를 개발하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그 중 나노 파이버(nano fiber)와 결합된 세포 배양 용기가 개발되고 있다.

나노파이버가 포함된 세포 배양 용기는 평평한 면에 나노 파이버를 집적시키기 때문에 2차원 평면에서 세포가 배양된다.

그러나 인체 내의 기관뿐만 아니라 여러 종의 식물, 동물에서는 대부분 3차원 구조로 이루어지기 때문에 2차원 평면 구조의 세포 배양 용기에서는 세포의 배양 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생체 내의 구조와 유사한 3차원 구조를 제공하여 세포의 배양 효율을 증가시킬 수 있는 세포 배양 용기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 한 실시예에 따른 세포 배양 용기는 세포를 점착하여 세포를 증식 및 분화시키기 위한 세포 배양면을 포함하는 세포 배양용 용기에 있어서, 세포 배양용 용기는 망형 세포 배양면을 가지는 적어도 하나 이상의 웰을 포함하는 세포 배양부, 세포 배양부를 보호하는 커버를 포함한다.

상기 망형 세포 배양면은 고분자 섬유로 이루어질 수 있고, 고분자 섬유는 얽혀 있을 수 있다.

상기 고분자 섬유의 직경은 수십 나노 내지 수백 나노일 수 있다.

상기 고분자 섬유는 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐리덴 플로라이드 (Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리스티렌(polystyrene)과 생체 고분자인 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 커버는 망형 세포 배양면의 타측에 위치하고, 커버는 상기 웰과 이격되어 위치할 수 있다.

상기 배양면은 만곡되어 있을 수 있다.

상기 커버는 웰과 맞물리는 형상의 오목부를 가질 수 있다.

상기 웰의 지름은 100 um 내지 25 mm 일 수 있다.

상기한 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 배양 용기의 제조 방법은 전해질이 저장된 용기를 준비하는 단계, 용기 내에 적어도 하나 이상의 개구부를 가지는 플레이트를 배치하여 액적을 형성하는 단계, 방사로 액적 위에 고분자 섬유를 방사하여 세포 배양면을 가지는 웰을 가지는 세포 배양부를 형성하는 단계, 액적과 반대측의 세포 배양부에 세포 배양부를 수용하는 커버를 배치하는 단계, 액적으로부터 세포 배양부를 분리하는 단계를 포함한다.

상기 커버를 배치하는 단계에서, 커버는 웰과 이격되어 배치할 수 있다.

상기 세포 배양부를 형성하는 단계에서, 전기 방사는 5kV 내지 30kV로 인가할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 세포 배양 용기를 이용하면, 생체 내의 구조와 유사한 3차원 구조의 세포 배양면을 가지는 세포 배양 용기를 제공할 수 있다.

또한, 망형 구조의 세포 배양면을 제공함으로써 세포 배향 효율을 증가시킬 수 있는 세포 배양 용기를 제공할 수 있다.

또한, 전기 방사를 이용하여 용이하게 세포 배양 용기를 제작하여 세포 배양 용기를 제작하기 위한 시간 및 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 배양용 용기를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 배양용 용기의 단면도로, 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5은 본 발명의 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 배양부를 형성하는 중간 단계에서의 사시도이다.
도 6은 도 5의 다음 단계에서의 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 다음 단계에서의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라서 형성한 세포 배양부의 사진이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 배양용 용기를 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 배양용 용기의 단면도로, 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 세포 배양용 용기(1000)는 적어도 하나 이상의 웰(well)(22), 웰 사이를 연결하는 연결부(24)를 가지는 세포 배양부(200), 세포 배양부(200)를 지지하고 보호하는 커버(300)를 포함한다.

웰(22)의 지름은 각각 100 um 내지 25 mm 일 수 있으며, 행렬을 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 복수의 웰 배치는 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 간격을 가지도록 배열될 수 있다. 웰(22)의 바닥면은 곡면 형상을 가지도록 오목할 수 있으며, 측벽과 함께 반원 형상일 수 있다.

또한, 웰(22)은 도 3에 도시한 바와 같이, 평탄한 바닥면을 가질 수 있으며, 측벽과 바닥면이 만나는 모서리 및 모퉁이 부분만 곡면 형상을 가질 수 있다.

웰(22)의 단면 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 다양한 형상을 가지도록 형성할 수 있다.

세포 배양부(200)는 고분자 섬유(fiber)로 이루어질 수 있다. 고분자 섬유는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 탄성 중합체 및 생체 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐리덴 플로라이드 (Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리스티렌(polystyrene)과 생체 고분자인 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

웰(22)은 세포가 배양되는 세포 배양면일 수 있다. 세포 배양면은 인공적으로 세포의 증식 및 분화 효율을 향상시키기 위한 것으로, 배양하고자 하는 세포를 세포 배양면 상에 점착시켜 원하는 방향으로 분화를 유도하게 된다. 성체 중기세포에는 골수유래 줄기세포, 태반유래 줄기세포, 지방유래 줄기세포 등이 있는데, 본 실시예에 따른 세포 배양용 용기는 이러한 세포의 부착, 증식, 분화 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 한 실시예에서는 웰을 형성하여 3차원 구조를 제공함으로써, 생체 내의 환경과 유사한 구조에서 세포를 배양 및 증식 시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에서의 세포 배양 용기는 수 마이크로 또는 수백 내지 수십 나노 지름을 가지는 고분자 섬유가 서로 얽혀 망형의 세포 배양면을 제공한다. 따라서 세포가 부착되는 면적이 증가되어 세포의 부착 효율이 향상되고, 이로 인해서 세포의 증식 및 분화 효율이 증가되는 효과를 기대할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 커버(300)는 세포 배양부(200)를 지지하고 보호하기 위한 것으로, 세포 배양부(200)의 세포 배양면의 타측에 배치되어 있다.

커버(300)는 세포 배양부(200)가 수용되는 수용 공간(33)을 가진다. 수용 공간(33)은 세포 배양부(200)에 포함된 모든 웰(22)이 수용될 수 있도록 하나의 공간으로 이루어질 수 있다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 커버(300)는 세포 배양부(200)에 포함된 각각의 웰(22)과 대응하는 개별 수용 공간(35)을 가질 수 있다.

개별 수용 공간(35)은 웰(22)의 형상을 따라서 오목한 형상일 수 있다. 즉, 웰(22)의 바닥면이 곡면 형상일 경우, 개별 수용 공간(35)은 웰(22)의 바닥면과 맞물리는 곡면을 가질 수 있다.

한편, 커버(300)는 세포 배양부(200)의 웰과 이격되어 설치된다. 이처럼, 커버(300)와 세포 배양부(200) 사이를 이격 설치하면, 이들 사이에 형성되는 공간으로 유체가 흐를 수 유체 통로가 형성된다.

따라서, 세포에 공급하기 위한 영양분을 가지는 유체를 유체 통로에 흘리면, 망형으로 이루어지는 웰의 세포 배양면을 통과하여 세포 배양면에 부착된 세포에 영양분이 공급될 수 있다.

이하에서는 도 2에 도시한 세포 배양용 용기의 세포 배양부를 형성하는 방법에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 본 발명의 한 실시예에 따른 세포 배양부를 형성하는 중간 단계에서의 사시도이고, 도 6은 도 5의 다음 단계에서의 사시도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 8은 도 7의 다음 단계에서의 단면도이다.

먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 전해질이 채워진 용기(500)를 준비한다.

전해질은 1mS/㎠이상의 전기 전도도로, 상대 유전율이 80이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 염화 칼륨을 증류수에 0.01 %mol 이상일 수 있으며, 바람직하게는 3%mol의 비율로 혼합한 용액을 사용할 수 있다.

이후, 복수의 개구부(66)를 가지는 플레이트(600)를 용기(500)에 삽입될 수 있도록 정렬한다.

다음, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 복수의 개구부(66)를 가지는 플레이트(600)를 용기 내의 전해질과 접촉하도록 배치한다. 이때, 플레이트(600)의 상면은 전해질에 잠기지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.

이처럼, 전해질과 접촉하도록 플레이트(600)를 배치하면, 플레이트에 의해서 전해질이 가압되고 가압된 전해질은 플레이트의 개구부를 통해서 밀려나온다. 이때, 전해질의 표면 장력에 의해서 개구부(66)에는 전해질 액적(45)이 형성된다.

액적(45)의 형상 및 크기는 개구부(66)의 평면 모양 및 크기에 따라서 달라질 수 있다. 개구부(66)의 평면 모양은 원형 또는 다각형과 같이 다양한 모양으로 형성될 수 있다.

또한, 전해질의 양 및 플레이트(600)에 의해서 가압되는 압력에 따라서 액적(45)의 크기가 달라질 수 있다. 즉, 같은 압력으로 플레이트(600)가 전해질을 가압할 때, 전해질의 양이 많으면 상대적으로 전해질의 양이 적을 때보다 개구부(66)를 통해서 밀려나오는 전해질의 양이 많으므로, 액적(45)의 크기가 더 클 수 있다.

따라서, 개구부(66)의 모양, 크기 및 전해질의 양을 조절함으로써 원하는 크기 및 형상을 가지는 액적(45)을 얻을 수 있다.

다음, 도 8에 도시한 바와 같이, 전기 방사기(800)를 준비한 후, 전기 방사기(800)와 전해질 사이에 전압을 인가한 후 액적(45) 위에 고분자 섬유를 방사하여 세포 배양부(200)를 형성한다.

전기 방사는 고분자 물질을 전기 방사가 가능한 적절한 점도를 갖도록 용액 탱크에 저장한 후, 방사부의 방사 노즐을 통해 고분자 물질이 토출되도록 한다. 고분자 물질은 토출한 후 비산과 동시에 경화되어 고분자 섬유를 형성한다. 고분자 섬유는 액적 위에 적층되면서 섬유가 얽혀서 망형 구조를 형성한다.

고분자 물질은 클로로폼(chloroform)과 메탄올(methanol)을 질량비로 1:1로 혼합한 용매에, 폴리카프로락톤을 혼합하여 5% 내지 25% 농도인 고분자 용액일 수 있다.

또는 아세톤(acetone)과 디메틸포르마이드(Dimethylformamide)를 3:7의 부피비로 혼합한 후, 25wt%인 폴리비닐리덴플로라이드를 혼합하여 25% 내지 30% 농도인 고분자 용액일 수 있다.

그 외에도 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 콜라겐/폴리카보네이트를 이용하여 고분자 용액을 제조할 수 있다.

이때, 노즐을 통한 고분자 섬유의 방출 속도는 액적의 형상을 유지하면서, 액적 위에 고분자 섬유가 얹혀질 수 있도록 0.01 ml/h 내지 3 ml/h의 속도로 방사하는 것이 바람직하다.

그리고 방사 노즐과 전해질 사이에는 전기장이 인가되는데, 이때 인가되는 전기장의 세기가 지나치게 낮을 경우 전기 방사용 조성물이 연속적으로 토출되지 않기 때문에 균일한 두께의 고분자 섬유를 제조하기 어렵고, 방사된 후 형성된 고분자 섬유가 액적 위에 원활하게 집속될 수 없기 때문에 망형 구조를 형성하기가 어렵다. 반대로, 전기장의 세기가 지나치게 높을 경우 고분자 섬유가 액적에 정확하게 안착되지 않기 때문에 정상적인 형태를 갖는 망형 구조를 형성하기 어렵다. 따라서 방사 노즐과 전해질 사이에 인가되는 전기장의 세기는 5kV 내지 30kV로 인가하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 토출 속도 및 전기장으로 형성하면, 고분자 섬유의 직경은 수십 내지 수백 나노 크기일 수 있다.

이처럼, 전기 방사기를 이용하여 고분자 물질을 방사하면, 섬유 형태의 고분자 섬유가 액적 위에 액적의 형상을 따라서 적층되며, 고분자 섬유들이 불규칙적이면서 연속적으로 얽힌 망형 구조를 이룬다.

액적(45) 위에 적층되는 고분자 섬유는 세포 배양부(200)의 웰(22)을 형성하고, 액적 사이의 플레이트(600) 위에 적층되는 고분자 섬유는 세포 배양부의 연결부(24)를 형성한다.

액적 위에 고분자 섬유가 적층되어 웰(22)을 형성하므로, 액적의 형상 및 크기 등을 조절하면 원하는 형상 및 크기의 웰(22)을 가지는 세포 배양부(200)를 형성할 수 있다.

다음, 도 2에 도시한 바와 같이, 세포 배양부(200)를 지지하고 보호하도록 커버(300)를 부착하여 세포 배양용 용기를 완성한다.

이처럼, 본 발명에서는 전기 방사를 이용하여 망형 구조의 세포 배양면을 가지는 웰을 포함하는 세포 배양부를 형성하고, 커버를 부착함으로써 3차원 세포 배양면을 가지는 세포 배양용 용기를 용이하게 제작할 수 있다. 따라서 세포 배양 용기를 제작하기 위한 시간 및 비용을 줄일 수 있다.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따라서 형성한 세포 배양부의 사진이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 세포 배양부의 세포 배양면은 고분자 섬유가 얽혀 망형 배양면이 형성된 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

1. 세포를 점착하여 상기 세포를 증식 및 분화시키기 위한 세포 배양면을 포함하는 세포 배양용 용기에 있어서,
   상기 세포 배양용 용기는 망형 세포 배양면을 가지는 적어도 하나 이상의 웰을 포함하는 세포 배양부,
   상기 세포 배양부를 보호하는 커버
   를 포함하는 세포 배양용 용기.
2. 제1항에서,
   상기 망형 세포 배양면은 고분자 섬유로 이루어지는 세포 배양용 용기.
3. 제2항에서,
   상기 고분자 섬유의 직경은 수십 나노 내지 수백 나노인 세포 배양용 용기.
4. 제2항에서,
   상기 고분자 섬유는 얽혀 있는 세포 배양용 용기.
5. 제4항에서,
   상기 고분자 섬유는 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐리덴 플로라이드 (Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리스티렌(polystyrene)과 생체 고분자인 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 중 적어도 하나를 포함하는 세포 배양용 용기.
6. 제1항에서,
   상기 커버는 상기 망형 세포 배양면의 타측에 위치하는 세포 배양용 용기.
7. 제6항에서,
   상기 커버는 상기 웰과 이격되어 위치하는 세포 배양용 용기.
8. 제1항에서,
   상기 배양면은 만곡되어 있는 세포 배양용 용기.
9. 제8항에서,
   상기 커버는 상기 웰과 맞물리는 형상의 오목부를 가지는 세포 배양용 용기.
10. 제1항에서,
    상기 웰의 지름은 100 um 내지 25 mm인 세포 배양용 용기.
11. 전해질이 저장된 용기를 준비하는 단계,
    상기 용기 내에 적어도 하나 이상의 개구부를 가지는 플레이트를 배치하여 액적을 형성하는 단계,
    전기 방사로 상기 액적 위에 고분자 섬유를 방사하여 세포 배양면을 가지는 웰을 가지는 세포 배양부를 형성하는 단계,
    상기 액적과 반대측의 상기 세포 배양부에 상기 세포 배양부를 수용하는 커버를 배치하는 단계,
    상기 액적으로부터 상기 세포 배양부를 분리하는 단계
    를 포함하는 세포 배양용 용기의 제조 방법.
12. 제11항에서,
    상기 커버를 배치하는 단계에서,
    상기 커버는 상기 웰과 이격되어 배치하는 세포 배양용 용기의 제조 방법.
13. 제11항에서,
    상기 세포 배양부를 형성하는 단계에서,
    상기 전기 방사는 5kV 내지 30kV로 인가하는 세포 배양용 용기의 제조 방법.

Images