KR20170110940A - Device for cell culture and cell culture comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세포배양장치 및 이를 포함하는 세포배양시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정수압을 인가하면서 세포 배양하는 과정을 공초점 현미경등을 이용하여 실시간으로 세포이미지 촬영이 가능한 세포배양장치 및 이를 포함하는 세포배양시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture apparatus and a cell culture system including the same, and more particularly, to a cell culture apparatus capable of capturing cell images in real time using a confocal microscope or the like To a cell culture system.
Description
본 발명은 세포배양장치 및 이를 포함하는 세포배양시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정수압을 인가하면서 세포 배양하는 과정을 공초점 현미경등을 이용하여 실시간으로 세포이미지 촬영이 가능한 세포배양장치 및 이를 포함하는 세포배양시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a cell culture apparatus and a cell culture system including the same, and more particularly, to a cell culture apparatus capable of capturing cell images in real time using a confocal microscope or the like To a cell culture system.
기존의 일반 광학현미경은 조직 표면과 직각으로 이미지를 얻는다. 또한 조직에 반사되거나 투과된 빛을 이용해 이미지를 얻게 되므로 영상의 질이 떨어지는 한계를 가지고 있었다. Conventional optical microscopes obtain images at right angles to the tissue surface. In addition, since the image is obtained using light reflected or transmitted through the tissue, the quality of the image is limited.
1955년 하버드의대에 근무하고 있던 Minsky는 이러한 기존 광학 현미경의 문제점을 해결할 수 있는 조직의 표면과 평행하게 영상을 얻을 수 있는 새로운 현미경인 공초점 현미경(Confocal Microscope) 기술을 개발하였다. 공초점 현미경(Confocal Microscope)은 태양광 또는 할로겐 램프를 광원으로 이용하는 일반적인 광학 현미경과 달리 레이저를 광원으로 사용하는 현미경이다. 1 ㎛ 정도의 크기로 조정된 레이저 빔(laser beam)을 3차원으로 스캐닝(scanning)하면서 각 지점에서 반사되는 빛이나 형광 빛을 감지도가 뛰어난 광센서를 이용하여 계측한다. 계측된 아날로그 정보는 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 3차원 영상으로 만들어진다. 공초점 형광 현미경(Confocal fluorescence microscopy)은 핀홀 등을 이용하여 현미경 렌즈의 초점 평면 이외에서 나오는 백그라운드 신호를 제거함으로써 기존의 형광 현미경에 비해 보다 향상된 이미지를 얻을 수 있는 기술이다. Minsky, who was at Harvard Medical School in 1955, developed Confocal Microscope technology, a new microscope that can acquire images parallel to the surface of tissue that can solve the problems of these conventional optical microscopes. Confocal Microscope (Confocal Microscope) is a microscope that uses a laser as a light source, unlike a general optical microscope that uses a sunlight or a halogen lamp as a light source. A laser beam adjusted to a size of about 1 탆 is scanned in three dimensions, and light or fluorescence light reflected at each point is measured using an optical sensor having high sensitivity. The measured analog information is made into a three-dimensional image using computer software. Confocal fluorescence microscopy is a technique to obtain a better image than a conventional fluorescence microscope by removing background signals coming out of the focal plane of the microscope lens using a pinhole or the like.
이런 점 때문에 생물학 연구에 공초점 형광 현미경 기술이 많이 응용되고 있다. 더욱이 최근에는 형광물질의 종류도 다양하게 개발되고 있고 이를 이용하여 동시에 여러 가지 물질이나 구조물의 상호 작용을 연구하는 새로운 기술도 속속 개발되어 공초점 현미경의 활용 범위는 더욱 넓어지고 있다. 처음에는 세포 구조를 연구할 목적으로 개발되었지만, 최근 반도체 부품 및 재료의 3차원 미세 구조를 관측하는 데도 많이 이용되고 있다. 현재 Zeiss, Olympus, Nikon과 같은 주요 현미경 제조업체에서 상용화된 공초점 현미경을 제조하여 판매하고 있다.Because of this, confocal fluorescence microscopy techniques are applied to biology research. Furthermore, recently, various types of fluorescent materials have been developed and new techniques for studying the interaction of various materials or structures at the same time have been continuously developed, and thus the range of application of the confocal microscope has been widening. Initially developed for the purpose of studying cell structure, it has recently been used to observe the three-dimensional microstructure of semiconductor components and materials. Currently, it manufactures and sells commercially available confocal microscopes from major microscope manufacturers such as Zeiss, Olympus, and Nikon.
조직 재생 분야에서는, 이상적인 조직대용물을 얻기 위해 최적의 세포담체 특성, 다양한 성장인자의 방출 제어 및 고효율 바이오리액터 디자인에 대한 광범위한 연구가 이루어져 왔다. 특히 세포의 자극이 다양한 생리자극 효과(세포 증식, 세포 분화, 사이토카인 방출, 세포외기질(ECM) 단백질 합성)를 야기할 수 있기 때문에, 최근 바이오리액터 시스템에서 다양한 세포활성과 물리적(기계 및 전기) 자극 사이의 관계에 대한 몇몇 연구가 이루어졌다.In the field of tissue regeneration, extensive studies have been conducted on optimal cell carrier characteristics, controlled release of various growth factors, and high-efficiency bioreactor design to obtain an ideal tissue substitute. In particular, since stimulation of cells can cause a variety of physiological stimulatory effects (cell proliferation, differentiation, cytokine release, and extracellular matrix (ECM) protein synthesis) ) Stimuli were studied.
이러한 자극 중, 기계적 자극은 뼈와 연골 재생에 널리 응용되고 있다. physiologic periodic strain 조건 하에서, 재생된 골 조직의 기계적 특성은 기계적 자극을 받지 않은 골 조직에 비해 크게 향상되는데, 이는 뼈의 주요 유기성분인 골-특이 매트릭스 단백질 및 콜라겐의 합성이 기계적 자극에 의해 향상되었기 때문이다. 또한, 기계적 자극은 조골세포의 증식과 방향성(orientation), 유전자 활성, 세포활성의 다른 특징에도 영향을 미칠 수 있는데, 이러한 현상은 전단 응력(shear stress)이 성장인자 신호전달경로의 활성, 세포골격-인테그린 상호작용, 스트레스 섬유(stress fibers)의 형성과 이들의 초점 접착역(focal adhesion) 포인트 부착을 일으킬 수 있다는 메커니즘 면에서 명확히 설명되어졌다. 더욱이, 피부 섬유아세포(dermal fibroblast)에서 기계적 자극의 효과는 Brown et al.,(R. A. Brown, R. Prajapati, D. A. McGrouther, I. V. Yannas and M. Eastwood, J. Cell. Physiol., 1998, 175, 323.)에 의해 잘 보고되었으며, 여기서 콜라겐에 포집된(embedded) 세포는 배향된 형태 및 주기적인 장력 자극을 갖는 매우 활성화된 유전자 발현을 나타낸다는 것을 기재하고 있다. Among these stimuli, mechanical stimulation is widely applied to bone and cartilage regeneration. Under physiologic periodic strain conditions, the mechanical properties of regenerated bone tissue are greatly enhanced compared to unstimulated bone tissue, which suggests that the synthesis of bone-specific matrix proteins and collagen, the major organic constituents of bone, Because. Mechanical stimulation can also affect the proliferation and orientation of osteoblasts, gene activity, and other characteristics of cellular activity. This phenomenon can be explained by the fact that shear stress is related to the activity of the growth factor signaling pathway, -Integrin interaction, the formation of stress fibers and their ability to cause focal adhesion point attachment. Moreover, the effects of mechanical stimulation in dermal fibroblasts are described in Brown et al., (RA Brown, R. Prajapati, DA McGrouther, IV Yannas and M. Eastwood, J. Cell Physiol. ), Where cells implanted in collagen exhibit highly activated gene expression with oriented morphology and periodic tension stimulation.
본 발명은 기계적 자극을 인가하면서 세포 배양을 실시하면서 실시간으로 세포 이미지 측정이 가능한 새로운 구조의 세포 배양 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a cell culture apparatus with a new structure capable of measuring cell images in real time while performing cell culture while applying mechanical stimulation.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 The present invention has been made to solve the above problems
세포 수용부를 포함하는 챔버; A chamber comprising a cell receiving portion;
상기 챔버 내부의 상기 세포 수용부 주변에 형성되고, 상기 세포 수용부 내의 온도 조절을 위한 매체가 순환하는 매체순환부; 및A medium circulation part formed around the cell accommodation part inside the chamber and circulating the medium for temperature control in the cell accommodation part; And
상기 세포 수용부 내에 압력을 인가하기 위한 정수압 입력부; A hydrostatic pressure input unit for applying pressure to the cell accommodating unit;
를 포함하는 세포 배양 장치를 공급한다. And a cell culture apparatus comprising the same.
본 발명에 의한 세포 배양 장치에 있어서, 상기 세포 수용부는 세포 배양 플레이트가 안착되는 것을 특징으로 한다. In the cell culture apparatus according to the present invention, the cell containing section is characterized in that the cell culture plate is seated.
본 발명에 의한 세포 배양 장치에 있어서, 상기 매체순환부는 매체저장부 및 순환유도펌프와 연결되는 것을 특징으로 한다. In the cell culture apparatus according to the present invention, the media circulation unit is connected to the medium storage unit and the circulation induction pump.
본 발명에 의한 세포 배양 장치에 있어서, 상기 정수압 입력부는 상기 세포 배양 장치 외부로부터 상기 세포 수용부와 연결되는 채널을 포함하고, 상기 채널은 압력 인가 장치와 연결되는 것을 특징으로 한다. In the cell culture apparatus according to the present invention, the hydrostatic pressure input section includes a channel connected to the cell accommodation section from the outside of the cell culture apparatus, and the channel is connected to the pressure application apparatus.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 세포 배양 장치, 상기 본 발명에 의한 세포 배양 장치의 매체 순환부와 연결되는 매체 저장부; 온도 조절부; 및 순환펌프; 및 상기 세포 배양 장치의 정수압 입력부와 연결되는 압력 인가 장치;를 포함하는 세포 배양 시스템을 제공한다. The present invention also relates to a cell culture apparatus according to the present invention, a media storage unit connected to a media circulation unit of the cell culture apparatus according to the present invention; A temperature control unit; And a circulation pump; And a pressure application device connected to the hydrostatic pressure input part of the cell culture device.
본 발명에 의한 세포 배양 장치는 이미지 촬영 동안에도 세포 배양 조건을 유지할 수 있으며, 정수압을 인가하면서 세포 배양이 가능하여 정수압 인가에 따른 세포 변화를 계속적으로 실시간으로 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 배양후 공초점 현미경을 이용한 이미지 촬영을 위해 별도로 세포를 옮기는 공정이 필요하지 않게 된다. The cell culture apparatus according to the present invention can maintain the cell culture conditions even during image capturing and can cultivate the cells while applying hydrostatic pressure so that it is possible not only to continuously observe cell changes according to hydrostatic pressure in real time, It is not necessary to separately carry out a cell migration process for imaging using a focusing microscope.
도 1에 본 발명에 의한 세포 배양 장치를 도시하였다.
도 2에 본 발명에 의한 세포 배양 장치에서 매체순환부 내에서의 매체순환을 나타내었다.
도 3에 본 발명에 의한 세포 배양 장치에서 정수압 입력부를 통한 세포 수용부에 정수압을 인가하는 상태를 나타내었다.
도 4에 본 발명에 의한 세포 배양 장치에 수용되는 세포 수용부의 일 예를 나타내었다.
도 5 에 본 발명에 의한 세포 배양 장치를 포함하는 세포 배양 시스템을 나타내었다.
도 6 및 도 7 에 본 발명에 의한 세포 배양 장치를 포함하는 세포 배양 시스템을 confocal 현미경에 적용한 상태를 나타내었다.1 shows a cell culture apparatus according to the present invention.
FIG. 2 shows the media circulation in the media circulation unit in the cell culture apparatus according to the present invention.
FIG. 3 shows a state in which hydrostatic pressure is applied to the cell receiving part through the hydrostatic pressure input part in the cell culture apparatus according to the present invention.
FIG. 4 shows an example of a cell receiving part accommodated in the cell culture apparatus according to the present invention.
FIG. 5 shows a cell culture system including the cell culture apparatus according to the present invention.
FIG. 6 and FIG. 7 show a state where the cell culture system including the cell culture apparatus according to the present invention is applied to a confocal microscope.
이하에서는 본 발명을 도면에 의하여 상세히 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
도 1 내지 도 4에 본 발명에 의한 세포 배양 장치를 도시하고, 도 5 에 본 발명에 의한 세포 배양 장치를 포함하는 세포 배양 시스템을 도시하였다.FIGS. 1 to 4 show a cell culture apparatus according to the present invention, and FIG. 5 shows a cell culture system including a cell culture apparatus according to the present invention.
도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 세포 배양 장치는 1, the cell culture apparatus according to the present invention comprises:
세포 수용부를 포함하는 챔버(100); A chamber (100) comprising a cell receiving portion;
상기 챔버 내부의 상기 세포 수용부 주변에 형성되고, 상기 세포 수용부 내의 온도 조절을 위한 매체가 순환하는 매체순환부(303, 304); 및A media circulation unit (303, 304) formed around the cell accommodating unit inside the chamber and through which a medium for temperature control within the cell accommodating unit circulates; And
상기 세포 수용부 내에 압력을 인가하기 위한 정수압 입력부(203, 204); A hydrostatic pressure input unit (203, 204) for applying a pressure to the cell accommodating unit;
를 포함하는 공초점 현미경용 세포 배양 장치를 공급한다. To a cell culture apparatus for confocal microscopy.
본 발명에 의한 세포 배양 장치는 도 1 및 도 1의 매체순환부에서의 매체 순환 상태를 나타내는 도 2 에서 보는 바와 같이 상기 챔버 주변부에 형성되는 매체순환로(300); 상기 매체순환로로 온도 유지를 위한 매체를 공급하는 매체 공급부 및 매체 유출부(301, 302);를 포함하고, 도 5 에서 보는 바와 같이 상기 매체 공급부 및 매체 유출부는 각각 매체가 일정 온도로 유지되는 매체저장부 및 순환 펌프와 연결됨으로써, 상기 세포 수용부 주변으로 일정 온도를 유지하는 매체를 계속적으로 공급하여 상기 세포 수용부(100)에 수용된 세포의 온도를 일정 온도로 계속 유지하는 것이 가능하게 된다. The cell culture apparatus according to the present invention includes a media circulation path 300 formed in the periphery of the chamber as shown in FIG. 2, which shows the media circulation state in the media circulation unit of FIGS. 1 and 1; 5, the media supply unit and the media outlet unit may include a medium supply unit and a media outlet unit, respectively, for supplying a medium for maintaining the temperature to the medium circulation path, It is possible to continuously maintain the temperature of the cells accommodated in the
본 발명에 의한 세포 배양 장치에 있어서, 상기 매체순환로는 상기 세포 수용부로의 열전달을 용이하게 하기 위하여 스테인레스 스틸 등의 재료로 제작되는 것이 바람직하다. In the cell culture apparatus according to the present invention, it is preferable that the medium circulation path is made of a material such as stainless steel in order to facilitate the heat transfer to the cell accommodating portion.
본 발명에 의한 세포 배양 장치는 도 1 및 도 1의 정수압 인가부를 통한 압력 인가 상태를 나타내는 도 3 에서 보는 바와 같이, 세포 배양 장치 외부로부터 세포수용부와 연결되는 채널을 포함하고, 도 5 에서 보는 바와 같이 상기 채널은 외부의 압력 인가 장치와 연결되어 세포 배양부 내의 세포에 압력을 인가하는 것이 가능하다. As shown in FIG. 3, the cell culture apparatus according to the present invention includes a channel connected to the cell accommodation unit from the outside of the cell culture apparatus, as shown in FIG. 3 showing the pressure application state through the hydrostatic pressure application unit of FIG. 1 and FIG. The channel is connected to an external pressure applying device to apply pressure to the cells in the cell culture section.
도 4에 본 발명에 의한 세포 배양 장치에 사용 가능한 세포 수용부(100)의 일 예로 공초점 현미경용 세포 플레이트 및 이를 실제 공초점 현미경에 적용한 상태를 도 6 및 도 7 에 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이 공초점 현미경용 세포 배양 장치에 사용 가능한 세포 수용부(100)는 기존에 공초점 현미경용 세포 배양 플레이트를 사용하는 것이 가능하며, 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 세포 배양 시스템을 공초점 현미경의 플레이트에 설치함으로써 세포를 배양하면서 세포 내에 정수압을 입력하고, 이에 따른 세포의 상태를 공초점 현미경(400)으로 측정하는 것이 가능하다.FIG. 4 shows a cell plate for a confocal microscope and an actual confocal microscope as an example of the
Claims (5)
상기 챔버 내부의 상기 세포 수용부 주변에 형성되고, 상기 세포 수용부 내의 온도 조절을 위한 매체가 순환하는 매체순환부; 및
상기 세포 수용부 내에 압력을 인가하기 위한 정수압 입력부;
를 포함하는 세포 배양 장치
A chamber comprising a cell receiving portion;
A medium circulation part formed around the cell accommodation part inside the chamber and circulating the medium for temperature control in the cell accommodation part; And
A hydrostatic pressure input unit for applying pressure to the cell accommodating unit;
Lt; RTI ID = 0.0 >
상기 세포 수용부는 세포 배양 플레이트가 안착되는 것인 세포 배양 장치
The method according to claim 1,
Wherein the cell receiving section is a cell culture apparatus in which a cell culture plate is seated,
상기 매체순환부는 매체저장부 및 순환유도펌프와 연결되는 것인 세포 배양 장치
The method according to claim 1,
Wherein the medium circulation unit is connected to a medium storage unit and a circulation induction pump.
상기 정수압 입력부는 상기 세포 배양 장치 외부로부터 상기 세포 수용부와 연결되는 채널을 포함하고,
상기 채널은 압력 인가 장치와 연결되는 것인 세포 배양 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrostatic pressure input section includes a channel connected to the cell accommodating section from the outside of the cell culture apparatus,
Wherein the channel is connected to a pressure application device.
상기 세포 배양 장치의 매체 순환부와 연결되는 매체 저장부; 온도 조절부; 및 순환펌프; 및
상기 세포 배양 장치의 정수압 입력부와 연결되는 압력 인가 장치;를 포함하는
세포 배양 시스템
A cell culture apparatus according to claim 1;
A media storage unit connected to the media circulation unit of the cell culture apparatus; A temperature control unit; And a circulation pump; And
And a pressure application device connected to the hydrostatic pressure input part of the cell culture device
Cell culture system
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