KR20190015342A - 웰플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판본체(12)와 이러한 판본체(12)의 상측부(13)에 적어도 하나의 요구(14)를 갖는 웰플레이트(11)에 관한 것이다. 적어도 하나의 요구(14)에 주연이 폐쇄형 주연벽(16)에 의하여 한정되는 상부개방형의 환상채널(15)이 형성된다. 주연벽(16)의 저면으로부터 상측변부(22)까지 주연벽(16)의 수평외주연이 감소한다. 주연벽(16)의 수평외주연내에서 그 상측변부(22)가 주연벽(16)의 상측변부에 이르기까지 적어도 두 고정요소(24)이 연결된다. 적어도 두 고정요소(24)가 상대측에 대하여 수평의 수평공간(28)을 가지고, 적어도 두 고정요소(24)중에서 적어도 하나가 판본체(12)상에서 수평방향으로 탄력적으로 지지된다.

Description

웰플레이트

본 발명은 판본체와 이러한 판본체의 상부면에 형성된 적어도 하나의 요구를 갖는 다공판의 형태인 웰플레이트(well plate)에 관한 것으로, 요구에 내주연이 주연벽으로 둘러싸여 있는 상부개방형의 환상 채널이 형성되어 있는 웰플레이트에 관한 것이다.

특히, 본 발명은, 예를 들어, 심장근육, 골격근 조직 및 연결조직과 같은 조직공학 인공조직으로 이루어진 환상체(環狀體)의 제조와 시험을 위한 다수의 요구를 갖는 웰플레이트에 관한 것으로, 여기에서 환상체란 각 조직이 폐쇄루프를 형성하나 이러한 루프가 특별한 기하학적 형상을 갖거나 원형이어야 하는 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다.

더욱이, 본 발명은 인공심장근육과 골격근조직의 환상체의 제조와 연구에 관련하여 이러한 웰플레이트의 용도에 관한 것이다.

그러나, 원칙적으로, 웰플레이트와 그 용도는, 예를 들어, 뉴런, 간세포, 또는 전기 또는 자기유동고분자와 같은 다른 물질과 같은 결합조직 또는 기관세포로 이루어진 환상체의 제조 및 검사에 이용될 수 있다.

"웰플레이트"라는 용어는 본 명세서 및 청구범위를 통하여 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 따라서, 원칙적으로, 이러한 웰플레이트는 적어도 하나의 요구를 갖는 배양접시를 포함하는바, 여기에서 적어도 하나의 요구라 함은 다공형 접시의 적어도 하나의 요구에 대하여 본문에 정의된 구조를 갖는 것이라 할 것이다.

환상 채널이 소수성 물질의 중앙 실린더의 삽입으로 형성되고 실린더의 외주연에 의하여 그 내주연의 경계가 한정되는 요구를 갖는 배양접시가 특허문헌 DE 100 03 521로부터 알려져 있다. 하이드로겔과 심근세포의 특수 현탁액이 환상 채널내에 배치되었을 때, 인공심근조직이 실린더를 둘러싸는 환상체의 형태를 형성한다.

특허문헌 WO 2007/054286 A1에 따르면, 이러한 환상체는 실린더로부터 분리되어 상대측에 대하여 벌어지는 방향으로 탄력적으로 지지된 스트레처(stretcher)로 불리는 두개의 평행한 고정핑거(holding fingers)상에 배치된다. 이들 스트레처에서, 인공심장근육조직의 환상체는 양액(nutrient solution)내에서 배양되고 자동적으로 전형적인 심박수로 주기적인 수축을 시작한다.

인공골격근조직은 하이드로겔 및 골격근세포의 특수 현탁액을 채운 수직형 중앙 실린더를 갖는 공지된 배양접시에서 생성될 수 있다. 이러한 결과로 얻은 인공골격근조직의 환상체는 성숙을 위하여 스트레처의 양액내에 놓여야 한다. 이는 율동성 수축운동을 보이지 않아 전기적인 자극을 주어야 한다.

수직형 중앙 실린더를 갖는 공지의 배양접시에서, 또한 인공결합조직이 하이드로겔 및 결합조직세포의 특수 현탁액을 채워 생성될 수 있다. 그 결과로 얻는 인공결합조직의 환상체가 성숙을 위하여 스트레처의 양액내에 놓여야 한다. 율동성 수축운동을 할 수 없으나 조직장력에 따라서 스트레처 토닉(stretcher tonic)은 강화한다.

배양접시의 요구에서 중앙 실린더로부터 인공조직 환상체의 반응은 어렵고 자동화도 쉽지 않다. 인공조직으로 이루어진 환상체의 광범위한 연구는 의미가 없다.

특허문헌 WO 2014/154704 A1에는 인공심근조직의 수축특성을 측정하기 위한 장치가 기술되어 있다. 이러한 측정을 위하여 물에 현탁된 하이드로겔 및 심장근육세포의 현탁액이 배양접시에 주입된다. 상대측으로부터 멀어지는 방향으로 만곡된 하측단부가 실질적으로 수직으로 정렬된 고정핑거에 의하여 침지된다. 현탁액으로부터 심장근육세포가 내포된 중합하이드로겔이 고정핑거의 자유단부를 상대측에 연결하는 뼈모양의 구조체를 형성하도록 적당한 조건하에서 침착된다. 이러한 장치를 이용하여, 구조체가 웰플레이트의 요구로부터 분리되어 다른 웰플레이트의 요구에 담긴 양액으로 옮겨진다. 이러한 구조체의 수축운동은 장치의 베이스에 착설된 고정핑거를 통하여 압전변환기에 의하여 검출된다. 이러한 장치와 그 용도는 복잡하고 실패하기 쉽기 때문에 다른 경계조건하에서 다수의 조직구조체의 광범위한 조사에 유용하지 않다.

압전변환기가 없는 장치로써 특허문헌 WO 2014/154704 A1으로부터 알려진 것과 유사한 장치는 이미 A. Hansen 등의 저술 "Development of a screening platform based on engineered heart tissue, Circ Res 107: 35-44, 2010"로부터 알려져 있다. 여기에서, 고정핑거는 장치의 베이스에 탄력적으로 지지되고, 고정핑거를 연결하는 뼈모양 구조체의 수축운동은 카메라를 이용하여 고정핑거의 운동을 광학적으로 관찰함으로써 검출된다. 특히, 고정핑거의 대향된 수직면의 피치변화가 관측된다. 이전에 수평단면이 구조체의 요구된 형상으로 조정된 웰플레이트의 다수의 홀(hole)에서, 동시에 구조체가 한쌍의 고정핑거의 하측단부 사이에서 형성되고 양액으로 채워진 다른 웰플레이트의 홀에 옮겨진다.

특허문헌 WO 2015/061907 A1로부터 각각 인공근육조직의 스트랜드를 하나씩 생성하는 다수의 홀을 갖는 웰플레이트가 알려져 있다. 웰플레이트의 각 요구에서, 웰플레이트의 판동체에 고정된 골격요소가 배열되고 이들은 각 스트랜드내에 매입될 수 있게 되어 있다. 스트랜드의 수축시에, 이에 매입된 골격요소가 이동한다. 스트랜드의 수축은 골격요소에 배치된 한쌍의 전극에 의하여 자극된다. 이러한 웰플레이트에서, 스트랜드의 수축시 치료물질 및 독소와 같은 다양한 물질의 효과가 조사될 것이다. 이러한 웰플레이트에서, 매입된 골격구조는 조직 스트랜드의 특성에 영향을 준다.

본 발명은 다량의 인공심장근육, 골격근 및 다른 조직 유형에 대한 광범위한 연구가 많은 노력없이 병행되고 자동화되어 수행될 수 있는 웰플레이트 및 그 사용방법을 제공하는것에 목적이 있다.

본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 웰플레이트 및 특허청구범위 제24항의 특징을 갖는 웰플레이트를 사용하는 방법에 의해 달성된다. 웰플레이트의 바람직한 실시예 및 본 발명에 따른 용도는 종속항에서 정의된다.

판본체를 가지고 판본체의 상부에 적어도 하나의 요구를 갖는 본 발명에 따른 웰플레이트에서, 적어도 하나의 요구에 상부개방형의 환상채널이 형성되고, 이 환상채널은 그 내주연이 폐쇄주연벽에 의하여 둘러싸이며, 주연벽의 수평외주연이 저면으로부터 주연벽의 상측변부에 의르는 상부까지 연장되며주연벽의 수평외주연내에서 그 상측변부에서 주연벽이 상측변부에 이르는 적어도 두개의 고정요소를 폐쇄한다. 이와 같은 경우에 있어서, 적어도 두개의 고정요소가 상대측으로부터 자유수평공간을 가지고, 적어도 두개의 고정요소 중에서 적어도 하나가 판본체에서 수평방향으로 탄력적으로 지지된다.

환상채널이라는 용어는 특별한 형상, 특히 원형 형상의 채널일 필요는 없고 폐쇄주연벽이 그 내주연에서 이를 한정하는 것임을 이해하여야 한다. 더욱이 이러한 용어는 연속형 채널 또는 자립형 채널을 포함한다. 환상채널의 단면은 그 내주연 전체에 걸쳐 일정할 수 있다. 이는 의무사항이 아니다.

본 발명에 따른 웰플레이트의 적어도 하나의 벽에 형성된 환상채널에서, 섬유아세포와 같은 결합조직세포와 심근세포와 같은 다른 세포의 하이드로겔을 가질 수 있는 현탁액이 주연벽으로 주입되어 환상체를 형성하고, 이러한 환상체는 상향이동하면서 환상체이 외주연이 자동적으로 상향하여 감소한다. 환상체의 이러한 상향이동속도는 환상체가 주위벽에 접하여 나타나는 환상체의 장력, 벽의 수평외주연의 전개, 환상채널의 저면 상부의 높이와, 환상체와 주위벽 사이의 정지마찰에 따라 달라진다. 환상체의 상향이동은 환상체가 벽의 상부를 통과하여 벽의 상부에 이를 때까지 계속된다. 여기에서 적어도 두개의 고정요소가 환상체를 집어 올린다. 이들 중 적어도 하나가 판본체에서 수평방향으로 탄력적으로 지지되고, 이들이 상대측에 대하여 탄력적으로 지지되며 환상체를 위한 스트레처의 기능을 수행한다. 본 발명에 따른 웰플레이트를 이용함으로써 벽으로부터 환상체에 인접한 주연벽을 형성하는 환상채널의 내주연에서 환상채널내에 형성된 것을 분리하여야 하고 스트레처의 방향을 바꾸어야 할 필요성이 없게 된다. 차라리 이러한 전달과정은 주연벽의 상향경사진 수평외주연에 의하여 환상체의 수축과 함께 자동적으로 이루어진다. 이를 위하여, 주연벽의 수평외주연은 비록 좋다하더라도 꾸준히 또는 엄격히 단조롭게 상향하여 감소될 필요는 없다.

새로운 웰플레이트에서, 근본적으로 고정요소는 웰플레이트의 본체에 대하여 이동가능하게 지지될 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 요구에서 적어도 두 고정요소의 각각은 판본체에 지지된다. 따라서, 웰플레이트는 전체가 단순한 구조를 가질 수 있다. 또한 검사를 위하여 웰플레이트의 요구에서 생성된 환상체가 요구로부터 분리될 필요가 없으므로 이들의 용도는 단순화될 수 있다. 대신에, 주연벽의 상측변부상에서 고정요소의 동일한 요구내에서 각 환상체의 조사가 이루어질 수 있다.

(20) 따라서, 본 발명에 따른 웰플레이트의 실시예에서, 판본체에 탄력적으로 지지된 적어도 고정요소는 이러한 고정핑거의 일부분이다. 고정핑거에 의하여, 각 고정요소는 간단히 부드러운 탄성으로 지지된다. 이는 각 고정핑거가 차례로 탄력적으로 변형될 때나 고정핑거가 실제로는 칫수상 안정하나 탄력적으로 착설될 때에 적용된다. 이들 경우에 있어서, 각 고정요소의 지지체의 유연도(柔軟度)는 고정요소와 판본체에 대한 연결부 사이에서 고정요소의 길이와 함께 증가한다.

판본체와 고정부재 사이의 어떠한 길이에 대한 각 고정요소의 간단한 연결을 실형하기 위하여, 고정핑거의 저면에서 판본체에 착성된 주연벽이 상부개방형의 블라인드 홀의 적어도 상측부를 둘러싼다. 그리고 블라인드 홀의 길이는 고정요소와 판본체에 대한 그 연결부 사이의 고정핑거의 길이와 같다. 이러한 블라이드 홀은 고정핑거의 출구의 상부에서 개방되고 요구의 일부이지만 환상채널의 일부는 아니다.

예를 들어, 각 고정핑거는 블라인드 홀의 저면에 화학적으로 점착된다. 그러나, 이는 블라인드 홀의 저면에서 고정핑거의 즉시 성형 또는 문제의 점착을 요구한다.

본 발명에 따른 웰플레이트의 한 실시에에서, 고정핑거는 블라인드 홀의 저면에 강제삽입으로 착설된 저면판과 일체로 구성된다. 이를 위하여, 블라인드 홀은 하측으로 경사지고, 저면판은 탄성물질의 약간 여유부분으로 구성되고 블라인드 홀에 강제삽입된다. 블라인드 홀의 저면에 저면판을 강제고정하고 블라인드 홀에 도달하는 큰 표면장력을 갖는 물질의 유리한 조합을 위하여 액체가 사용되는 것이 좋다. 고정요소의 요구된 탄력적인 지지가 이루어지는 한, 고정핑거를 위한 저면판 또는 다른 취부동체의 블라인드 홀은 환전히 충전되어야 한다.

이미 언급한 바와 같이, 각 고정핑거는 유연한 탄성을 가질 수 있다. 이는 부가적으로 유연한 탄성물질로 만들어진 상기 언급된 저면판과 일체로 형성되고 또한 판본체에 탄력적으로 착설되는 것을 배제하지 않는다. 또한 고정핑거의 물질 자체가 유연성의 탄성을 가지지 않고 각 고정핑거의 굽힘탄성을 갖도록 하기 위하여 저면판 만이 유연성의 탄성물질로 구성될 수 있다.

적어도 두개의 고정요소의 탄성지지체에서 상대측에 영향을 주는 모든 탄성력은 두 개의 고정핑거의 자유 단부의 상대적인 수평편향에 대한 두 개의 고정핑거상의 적어도 두 개의 고정 요소 사이의 1 mN의 수평 방향 힘, 또는 무부하 고정 핑거의 나머지 거리의 1 ~ 50%, 예를 들어, 인공심근조직의 환상체의 생산 및 조사를 위한 웰플레이트의 경우, 10 ~ 30% 정도가 되게 조정될 수 있다. 동시에 또는 대안으로, 두 고정핑거의 적어도 두 고정요소 사이의 1 mN의 수평력은 20 ~ 1000 ㎛ 또는 50 ~ 500 ㎛ 범위에서 두 고정핑거의 자유단부의 상대적인 수평편향을 초래할 수 있다. 상기 편향은 상기 범위에서 어떤 값도 취하지 않지만, 힘에 따라 증가하고 고정핑거의 탄성 및 1 mN의 수평력에서 이들의 연결에 의해 규정되는 값을 가정하는 것으로 이해된다.

이러한 목적을 위하여 요구된 고정핑거의 탄성력은 직경이 0.5 ~ 3 mm, 특히 0.75 ~ 2 mm 이고 길이가 블라인드 홀의 저면으로부터 5 ~ 10 mm 또는 전체 길이가 10 ~20 mm 인 고정핑거에 의하여 얻을 수 있다. 고정핑거의 전체 길이는 이에 형성된 고정요소의 영역에서 고정핑거의 상대적인 편향이 고정요소를 넘어 상향돌출된 선단지시부 영역 t 만큼 증가될 수 있는 한 중요하지 않다. 예를 들어, 고정요소의 간격을 y ㎛만큼 변화시키는 x mN의 힘은 선단지시부 영역의 자유상단부로부터 2y ㎛ 만큼 변화시킴으로써 선단지시부 영역의 자유상단부 사이를 용이하게 편향시킬 수 있다. 또한, 고정요소는 그 전체 길이와 방향 때문에 양액이 충전된 요구로부터 돌출되어 시각적으로 용이하게 검출될 수 있다.

탄성의 고정핑거를 형성하는 물질로서는 0.5 ~ 50 MPa, 특히, 1 ~ 10 MPa, 즉, 약 5 MPa의 탄성계수를 갖는 물질이 사용될 수 있다. 다시 말하자면, 상기 범위는 허용오차 범위가 아니지만, 상기 물질은 그 범위 내에서 가능한 한 일정한 탄성계수를 갖는다.

각 고정핑거에 이로부터 자유단부가 돌출되어 있다하여도, 이는 판본체의 상부 아래에서 끝나는 것이 좋다. 이는 예를 들어 본 발명에 따른 웰플레이트를 적층하거나 본 발명에 따른 웰플레이트를 다룰 때 지주핑거에 대한 손상의 위험을 감소시킨다.

각 고정핑거는 판본체 물질과 시각적으로 대조를 이루는 것으로 형성되는 것이 좋다. 예를 들어, 이는 판본체가 백색 또는 다른 밝은 투명 물질로 형성되는 반면에 각 고정핑거는 검은 색 또는 어둡거나 불투명한 물질로 구성됨을 의미한다. 그리고 통상적으로 고정핑거는 요구내에 주입된 양액과도 잘 대조를 이룬다. 또한 부가적으로 고정핑거는 판본체와 대조를 이루는 형광물질로 형성되어 이러한 형광물질에 여기광을 조사하였을 때 광학적으로 대조를 이룰 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 웰플레이트의 한 실시예에서, 두 개의 고정요소가 고정핑거에 형성되고, 이들 각각은 고정요소측으로 연장된 적어도 하나의 전기적으로 전도성인 전도부를 가지며, 적어도 두 고정핑거의 전도부는 판본체의 저면으로부터 전기적으로 접촉한다. 이러한 전기적 접촉성을 이용하여, 고정요소에 대하여 안치된 환상체는 전기적으로 여기되거나 자극될 수 있다. 이는 심근 또는 골격근 조직과 같은 인공 근육조직의 환상체 또는 인공 신경조직의 환상체뿐만 아니라 전기유변물질의 환상체에도 적용된다.

본 발명에 따른 웰플레이트의 다른 실시예에서, 고정요소중 하나는 전기적으로 전동성으로 전극을 형성하기 위하여 조직과 접촉하는 적어도 하나의 접점을 갖는다. 이러한 고정요소는 필요한 것은 아니지만 적어도 하나의 고정요소가 판본체상에 전기적으로 접촉하여 지지될 수 있다. 상대 전극은 요구의 다른 곳에 제공되어 이에 충전된 양액 매체와 접촉한다. 고정요소에 제공된 전극과 상대 전극은 요구의 외부로부터 전기적으로 접촉될 수 있다.

각 고정요소를 형성하기 위하여, 각 고정핑거는 주연부에 의하여 경계를 이루는 주연벽에 인접하는 수평요입부 또는 이 보다 약간 상부에 놓이는 돌출부를 가질 수 있다. 각 이러한 요입부 또는 돌출부로부터 각 환상체는 주연벽으로부터 떨어져 있는 위치에 놓인다. 그러나, 기하학적으로 한정된 고정요소의 형성을 위한 이러한 요입부나 돌출부는 절대적으로 필요한 것은 아니라는 것이 밝혀졌다. 각 환상체는 주연벽으로부터 분리된 후 고정핑거가 상측으로 원활하게 통과하더라도 주연벽의 상측변부 바로 위의 각 고정핑거 상의 위치에 고정된다.

특히 주연벽의 수평외주연은 두 개의 평행한 직선부와 두 직선부의 단부를 연결하는 두 개의 반원형 만곡부로 구성된다. 이는 환상체가 직선부에 평행하게 놓이도록 하여 환상체가 주연벽의 상측변부의 상부의 수평외주연의 반원형 반곡부에 따라 배치되어야 하는 두 고정요소 사이에 걸칠 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 웰플레이트의 이러한 실시예에서, 직선부의 거리와 반원형 만곡부의 반경은 하부로부터 상부로 갈수록 감소하여 벽이 수직에 대하여 경사각도를 갖는다. 이러한 경사각도는 15°~ 65°사이, 특히 35°~ 55°사이, 즉, 약 45°일 수 있다. 이러한 경사각도는 주위벽의 전체 외부연에서 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 직선부의 영역에서 경사각도는 형성되는 환상체의 장력 때문에 반원형 만곡부의 영역 보다 크며, 벽의 경사에 의하여 상측으로 향하는 힘이 더 커질 수 있다.

환상채널은 그 외주연이 적어도 한 영역에서 수직에 대하여 외측으로 15°~ 65°, 특히 35°~ 55°, 즉, 약 45°의 경사각도를 갖는 주연벽에 의하여 경계를 이룬다. 따라서, 환상채널로 향하는 유입면은 현탁액의 완만한 유동이 이루어지도록 한다.

환상채널의 체적은 50 ~ 150 ㎕, 특히, 100 ~ 250 ㎕ 이다. 환상채널의 이러한 크기는 내주연이 6 ~20 mm 인 환상체의 형성에 적합하다.

적어도 두 고정요소의 수평공간의 방향으로 전기장에 의한 환상체 물질의 전기적인 자극을 위하여, 적어도 하나의 요구의 외주연에 두 개의 전극 자유공간이 형성된다. 여기에서, 전극은 상부로부터 요구측으로 삽입될 수 있는 것인바, 이는 전형적으로 그 자체가 웰플레이트의 일부분이 아니다. 자기장에 의한 환상체 물질의 자극을 위하여, 전체 웰플레이트가 하나의 환상코일상에 배치되거나 두개의 환상코일 사이에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 웰플레이트에서 환상채널의 기저부와 주연벽의 상측변부는 수평방향으로 연장되고, 적어도 하나의 요구는 판본체의 상부에서 그 개방부를 제외하고 폐쇄되어 있다.

본 발명에 따른 웰플레이트가 인공조직의 제조와 검사에 사용되어야 하는 경우, 적어도 하나의 요구는 생체적합물질로 완전히 피복되어야 하며, 이를 위하여 웰플레이트의 본체와 이에 부착된 고정핑거가 전체적으로 생체적합물질로 구성될 수 있다. 생물학적 물질의 환상체가 형성되지 않는 경우에도, 내주연에서 환상채널을 둘러싸고 있는 주연벽은 소수성 물질로 구성되는 것이 좋다. 더욱이, 이러한 물질은 표면이 매끄러워야 한다. 즉, 이러한 물질은 표면거칠기가 낮은 것이 좋다. 이는 주위의 벽과 환상체 사이의 정지마찰을 감소시킨다.

다수의 환상체의 제조와 광범위한 연구를 위하여, 본 발명에 따른 웰플레이트는 서로 직교하는 두 수평방향에 다수의 요구를 갖출 수 있다.

본 발명에 따른 웰플레이트의 용도에 있어서, 결합조직세포 또는 다른 세포의 현탁액이 환상채널내에 배치된다. 이 요구에는 주연벽의 상측변부의 상부까지, 좋기로는 고정요소의 상부까지 양액이 채워진다. 조직이 성숙하면 그 장력이 증가하고 주연벽이 고정요소에 의하여 고정될 때까지 상승한다. 그리고 예를 들어 전기자극으로 심근조직에서는 자연적으로 이루어지고 골격근조직에서도 유발될 수 있는 환상체의 수축이 적어도 하나의 탄력적으로 지지된 고정요소 또는 각 고정요소의 자유단부 또는 이에 인접하여 카메라가 구비된 선단지시부 영역의 움직임에 의하여 검출된다.

현탁액은 특히 하이드로겔 및 근육세포, 특히 심근 또는 골격근 세포의 수성 현탁액 일 수 있다.

다른 세포는 또한 간세포 또는 뉴런, 즉, 신경세포일 수 있다.

요구에 양액을 채우는 것은 양액을 첨가하였을 때 하이드로겔 성분의 플러싱을 피하기 위하여 선택된 사전에 결정된 대기시간 이후에 수행된다.

요구는 고정요소를 통하여 양액으로 채워질 수 있으며, 고정핑거의 상측 자유단부는 카메라로 고정핑거의 상측 장단부의 움직임을 용이하게 검출할 수 있도록 양액 밖으로 돌출되어 있다. 원칙적으로, 양액은 카메라로 관측되는 자유단부를 덮을 수 있다.

인공골격근조직의 전기자극과 인공심근조직 또는 전기유변물질의 전기자극을 위하여, 고정핑거의 전도부 사이 또는 전극 사이에 예를 들어 단일전압펄스의 형태 또는 단극성 또는 양극성 구형파 형태로 가변진폭의 전압이 본 발명에 따른 웰플레이트의 전극자유공간에 인가되는 반면에, 각 고정핑거의 상측 자유단부의 움직임이 카메라로 검출된다. 구체적으로, 검출된 움직임은 현탁액의 조성 및/또는 전압의 주파수와 진폭 및/또는 양액 및/또는 양액 첨가물의 조성과 온도와 관련이 있다. 예를 들어, 상이한 약리학적 또는 독성학적 활성물질이 양액에 첨가될 수 있으며, 그리고 어떤 활성물질 또는 활성물질의 농도가 체크될 수 있고, 정량화 가능한 효과, 예를 들어, 휨에 대한 수축성, 자발적인 비트주파수, 접지전압, 수축 또는 이완 속도를 인식할 수 있다.

인공조직의 전기적인 자극은 또한 예를 들어 조직의 성숙을 촉진하거나 구체적으로 영향을 미칠 수 있도록 하기 위하여 카메라의 관찰없이 수행될 수 있다.

만약 요구에 주입된 양액이 착색되어 있다면, 각 고정핑거와 컬러를 매칭시켜 각 고정핑거가 이러한 양액과 시각적으로 대조될 수 있도록 하는 것이 좋다. 예를 들어, 양액은 pH 지시약으로 착색될 수 있다. 고정핑거에 대한 양액의 컬러 매칭은 양액이 어떠한 컬러로 착색되어 있는 경우 각 고정핑거는 이에 대조적인 컬러로 착색될 수 있음을 의미한다.

본 발명의 유리한 개선점이 청구범위, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다. 설명에서 언급된 특징 및 여러 특징들의 조합의 장점은 단지 예시적인 것이며, 본 발명에 따른 실시예에 의해 반드시 달성되는 장점없이 대안적으로 또는 누적적으로 효과적일 수 있다. 이로써 첨부된 청구범위의 주제를 변경함이 없이 원 출원의 서류 및 특허의 개시내용에 대하여 도면에 예시된 구조와 여러 구성요소에 대한 상대적인 치수 및 상대적인 배열 및 작동연결 등이 적용된다. 본 발명의 여러 실시예의 구성 또는 청구범위의 구성의 조합이 청구범위에서의 선택된 관계로부터 벗어남이 없이 가능하다. 또한 여러 도면에 도시하고 상세한 설명에서 설명한 특징에도 적용한다. 이들 특징은 다른 청구항의 특징과 조합될 수 있다. 마찬가지로, 청구범위에서, 본 발명의 추가 실시예에 대한 특징들이 생략될 수 있다.

청구범위 및 상세한 설명에서 설명에 언급된 특징은 이들의 수에 관하여 "적어도"라는 용어를 명시적으로 사용하지 않고도 정확히 이러한 수 또는 이러한 수 보다 큰 수를 나타냄을 이해하여야 한다. 예를 들어, 어떠한 요소에 대하여 언급할 때, 정확히 하나의 요소, 두 개의 요소 또는 더 많은 요소가 있다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 특징들은 다른 특징으로 보완되거나 문제의 제품을 구성하는 유일한 특성일 수 있다.

청구범위에 포함된 도면부호는 청구범위에 의하여 보호되는 대상의 범위를 제한하지 않으며 청구항을 이해하기 쉽게 하기 위한 것이다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명된다.

본 발명은 다량의 인공심장근육, 골격근 및 다른 조직 유형에 대한 광범위한 연구가 많은 노력없이 병행되고 자동화되어 수행될 수 있는 웰플레이트 및 그 사용방법을 제공한다.

도 1은 상부에 다수의 요구가 형성되어 있는 본 발명에 따른 웰플레이트의 평면도.
도 2는 도 1에서 보인 웰플레이트의 하나의 요구를 보인 사시도.
도 3은 도 2의 요구를 통한 장축방향 단면도.
도 4는 도 2의 요구의 단축방향 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 웰플레이트의 용도에서 도 2의 요구의 실시예를 설명하는 단면도.
도 6은 본 발명의 방법에 따른 블록도.

도 1에서 보인 웰플레이트(11)는 판본체(12)를 가지며, 이는 웰플레이트(11)의 평면상 상측부(13)를 형성한다. 이러한 상측부(13)에는 다수의 요구(14)가 형성되어 있는바, 이들 각각은 직사각형의 형태이다. 이들 요구(14)는 8개의 열 A-H와 6개의 컬럼 1-6으로 배열되어 있다. 각 요구(14)의 저면에는 환상채널(15)이 형성되어 있으며, 이는 내주연이 주연벽(16)으로 경계를 이룬다. 환상채널(15)의 외주연은 외벽(18)에 의하여 부분적으로 경계를 이루고 있으며 장측부에서 요구를 한정하는 종방향 벽(17)과 단측부에서 요구(14)를 한정하는 횡방향 벽(19)에 의하여 주연방향이 구획된다. 주연벽(16)내에서 각 요구(14)에는 블라인드 홀(20)이 형성되어 있으며 이로부터 두 개의 고정핑거(21)가 상측으로 돌출되어 있다. 주연벽의 수평외주연과, 각 요구(14)의 저면에서 환상채널(15)은 두 개의 상호 평행한 직선부(26)와 이들 직선부(26)의 단부를 연결하는 반원형 원호(27)로 구성된다. 블라인드 홀(20)은 각 요구(14)에서 수평의 종방향으로 연장되고 반원형 원호에 이르기까지 직선부 상에서 연장되어 있다. 고정핑거(21)는 기다란 블라인드 홀(20)의 양 단부에서 수평공간(28)을 두고 수직으로 배치되어 있다.

도 2는 웰플레이트(11)의 요구(14) 중에서 하나는 사시도로 보인 것으로, 이러한 요구(14)의 내부를 보이기 위하여 그 종방향 벽(17)의 일부를 제거하였다. 그 결과로서, 도면에서는 고정요소(24)를 형성하기 위하여 주연벽의 상측변부(22)의 상부에서 고정핑거(21)에 형성된 요입홈(23)을 볼 수 있다. 더욱이, 요구(14)의 단측부에서 벽(19)의 전방으로 고정요소(24)의 높이에서 자유공간(25)이 형성되어 있다. 도 2는 주연벽(16)의 수평외주연이 하측으로부터 상측으로 갈수록 감소하고 고정요소(24)가 주연벽(16)의 상측변부(22)와 인접하여 이들이 고정핑거(21)의 자유공간(28)에 이르기까지 연속하여 상향된다. 자유공간에 부가하여 환상채널(15)의 외벽(18)이 외측으로 경사져 상승되어 있어 유입면(29)이 형성되고 이를 통하여 환상채널(15)이 제어된 상태에서 채워질 수 있다.

도 3의 장축방향 단면도와 도 4의 단축방향 단면도에서, 여기에서는 수직선(31)에 대한 주연벽(16)의 경사각도(30)를 보이고 있는바, 이 경우에서 경사각도는 45°이지만 이 보다 작거나 클 수 있다. 수직선(31)에 대한 외벽(18)의 경사각도(32)도 45°이지만 이 보다 작거나 클 수 있다. 고정핑거(21)는 탄성의 물질(35)로 만들어진 이러한 고정핑거(21)와 일체로 형성된 저면판(34)을 통하여 부착된다. 저면판(34)은 블라인드 홀(20)내에 강제삽입된다. 잘 어울리는 표면장력은 블라인드 홀(20)의 기저부(33)에 대하여 저면판(34)이 충분히 고정될 수 있도록 하여 요구(14)내에서 고정핑거(21)의 기본적인 제한된 방향의 배치가 이루어질 수 있도록 한다. 고정핑거(21)는 몰드로부터 용이하게 분리될 수 있도록 상측으로 향하여 약간 경사질 수 있다. 따라서, 몰드로부터 판본체(12)의 분리를 용이하게 하기 위하여 블라인드 홀(20)의 내부에서 요구(14)의 단면은 모든 부위에서 상측으로 향하여 약간 넓어지게 구성된다. 고정핑거(21)는 이에 형성된 고정요소(24)의 상측으로 돌출되어 있으나, 판본체(12)의 상측부(13) 아래에서 끝나는 선단지시부 영역(36)이 돌출되어 있다.

도 5는 요구(14)의 구성을 보이고 있으며, 도 6은 본 발명에 따른 웰플레이트(11)의 발명에 따른 용도를 성명하고 있다. 제1 단계(37)에서, 환상채널(15)에 예를 들어 수용액내의 하이드로겔 및 심근세포와 같은 현탁액(38)이 채워진다. 단계(41)에서, 하이드로겔은 전형적으로 30분 내지 수 시간의 대기시간내에 심근세포로 응고된다. 그리고, 요구(14)는 단계(47)에서 레벨(43)까지 양액(42)으로 채워진다. 양액(42)내에서 24~72 시간내에 인공심근조직(40)의 환상체(39)가 형성된다. 이러한 환상체(39)는 수축되면서 주연벽(16)을 따라 상측으로 이동한다. 양액의 레벨(43)은 환상체(39)가 주연벽(16)의 상측변부(22)를 넘어 고정핑거(21)의 고정요소(24)에 접하였을 때 양액내에 완전히 잠긴 상태가 되도록 선택된다. 고정핑거(21)의 고정요소(24)는 그 상단부에 수평의 돌출부(51)를 갖는다. 이들은 고정핑거(21)에 의하여 탄력적으로 지지되어 환상체(39)가 확장될 수 있도록 하는 스트레처(stretcher)로서 작용한다. 환상체(39)의 형성에 있어서, 이러한 인공심근조직의 환상체(39)는 자동적으로 주기적인 수축을 시작한다. 이들 수축의 빈도는 예를 들어, 전압펄스의 형태, 또는 단극 또는 양극의 구형파 전압의 형태로 가변진폭의 전압으로 환상체(39)에 대하여 외부 전기장 또는 직접적인 전기자극을 가하는 단계(39)에서 사전에 결정될 수 있다. 예를 들어, 인곡골격근조직 또는 그밖에 전기유변체 물질로부터 형성될 때, 수축은 실제로 전기장 또는 직접인가되는 전압에 의하여 이루어진다.

어느 경우든지, 수축은 단계(48)에서 카메라(45)를 이용하여 자유단부(44)를 관찰함으로써 검출될 수 있는바, 카메라는 그 초점면(46)이 자유단부(44)를 정밀하게 이미지화하는 위치에 배치된다. 이로써, 카메라를 이용하여 시간대에 따라 점점 커지는 자유공간(28)의 변화가 정량적으로 기록된다. 카메라(45)를 이용하여 자유단부(44)의 움직임을 관측하기 좋은 광학적 조건은 양액(42)의 레벨(43)이 고정핑거(21)의 선단지시부 영역(36)의 자유단부(44) 아래에 놓이는 것이다. 양액(42)의 밖으로 돌출되는 자유단부(44)는 이들이 양액(42)으로 덮여 있는 경우 보다 카메라의 이미지에서 높은 대조를 보이도록 하는바, 이는 근본적으로 본 발명에 따른 웰플레이트(11)를 이용할 때 가능한 것이다.

도 6은 카메라(45)로 고정핑거(21)를 관찰하는 단계(48)에 병행하여 전압을 인가하는 단계(49)가 수행되는 것을 설명하고 있다. 요구(14)에 양액(42)을 주입하는 단계(47)에서 또는 그 이후에, 양액(42)에 활성물질이 첨가되는 선택적인 단계(50)가 수행될 수 있다. 이와 같은 단계(50)는 단계(48), 그리고 단계(49)가 선택되었을 때 이러한 단계(49) 중에 또는 이들 단계 이전에 수행될 수 있다. 인공심근조직에 대한 이러한 활성물질의 효과는 예를 들어 고정핑거(21)의 수평공간(28)의 동적인 변화로써 측정되는 수축성의 변화량으로 시험될 수 있다.

도 5에서, 두 고정핑거(21)는 저면판에 의하여 서로 연결되어 있지 않고 개별적으로 블라인드 홀(20)의 기저부(33)에 접착될 수 있다. 이는 예를 들어 웰플레이트가 3D 프린터로 프린팅될 때 수행되거나 또는 웰플레이트에 고정핑거를 접착제 접착이나 일체로 형성하는 것에 의하여 수행될 수 있다.

A~H: 열, 1~6: 컬럼, 11: 웰플레이트, 12: 판본체, 13; 상측부, 14: 요구, 15: 환상채널, 16: 주연벽, 17: 종방향 벽, 18: 외벽, 19: 횡방향 벽, 20: 블라인드 홀, 21: 고정핑거, 22: 상측변부, 23: 요입홈, 24: 고정요소, 25: 자유공간, 26: 직선부, 27: 반원형 원호, 28: 자유거리, 29: 유입면, 30: 경사각도, 31: 수직선, 32: 경사각도, 33: 기저부, 34: 저면판, 35: 탄성물질, 36: 선단지시부 영역, 37: 단계, 38: 현탁액, 39: 환상체, 40: 인공심근조직, 41: 단계, 42; 양액, 43: 레벨, 44: 자유단부, 45: 카메라, 46: 초점면, 47, 48, 49, 50: 단계, 51: 돌출부.

Claims (29)

1. 판본체(12)와 이러한 판본체(12)의 상측부(13)에 적어도 하나의 요구(14)를 가지고, 적어도 하나의 요구(14)에 주연이 폐쇄형 주연벽(16)에 의하여 한정되는 상부개방형의 환상채널(15)이 형성된 웰플레이트(11)에 있어서,
   주연벽(16)의 저면으로부터 상측변부(22)까지 주연벽(16)의 수평외주연이 감소하고,
   주연벽(16)의 수평외주연내에서 그 상측변부(22)가 주연벽(16)의 상측변부에 이르기까지 적어도 두 고정요소(24)를 연결하며,
   적어도 두 고정요소(24)가 상대측에 대하여 수평의 수평공간(28)을 가지고,
   적어도 두 고정요소(24)중에서 적어도 하나가 판본체(12)상에서 수평방향으로 탄력적으로 지지됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
2. 제1항에 있어서, 적어도 두 고정요소(24)의 각각이 판본체(12)의 적어도 하나의 요구(14)내에 지지됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
3. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정요소(24) 또는 각 고정요소(24)가 수직선(31)을 따라 연장된 고정핑거(21)의 일부분임을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
4. 제3항에 있어서, 주연벽(16)이 상부가 개방된 블라인드 홀(20)을 둘러싸고 있으며, 블라인드 홀의 저면(33)에서 각 고정핑거(21)가 판본체(12)상에 착설됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
5. 제4항에 있어서, 각 고정핑거(21)가 블라인드 홀(20)의 기저부(33)에 착설된 저면판(34)과 일체로 형성됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
6. 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정핑거(21)가 유연한 탄성을 가짐을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
7. 제3항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 고정요소(24)가 두 공정핑거(21)에 탄력적으로 지지되어 적어도 두 고정요소(24) 사이의 1 mN의 수평방향의 힘이 두 고정요소(24)의 자유단부(44)의 상대적인 수평편향의 범위가 20 ~ 1000 ㎛ 또는 50 ~ 500 ㎛ 범위 또는 고정핑거(21)의 나머지 거리의 1 ~ 50% 또는 10 ~ 30%임을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
8. 제3항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정핑거(21)의 직경이 0.5 ~ 3.0 mm 또는 0.75 ~ 2.0 mm이고 블라인드 홀(20)의 기저부(33)로부터 고정핑거(21)에 형성된 고정요소(24)까지 고정핑거(21)의 길이가 5 ~ 10 mm이며 자유단부(44)까지의 전체 길이는 10 ~20 mm임을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
9. 제3항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 각 고정핑거(21)가 고정요소(24)로부터 상측으로 연장된 선단지시부 영역(36)을 가짐을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
10. 제3항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정핑거(21)의 물질(35)이 0.5 ~ 50 MPa, 특히, 1 ~ 10 MPa 범위의 탄성계수를 가짐을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
11. 제3항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정핑거(21)의 상단부가 판본체(12)의 상측부(13)의 아래에서 배치됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
12. 제3항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정핑거(21)가 판본체(12)와는 가시적으로 대조적이거나 형광의 물질(35)로 구성됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
13. 제3항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 개의 고정요소(24)가 두 고정핑거에 형성되고 이들 각각은 고정요소 측으로 연장된 적어도 하나의 전도성 영역을 가지며, 적어도 두 개의 고정핑거의 전도성 부분이 판본체(12)의 저면으로부터 전기적으로 접촉됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
14. 제3항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정핑거(21)가 고정요소(24)의 영역에서 수평의 요입홈(23, 51)을 가짐을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
15. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 주연벽(16)의 수평외주연이 두 개의 직선부(26)와 이들 두 개의 직선부(26)의 단부를 연결하는 두 개의 반원형 원호(27)로 구성됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
16. 제15항에 있어서, 직선부(26)의 거리와 반원형 원호(27)의 반경이 저면으로부터 상부로 갈수록 감소됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
17. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 수직선(31)에 대한 주연벽(16)의 경사각도(30)가 15°~ 65°또는 35°~ 55°임을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
18. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 환상채널(15)의 외주연이 벽(17, 18)에 의하여 둘러싸여 있고 이들 벽은 적어도 부분적으로 외측이 수직선(31)에 대하여 15°~ 65°또는 35°~ 55°범위의 경사각도(32)를 가짐을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
19. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 환상채널(15)의 체적이 50 ~ 1500 ㎕ 또는 100 ~ 250 ㎕ 임을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
20. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 개의 고정요소(24)의 수평공간(28)의 방향으로, 두 개의 전극 자유공간(25)이 적어도 하나의 요구(14)의 외주연에 형성됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
21. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 환상채널(15)의 저면과 주연벽(16)의 상측변부(22)가 수평이고 적어도 하나의 요구가 판본체(12) 상측의 개방부를 제외하고 폐쇄되어 있음을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
22. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 요구(14)가 생체적합물질로 완전히 피복되고 주연벽(16)은 표면이 매끄럽고 소수성물질로 구성됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
23. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 다수의 요구(14)가 웰플레이트(11)의 두 수평방향으로 서로 인접하여 배치됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11).
24. 전기 청구항들 중의 어느 한 항에 따른 웰플레이트(11)의 용도에 있어서, 결합조직세포 및 다른 세포의 현탁액(38)이 환상채널(15)에 주입되고, 요구(14)가 고정요소(24)를 통하여 양액(42)으로 채워지며, 적어도 하나의 고정요소(24) 또는 각 고정요소(24)의 상측 자유단부(44) 또는 이에 인접한 선단지시부 영역(36)의 움직임이 카메라(45)로 검출됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11)의 용도.
25. 제24항에 있어서, 선단지시부(36)의 상측 자유단부(44)가 양액(42)의 밖으로 돌출됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11)의 용도.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 다른 세포가 근세포, 심근세포 또는 골격근세포로부터 선택됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11)의 용도.
27. 제24항 내지 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 현탁액이 하이드로겔을 더 포함함을 특징으로 하는 웰플레이트(11)의 용도.
28. 제24항 내지 제27항 중의 어느 한 항에 있어서, 고정요소(24)의 전극사이 및/또는 양액(42)에 가변진폭의 전압이 인가됨을 특징으로 하는 웰플레이트(11)의 용도.
29. 제24항 내지 제28항 중의 어느 한 항에 있어서, 양액(42)이 고정핑거(21)와 컬러를 매칭시켜각 고정핑거(21)가 양액(42)과 시각적으로 대조되도록 함을 특징으로 하는 웰플레이트(11)의 용도.

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