KR20200061036A - Apparatus for manufacturing 3D tumor model - Google Patents
Apparatus for manufacturing 3D tumor model Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200061036A KR20200061036A KR1020180146361A KR20180146361A KR20200061036A KR 20200061036 A KR20200061036 A KR 20200061036A KR 1020180146361 A KR1020180146361 A KR 1020180146361A KR 20180146361 A KR20180146361 A KR 20180146361A KR 20200061036 A KR20200061036 A KR 20200061036A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tumor model
- flow path
- phase solution
- cell
- path portion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/08—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/02—Form or structure of the vessel
- C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
- C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
- C12N5/0602—Vertebrate cells
- C12N5/0693—Tumour cells; Cancer cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N2513/00—3D culture
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Oncology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 3차원 종양모델 제조 장치에 관한 것으로, 특히, 3차원 종양의 대량 제조 및 균일한 크기 조절을 위한 3차원 종양모델 제조 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus, in particular, to a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus for mass production and uniform size control of a three-dimensional tumor.
신약 대상 물질에 대한 약물 효용성을 판별하기 위하여 세포 모델을 이용하는 것이 일반적이며, 특히 3차원 형태의 세포의 경우 신약 대상 물질의 전달을 방해하는 요소로 작용하여 체내의 종양과 유사한 약물의 효용성을 검증할 수 있는 장점을 가진다. It is common to use a cell model to determine drug efficacy for a drug substance, and in the case of 3D cells, it acts as a factor that interferes with the delivery of the drug substance, so that the efficacy of drugs similar to tumors in the body can be verified. It has the advantage of being able to.
그러나 일반적인 세포는 2차원의 형태로 자라나는 특성을 가지고, 이렇게 자라난 2차원 형태의 세포는 상기 3차원 형태의 세포와는 물리적, 생물학적 특징이 달라, 신약 대상 물질에 대한 약물 효용성을 효과적으로 검증하기 어려운 문제가 있다. However, a typical cell has a property of growing in a two-dimensional form, and the two-dimensional cell thus grown has different physical and biological characteristics from the cell of the three-dimensional form, making it difficult to effectively verify drug efficacy for a drug substance. there is a problem.
이에 따라, 3차원 형태의 세포를 배양하는 기술이 개발되고 있으며, 현재까지 많이 사용되는 방법으로는 현적배양법(hanging drop), 마이크로 몰딩법(micromolding) 등이 있다. 한편, 이러한 현적배양용 제품으로 SpheroFilm(iN CYTO社), Perfecta3D(3D Biomatrix社) 등이 시판되고 있으나, 361well(SpheroFilm), 96 또는 384well(Perfecta3D) 등의 한정된 개수를 수작업을 통하여 제조하는 방식이므로 3차원 종양모델을 제조하기에는 한계가 있다. Accordingly, a technique for culturing a cell in a three-dimensional form has been developed, and methods that are widely used to date include a hanging drop method and a micromolding method. On the other hand, SpheroFilm (iN CYTO), Perfecta3D (3D Biomatrix), etc. are commercially available as these cultivation products. There is a limit to producing a 3D tumor model.
따라서 이러한 3차원 종양모델 제조에 있어서의 낮은 생산성 문제를 해결하여 보다 효과적으로 3차원 종양모델을 제조하기 위한 기술이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need for a technique for manufacturing a 3D tumor model more effectively by solving the low productivity problem in manufacturing the 3D tumor model.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 액적을 이용하여 3차원 종양모델의 제조수율을 향상시킬 수 있는 동시에 3차원 종양모델의 크기를 균일하게 조절할 수 있는 는 3차원 종양모델 제조 장치를 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, one embodiment of the present invention can improve the production yield of the three-dimensional tumor model using droplets while simultaneously controlling the size of the three-dimensional tumor model. It is intended to provide an apparatus for manufacturing a dimensional tumor model.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 유상용액(oil phase solution)이 유입되는 제1유입부; 제조하고자 하는 3차원 종양모델과 관련된 세포를 포함하는 수상용액(oil phase solution)이 유입되는 제2유입부; 상기 유상용액이 분리되어 유동되며, 일단에서 상기 유상용액이 서로 반대방향으로 유동되는 분기 유로부; 상기 수상용액이 유동되며, 상기 분기 유로부와 교차하게 배치되는 수액 유로부; 상기 분기 유로부 및 상기 수액 유로부의 교차지점으로부터 상기 수액 유로부의 반대측으로 연장 형성되며, 상기 수상용액과 상기 유상용액의 혼합에 의해 상기 세포를 포함하는 세포 액적이 형성되는 연장 유로부; 상기 세포 액적이 유동되는 액적 유로부; 및 상기 세포 액적이 외측으로 유출되는 유출부를 포함하며, 상기 세포를 포함하는 세포 액적은 소정 시간 배양 후에 상기 세포가 응집되어 3차원 종양모델로 형성되고, 최종 획득되는 3차원 종양모델의 크기가 목표하는 크기를 가질 수 있도록 상기 수상용액 및 상기 유상용액의 유속 및 상기 수상용액에 포함되는 세포의 농도가 제어되는 3차원 종양모델 제조 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention for solving the above problems, the oil inlet solution (oil phase solution) is introduced into the first inlet; A second inflow part into which an oil phase solution containing cells related to a 3D tumor model to be manufactured is introduced; A branch flow path part in which the oil phase solution is separated and flows, and at one end, the oil phase solution flows in opposite directions; A fluid flow passage portion through which the aqueous solution flows and intersects the branch flow path portion; An extended flow path portion extending from an intersection point of the branch flow path portion and the fluid flow path portion to an opposite side of the liquid flow path portion, wherein cell droplets containing the cells are formed by mixing the aqueous solution and the oil solution; A droplet flow path portion through which the cell droplet flows; And an outlet through which the cell droplets are discharged to the outside, and the cell droplets containing the cells are aggregated to form a three-dimensional tumor model after culturing for a predetermined time, and the size of the finally obtained three-dimensional tumor model is targeted. A three-dimensional tumor model manufacturing apparatus is provided in which the flow rate of the aqueous phase solution and the oil phase solution and the concentration of cells contained in the aqueous phase solution are controlled so as to have a size.
일 실시예에서, 상기 3차원 종양모델 제조 장치는 상기 유상용액을 상기 제1유입부로 공급하는 제1실린지 펌프; 상기 수상용액을 상기 제2유입부로 공급하는 제2실린지 펌프; 및 상기 유상용액 및 상기 수상용액의 유속을 조절하도록 상기 제1실린지 펌프 및 상기 제2실린지 펌프를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the apparatus for manufacturing a 3D tumor model includes a first syringe pump that supplies the oily solution to the first inlet; A second syringe pump supplying the aqueous solution to the second inlet; And it may further include a control unit for controlling the first syringe pump and the second syringe pump to adjust the flow rate of the oil phase solution and the water phase solution.
일 실시예에서, 상기 유상용액의 유속은 120~300㎕/min 이고, 상기 수상용액의 유속은 40~100㎕/min 이며, 상기 유상용액과 상기 유상용액의 유속비는 1:3일 수 있다. In one embodiment, the flow rate of the oil phase solution is 120 ~ 300μl/min, the flow rate of the water phase solution is 40 ~ 100μl/min, and the flow rate ratio of the oil phase solution and the oil phase solution may be 1:3. .
일 실시예에서, 상기 수상용액에 포함되는 세포의 농도는 1.47×106 ~ 29.4×106 개/㎖일 수 있다. In one embodiment, the concentration of cells contained in the aqueous solution may be 1.47 × 10 6 ~ 29.4 × 10 6 pieces / ml.
일 실시예에서, 상기 세포 액적은 그 직경이 50㎛ 이상 450㎛ 이하일 수 있다. In one embodiment, the cell droplet may have a diameter of 50 μm or more and 450 μm or less.
일 실시예에서, 상기 3차원 종양모델은 그 직경이 50-150㎛일 수 있다. In one embodiment, the 3D tumor model may have a diameter of 50-150㎛.
일 실시예에서, 상기 연장 유로부의 폭은 상기 분기 유로부, 상기 수액 유로부, 상기 액적 유로부의 폭보다 작을 수 있다. In one embodiment, the width of the extended flow path portion may be smaller than the width of the branch flow path portion, the fluid flow path portion, and the droplet flow path portion.
일 실시예에서, 상기 액적 유로부는 그 폭이 상기 연장 유로부로부터 곡선형상으로 확장될 수 있다.In one embodiment, the width of the droplet flow path portion may extend in a curved shape from the extension flow path portion.
일 실시예에서, 상기 세포는 암세포일 수 있다. In one embodiment, the cells may be cancer cells.
일 실시예에서, 상기 세포 액적은 24시간 배양되어 상기 3차원 종양모델이 형성될 수 있다.In one embodiment, the cell droplets can be cultured for 24 hours to form the 3D tumor model.
일 실시예에서, 상기 3차원 종양모델은 원심분리에 의해 상기 세포 액적의 외부로 배출될 수 있다.In one embodiment, the three-dimensional tumor model may be discharged to the outside of the cell droplets by centrifugation.
일 실시예에서, 상기 수상용액의 유속(X1; ㎕/min)에 따른 상기 세포 액적의 직경(Y1; ㎛)은 하기의 수학식으로 산출될 수 있다; In one embodiment, the diameter (Y1; μm) of the cell droplet according to the flow rate (X1; μl/min) of the aqueous solution may be calculated by the following equation;
Y1 = - 0.9695 × X1 + 471.61 (R2 = 0.9866).Y1 =-0.9695 × X1 + 471.61 (R 2 = 0.9866).
일 실시예에서, 상기 세포 농도(X2; 개/㎖)에 따른 상기 세포 액적 내의 세포의 개수(Y2)는 하기의 수학식으로 산출될 수 있다; In one embodiment, the number (Y2) of cells in the cell droplet according to the cell concentration (X2; dog/mL) may be calculated by the following equation;
Y2 = 3 × 10-5 × X2 - 16.687 (R2 = 0.9873).Y2 = 3 × 10 -5 × X2-16.687 (R 2 = 0.9873).
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치는 수상용액과 유상용액의 혼합에 의해 종양모델을 형성하기 위한 세포가 내부에 포함된 액적을 연속적으로 형성함으로써, 3차원 종양모델을 용이하게 제조하는 동시에 다량으로 제조할 수 있으므로 3차원 종양모델의 제조수율을 향상시킬 수 있다. The apparatus for manufacturing a 3D tumor model according to an embodiment of the present invention facilitates the 3D tumor model by continuously forming droplets in which cells for forming a tumor model are formed by mixing the aqueous solution and the oil solution. Since it can be produced in large quantities at the same time as manufacturing, it is possible to improve the production yield of the three-dimensional tumor model.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치는 수상용액과 유상용액의 유속 및 수상용액에 포함되는 세포의 농도를 조절함으로써 제조되는 세포 액적의 크기 및 세포의 응집에 의해 형성되는 다양한 크기의 3차원 종양모델을 균일하게 제조할 수 있다. In addition, the apparatus for manufacturing a 3D tumor model according to an embodiment of the present invention is formed by adjusting the flow rate of the aqueous solution and the oil solution, and the concentration of cells contained in the aqueous solution, and the size of the cell droplets and the aggregation of cells. Three-dimensional tumor models of various sizes can be produced uniformly.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 A 영역에서 액적이 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 1의 A 영역의 확대도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치의 블록도,
도 5는 수상용액 및 유상용액의 유속에 따른 액적 직경 및 수율의 관계를 나타낸 그래프,
도 6은 수상용액의 세포 농도에 따른 액적 내 세포수의 관계를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치에 의해 제조되는 세포액적을 촬영한 이미지,
도 8은 도 7의 세포액적을 배양하여 형성된 3차원 종양모델을 촬영한 이미지,
도 9는 수상용액의 세포 농도에 따른 3차원 종양모델의 직경의 관계를 나타낸 그래프,
도 10은 수상용액의 세포 농도에 따른 3차원 종양모델을 촬영한 이미지이다. 1 is a perspective view showing a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 schematically illustrates a process in which droplets are formed in region A of FIG. 1,
3 is an enlarged view of region A of FIG. 1,
Figure 4 is a block diagram of a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention,
Figure 5 is a graph showing the relationship between the droplet diameter and yield according to the flow rate of the aqueous solution and the oil solution,
Figure 6 is a graph showing the relationship between the number of cells in the droplet according to the cell concentration of the aqueous solution,
7 is an image of a cell droplet produced by a 3D tumor model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention,
8 is an image of a three-dimensional tumor model formed by culturing the cell droplets of FIG. 7,
Figure 9 is a graph showing the relationship between the diameter of the three-dimensional tumor model according to the cell concentration of the aqueous solution,
10 is an image of a three-dimensional tumor model according to the cell concentration of the aqueous solution.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. The present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are attached to the same or similar elements throughout the specification.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양 모델 제조 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 영역에서 액적이 형성되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 A 영역의 확대도이다. Hereinafter, an apparatus for manufacturing a 3D tumor model according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. 1 is a perspective view showing a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram schematically showing the process of droplet formation in the region A of Figure 1, Figure 3 is a diagram of Figure 1 This is an enlarged view of area A.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 종양 모델 제조 장치(10)는 액적 기반 마이크로 유체 시스템으로서, 몸체부(100), 제1유입부(110), 제1유로부(111), 제1분기 유로부(112), 제2분기 유로부(113), 제2유입부(120), 제2유로부(121), 제3유로부(131), 연장 유로부(132) 및 유출부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a 3D tumor
몸체부(100)는 3차원 종양 모델 제조 장치(10)의 몸체를 형성하며 투명한 재질을 포함하고, 전체적으로는 얇은 두께의 사각 칩(chip) 형상을 가질 수 있다.The
제1유입부(110)는 몸체부(100)의 일단에 형성되며, 몸체부(100)의 내부로 연결되는 개구부로 형성될 수 있다. 또한, 제1유입부(110)는 유상용액(200)이 유입될 수 있다. 여기서, 유상물질(200)은, 예를 들어, 3M 社의 Novec 7500 Engineered fluid 상에 5%의 농도로 Dolomite-microfludicis 社의 Pico Surf 2를 혼합한 것일 수 있다. The
제1유로부(111), 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)는 제1유입부(110)로부터 유입된 유상용액(200)이 유동될 수 있다. 여기서, 제1유로부(111)는 제1유입부(110)로부터 연장되며 지그재그형태로 형성될 수 있다.In the
제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)는 유상용액(200)이 분리되어 유동되는 분기 유로부이다. 즉, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)는 제1유로부(111)로부터 양측으로 분기되도록 배치될 수 있다. The first branch
여기서, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)는 대략 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 따라서 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)는 제1유입부(110)의 반대측에서 다시 통합될 수 있다. 즉, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)는 제2유로부(121) 및 제3유로부(131)과 연결될 수 있다. Here, the first branch
이때, 유상용액(200)은 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)를 따라 분기된 후 제1유입부(110)의 반대측 일단에서 서로 반대 방향으로 혼합되도록 유동될 수 있다.At this time, the
제2유입부(120)는 제1유입부(110)와 소정 거리 이격되게 배치되며, 제1유입부(110)와 유사하게 몸체부(100)의 내부로 연결되는 개구부로 형성될 수 있다. 여기서, 제2유입부(120)는 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)의 내측에 배치될 수 있다. 이러한 제2유입부(120)는 수상용액(300)이 인입될 수 있다. The
이때, 수상용액(300)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제조하고자 하는 3차원 종양모델과 관련된 세포를 포함할 수 있다. 여기서, 세포는 3차원 종양모델을 형성하기 위한 암세포일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 일례로, 수상용액(300)에 포함되는 세포는 종양과 비교 실험을 위한 정상세포일 수도 있다. At this time, the
여기서, 수상용액(300)은 암 세포주를 세포 배양액 상에 단일 세포 단위로 혼합한 것일 수 있다. 일례로, 배양한 유방암 세포주(MCF-7)를 세포 배양액(Dullecco Modified Eagle Medium, Fatal Bonine Serum, L-Glutamine, Penicillin-Streptomycin) 상에 단일 세포 단위로 혼합한 것일 수 있다. Here, the
제2유로부(121)는 수상용액(300)이 유동되는 수액 유로부로서, 일단은 제2유입부(120)에 연결되고, 타단은 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)와 연결될 수 있다.The second
이때, 제2유로부(121)는 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)와 수직으로 교차하게 배치될 수 있다.In this case, the second
제3유로부(131)은 세포 액적(400)이 유동되는 액적 유로부로서, 일단이 연장 유로부(132)와 연결되며, 타단은 유출부(130)에 연결될 수 있다. 이러한 제3유로부(131)은 제2유로부(121)의 폭(W1)보다 큰 폭으로 형성될 수 있다. The third
연장 유로부(132)는 일단이 제2유로부(121), 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)와 연결되며, 타단은 제3유로부(131)에 연결될 수 있다. 즉, 연장 유로부(132)는 분기 유로부(112, 113)와 수액 유로부(121)의 교차지점으로부터 수액 유로부(121)의 반대측으로 연장형성될 수 있다.The extended
이때, 제2유로부(121)와 연장 유로부(132)는 실질적으로 일직선 상에 배치되고, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)가 실질적으로 일직선 상에 배치될 수 있다. 또한, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)와 제2유로부(121) 및 연장 유로부(132)는 서로 수직인 방향으로 연결될 수 있다. 따라서 제1분기 유로부(112), 제2분기 유로부(113), 제2유로부(121) 및 연장 유로부(132)는 십자형 교차로 형태로 연결될 수 있다.At this time, the second
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수상용액(300)과 유상용액(200)의 혼합에 의해 세포(301)를 포함하는 세포 액적(400)이 형성될 수 있다. 2 and 3,
유출부(130)는 제3유로부(131)와 연결되어 세포 액적(400)이 외부로 유출될 수 있다. 여기서, 유출부(130)는 몸체부(100)의 내부로부터 외부로 개구된 개구부로 형성될 수 있다.The
여기서, 상기 유로부들(111, 112, 121, 131, 132)은 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethylsiloxane) 폴리머로 형성될 수 있다. 이때, 세포 액적(400)의 형성을 보다 용이하게 하기 위하여, 3차원 종양 모델 제조 장치(10)의 유로부들에 대하여 소수성 처리를 수행할 수 있다.Here, the
일례로, 3차원 종양 모델 제조 장치(10)의 유로부들에 대하여 유리 발수 코팅제인 Pittsburgh Glass Works 社의 아쿠아펠(Aquapel)을 이용하여 소수성 처리를 수행하며, 유로부들의 재료인 PDMS 폴리머와 세포의 비정상적인 접착을 방지하기 위하여 BSA(Bovine Serum Albumin)을 처리할 수 있다. For example, hydrophobic treatment is performed on the flow path portions of the 3D tumor
도 2에 도시된 바와 같이, 연장 유로부(132)의 폭(W3)은 제2유로부(121)의 폭(W1) 및 제1분기 유로부(112)와 제2분기 유로부(113)의 폭(W2)보다 작을 수 있다. 또한, 제3유로부(131)는 그 폭이 연장 유로부(132)로부터 곡선형상으로 확장되도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the width W3 of the extended
이에 의해, 수상용액(300)과 유상용액(200)이 교차하여 세포 액적(400)을 형성할 때, 제3유로부(131)로 유동하는 수상용액(300)의 흐름을 유상용액(200)에 의해 용이하게 끊음으로써 액적을 효과적으로 형성할 수 있다.Thereby, when the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치의 블록도이다. 4 is a block diagram of a 3D tumor model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양 모델 제조 장치(10)는 제어부(11), 제1실린지 펌프(12) 및 제2실린지 펌프(13)를 더 포함할 수 있다. The 3D tumor
제어부(11)는 유상용액(200) 및 수상용액(300)의 유속을 조절하도록 제1실린지 펌프(12) 및 제2실린지 펌프(13)의 펌프를 제어할 수 있다.The
제1실린지 펌프(12)는 유상용액(200)을 제1유입부(110)로 공급할 수 있다. 여기서, 제1실린지 펌프(12)는 튜브를 통하여 제1유입부(110) 및 유상용액(200)이 저장된 용기와 연결될 수 있다. 이러한 제1실린지 펌프(12)는 유상용액(200)의 절대 유속을 조절할 수 있다. The
제2실린지 펌프(13)는 수상용액(300)을 제2유입부(120)로 공급할 수 있다. 여기서, 제2실린지 펌프(13)는 튜브를 통하여 제2유입부(120) 및 수상용액(300)이 저장된 용기와 연결될 수 있다. 이러한 제2실린지 펌프(13)는 수상용액(300)의 절대 유속을 조절할 수 있다.The
상술한 바와 같은 3차원 종양 모델 제조 장치(10)에 세포(301)는 포함된 수상용액(300)과 유상용액(200)을 주입함으로써, 세포 액적(400)을 형성할 수 있다.
즉, 제1유입부(110)를 통하여 유상용액(200)이 주입되면, 유상용액(200)은 제1유로부(111)로 유동된 후, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)를 통하여 분기된다. That is, when the
이때, 제2유입부(120)를 통하여 세포(301)가 포함된 수상용액(300)이 주입되면, 수상용액(300)은 제2유로부(121)로 유동된다. At this time, when the
도 2에 도시된 바와 같이, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)를 통해 유동된 유상용액(200)은 제2유로부(121)를 통해 유동된 수상용액(300)과 혼합된다. As shown in FIG. 2, the
이때, 유상용액(200)은 수상용액(300)의 흐름과 수직한 방향으로 혼합되어 수상용액(300)의 흐름을 끊음으로써 세포 액적(400)이 형성될 수 있다. 형성된 세포 액적(400)은 제3유로부(131)를 통해 유출부(130)로 유동될 수 있다.At this time, the
이와 같이 생성된 세포 액적(400)은 24시간 배양될 수 있다. 여기서, 세포의 배양액은 세포 액적(400) 내에 포함될 수 있다. 일례로, 생성된 세포 액적(400)을 37.5℃, 5% CO2 농도 환경에서 24시간 배양할 수 있다. The
이때, 세포 액적(400) 내의 세포(301)는 응집되어 3차원 종양모델이 생성될 수 있다. 이후에, 원심분리에 의해 세포 액적(400)으로부터 3차원 종양모델을 분리할 수 있다.At this time, the
한편, 수상용액(300) 및 유상용액(200)의 유속 및 수상용액(300)에 포함되는 세포(301)의 농도를 변화시키면서, 세포 액적의 제조수율 및 세포 액적(400)과 3차원 종양모델의 크기를 실험을 통해 관찰하였다. On the other hand, while changing the flow rate of the
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 3차원 종양 모델 제조 장치(10)를 제작하였다. 여기서, 몸체부(100)의 두께(t)는 150㎛이고, 액적 접합 부분인 연장 유로부(132)의 폭(W3)은 300㎛이며, 제1유로부(111)의 폭(W1)은 600㎛, 제1분기 유로부(112) 및 제2분기 유로부(113)의 폭(W2)은 400㎛로 하였다. First, a 3D tumor
여기서 세포는 유방암 세포주(MCF-7)를 사용하였다. 이와 같은 세포를 10% v/v 태아 혈청, 100 U/㎖ 페니실린, 100㎍/㎖ 스트렙토 마이신 및 2 mM L-글루타민이 추가된 고급 DMEM/F12 기본 배지에서 배양하였다. 세포를 트립신(trypsin)-EDTA를 이용하여 분리하였다(모든 세포 시약은 Invitrogen 社(USA)에서 구입). The breast cancer cell line (MCF-7) was used as the cell. These cells were cultured in high-grade DMEM/F12 basal medium supplemented with 10% v/v fetal serum, 100 U/ml penicillin, 100 μg/ml streptomycin and 2 mM L-glutamine. Cells were separated using trypsin-EDTA (all cell reagents were purchased from Invitrogen Corporation (USA)).
또한, 3차원 종양모델의 최종 직경을 결정하기 위해 MCF-7의 5가지 농도(1×, 2.5×, 5×, 10×, 20× 106 개/㎖)를 사용하였다. 세포-캡슐화 마이크로-액적을 형성하기 위해, 세포 현탁액을 수상용액으로 사용하였다. 세포 현탁액은 세포 배양 배지 및 현탁 암세포를 함유하였다. In addition, five concentrations of MCF-7 (1×, 2.5×, 5×, 10×, and 20×10 6 /mL) were used to determine the final diameter of the 3D tumor model. To form cell-encapsulated micro-droplets, the cell suspension was used as aqueous solution. The cell suspension contained cell culture medium and suspended cancer cells.
이때, 안정하고 균일한 마이크로 액적을 형성하기 위해 5% 희석된 계면 활성제(Pico-Surf™, Dolomite Microfluidics, Royston, UK)를 불소화 오일(Novec™ 7500, 3M, Maplewood, MN, USA)에 사용하였다. 계면 활성제는 플루오로 카본 캐리어 오일을 포함하는 화학 용액이다. At this time, 5% diluted surfactant (Pico-Surf™, Dolomite Microfluidics, Royston, UK) was used in the fluorinated oil (Novec™ 7500, 3M, Maplewood, MN, USA) to form stable and uniform micro droplets. . Surfactants are chemical solutions containing fluorocarbon carrier oil.
또한, 1H, 1H, 2H, 2H,-퍼플루오로(perfluoro)-1-옥타놀(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 사용하여 액적을 분열하여 24시간 배양 후 액적 내에 위치한 3D 종양 회전 타원체를 회수하였다. In addition, 1H, 1H, 2H, 2H, -perfluoro (perfluoro)-1-octanol (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) using the fragments were divided into 3D after incubation for 24 hours and cultured Tumor spheroids were recovered.
이때, 1H, 1H, 2H, 2H,-퍼플루오로-1-옥타놀을 액적 용액에 첨가하고 오일 상 용액과 부드럽게 혼합하였다. 배양 배지를 포함하는 상청액(supernatant) 및 방출된 회전 타원체를 원심 분리에 의해 혼합물 용액으로부터 분리하였다. 2차원 세포 단층의 형성을 방지할 뿐만 아니라 회전 타원체 사이의 예기치 않은 결합을 최소화하기 위해, 회전 타원체 및 배양 배지를 자기 교반(magnetic stirring)하에 통상적인 세포 배양 시스템(MCO-18 AC, Panasonic Healthcare Co., Ltd., Tokyo, Japan)에 옮겨 배양하였다. At this time, 1H, 1H, 2H, 2H,-perfluoro-1-octanol was added to the droplet solution and gently mixed with the oil phase solution. The supernatant containing the culture medium and the released spheroid were separated from the mixture solution by centrifugation. Conventional cell culture systems (MCO-18 AC, Panasonic Healthcare Co.) under magnetic stirring of the spheroid and culture medium to prevent the formation of two-dimensional cell monolayers as well as to minimize unexpected binding between the spheroids ., Ltd., Tokyo, Japan).
한편, 액적 내에 캡슐화된 MCF-7 세포를 생성하기 위해, 배양 배지에 현탁된 세포를 도 3에 도시된 바와 같은 수상용액으로 사용하였다. 이때, 유상용액(200) 및 수상용액(300)에 대한 다양한 유속하에서 세포를 액적으로 캡슐화하였다. On the other hand, in order to generate MCF-7 cells encapsulated in droplets, cells suspended in the culture medium were used as an aqueous solution as shown in FIG. 3. At this time, the cells were encapsulated as droplets under various flow rates for the
여기서, 유상용액(200)의 유속은 20~100 ㎕/min이고, 수상용액(300)과 유상용액(200) 사이의 유속비는 1:3으로 고정하였다. Here, the flow rate of the
도 5는 수상용액 및 유상용액의 유속에 따른 액적 직경 및 수율의 관계를 나타낸 그래프이다. Figure 5 is a graph showing the relationship between the droplet diameter and yield according to the flow rate of the aqueous solution and the oil solution.
도 5에 도시된 바와 같이, 수상용액(300)에 대해 가장 느린 조건(20 ㎕/min)에서 액적 직경 및 생성 수율은 각각 451.5 ± 5.3㎛ 및 7㎐(초당 7개 생성)로 나타났다. 반면, 가장 빠른 조건(100 ㎕/min)에서, 액적 직경 및 생성 수율은 각각 370.5 ± 4.6㎛ 및 57㎐로 나타났다. As shown in Fig. 5, in the slowest condition (20 µl/min) for the
이때, 액적 직경과 생성 수율은 반비례 관계로 나타났다. 즉, 액적 직경과 수상용액(300) 및 유상용액(200)의 유속은 반비례 관계이고, 생성 수율과 수상용액(300) 및 유상용액(200)의 유속은 비례 관계이다. At this time, the droplet diameter and production yield were inversely related. That is, the droplet diameter and the flow velocity of the
여기서, 액적의 직경이 450㎛를 초과하는 경우, 그 모양이 불규칙하게 형성되었다. 이는 액적의 크기가 크고 시린지 펌프에서 안정된 가장 느린 유속과 같은 실험 장비의 기계적 제한 때문이다. Here, when the diameter of the droplet exceeds 450 µm, its shape is irregularly formed. This is due to the mechanical limitations of the experimental equipment, such as the slowest flow rate that is large in the droplet size and stable in the syringe pump.
더욱이, 액적 직경이 500㎛를 초과하는 경우, 액적들이 형태를 유지하지 못하고 합쳐지는 현상이 발생한다. Moreover, when the diameter of the droplets exceeds 500 μm, a phenomenon occurs in which the droplets do not maintain their shape and merge.
따라서 3차원 종양 모델 제조 장치(10)에 의해 생성되는 액적 직경은 50㎛ 이상 450㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이때, 유상용액(200)의 유속은 120~300㎕/min 이고, 수상용액(300)의 유속은 40~100㎕/min인 것이 바람직하다. 여기서, 유상용액(200)과 수상용액(300)의 유속비는 1:3일 수 있다. Therefore, the droplet diameter generated by the 3D tumor
다음으로, 캡슐화된 세포의 수를 최대화하도록 설정된 가장 큰 액적 직경으로 분당 최소 1000개의 액적(16.7㎐)을 제조했다. 이때, 수상용액(300) 및 유상용액(200)의 유속은 각각 40 및 120 ㎕/min로 고정했다.Next, at least 1000 droplets per minute (16.7 mm 3) were prepared with the largest droplet diameter set to maximize the number of encapsulated cells. At this time, the flow rates of the
상기의 유속 조건에서, 세포 캡슐화된 마이크로-액적을 생성시켰다. Under the flow rate conditions above, cell encapsulated micro-droplets were generated.
이때, 각 마이크로-액적 내에 캡슐화된 세포의 평균 수를 결정하기 위해 MCF-7 샘플을 5가지 농도(1x, 2.5x, 5x, 10x 및 20x 106 개/㎖)로 준비하였다. At this time, MCF-7 samples were prepared at 5 concentrations (1x, 2.5x, 5x, 10x and
각각의 경우, 액정 당 MCF-7 세포는 도 6에 도시된 바와 같이, 측정되었다. 도 6은 수상용액의 세포 농도에 따른 액적 내 세포수의 관계를 나타낸 그래프이다. In each case, MCF-7 cells per liquid crystal were measured, as shown in FIG. 6. 6 is a graph showing the relationship between the number of cells in a droplet according to the cell concentration of the aqueous solution.
도 6에 도시된 바와 같이, 세포의 농도에 따른 액적 당 MCF-7 세포수는 평균 500.3±39.9(20×106 개/㎖), 282.2±14.3(10×106 개/㎖), 89.4±15.0(5×106 개/㎖), 42.9±6.24(2.5×106 개/㎖), 17.5±3.81(1×106 개/㎖)개로 측정되었다. As shown in Fig. 6, the number of MCF-7 cells per droplet according to the concentration of the cells averaged 500.3±39.9 (20×10 6 cells/mL), 282.2±14.3 (10×10 6 cells/mL), 89.4± It was measured as 15.0 (5×10 6 pieces/ml), 42.9±6.24 (2.5×10 6 pieces/ml), and 17.5±3.81 (1×10 6 pieces/ml).
이론적으로, 세포 농도에 따른 액적 당 예상 세포 수는 단일 액적의 세포 용액 부피에 기초하여 계산될 수 있다. 세포 농도 20×106 개/㎖ 및 액적 직경 400㎛인 경우, 각 액적에 대략 670개의 세포(약 33.5 nl/액적)가 캡슐화되는 것으로 예상했다. 모든 경우에 캡슐화된 세포의 수는 30-35% 감소했다. 이는 균질하지 않은 세포 현탁액을 초래하는 중력에 의한 세포 침강(sinking)과 세포가 일회용 주사기뿐 아니라 튜브 표면에 달라붙는 것에 기인한다. 본 실험에서, 손실된 세포는 평균 32.3%로 관찰되었다.Theoretically, the expected number of cells per droplet depending on the cell concentration can be calculated based on the cell solution volume of a single droplet. For a cell concentration of 20×10 6 /ml and a droplet diameter of 400 μm, it was expected that approximately 670 cells (about 33.5 nl/droplet) were encapsulated in each droplet. In all cases, the number of encapsulated cells was reduced by 30-35%. This is due to cell sinking due to gravity resulting in non-homogeneous cell suspension and the cells sticking to the tube surface as well as disposable syringes. In this experiment, lost cells were observed with an average of 32.3%.
따라서 수상용액(300)에 포함되는 세포의 농도는 손실되는 세포수를 보상하여 1.47×106 ~ 29.4×106 개/㎖인 것이 바람직하다. 이때, 3차원 종양모델의 직경은 50~150㎛인 것이 바람직하다. Therefore, the concentration of cells contained in the
세포 응집은 지지 물질(supporting material)(SMovieclip1)에 나타난 바와 같이 처음 1시간 동안 관찰되었다. 콤팩트한 회전 타원체 형성은 액적 배양으로부터 3시간 후에 관찰되었다. 콤팩트한 회전 타원체의 회전 운동은 24시간의 배양 동안 관찰되었다.Cell aggregation was observed during the first hour as shown in the supporting material (SMovieclip1). Compact spheroid formation was observed 3 hours after droplet culture. The rotational motion of the compact spheroid was observed during the 24 hour incubation.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치에 의해 제조되는 세포액적을 촬영한 이미지이고, 도 8은 도 7의 세포액적을 배양하여 형성된 3차원 종양모델을 촬영한 이미지이며, 도 9는 수상용액의 세포 농도에 따른 3차원 종양모델의 직경의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 10은 수상용액의 세포 농도에 따른 3차원 종양모델을 촬영한 이미지이다. 7 is an image of photographing cell droplets produced by a 3D tumor model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an image of 3D tumor model formed by culturing the cell droplets of FIG. 7, and FIG. 9 Is a graph showing the relationship between the diameter of the 3D tumor model according to the cell concentration of the aqueous solution, and FIG. 10 is an image of the 3D tumor model according to the cell concentration of the aqueous solution.
액적에서 MCF-7의 형태 변화는 도 7 및 도 8에 도시된다. 도 7에서, 초기 농도를 갖는 세포를 포함하는 세포 액적은 배양에 의해 서로 응집된다. 도 8에서, 세포 응집에 의해 3차원 종양모델이 액적 내에 형성된다. The morphological changes of MCF-7 in droplets are shown in FIGS. 7 and 8. In FIG. 7, cell droplets containing cells with initial concentration aggregate with each other by culture. In Fig. 8, a three-dimensional tumor model is formed in droplets by cell aggregation.
초기 세포-시드 액적 및 초기 세포 농도를 변화시키면서 이를 24시간 동안 배양하였다. 도 9에 도시된 바와 같이, 직경이 각각 54.2, 73.4, 94.6, 123.2 및 148.3㎛인 3D 종양 회전 타원체 모델 내에 17.5, 42.9, 89.4, 282.2 및 500.3개의 세포가 각각 존재하였다(선형 곡선 피팅, R2 = 0.9936). It was incubated for 24 hours while changing the initial cell-seed droplets and initial cell concentration. As shown in Figure 9, there were 17.5, 42.9, 89.4, 282.2 and 500.3 cells in 3D tumor spheroid models with diameters of 54.2, 73.4, 94.6, 123.2 and 148.3 μm, respectively (linear curve fitting, R 2) = 0.9936).
도 10의 (a)~(e)에서, 초기 농도(1x, 2.5x, 5x, 10x 및 20x 106 개/㎖)의 세포를 포함하는 액적은 24시간 배양 후에 세포가 응집되어 3차원 종양모델이 형성된다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 세포 농도와 3차원 종양모델의 크기는 비례 관계를 나타낸다. In FIGS. 10A to 10E, droplets containing cells of initial concentrations (1x, 2.5x, 5x, 10x, and
세포 캡슐화된 액적은 3일 후에 3D 회전 타원체 모델의 직경을 증가시켰다. 10×106 개/㎖의 경우, 3D 종양 회전 타원체 모델의 단일 세포가 제한된 공간에서 영양분과 가스 교환 또는 대사성 폐기물의 축적이 없기 때문에 36시간 후에 분리되기 시작했다. Cell encapsulated droplets increased the diameter of the 3D spheroid model after 3 days. At 10×10 6 cells/ml, single cells of the 3D tumor spheroid model began to separate after 36 hours because there was no accumulation of nutrients and gas exchange or metabolic waste in a confined space.
또한, 동일한 이유로 20×106 개/㎖의 회전 타원체 형성 수율은 약 50%였다. 따라서 액적 배양의 시간 제한은 10×6 개/㎖ 세포의 경우에 24 시간이라는 것을 발견했다. 이러한 결과를 바탕으로, 하나의 단일 MCF-7 세포는 액적 내부에서 생존하기 위해 3.7 pL/h의 배양 배지가 요구된다. 이론적으로, 20×106 개/㎖는 450㎛ 직경의 마이크로-액적과 관련하여 44.7 nl의 배양 배지가 필요하다. Further, for the same reason, the yield of spheroid formation of 20 x 10 6 particles/ml was about 50%. Thus, it was found that the time limit for droplet culture was 24 hours for 10 x 6 cells/ml cells. Based on these results, one single MCF-7 cell requires 3.7 pL/h of culture medium to survive inside the droplet. Theoretically, 20×10 6 pcs/ml require 44.7 nl of culture medium with respect to 450 μm diameter micro-droplets.
도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 3D 종양모델의 최종 직경은 단일 마이크로-액적에서 캡슐화된 세포의 수에 의해 결정될 수 있음을 알 수 있다. 6 and 9, it can be seen that the final diameter of the 3D tumor model can be determined by the number of encapsulated cells in a single micro-droplet.
결과적으로, 세포 액적(400)의 크기 및 세포(301)의 응집에 의해 형성되는 3차원 종양모델의 크기가 수상용액(300) 및 유상용액(200)의 유속 및 수상용액(300)에 포함되는 세포(301)의 농도에 따라 효과적으로 조절될 수 있다는 사실을 지득하였다. As a result, the size of the
여기서, 도 5의 실험결과를 기초로, 수상용액(300)의 유속(X1)에 따른 세포 액적(400)의 직경(Y1)은 하기의 수학식으로 산출될 수 있다.Here, based on the experimental results of FIG. 5, the diameter Y1 of the
Y1 = - 0.9695 × X1 + 471.61 (R2 = 0.9866)Y1 =-0.9695 × X1 + 471.61 (R 2 = 0.9866)
여기서, 세포 액적(400)의 직경(Y1)의 단위는 ㎛이고, 수상용액(300)의 유속(X1)의 단위는 ㎕/min이다. Here, the unit of the diameter Y1 of the
또한, 도 9의 실험결과를 기초로, 초기 세포의 농도(X2)에 따른 세포 액적(400) 내의 세포의 개수(Y2)는 하기의 수학식으로 산출될 수 있다. In addition, based on the experimental results of FIG. 9, the number (Y2) of cells in the
Y2 = 3 × 10-5 × X2 - 16.687 (R2 = 0.9873)Y2 = 3 × 10 -5 × X2-16.687 (R 2 = 0.9873)
여기서, 세포의 농도(X2)의 단위는 개/㎖이다. Here, the unit of cell concentration (X2) is dog/ml.
이와 같은 구성에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 종양모델 제조 장치는 3차원 종양모델을 용이하게 제조하는 동시에 다량으로 제조할 수 있으므로 3차원 종양모델의 제조수율을 향상시킬 수 있다. With such a configuration, the apparatus for manufacturing a 3D tumor model according to an embodiment of the present invention can easily manufacture a 3D tumor model and simultaneously manufacture a large amount, thereby improving the production yield of the 3D tumor model.
또한, 본 발명은 제조되는 세포 액적의 크기 및 세포의 응집에 의해 형성되는 다양한 크기의 3차원 종양모델을 균일하게 제조할 수 있다. In addition, the present invention can uniformly produce a three-dimensional tumor model of various sizes formed by the size of the cell droplets to be produced and the aggregation of cells.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art to understand the spirit of the present invention may add elements within the scope of the same spirit. However, other embodiments may be easily proposed by changing, deleting, adding, or the like, but it will also be considered to fall within the scope of the present invention.
10 : 3차원 종양모델 제조 장치
100 : 몸체부
110 : 제1유입부
111 : 제1유로부
112 : 제1분기 유로부
113 : 제2분기 유로부
120 : 제2유입부
121 : 제2유로부
130 : 유출부
131 : 제3유로부
132 : 연장 유로부
200 : 유상용액
300 : 수상용액
301 : 세포
400 : 세포 액적
11 : 제어부
12 : 제1실린지 펌프
13 : 제2실린지 펌프10: 3D tumor model manufacturing apparatus 100: body portion
110: first inflow section 111: first flow section
112: Euro portion of the first quarter 113: Euro portion of the second quarter
120: second inlet part 121: second flow part
130: outlet portion 131: the third flow path
132: extended flow path 200: paid solution
300: aqueous solution 301: cells
400: cell droplet 11: control
12: first syringe pump 13: second syringe pump
Claims (13)
제조하고자 하는 3차원 종양모델과 관련된 세포를 포함하는 수상용액(oil phase solution)이 유입되는 제2유입부;
상기 유상용액이 분리되어 유동되며, 일단에서 상기 유상용액이 서로 반대방향으로 유동되는 분기 유로부;
상기 수상용액이 유동되며, 상기 분기 유로부와 교차하게 배치되는 수액 유로부;
상기 분기 유로부 및 상기 수액 유로부의 교차지점으로부터 상기 수액 유로부의 반대측으로 연장 형성되며, 상기 수상용액과 상기 유상용액의 혼합에 의해 상기 세포를 포함하는 세포 액적이 형성되는 연장 유로부;
상기 세포 액적이 유동되는 액적 유로부; 및
상기 세포 액적이 외측으로 유출되는 유출부를 포함하며,
상기 세포를 포함하는 세포 액적은 소정 시간 배양 후에 상기 세포가 응집되어 3차원 종양모델로 형성되고,
최종 획득되는 3차원 종양모델의 크기가 목표하는 크기를 가질 수 있도록 상기 수상용액 및 상기 유상용액의 유속 및 상기 수상용액에 포함되는 세포의 농도가 제어되는 3차원 종양모델 제조 장치. A first inflow part into which an oil phase solution flows;
A second inflow part into which an oil phase solution containing cells related to a 3D tumor model to be manufactured is introduced;
A branch flow path part in which the oil phase solution is separated and flows, and at one end, the oil phase solution flows in opposite directions;
A fluid flow passage portion through which the aqueous solution flows and intersects the branch flow path portion;
An extended flow path portion extending from an intersection point of the branch flow path portion and the fluid flow path portion to an opposite side of the liquid flow path portion, wherein cell droplets containing the cells are formed by mixing the aqueous solution and the oil solution;
A droplet flow path portion through which the cell droplet flows; And
The cell droplets include an outlet that flows outward,
The cell droplets containing the cells are aggregated and formed into a three-dimensional tumor model after culturing for a predetermined time.
3D tumor model manufacturing apparatus in which the flow rate of the aqueous solution and the oil phase solution and the concentration of cells contained in the aqueous phase solution are controlled so that the size of the finally obtained 3D tumor model has a target size.
상기 유상용액을 상기 제1유입부로 공급하는 제1실린지 펌프;
상기 수상용액을 상기 제2유입부로 공급하는 제2실린지 펌프; 및
상기 유상용액 및 상기 수상용액의 유속을 조절하도록 상기 제1실린지 펌프 및 상기 제2실린지 펌프를 제어하는 제어부를 더 포함하는 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
A first syringe pump supplying the oily solution to the first inlet;
A second syringe pump supplying the aqueous solution to the second inlet; And
3D tumor model manufacturing apparatus further comprising a control unit for controlling the first syringe pump and the second syringe pump to control the flow rate of the oil phase solution and the water phase solution.
상기 유상용액의 유속은 120~300㎕/min 이고,
상기 수상용액의 유속은 40~100㎕/min 이며,
상기 유상용액과 상기 유상용액의 유속비는 1:3인 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The flow rate of the oil phase solution is 120 to 300 μl/min,
The flow rate of the aqueous solution is 40-100 μl/min,
A device for manufacturing a three-dimensional tumor model in which the flow rate ratio between the oil solution and the oil solution is 1:3.
상기 수상용액에 포함되는 세포의 농도는 1.47×106 ~ 29.4×106 개/ml인 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The concentration of cells contained in the aqueous solution is 1.47 × 10 6 ~ 29.4 × 10 6 /ml 3D tumor model manufacturing apparatus.
상기 세포 액적은 그 직경이 50㎛ 이상 450㎛ 이하인 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The cell droplets are three-dimensional tumor model manufacturing apparatus having a diameter of 50㎛ to 450㎛.
상기 3차원 종양모델은 그 직경이 50~150㎛인 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The three-dimensional tumor model is a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus having a diameter of 50 ~ 150㎛.
상기 연장 유로부의 폭은 상기 분기 유로부, 상기 수액 유로부, 상기 액적 유로부의 폭보다 작은 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The width of the extended flow path portion is three-dimensional tumor model manufacturing apparatus smaller than the width of the branch flow path portion, the fluid flow path portion, and the droplet flow path portion.
상기 액적 유로부는 그 폭이 상기 연장 유로부로부터 곡선형상으로 확장되는 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The droplet flow path portion is a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus whose width extends in a curved shape from the extended flow path portion.
상기 세포는 암세포인 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The cell is a cancer cell 3D tumor model manufacturing apparatus.
상기 세포 액적은 24시간 배양되어 상기 3차원 종양모델이 형성되는 3차원 종양모델 제조 장치. According to claim 1,
The cell droplets are cultured for 24 hours, and a 3D tumor model manufacturing apparatus in which the 3D tumor model is formed.
상기 3차원 종양모델은 원심분리에 의해 상기 세포 액적의 외부로 배출되는 3차원 종양모델 제조 장치.According to claim 1,
The three-dimensional tumor model is a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus that is discharged to the outside of the cell droplets by centrifugation.
상기 수상용액의 유속(X1; ㎕/min)에 따른 상기 세포 액적의 직경(Y1; ㎛)은 하기의 수학식으로 산출되는 3차원 종양모델 제조 장치.
Y1 = - 0.9695 × X1 + 471.61 (R2 = 0.9866)According to claim 1,
A device for manufacturing a three-dimensional tumor model in which the diameter (Y1; μm) of the cell droplet according to the flow rate (X1; μl/min) of the aqueous solution is calculated by the following equation.
Y1 =-0.9695 × X1 + 471.61 (R 2 = 0.9866)
상기 세포 농도(X2; 개/㎖)에 따른 상기 세포 액적 내의 세포의 개수(Y2)는 하기의 수학식으로 산출되는 3차원 종양모델 제조 장치.
Y2 = 3 × 10-5 × X2 - 16.687 (R2 = 0.9873)According to claim 1,
The number of cells in the cell droplet (Y2) according to the cell concentration (X2; dogs/mL) is a three-dimensional tumor model manufacturing apparatus calculated by the following equation.
Y2 = 3 × 10 -5 × X2-16.687 (R 2 = 0.9873)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180146361A KR102224555B1 (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Apparatus for manufacturing 3D tumor model |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180146361A KR102224555B1 (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Apparatus for manufacturing 3D tumor model |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200061036A true KR20200061036A (en) | 2020-06-02 |
KR102224555B1 KR102224555B1 (en) | 2021-03-09 |
Family
ID=71090399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180146361A KR102224555B1 (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Apparatus for manufacturing 3D tumor model |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102224555B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220079727A (en) * | 2020-12-04 | 2022-06-14 | 성균관대학교산학협력단 | Appratus for measureing cell concentration |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060051329A1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-03-09 | The Regents Of The University Of California | Microfluidic device for the encapsulation of cells with low and high cell densities |
KR101544391B1 (en) | 2013-07-31 | 2015-08-13 | (주) 마이크로핏 | Preparation method of micro hemisphere array plate, microfluidics chip comprising micro hemisphere array plate and culture method of cell spheroid using the same |
-
2018
- 2018-11-23 KR KR1020180146361A patent/KR102224555B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060051329A1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-03-09 | The Regents Of The University Of California | Microfluidic device for the encapsulation of cells with low and high cell densities |
KR101544391B1 (en) | 2013-07-31 | 2015-08-13 | (주) 마이크로핏 | Preparation method of micro hemisphere array plate, microfluidics chip comprising micro hemisphere array plate and culture method of cell spheroid using the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220079727A (en) * | 2020-12-04 | 2022-06-14 | 성균관대학교산학협력단 | Appratus for measureing cell concentration |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102224555B1 (en) | 2021-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yin et al. | Magnetic-directed assembly from Janus building blocks to multiplex molecular-analogue photonic crystal structures | |
AU2018201426B2 (en) | A Device for Mechanical and Hydrodynamic Microfluidic Transfection | |
Kang et al. | Intracellular nanomaterial delivery via spiral hydroporation | |
Yoon et al. | Droplet-based microfluidic system to form and separate multicellular spheroids using magnetic nanoparticles | |
Balbino et al. | Microfluidic devices for continuous production of pDNA/cationic liposome complexes for gene delivery and vaccine therapy | |
US20230405591A1 (en) | Multi-channel integrated microfluidic chip and method for high-throughput preparation of monodisperse microgels using the same | |
US20210363544A1 (en) | Vector-free intracellular delivery by reversible permeabilisation | |
KR100841189B1 (en) | Culture chamber, culture apparatus and liquid supplying method for cell or tissue cultivation | |
CN108138118A (en) | By the Intracellular delivery for the biomolecule that tool hole surface mediates | |
Ling et al. | Enhanced single-cell encapsulation in microfluidic devices: From droplet generation to single-cell analysis | |
Lu et al. | Three-dimensional hydrodynamic focusing method for polyplex synthesis | |
CN110198785A (en) | Method for convection current driving intracellular delivery | |
CN107511189A (en) | A kind of preparation method of the single dispersing microlayer model based on capillary | |
Liao et al. | Interfacial Emulsification: An emerging monodisperse droplet generation method for microreactors and bioanalysis | |
JP4982768B2 (en) | Microchannel system for particle processing and particle processing method | |
KR20200061036A (en) | Apparatus for manufacturing 3D tumor model | |
CN109195698A (en) | The method and apparatus of single drop, composite droplet and controlled shape (compound) particle or fiber are manufactured in the air | |
Liu et al. | Rapid, simple, and inexpensive spatial patterning of wettability in microfluidic devices for double emulsion generation | |
KR101959208B1 (en) | Droplet based biochip, a method for producing a tumor, and a method for deciding a metastasis tumor | |
Niemann et al. | Nanoparticle precipitation in reverse microemulsions: particle formation dynamics and tailoring of particle size distributions | |
WO2019089034A1 (en) | Crispr-cas9 delivery to hard-to-transfect cells via membrane deformation | |
KR102217407B1 (en) | Inertia based microfluidic intracellular delivery platforms and intracellular mass transfer method using the same | |
Zhang et al. | Bent-capillary-centrifugal-driven monodisperse droplet generator with its application for digital LAMP assay | |
Ahmadi et al. | Microfluidic devices for gene delivery systems | |
CN108884432A (en) | Determine the size for limiting the microfluidic device of sample |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |