KR20200082081A - Cell separation system with image analysis software - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템에 관한 것으로, 여러 종류의 세포와 불순물이 혼합된 용액상태의 시료에서 원하는 한 종류의 세포만을 선택적으로 분리할 수 있는 분리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cell separation system using image analysis software, and to a separation system capable of selectively separating only one type of cells desired from a sample of a solution in which various types of cells and impurities are mixed.
상세하게 설명하면, 50-200마이크로미터 폭과 높이의 유로를 갖고 있는 미세 흐름 칩(microfluidic chip)에 시료를 흘리면서 유로 내의 세포에 대한 영상을 분석하여 원하지 않는 세포와 불순물을 공기압을 조절하여 제거하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템에 관한 것이다.In detail, while flowing a sample on a microfluidic chip having a flow path of 50-200 micrometers wide and high, analyzing images of cells in the flow path to remove unwanted cells and impurities by controlling air pressure It relates to a cell separation system using image analysis software.
종래의 세포분리장치는 자기장이나 레이저 에너지를 사용하고 있으며 형광물질로 표지한 세포를 분리하는 경우가 대부분이다. 이와 같은 원리로 개발되어 상용화된 기술은 유동 세포 분석법(Flow cytometry)이며 대표적인 제품은 BD사의 FACS(Fluorescence Activated Cell Sorting)라 할 수 있다. Conventional cell separation devices use a magnetic field or laser energy, and in most cases, cells labeled with a fluorescent material are separated. The developed and commercialized technology based on this principle is flow cytometry, and the representative product is BD's FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting).
상기 유동 세포 분석법(Flow cytometry)장치는 세포의 크기와 분포를 알아보기 위한 분석에 중점을 둔 장비이다. 유동 세포 분석법(Flow cytometry)은 세포의 크기와 특성을 파악하기 위해 자기장이나 레이저에너지를 사용하게 되는데, 이들 물리적 에너지는 세포의 생리적 변화를 일으키는 요인이 될 수 있으며 형광물질과 자성비드(magnetic bead)등이 표지(labelling)된 세포는 재활용(reuse)될 수 없다 할 것이다. The flow cytometry device is a device focused on analysis to find out the size and distribution of cells. Flow cytometry uses magnetic fields or laser energy to determine the size and characteristics of cells. These physical energies can be factors that cause physiological changes in cells, and can be made of fluorescent materials and magnetic beads. It will be said that cells labeled with the back cannot be reused.
따라서 세포의 특성연구를 위해서는 여러 개의 세포가 섞여있는 시료에서 재활용이 가능한 한 종류의 세포만을 분리할 필요가 있으며, 이는 세포 배양액중의 이물질로부터 세포를 분리할 때도 이용할 수 있다 하겠다.Therefore, in order to study the characteristics of cells, it is necessary to separate only one type of cells that can be recycled from a sample in which several cells are mixed, and this can also be used to separate cells from foreign substances in the cell culture medium.
한편, 인체 혈액(blood)의 경우에는 1㎖의 혈액에 약 천만개의 구성물이 있으며, 혈액내 분산되 있는 암세포인 CTC(Circulated Tumor Cell)는 천만개의 세포중 열 개이하의 암세포를 찾아내는 어려운 상황이고 처리해야할 혈액양도 수 리터(liter)이기에 특정 암세포에 작용하는 단일 클론 항체(monoclonal antibody), 자성 비드(magnetic beads), 기능성 필터(functional filter)를 사용하여 암세포를 제거하는 시도가 대부분이라 할 수 있다. On the other hand, in the case of human blood, there are about 10 million components in 1 ml of blood, and CTC (Circulated Tumor Cell), a cancer cell dispersed in the blood, is a difficult situation to find 10 or less cancer cells among 10 million cells. Since the amount of blood to be treated is several liters, most attempts to remove cancer cells using monoclonal antibodies, magnetic beads, and functional filters acting on specific cancer cells can be said. .
따라서 상기한 문제점을 개선하고 해결하기 위한 본 발명의 첫 번째 목적은 안전한 소재의 미세 흐름 칩(microfludic chip)을 이용하여 세포를 칩의 좁은 유로에 일렬로 정렬시키고 이때 한 줄로 정렬된 세포액 중의 이물질이나 제거대상 세포를 선정하고 제거할 수 있는 세포 분리 시스템을 제공하고자 하며, 두 번째 목적은 세포에 어떠한 물리적 에너지를 가하지 않고 미세 흐름칩(microfludic chip)의 유로를 흐르는 과정 중 원하지 않는 세포와 이물질을 제거하여 원하는 세포만을 선별할 수 있는 세포 분리 시스템을 제공하고자 하며, 세 번째 목적은 기존 세포의 특성을 온전히 유지하면서 분리함으로써 분리된 세포와 이물질을 분석하여 세포 특성이나 약물연구등에 직접 사용할 수 있도록 하기 위한 세포 분리 시스템을 제공하고자 하며, 네 번째 목적은 미세유동 칩(microfluidic chip)을 사용하여 현미경으로 직접 관찰하여 혈액내의 암세포인 CTC(Circulated Tumor Cell)를 제거함으로써 정해진 시간 내에 수 리터의 혈액을 처리할 수 있으며, 관찰된 세포들의 영상을 확보하여 순수세포에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 세포 분리 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, the first object of the present invention for improving and solving the above problems is to align cells in a narrow flow path of the chip by using a microfludic chip made of a safe material. It is intended to provide a cell separation system capable of selecting and removing cells to be removed, and the second purpose is to remove unwanted cells and foreign substances during the flow of a microfludic chip flow path without applying any physical energy to the cells. In order to provide a cell separation system capable of selecting only the desired cells, the third purpose is to analyze the separated cells and foreign substances by separating while maintaining the characteristics of the existing cells so that they can be directly used for cell characteristics or drug research. The fourth purpose is to provide a cell separation system, and the fourth purpose is to process several liters of blood within a specified time by removing circulated tumor cells (CTC), which are cancer cells in the blood, by using a microfluidic chip and directly observing the microscope. It is possible to provide a cell separation system capable of securing reliability of pure cells by securing images of observed cells.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세포 분리 시스템은 세포가 포함된 유체로부터 원하는 세포만을 분리할 수 있는 세포 분리 시스템에 있어서, 50에서 200마이크로미터의 폭과 높이를 갖고 있는 미세 흐름 칩(microfluidic chip)과, 상기 미세 흐름 칩(microfluidic chip)의 유로 내 세포를 관찰하는 현미경과, 상기 현미경에 보이는 영상을 500만 화소 이상으로 디지털화하여 초당 10장 이상의 영상데이터를 외부 컴퓨터로 보내는 영상 촬영 장치와, 상기 영상 촬영 장치로부터 촬영된 영상데이터를 분석하는 영상 분석 소프트웨어(image analysis software)와, 상기 영상 분석 소프트웨어에서 얻어진 결과로부터 세포를 분리하는 밸브를 장착한 세포분리 제어장치의 구성에 의해 달성된다. Cell separation system of the present invention for achieving the above object is a cell separation system capable of separating only the desired cells from the fluid containing the cell, a microfluidic chip having a width and height of 50 to 200 micrometers chip), a microscope for observing cells in the flow path of the microfluidic chip, and an imaging device that digitizes the image seen in the microscope to 5 million pixels or more and sends 10 or more image data per second to an external computer. , It is achieved by the configuration of a cell separation control device equipped with a valve for separating cells from the results obtained in the image analysis software, and image analysis software (image analysis software) for analyzing the image data taken from the image capture device.
상기와 같은 본 발명의 구성에 의한 세포 분리 시스템은 세포를 대상으로 하는 연구분야와 임상분야에서 모두 적용될 수 있다. 여러 세포가 혼재되어 있는 수용액에서 순수한 한 종류의 세포만을 분리하여 이 세포가 갖는 특성을 연구할 수 있기에 지금까지의 세포분리에 어려움을 겪고 있는 많은 연구자에게 큰 기여를 하게 될 것으로 기대된다. The cell separation system according to the configuration of the present invention as described above can be applied to both research and clinical fields targeting cells. Since it is possible to study the properties of these cells by separating only one type of cells from an aqueous solution in which several cells are mixed, it is expected to make a great contribution to many researchers struggling with cell separation.
또한, 임상분야에도 직접적으로 적용될 수 있는데, CTC(Circulated Tumor Cell)와 같이 수십 종류의 세포와 대상이 혼재되어 있는 경우에도 적용 가능하며 이는 암 치료와 예방에 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 인체에서 세포가 포함된 혈액이나 체액을 채취하고 이를 체외에서 가공하여 세포 제공자 본인의 몸에 다시 주입하는 ex-vivo치료의 경우에는 체외에서 약물처리등의 영향으로 발생되는 변형된 세포나 이물질 유입의 차단이 가능할 것으로 예상되는 매우 유용한 발명이다.In addition, it can be applied directly to the clinical field, and it can be applied even when dozens of cells and subjects are mixed, such as Circulated Tumor Cell (CTC), which is considered to be a good alternative for cancer treatment and prevention. In addition, in the case of ex-vivo treatment, in which blood or body fluid containing cells are collected from the human body and processed outside the body and then injected back into the body of the cell provider, modified cells or foreign substances generated by the effects of drug treatment etc. It is a very useful invention that is expected to be blocked.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템을 개략적으로 보여주는 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템에서 세포제거를 위해 에어펌프를 이용한 경우를 보여주는 개략도1 is a schematic diagram schematically showing a cell separation system using image analysis software according to an embodiment of the present invention
Figure 2 is a schematic diagram showing a case using an air pump for removing cells in the cell separation system using the image analysis software according to an embodiment of the present invention
본 발명에 따른 실시예를 도면을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.When explaining in detail through the drawings an embodiment according to the present invention as follows.
세포는 약한 세포벽과 복잡한 생리반응의 구조를 갖고 있기에 유체의 유동에 따른 전단응력(shear stress)에 민감한 변화를 보인다. 즉 작은 흐름변화와 압력에도 세포벽이 파괴되거나 외부충격에 따른 생리적 변화도 있을 수 있다고 사료된다. 따라서 기존에 세포 분석장비에서 사용되는 자기장이나 레이저에너지는 그 크기가 작을지라도 세포의 생리에 커다란 영향을 줄 수 있다. 또한 화학적으로 결합된 형광물질이나 자성비드(magnetic beads)등도 완전 제거가 불가능하기에 세포에 물리, 화학적 작용이 배제된 세포 분리장치가 요구된다.Since the cells have a structure of a weak cell wall and a complex physiological reaction, they show changes sensitive to shear stress due to fluid flow. In other words, it is thought that even in small flow changes and pressures, the cell wall may be destroyed or there may be physiological changes due to external shocks. Therefore, even though the magnetic field or laser energy used in cell analysis equipment is small, it can have a great influence on the physiology of cells. In addition, since it is impossible to completely remove chemically bound fluorescent substances or magnetic beads, a cell separation device in which physical and chemical effects are excluded from the cell is required.
세포 분리 장치에 사용할 수 있는 펌프로는 미세 유속조절이 가능한 실린지 펌프(syringe pump)나 시료와 접촉이 없는 동력펌프(peristaltic pump)를 사용하는 것이 바람직하다. 미세 흐름 칩의 유로는 50에서 200마이크로미터의 좁은 유로임에도 세포액내의 세포밀도가 높아 세포가 겹쳐서 이차원적으로 얻은 영상으로는 판단이 어려워 세포액을 희석시킬 경우가 있다. 이때 사용되는 희석액(buffer)으로는 세포배양에 사용할 수 있는 배지(media)를 사용할 수 있다. 샘플이 혈액인 경우에는 희석액으로 링거액(Ringer's solution)을 사용하여 장치의 효율을 높일 수 있다. 즉 시료에서 세포의 밀도가 낮을수록 유로에서 정렬된 세포가 겹쳐지지 않아 제거시 원하는 세포만을 정확하게 처리 제거할 수 있다. 시료의 전처리는 미세 흐름 칩의 유로를 막아서 흐름을 방해할 수 있는 크기 즉 칩 유로 폭 이상의 크기를 갖는 이물질이 칩 내부 유로로 들어올 수 없도록 필터를 사용할 수 있다.As a pump that can be used for the cell separation device, it is preferable to use a syringe pump capable of fine flow control or a peristaltic pump without contact with the sample. Although the flow path of the micro-flow chip is a narrow flow path of 50 to 200 micrometers, the cell density in the cell fluid is high, and it is difficult to judge the image obtained by two-dimensionally overlapping cells, which may dilute the cell fluid. At this time, a medium that can be used for cell culture may be used as a buffer used. When the sample is blood, Ringer's solution can be used as a diluent to increase the efficiency of the device. That is, the lower the density of cells in the sample, the more cells aligned in the flow path do not overlap, so that only the desired cells can be accurately removed upon removal. For the pre-treatment of the sample, a filter may be used so that foreign matter having a size that is more than the width of the chip flow path cannot block the flow path of the chip by blocking the flow path of the fine flow chip.
미세 흐름 칩(microfludic chip)은 적은 시료량을 사용하여 작은 면적에서 빠른 시간에 효소나 생물 관련 반응을 관찰하고저 하는 목적으로 개발되었다. 이들 미세 흐름 칩은 투명도가 높아 현미경으로 관찰이 용이하며 다양한 크기의 유로와 모양으로 설계가 가능하며 생물시료를 처리하기 위한 목적으로 제작되었기에 세포의 변성을 유도할 가능성이 거의 없는 생체적합성 재료라 할 수 있다. 세포를 관찰할 수 있는 미세 흐름 칩의 재료로는 생체 적합성 고분자인 PDMS(polydimethylsiloxane)등이 있으며 투명도가 높은 실리카(borosilicate)로 제작된 칩도 이미 원하는 크기와 모양의 유로를 마음대로 설계하여 대량으로 제작이 가능하다.The microfludic chip was developed for the purpose of observing enzyme- or biological-related reactions in a short time in a small area using a small sample volume. Since these micro-flow chips are highly transparent, they can be easily observed with a microscope, can be designed in various sizes of flow paths and shapes, and are made for the purpose of processing biological samples. Can be. As a material for micro-flow chips that can observe cells, there are biocompatible polymers such as polydimethylsiloxane (PDMS), and chips made of high-transparency silica (borosilicate) have already been designed in large quantities by designing channels of desired size and shape at will. This is possible.
위의 50-200마이크로의 폭과 높이를 갖고 있는 미세 흐름 칩의 유로에 세포가 분산된 액체를 흘리며 현미경으로 세포를 관찰한다. 세포를 관찰하는 현미경은 일반적으로 생물현미경(Biological Microscope)이나 위상차 도립현미경(inverted phase contrast microscope)를 이용하는 경우가 대부분이다. 그러나 본 장치에서는 일반 실물현미경도 사용 가능하며 따라서 일반 실물 현미경, 생물 현미경, 위상차 도립 현미경을 모두 사용할 수 있다. 특정세포에 형광물질을 표지(labelling)하고 이를 관찰하고자 할 때는 자외선 광원(ultraviolet light source)과 표지 형광물질의 에너지 방출 주파수(emitting frequency)에서 형광물질을 감지할 수 있는 필터를 필요로 할 수 있다.The cells are dispersed in a flow path of a micro-flow chip having a width and height of 50-200 micrometers, and the cells are observed under a microscope. Microscopic observation of cells is usually done using a biological microscope or an inverted phase contrast microscope. However, in this device, a general real microscope can be used, and therefore, a general real microscope, a biological microscope, and a phase contrast inverted microscope can be used. When labeling and observing a fluorescent substance on a specific cell, an ultraviolet light source and a filter capable of detecting the fluorescent substance at the energy emission frequency of the labeled fluorescent substance may be required. .
현미경에서 관찰된 영상을 컴퓨터로 전송하기 위한 영상장치는 CCD(Charged Couple Devices)나 CMOS(Complemetary Metal-Oxide-Semiconductor)소재의 이미지 센서를 장착한 디지털 카메라를 이용할 수 있다. 세포의 크기, 색깔, 세포 표면 상태를 관찰할 수 있는 500만 화소 이상의 영상을 초당 10장 이상 속도로 출력할 수 있는 디지털 카메라를 필요로 한다. 또한 이 디지털 카메라는 촬영된 영상을 1Gbps이상의 속도로 영상 데이터를 전송할 수 있어야 하며, 컴퓨터의 USB나 LAN 포트로 영상 데이터를 전송한다.A digital camera equipped with an image sensor made of a CCD (Charged Couple Devices) or a Complemetary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) can be used as an imaging device for transmitting the images observed in a microscope to a computer. There is a need for a digital camera capable of outputting more than 5 megapixel images at a rate of more than 10 images per second that can observe the size, color, and cell surface condition of the cells. In addition, the digital camera must be able to transmit the image data at a speed of 1 Gbps or more, and transmit the image data to a computer's USB or LAN port.
디지털 영상장치에서 보내진 영상은 영상 분석 소프트웨어(image analysis software)를 이용하여 분석한다. 이 과정은 두 개의 알고리즘을 생각할 수 있는데, 제거대상을 구체적으로 선정하는 경우와 제거대상이 다종의 정해지지 않는 대상일 경우가 있을 수 있다. The image sent from the digital imaging device is analyzed using image analysis software. In this process, two algorithms can be considered, and there may be a case where the object to be removed is specifically selected and the object to be removed is a plurality of unspecified objects.
첫 번째로 제거대상을 구체적으로 선정하는 경우는 제거대상의 영상을 미리 등록하여 유로에 등록된 영상의 세포가 출현하면 이를 제거하는 방식이다. 두 번째 경우는 제거하지 않고 남겨두길 원하는 여러 세포와 구성물들을 데이터베이스에 등록하고 등록된 데이터베이스 이외의 미지의 세포나 이물질이 유로에 출현하면 이들을 모두 제거대상으로 인지하여 제거하는 알고리즘이 있을 수 있다. First, in the case of specifically selecting the object to be removed, the image of the object to be removed is registered in advance to remove the cells of the image registered in the flow path. In the second case, there may be an algorithm that registers various cells and components that are desired to be left unremoved in the database and recognizes and removes all unknown cells or foreign substances other than the registered database in the flow path.
첫 번째 방법은 여러 종류의 세포가 섞여있는 세포 배양액에서 한 종류의 세포를 분리하거나 형광물질이 표지된 특정 세포 한 종류를 분리하고자 할 때 사용할 수 있다. 반면에 두 번째의 데이터베이스를 이용하는 경우는 혈액과 같이 수십 종류의 세포중 제거대상이 알려지지 않은 여러 개의 세포와 이물질을 모두 제거해야 하는 경우에 사용할 수 있다.The first method can be used to separate one type of cell from a cell culture medium containing several types of cells or to separate a specific type of cell labeled with a fluorescent substance. On the other hand, the second database can be used when it is necessary to remove all of several foreign cells and foreign substances that are not known to be removed among dozens of cells such as blood.
한편 지금까지 기술한 세포분리 장치는 1개의 미세 흐름 칩에 현미경, 영상장치와 컴퓨터를 각각 1개씩 장착한 세트이다. 그런데 인체의 혈액에서 CTC(Circulated Tumor Cell)를 제거하는 경우처럼 처리해야할 시료의 양이 수 리터(liter)일 경우에는 위의 장치를 모듈화하고, 수 개에서 수십 개의 모듈(module)을 하나의 세트로 구성하여 같은 동작을 하도록 운영할 수 있으며 이들 모듈 전체를 운영하는 운영 소프트웨어를 따로이 마련해서 전체 모듈을 제어하거나 상황을 감시하여 정해진 시간 동안 수 리터(liter)의 원하는 양의 시료를 처리할 수 있을 것이다.On the other hand, the cell separation device described so far is a set in which a microscope, an imaging device, and a computer are mounted on one microflow chip. However, if the amount of the sample to be processed is several liters, such as the case of removing the circulated tumor cell (CTC) from the human blood, the above device is modularized, and several to tens of modules are set as one. It can be configured to operate with the same operation, and by operating software that operates all of these modules separately, it is possible to control the entire module or monitor the situation to process the desired amount of samples of several liters for a specified period of time. will be.
전송된 영상데이터를 영상 분석 소프트웨어(image analysis software) 분석 결과 제거 대상 세포는 에어 펌프(air pump)나 진공펌프(vaccum pump)와 같은 공기압을 이용하여 유로로부터 세포를 제거한다. As a result of removing the transmitted image data from image analysis software analysis, cells to be removed are removed from the flow path using air pressure such as an air pump or a vacuum pump.
도 1.은 진공펌프를 사용한 경우인데, 제거대상 쓰레기통(Waste bottle)내에 압력을 약한 진공상태로 유지하다가 '상시닫힘'(normally closed)상태의 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 '열림'(open)으로 전환하여 진공도를 이용하여 유로로부터 세포를 제거한다. 도 2.에 에어펌프(air pump)를 사용하여 유로중 세포를 제거하는 공정을 나타내었다. 에어펌프를 사용할 경우에는 그림과 같이 세 개의 유로가 필요하며, 소프트웨어 분석결과 제거신호가 ‘상시열림'(normally open)상태의 솔레노이드 밸브를 ’닫힘‘(close)로 전환시켜 에어펌프의 압력으로 반대편 유로로 연결된 쓰레기통으로 세포가 떨어지며 제거된다. 이때 쓰레기통(waste bottle)은 챔버 내부와 같은 압력과 조성을 갖기에 쓰레기통에 제거된 세포는 재활용(reuse)하기에 전혀 지장이 없다. 따라서 제거된 세포를 재활용시에는 에어펌프를 이용하여 제거하는 방법이 더욱 유용하다 생각된다. 즉 영상 분석 소프트웨어의 결과에 의한 신호로 솔레노이드 밸브 여닫기를 조절하여 유로중의 세포를 제거하게 된다.Fig. 1 shows a case where a vacuum pump is used, and the pressure is maintained in a weak vacuum state in a waste bottle to be removed, and then a'normally closed' solenoid valve is'open'. Switch to and remove cells from the flow path using a vacuum. Figure 2 shows the process of removing cells in the flow path using an air pump (air pump). When using an air pump, three flow paths are required as shown in the figure, and the solenoid valve with a removal signal of'normally open' is changed to'close' as a result of software analysis. Cells fall and are removed by a waste bin connected by a flow path. At this time, since the waste bottle has the same pressure and composition as the inside of the chamber, the cells removed in the waste bin have no problem in recycling. Therefore, it is considered that the method of removing the removed cells using an air pump is more useful when recycling. That is, by controlling the opening and closing of the solenoid valve with a signal resulting from the image analysis software, cells in the flow path are removed.
도 1.과 도 2.에서 컴퓨터를 제외한 점선으로 표기한 부분은 외부와 광이 차단되고 온도, 습도, 이산화탄소(CO2)농도가 제어되는 챔버(chamber)내에서 운용되어질 수 있다.The parts marked with dotted lines except for the computer in FIGS. 1 and 2 can be operated in a chamber in which light is blocked from the outside and the temperature, humidity, and carbon dioxide (CO 2 ) concentrations are controlled.
이들 장치를 사용하여 세포를 분리하는 경우에는 세포의 농도나 다른 변수의 변화가 없고 최초의 출발시료와 같은 물성을 갖고 있기에 바로 실험이나 임상에 적용 가능한 세포액을 얻을 수 있는 장점이 있다.In the case of separating cells using these devices, there is no change in cell concentration or other variables, and since it has the same properties as the initial starting sample, it has the advantage of obtaining cell fluid applicable to experiments or clinical trials.
실험예 1. 배양세포 분리Experimental Example 1. Separation of cultured cells
세포배양기(culture incubator)에서 배양하거나 조직(tissue)으로부터 얻은 세포가 포함된 용액에서 원하는 세포만을 순수하게 분리하고자 하였다. It was intended to purely separate only the desired cells from a solution containing cells obtained from tissues or cultured in a culture incubator.
세포가 분산된 시료(sample)를 미세 흐름 칩의 유로에 흘리며 제거하고자 하는 세포영상을 영상 분석 소프트웨어의 제거대상으로 미리 등록한다. 제거대상 세포는 여러 종류가 될 수 있으며 이들 세포들을 세포액으로부터 제거한다. 제거대상 세포를 세포액으로부터 제거하고 순수세포(pure cell)용액인 생산물(Product)과 제거대상을 모은 쓰레기통(waste bottle)에 모인 세포를 현미경으로 관찰하여 작업수행을 검증한다. 쓰레기통에 모인 세포에서 제거를 의도하지 않았던 순수세포가 많이 섞여 있을 경우에는 희석액의 양을 늘려 세포들이 유로에서 겹치지 않도록 하여 제거효율을 높인다. A sample in which cells are dispersed is flowed through a flow path of a micro-flow chip, and the cell image to be removed is previously registered as a target for removal of image analysis software. The cells to be removed can be of various types, and these cells are removed from the cell fluid. The cells to be removed are removed from the cell solution, and the work performed is verified by observing the cells collected in the waste cell, which is a pure cell solution, and a collection of waste objects. If there are many pure cells that were not intended to be removed from the cells collected in the trash, increase the amount of diluent to prevent the cells from overlapping in the flow path, thereby increasing the removal efficiency.
여러 세포들 중 원하는 세포에 특정 형광물질을 처리하여 형광물질이 표지된 세포를 이물질로 등록하여 분리할 수 있다. 이 경우에는 형광물질이 표지된 세포가 원하는 생성물이 될 수 있으며, 혹은 형광물질 표지 세포를 제거한 세포용액이 목표가 될 수도 있다.A specific fluorescent material can be treated on a desired cell among several cells to register and separate the fluorescently labeled cell as a foreign material. In this case, the fluorescently labeled cells may be the desired product, or the cell solution from which the fluorescently labeled cells are removed may be the target.
실험예 2. 혈액에서 암세포 분리Experimental Example 2. Separation of cancer cells from blood
혈액은 알려진 바에 의하면 줄기세포의 분화도에 따라 20-30종류 또는 그 이상의 세포들로 구성되어 있으며, 그 외에도 적혈구, 백혈구, 혈소판등 여러 종류 구성물들의 혼합물이라 할 수 있다. 혈액의 여러 세포들과 구성물을 제외한 혈액에 포함되지 않아야 할 암세포(CTC, circulated tumor cell)나 핵산, 지질, 단백질 또는 이들의 결합된 덩어리(debris)등을 제거하고자 하였다. Blood is known to be composed of 20-30 types or more cells depending on the degree of differentiation of stem cells. In addition, it can be said to be a mixture of various types of components such as red blood cells, white blood cells, and platelets. We wanted to remove cancer cells (CTC, circulated tumor cells) or nucleic acids, lipids, proteins, or their combined debris, which should not be included in the blood except for the various cells and components of the blood.
1) 정상 혈액에 존재할 수 있는 세포나 적혈구, 백혈구, 혈소판등의 영상을 데이터베이스에 등록한다.1) The images of cells, red blood cells, white blood cells, platelets, etc. that may be present in normal blood are registered in the database.
2) 미세 흐름 칩(microfludic chip)에 혈액을 흘리고 영상을 연속으로 획득한다.2) Blood is flowed on a microfludic chip and images are continuously acquired.
3) 영상을 분석하여 영상 분석 소프트웨어의 데이터베이스에 등록된 세포나 알려진 구성물이외의 다른 세포나 이물질(異物質)이 유로에 출현하면 밸브를 열어 진공으로 유로로부터 이물질(異物質)을 제거한다.3) When an image is analyzed and cells or foreign substances other than known cells or substances registered in the database of the image analysis software appear in the flow path, the valve is opened to remove the foreign substance from the flow path by vacuum.
4) 제거한 이물질(異物質) 쓰레기통(waste bottle)을 관찰하여 제거대상을 새로이 보완 등록한다. 위의 과정을 반복하여 혈액의 구성물은 제외하고 이물질만 제거할 수 있는 데이터베이스를 완성하고 대량의 혈액시료를 처리하는 작업을 수행한다.4) Observe the removed waste bottle and register it as a new supplement. By repeating the above process, a database capable of removing only foreign substances excluding the components of blood is completed, and a process of processing a large amount of blood samples is performed.
Claims (10)
50에서 200마이크로미터의 폭과 높이를 갖고 있는 미세 흐름 칩(microfluidic chip);과,
상기 미세 흐름 칩(microfluidic chip)의 유로 내 세포를 관찰하는 현미경;과,
상기 현미경에 보이는 영상을 500만 화소 이상으로 디지털화하여 초당 10장 이상의 영상데이터를 외부 컴퓨터로 보내는 영상 촬영 장치;와,
상기 영상 촬영 장치로부터 촬영된 영상데이터를 분석하는 영상 분석 소프트웨어(image analysis software);와,
상기 영상 분석 소프트웨어에서 얻어진 결과로부터 세포를 분리하는 밸브를 장착한 세포분리 제어장치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템A cell separation system capable of separating only desired cells from a fluid containing cells,
A microfluidic chip having a width and height of 50 to 200 micrometers; and,
Microscopic observation of cells in the flow path of the microfluidic chip; and,
An image photographing device that digitizes an image seen in the microscope to 5 million pixels or more and sends 10 or more image data per second to an external computer; and,
Image analysis software (image analysis software) for analyzing the image data taken from the image capture device; And,
Cell separation system using the image analysis software, characterized in that consisting of; a cell separation control device equipped with a valve for separating the cells from the results obtained from the image analysis software
상기 세포가 포함된 유체를 희석하기 위하여 세포 배양배지(culture media)를 사용하는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
Cell separation system using image analysis software, characterized in that a cell culture medium is used to dilute the fluid containing the cells.
상기 유체가 혈액인 경우 링거액(Ringer's solution)을 사용하는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 2,
Cell separation system using image analysis software, characterized in that Ringer's solution is used when the fluid is blood.
상기 유체에는 혈액이 포함되는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
Cell separation system using image analysis software, characterized in that the fluid contains blood
상기 영상 분석 소프트웨어(image analysis software)는 세포의 크기, 색깔, 세포의 표면상태를 비교 분석하는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
The image analysis software is a cell separation system using image analysis software characterized by comparing and analyzing the size, color, and surface state of cells.
상기 영상 분석 소프트웨어(image analysis software)에는 유체로부터 분리하고자 하는 세포 영상을 사전에 미리 촬영하여 등록하고 등록한 특정 세포만을 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
In the image analysis software, a cell separation system using image analysis software is characterized in that a cell image to be separated from a fluid can be previously photographed and registered, and only specific cells registered can be separated.
상기 영상 분석 소프트웨어(image analysis software)에는 정상세포가 데이터베이스화되어 등록되며, 등록되지 않는 대상 전체를 분리 및 제거 대상으로 특정할 수 있는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
Cell separation system using image analysis software, characterized in that normal cells are registered in database and registered in the image analysis software, and the entire unregistered object can be specified as an object to be separated and removed.
상기 유로에 흐르고 있는 세포의 제거는 공기압으로 밀어내거나 진공을 이용하여 흡입하는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
Cell separation system using image analysis software, characterized in that the removal of the cells flowing in the flow path is pushed with air pressure or sucked using vacuum.
상기 세포 분리 시스템은 모듈화하여 다중으로 운용할 수 있는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
The cell separation system is a cell separation system using image analysis software, characterized in that it can be operated in multiplex by modularization
상기 세포 분리 시스템은 영상 분석 소프트웨어가 장착된 컴퓨터를 제외하고 온도, 습도, 이산화탄소(CO2) 농도를 제어하며, 자연광이 차단된 챔버 내에서 운용되는 것을 특징으로 하는 영상 분석 소프트웨어를 이용한 세포 분리 시스템According to claim 1,
The cell separation system includes temperature, humidity, and carbon dioxide (CO 2 ), except for a computer equipped with image analysis software. Cell separation system using image analysis software that controls concentration and operates in a chamber where natural light is blocked
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180172284A KR20200082081A (en) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Cell separation system with image analysis software |
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| KR1020180172284A KR20200082081A (en) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Cell separation system with image analysis software |
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| KR (1) | KR20200082081A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230019482A (en) * | 2020-08-07 | 2023-02-08 | 광운대학교 산학협력단 | Artificial intelligence-based microfluid control system capable of removing bubbles |
-
2018
- 2018-12-28 KR KR1020180172284A patent/KR20200082081A/en not_active Application Discontinuation
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