KR20200134080A

KR20200134080A - 뚜껑을 구비한 세포배양용 마이크로웰 어레이 용기 및 용기를 이용한 세포 배양방법

Info

Publication number: KR20200134080A
Application number: KR1020190059654A
Authority: KR
Inventors: 김성환
Original assignee: 주식회사 셀스미스
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2020-12-01
Also published as: KR102236868B1

Abstract

기능성 뚜껑을 구비한 세포배양용 마이크로웰 어레이 용기 및 그 기능성 뚜껑이 개시된다. 본 발명의 마이크로 웰 어레이 용기는 배양액을 수용할 수 있는 본체와, 상기 본체를 덮어 내부 공간부를 밀폐하는 뚜껑을 포함한다. 뚜껑에는 배양이 완료된 세포를 회수하는 과정에서 마이크로 웰 내에서 배양된 세포 덩어리를 수집하기 위해 안내부가 마련되며, 안내부를 통해 수집된 세포 덩어리를 최종적으로 배출하기 위한 배출구멍이 뚜껑에 마련된다.

Description

뚜껑을 구비한 세포배양용 마이크로웰 어레이 용기 및 용기를 이용한 세포 배양방법{Microwell Container for Cell Culture Comprising a Cap, and Cell Culturing Method Using the Said Container}

본 발명은 세포배양을 위해 마이크로 웰(Microwell) 어레이가 형성된 용기에 관한 것으로서 배양액 내의 세포 덩어리가 마이크로 웰에 용이하게 유입되도록 함과 동시에, 배양된 세포 덩어리를 마이크로 웰로부터 용이하게 회수할 수 있는 기능성 뚜껑을 구비한 마이크로 웰 용기 및 그 용기를 이용한 세포 배양방법에 관한 것이다.

마이크로 웰 어레이(Microwell Array)는 다량의 균일한 3차원 세포 배양을 위해 개발되었으며 세포 생물학, 항암제 개발 및 재생치료와 같은 연구 분야에서 널리 사용된다. 마이크로 웰 어레이를 이용한 3차원 세포 배양은, 배지에 세포를 배양하는 방식과 달리, 생체 내의 입체 세포 환경을 모사할 수 있는 이점이 있어서 세포들을 응집된 덩어리 형태로 배양하기 위해 널리 사용된다.

마이크로 웰 어레이는 반구 형상 또는 U자 형의 단면 형상의 오목한 웰(Well)이 일정한 간격으로 배치된 것으로서, 마이크로웰 어레이 용기는 단순한 플레이트 형상일 수도 있고, 그릇과 같은 용기 형태일 수도 있다. 도 1을 참조하면, 마이크로웰 어레이 용기(100)는 복수 개의 마이크로 웰(111)이 형성된 바닥판(110)과, 세포 배양액을 담을 수 있도록 바닥판(110)을 둘러싸는 측벽(130)으로 구성된 그릇 또는 접시 형태이다. 세포들이 마이크로 웰(111) 내부에서 공 모양으로 뭉치면서 배양하도록 마이크로 웰(111)의 표면은 세포가 침착하지 못하도록 표면처리가 되어 있다.

마이크로 웰을 이용해 세포를 배양하기 위해, (1) 연구자는 세포가 포함된 배양액을 용기에 담아 일정한 배양 조건을 맞춘 환경에서 일정한 시간을 배양시킨다. (2) 배양 과정에서 세포들은 마이크로 웰에서 서로 응집되면서 덩어리가 된다. (3) 배양이 끝나면, 연구자는 응집된 세포 덩어리를 용기로부터 채취한다.

종래의 마이크로웰 어레이 용기(100)를 사용하는 데는 몇 가지 불편함이 있다. 마이크로 웰(111)은 도 1의 (b)와 같이 주로 반구 형상 또는 U자 형의 단면 형상인데, 그것은 세포를 수용하는 기능이 다른 형상에 비해서 우수하기 때문이다. 다만, 이런 형상이 기포의 배출을 방해하는 요인도 된다. 배양액을 용기에 파종하는 과정에서, 미세한 마이크로 웰(111)을 채우고 있던 공기는 미처 빠져나오지 못하고 기포 형태로 갇히는데, 마이크로 웰(111)의 크기나 형태가 기포를 가두기에도 적절하기 때문이다. 기포가 배출되지 못하면서 마이크로 웰(111) 내에서의 세포의 3차원 배양 자체가 이루어지지 않는다. 당연히 배양된 세포들이 세포 덩어리로 결합하지 못한다. 세포 덩어리로 결합하지 못한다는 것은 배양액으로부터 회수할 수 없는 세포가 된다는 의미이므로, 결국은 유실된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 사용자들은 스포이드(Dropper)나 파이펫(Pipet) 등으로 배양액을 빨아올렸다가 다시 배출하는 소위 '파이펫팅(Pipetting)'을 수차례 반복하는데, 용기(100) 내의 배양액을 유동시킴으로써 마이크로 웰(111)에 갇힌 기포를 제거하기 위한 것이다.

한편, 배양이 완료된 세포 덩어리를 마이크로 웰로부터 회수하는 과정에서도 불편함이 있다. 마이크로 웰(111) 내에서 3차원적으로 배양된 세포 덩어리는 마이크로 웰(111)로부터 쉽사리 배출되지 않는다. 따라서 세포 덩어리가 마이크로 웰(111)로부터 이탈하도록 하기 위해, 연구자들은 파이펫팅(Pipetting)을 반복함으로써 배양액을 흔들어야 한다. 수차례의 파이펫팅으로 세포 덩어리가 마이크로 웰로부터 탈출하여 배양액 내를 부유하게 되면, 비로소 세포 덩어리를 회수할 수 있다.

본 발명의 목적은 파이펫팅을 하지 않더라도 배양액 내의 세포 덩어리가 마이크로 웰을 차지하고 있는 기포를 밀어내고 용이하게 마이크로 웰에 자리 잡을 수 있고 세포의 3차원 배양에도 유리한 마이크로 웰 구조를 가지는 마이크로 웰 어레이 용기를 제안함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 웰 어레이 용기에서 배양된 세포 덩어리를 마이크로 웰로부터 용이하게 회수할 수 있는 기능성 뚜껑을 부가적으로 구비한 마이크로 웰 용기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 용기를 이용한 세포 배양방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로웰 어레이 용기는, 배양액을 수용하기 위한 공간부를 형성하며, 상기 공간부의 바닥에 복수 개의 마이크로 웰(217)이 인접하게 배열되어 어레이(Array)를 형성하는 본체를 포함한다. 여기서, 상기 마이크로 웰(217)은, 하부에 마련되어 상기 배양액과 세포를 수용하는 수용부(301)와, 상기 수용부(301)의 상부에 마련되고 상기 수용부의 입구(301a)를 향해 경사면으로 구현되어 깔때기 형상의 공간을 형성하는 깔때기부(303)를 포함한다. 상기 수용부(301)에 기포가 갇힌 경우에, 상기 수용부 입구(301a) 주위에 모인 세포들이 상기 경사면의 경사방향으로 상기 기포를 누름으로써, 별도의 파이펫팅 등을 하지 않더라도 상기 기포를 상기 수용부(301)로부터 배출할 수 있다. 상기 깔때기부의 입구 가장자리는 인접한 다른 마이크로 웰의 깔때기부의 입구 가장자리와 접하여 상기 바닥에 평평한 면이 없는 것이 좋다.

실시 예에 따라, 상기 수용부의 내면에 도포되어 상기 기포와 수용부 사이의 마찰력을 줄이는 친수성 소재의 코팅면을 더 포함하여 상기 수용부에 갇히는 기포가 상기 세포에 의해 미끄러져 나오게 하는 것이 좋다.

뚜껑

실시 예에 따라, 본 발명의 마이크로웰 어레이 용기는 상기 공간부를 밀폐하는 뚜껑을 더 포함할 수 있다. 뚜껑에는 상기 배양액 속에서 배양된 세포를 회수하기 위한 배출구멍이 형성되어 있다.

다른 실시 예에 따라, 상기 뚜껑은, 상기 뚜껑의 하부에 마련되어 상기 본체의 공간부에 삽입되며, 가장자리가 상기 본체의 내면에 접하고 상기 가장자리로부터 깔때기 형상으로 상기 배출구멍을 향해 경사지게 형성됨으로써 상기 본체를 뒤집어 세포 덩어리를 회수하는 회수 과정에서 상기 세포 덩어리를 상기 배출구멍으로 안내하는 안내부를 더 포함할 수 있다. 상기 배출구멍의 직경은 상기 세포 덩어리의 크기보다 크고, 상기 배양액과 사이에 형성된 표면장력으로 상기 회수 과정에서 상기 배양액의 배출을 적어도 지연할 수 있는 크기로 형성되는 것이 좋다.

다른 실시 예에 따라, 상기 안내부에는, 상기 배출구멍과 접하는 부분에 상기 배출구멍보다 더 큰 직경으로 마련되어 상기 회수 과정에서 상기 세포 덩어리가 모이는 공간을 제공하는 수직공간부가 구현될 수 있다. 상기 수직공간부는, 오목하게 형성되고 가운데에 상기 배출구멍이 위치한 오목 홈의 형상일 수 있다.

한편, 상기 본체는 상기 바닥에 가해지는 외압에 의해 변형될 수 있는 탄성이 있는 소재로 구현됨으로써, 상기 회수 과정에서 상기 외압으로 상기 배출구멍을 통해 상기 배양액을 배출시킬 수 있다.

멀티 웰 플레이트

실시 예에 따라, 본 발명의 용기는 상면이 개방된 복수 개의 홈에 각각 상기 본체를 수용하는 멀티 웰 플레이트를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 뚜껑은 상기 멀티 웰 플레이트의 개방된 홈을 덮어 상기 공간부를 밀폐하는 것이 된다.

마이크로웰 어레이 용기를 이용한 세포 배양방법

본 발명의 배양방법은 용기를 준비하고 상기 용기에 친수성 물질의 용액을 담아 상기 마이크로 웰(217)의 내벽에 친수성 물질을 코팅하는 단계와, 상기 용기에 세포가 포함된 배양액을 담아 배양액을 처음 파종하는 단계와, 상기 파종하는 단계 후에 일정 시간 대기함으로써, 상기 수용부의 입구(301a) 주위에 모인 세포들이 상기 경사면의 경사방향으로 상기 기포를 눌러 상기 마이크로 웰(217)에 갇힌 기포를 제거하는 단계와, 상기 기포 제거 후에 배양액을 보충하거나 바꾸면서 세포를 배양하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 마이크로 웰 용기를 사용하면, 배양액을 붓고 인위적인 파이펫팅을 하지 않더라도 일정 시간이 지나기만 하면 자연스럽게 마이크로 웰의 기포는 제거되고 배양액은 마이크로 웰에 자리잡아 3차원 배양을 순조롭게 할 수 있다. 다시 말해, 마이크로 웰에 갇힌 기포를 제거하기 위한 인위적인 파이펫팅을 할 필요가 없다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 웰 용기는 배양 후에 뚜껑을 덮은 상태에서 뒤집고 손으로 가볍게 용기를 수축시키는 동작만으로 세포 덩어리를 마이크로 웰 로부터 배출할 수 있다.

따라서 연구자들이 배양액을 마이크로 웰 용기에 부은 다음 기포를 제거할 목적 또는 배양 후에 세포 덩어리를 회수할 목적으로, 파이펫 등을 반복적으로 사용해야 하는 불편함이 없다.

도 1은 종래의 마이크로웰 어레이 용기의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로웰 어레이 용기를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 마이크로웰 어레이 용기의 부분 단면도,
도 4는 마이크로 어레이 용기의 사용방법의 설명에 제공되는 도면,
도 5는 회수과정에서의 도 2의 마이크로웰 어레이 용기의 단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로웰 어레이 용기를 도시한 도면,
도 7은 회수과정에서의 도 5의 마이크로웰 어레이 용기의 단면도,
도 8은 마이크로 어레이 용기의 사용방법의 설명에 제공되는 도면, 그리고
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용기의 단면도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 마이크로웰 어레이 용기(200)는 본체(210)와 뚜껑(230)을 포함하며, 세포 배양에 사용될 배양액을 수용한다.

본체(210)는 상면이 개방된 공간부(219)를 형성하여 배양액을 수용한다. 도 2에 예시적으로 도시된 본체(210)는 바닥(211)과 바닥(211)의 가장자리를 둘러싸는 측벽(213)으로 구현된 원통형이지만, 이에 한정되지 않고 배양액을 수용할 수 있는 그릇 형상이면 어떠한 모양이어도 무방하다. 예를 들어, 원통형을 대신해, 본체(210)를 사각기둥이나 오각 또는 육각 기둥의 형태로 구현할 수 있다. 한편, 본체(210)는 바닥과 측벽을 구분하기 어려운 형태일 수도 있고, 바닥(211)에 수직인 측벽(213)이 아닐 수도 있다.

본체(210)가 수용할 수 있는 배양액의 양은 공간부(219)의 크기로 결정되며, 다양한 크기로 구현될 수 있다. 다만, 아래에서 설명하는 것처럼, 공간부(219) 내로 뚜껑(230)의 안내부(235)가 삽입되기 때문에, 마이크로웰 어레이 용기(200)의 최대 용량은 안내부(235)가 삽입된 후의 공간부(219)의 크기를 기준으로 결정할 수 있다. 배양액을 본체(210)에 담을 때 파이펫 등으로 계량하기 때문에 필수적인 것은 아니지만, 실시 예에 따라서는 공간부(219)의 내면에 정량 또는 최대량을 지시하는 눈금이 표시될 수도 있다.

한편, 아래에서 설명하는 것처럼, 본 발명에 따라 세포 배양을 위해 배양액을 본체(210)에 담을 때는 1차와 2차에 걸쳐 두 번으로 나누어 담게 되는데, 이때 1차로 붓는 배양액의 양을 지시하는 지시부가 마련되는 것이 바람직하다. 도 2의 본체(210)의 바닥(211)에는 마이크로웰 어레이(215)를 주위로 턱(221)이 마련되어 있는데, 이 턱(221)의 높이가 1차 배양액의 양을 지시하는 것이다.

본체(210)는 다양한 소재로 구현될 수 있지만, 탄성이 있는 소재로 구현되는 것이 바람직하다. 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS: Polydimethylsiloxane)과 같은 실리콘(Silicone) 수지는 안정된 화학구조를 가지고 부식성이 없고 산화되지 않는 성질이 있고 다소간의 탄성이 있어서 본체(210)의 소재로 바람직하다.

아래에서 설명하는 것처럼, 본 발명은 세포 덩어리의 회수 과정에서 마이크로웰 어레이 용기(200)를 뒤집은 다음 공간부(219)내에 수용된 배양액을 뚜껑(230)의 배출구멍(233)을 통해 배출하는데, 이때 손가락 등으로 본체(210)의 일측을 누르는 식으로 외력을 가해 본체(210)의 형태적 변형을 일으키는 작업이 필요하다. 이러한 형태적 변형을 통해, 세포 덩어리가 마이크로 웰(217)로부터 용이하게 이탈할 수 있고 배양액이 배출구멍(233)을 통해 용이하게 배출될 수 있다.

본체(210)의 바닥(211)에는 마이크로 웰 어레이(215)가 형성되어 있다. 마이크로 웰 어레이(215)는 복수 개의 마이크로 웰(217)이 나란하게 배치된 것으로서, 배양된 세포들이 마이크로 웰(217) 내에서 뭉쳐지면서 세포 덩어리가 된다. 마이크로 웰(217)은 3차원 공간을 형성하기 때문에 세포 배양도 3차원적으로 진행되며, 배지에서 평면적으로 진행되는 세포 배양과 다르다.

마이크로 웰(217)의 형상은 종래에 알려진 어떤 것이어도 무방하다. 다만, 본 발명의 실시 예는 마이크로 웰(217)에서 기포의 배출을 용이하게 하는 형상을 제시한다. 도 3의 단면도를 참조하면, 본 발명의 마이크로 웰(217)은 세포들을 수용할 공간을 형성하는 수용부(301)와, 수용부(301)의 상부에 마련된 깔때기부(303)를 포함하여 전체적으로 깔때기와 같은 형상이다. 깔때기부(303)는 수용부(301)의 상부에 마치 깔때기와 같은 공간을 형성하기 때문에, 마이크로 웰(217)은 마치 수용부(301)의 위쪽에 깔때기가 부착된 형상이다. 깔때기부 입구(303a)는 수용부 입구(301a)보다 큰 단면적으로 구현됨으로써, 깔때기부(303)의 내면은 경사면으로 형성된다.

한편, 바닥(211)에는 평평한 부분이 없는 것이 좋다. 그것은 바닥(211)에 평평한 면에 안착하여 마이크로 웰(217)에 포집되지 않은 세포들은 결국 세포 덩어리로 결합되지 못하게 되어서 배양을 하더라도 회수할 수 없기 때문이다. 그런 측면에서, 마이크로 웰(217) 사이의 격벽에는 평평한 부분이 없는 것이 좋다. 도 3의 예에서처럼, 깔때기부 입구(303a)는 주변 마이크로 웰의 깔때기부 입구(303a)와 접하게 됨으로써, 마이크로 웰(217) 사이의 격벽의 상단에 평평한 부분이 없는 것이 좋다.

한편, 수용부와 깔때기부의 구분이 없이 전체가 동일한 경사면으로 되어, 마이크로 웰의 수직단면의 형상이 역삼각형인 웰인 경우에는 기포 자체가 갇히는 일이 생기지 않을 수도 있지만, 세포를 가두어 수용하는 성능도 그만큼 떨어져 배양된 세포를 유실할 가능성이 크다.

깔때기부 입구(303a)의 형상이나 수용부(301)의 수평방향 단면의 형상은 어떤 것이어도 무방하다. 예를 들어, 깔때기부 입구(303a)의 형상은 육각형으로 하고, 수용부(301)의 수평방향 단면은 원형으로 할 수 있다.

마이크로 웰(217)로부터 기포를 더욱 쉽게 제거하기 위해서, 마이크로 웰(217)을 구성하는 수용부(301)와 깔때기부(303)의 내면에는 친수성 소재 물질의 코팅면을 생성하는 것이 좋다. 친수성 물질이 기포와 수용부(301) 내벽 사이의 마찰력을 최소화시킴으로써 기포가 쉽게 배출되도록 한다. 코팅면은 1회 용이어도 충분하다. 예를 들어, 플루로닉 에프(Pluronic F) 127 용액과 같은 친수성 코팅 물질을 사용할 수 있는데, 본체(210)에 플루로닉 에프 127 용액을 하루 정도 담아 두면 마이크로 웰(217)의 내면이 전부 코팅된다.

마이크로웰 어레이 용기를 이용한 세포 배양 (도 4)

이하에서는, 본체(210)를 이용하여 배양액을 파종하고 배양을 시작하는 방법을 도 2 내지 도 4을 참조하여 설명한다.

<배양액의 파종: 도 4의 (a)>

연구자는 스포이드나 파이펫 등을 이용하여 뚜껑(230)을 덮지 않은 본체(210)에 1차 배양액(cf)을 붓는다. 1차 배양액(cf)에는 배양 대상이 되는 세포들이 일부 포함되어 있다. 이때, 본체(210)의 바닥(211)의 턱(221)까지 배양액(cf)이 차도록 부으면, 1차 배양액이 된다. 배양액(cf)이 공급됨에 따라, 마이크로 웰(217)에는 기포(v)가 생기면서 갇힌다.

한편, 1차 배양액을 본체(210)에 담기 전에, 본체(210)에 친수성 물질의 용액을 담아 마이크로 웰(217)의 내벽에 친수성 물질을 코팅하는 것이 좋다.

<기포의 제거: 도 4의 (b)>

배양액(cf)을 본체(210)에 파종한 다음에 본체(210)를 가만히 두면, 세포(cell)들은 중력에 의해 깔때기부(303)로 모이게 되는데, 수용부(301)는 기포(v)가 자리하고 있기 때문에 세포(cell)들은 수용부 입구(301a) 근처에 모이면서 기포(v)의 가장자리를 따라 쌓인다. 세포(cell)들은 중력에 의해 깔때기부(303)의 경사면을 따라 아래쪽으로 이동하면서, 천천히 깔때기부(303)의 경사면의 경사방향(화살표)으로 기포(v)를 누른다. 세포들이 기포(v)를 경사방향으로 누르는 힘에 의해 기포(v)는 수용부(301)로부터 탈출하게 된다. 실시 예에 따라, 수용부(301)의 내면에 친수성 물질이 코팅되었다면, 기포(v)와 수용부(301) 내면 사이의 마찰력이 줄어 더욱 쉽게 기포(v)가 탈출할 수 있다. 기포(v)가 수용부(301)로부터 탈출하면, 수용부(301)에는 배양액과 세포(cell)들이 유입된다.

기포 제거는 천천히 진행되기 때문에, 기포가 제거되기 전이라도 본체(210)를 세포 배양에 적합한 환경 조건에 둠으로써 세포의 배양을 시작할 수 있다. 예를 들어, 본체(210)를 인큐베이터(Incubator, 미도시)에 넣고 배양을 시작하면, 인큐베이터 내에서 세포들에 의해 기포가 자연스럽게 제거된다.

<세포 덩어리의 배양: 도 4의 (c)>

세포들이 배양되면서 세포들이 계속 뭉쳐지고 세포 덩어리가 된다. 필요하면, 본체(210)에 배양액을 추가하거나 교체해 준다.

이상의 방법으로 본 발명의 마이크로웰 어레이 용기(200)를 이용한 배양액의 파종 및 기포 제거가 수행된다. 따라서 종래처럼, 마이크로 웰에 갇힌 기포를 제거하기 위해 연구자가 따로 파이펫팅을 할 필요가 없다. 아래에서 설명하겠지만, 도 4의 (c) 단계 이후에 아래에서 설명하는 도 8의 (c) 내지 (e)단계의 세포 회수과정을 이어서 수행할 수 있다.

뚜 껑

뚜껑(230)은 공간부(219)의 상면을 덮어 공간부(219)를 밀폐한다. 본체(210)와 마찬가지로 뚜껑(230)도 실리콘 수지와 같은 탄성이 있는 소재로 구현되는 것이 바람직하지만, 본체(210)가 탄성이 있는 소재로 구현되었다면 뚜껑(230)이 반드시 탄성이 있는 소재로 구현될 필요는 없다.

뚜껑(230)은 공간부(219)를 밀페할 수 있는 어떠한 구조이어도 무방하며, 본체(210)의 형상에 영향을 받는다. 다만, 뚜껑(230)이 다른 구조물이 없이 단일 소재로 구현되는 경우에, 공간부(219)를 밀폐하기 위해서는 뚜껑(230)의 일부가 공간부(219)를 형성하는 본체(210)의 내면 또는 외면에 밀착하는 형태이어야 한다.

예를 들어, 도 2에서처럼 본체(210)가 원기둥 형상인 경우에, 뚜껑(230)은 상판(231)과, 상판(231)에서 연장되어 측벽(213)의 내면 또는 외면에 밀착하는 삽입부(234)로 구현될 수 있다.

뚜껑(230)에는 배양이 완료된 세포 덩어리를 빼내기 위한 배출구멍(233)이 형성된다. 도 2는, 뚜껑(230)의 상판(231)의 중앙에 관통 홀의 형태로 배출구멍(233)이 형성된 예이다.

본 발명의 마이크로 웰 구조에서는 기포를 제거하기 위한 다른 동작이 필요 없지만, 다른 실시 예에 따라서는 본체(210)에 1차 배양액을 파종하는 과정에서 뚜껑(230)을 사용하여 마이크로 웰(217)에 갇힌 기포를 제거할 수 있는데, 마치 파이펫팅하는 것처럼 뚜껑(230)의 배출구멍(233)을 이용하여 공간부(219)에 음압을 제공하여 기포를 제거하는 것이다.

뚜껑의 안내부

아래에서 다시 설명하겠지만, 본체(210)에 수용된 배양액에서 세포 배양이 완료되면, 배양된 세포 덩어리의 '회수 과정'이 진행된다. 본 발명의 회수 과정에서 연구자는 뚜껑(230)을 닫은 마이크로웰 어레이 용기(200)를 뒤집은 다음, 배양된 세포 덩어리를 배출구멍(233)을 통해 회수한다.

뚜껑(230)은 '회수 과정'에서 세포 덩어리를 배출구멍(233)으로 안내하는 안내부(235)를 더 포함할 수 있다. 안내부(235)는 뚜껑(230)의 하부에 마련되며 본체(210)의 공간부(219)에 삽입되어, 공간부(219)를 뚜껑(230)의 배출구멍(233)으로 안내한다. 따라서 안내부(235)는 가장자리가 공간부(219)의 내면에 접하고 가장자리로부터 깔때기 형상으로 배출구멍(233)을 향해 경사지게 형성된다.

도 2 및 도 6의 실시 예에서, 안내부(235)는 삽입부(234)와 일체로 구현된다. 안내부(235)의 가장자리(237)는 원기둥 형상으로 공간부(219)의 내면에 밀착하고, 가장자리(237)로부터 상판(231)의 가운데에 위치한 배출구멍(233)을 향해 경사지게 형성되어 공간부(219)를 원뿔 형상으로 밀폐한다. 따라서 회수과정에서 마이크로웰 어레이 용기(200)를 뒤집으면, 마이크로 웰(217) 내에서 응집 배양된 세포 덩어리가 중력에 의해 마이크로 웰(217)로부터 탈출하고 안내부(235)를 따라 배출구멍(233) 쪽으로 이동하면서 세포 덩어리가 회수된다.

이때, 배출구멍(233)의 최소 직경은 세포 덩어리가 통과할 수 있는 크기이어야 한다. 한편, 세포 덩어리가 다른 외력이 없이 중력만으로 마이크로 웰(217)로부터 탈출하기 위해서는 일정한 시간이 필요하며, 그동안은 배양액이 배출되지 않고 공간부(219) 내에 수용되어 있어야 한다. 다시 말해, 회수 과정에서 마이크로웰 어레이 용기(200)를 뒤집자마자 배양액이 배출구멍(233)으로 배출되면, 세포 덩어리가 마이크로 웰(217)로부터 탈출할 수 없다. 이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명의 마이크로웰 어레이 용기(200)는 배출구멍(233)과 배양액 사이에 형성될 수 있는 표면장력을 이용한다. 따라서 마이크로웰 어레이 용기(200)에 수용되는 배양액의 정량은 도 6의 (a)에서처럼 뚜껑(230)을 닫았을 때 배양액의 높이가 배출구멍(233) 중에 위치하도록 정해진다. 배출구멍(233)과 배양액 사이에 형성된 표면장력(t1)의 크기가 배출구멍(233)으로 작용하는 배양액의 무게를 지탱할 수 있다면 배양액의 배출을 저지하거나 적어도 지연시킬 수 있다. 이때 배출구멍(233)의 크기는 작을수록 유리하다. 결론적으로, 배출구멍(233)의 최대 직경은 배출구멍(233)에 작용하는 배양액의 무게와 표면장력 사이의 관계에서 배양액의 배출을 저지하거나 적어도 지연할 수 있는 정도로 정해져야 하며, 배출구멍(233)의 최대 직경은 실험으로 구할 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 배출구멍(233)의 직경은 대략 2mm 정도가 바람직하다.

한편, 배양액의 높이가 배출구멍(233) 중에 위치하는 것은 뚜껑(230)을 닫는 과정에서 배양액이 넘칠 수 있는 정도의 양이므로 사용상 상당히 불편하다. 이러한 점 때문에, 배양액의 높이를 안내부(235)의 경사면에 위치하도록 설계할 수 있다. 다만, 도 5의 (b)에서처럼 배양액의 표면이 안내부(235)의 경사면에 위치하면 배양액의 배출을 저지하기에 충분한 표면장력을 얻기가 쉽지 않다. 알려진 것처럼, 표면장력은 배양액(cf)과 본체(210)의 내면이 이루는 각도에 영향을 받는데, 안내부(235)의 경사면이 배양액에 대해 수직이 아니기 때문에 표면장력의 방향(t2)이 배양액의 배출을 저지하는데 유리하지 않다.

실시 예 2: 뚜껑의 안내부 2 (도 6 및 도 7)

도 5의 뚜껑(230)이 가진 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로웰 어레이 용기(600)가 도 6에 개시되어 있다. 도 6의 마이크로웰 어레이 용기(600)는 도 2의 마이크로웰 어레이 용기(200)와 동일한 구성을 가지며 동일하게 설명될 수 있다. 다만, 도 6 및 도 7에 도시된 뚜껑(610)에는 배출구멍(233)과 접하는 부분에 수직공간부(611)가 더 마련되어 있다. 수직공간부(611)는 배출구멍(233)보다 큰 직경을 가지는 오목 홈으로서, 가운데에 배출구멍(233)이 위치하고 수직한 내벽을 가지는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 7에서처럼, 수직공간부(611)는 배출구멍(233)의 중심축을 포함하도록 수직으로 자른 단면이 U자 형상인 오목 홈으로 구현될 수 있다. 도 7를 참조하면, 수직공간부(611)의 내벽과 배양액 사이에 작용하는 표면장력(t3)은 상측 방향으로 작용함으로써 배양액(cf)이 배출되지 않도록 저지할 수 있다. 또한 수직공간부(611)아래는 배출구멍(233)에 의해 공간이 작아지면서 수직공간부(611) 내의 공기압을 높여 배양액(cf)을 지지하는 힘이 커지는 효과도 있다. 따라서 마이크로웰 어레이 용기(600)에 수용되는 배양액의 정량은 뚜껑(610)을 닫았을 때 배양액의 높이가 수직공간부(611) 중에 위치하도록 정해진다.

도 5의 마이크로웰 어레이 용기(200)와 비교할 때, 수직공간부(611)는 배양액을 채운 상태에서 비어있는 공간을 더 많이 제공하기 때문에, 도 8의 (d)에서 뚜껑(610)을 다시 닫을 때 배양액이 넘치는 위험을 줄인다. 한편, 수직공간부(611)는 세포 덩어리가 모이는 공간의 역할도 할 수 있다.

마이크로웰 어레이 용기를 이용한 세포 배양 (도 8)

이하에서는, 마이크로웰 어레이 용기(600)를 중심으로 도 6 내지 도 8을 참조하여 세포 배양 과정을 설명한다. 도 8의 실시 예에서는 마이크로 웰(217)의 기포를 제거하는 과정이 도 4의 (b)와 다르게 수행되는 것으로 설명되어 있으나, 이것은 기포 제거의 다른 예일 뿐이다. 다시 말해, 도 8의 과정에서도 (b) 단계 대신에 도 4의 (b) 단계를 수행해도 무방하고, 반대로 도 4의 (c) 단계 이후에 아래에서 설명하는 도 8의 (c) 내지 (e)단계를 수행할 수도 있다.

<배양액의 파종: 도 8의 (a)>

도 4의 (a)와 같이 진행된다. 1차 배양액을 붓는 과정에서 마이크로 웰(217)에 있던 공기가 미처 배출되지 못하고 기포(v) 형태로 갇힌다. 마찬가지로 1차 배양액을 본체(210)에 담기 전에, 본체(210)에 친수성 물질의 용액을 담아 마이크로 웰(217)의 내벽에 친수성 물질을 코팅하는 것이 좋다.

<음압을 이용한 기포의 제거: 도 8의 (b)>

도 8의 실시 예에서는 기포(v)를 제거하기 위해, 2차 배양액을 채우기 전에 뚜껑(610)을 닫는다. 연구자는 뚜껑(610)을 닫아 공간부(219)를 밀폐한 다음. 배출구멍(233)을 통해 공간부(219)에 음압을 제공한다. 종래에 알려진 어떠한 방법으로 음압을 제공하도 무방하며, 예를 들어 파이펫 등(10)의 끝 부분을 배출구멍(233)에 맞추고 공간부(219) 내의 공기를 빼내는 간단한 동작을 반복함으로써 공간부(219) 내에 음압을 제공할 수도 있다. 마이크로 웰(217) 내에 갇힌 기포(v)는 음압에 의해 팽창하면서 마이크로 웰(217)로부터 탈출하게 되고 결국 공기 중으로부터 배출된다.

<세포 덩어리의 배양: 도 8의 (c)>

마이크로 웰(217)에 갇힌 기포(v)가 제거되면, 뚜껑(610)을 제거하고 본체(210)에 2차 배양액을 부어 정량의 배양액(cf)을 본체(210)에 담은 다음에, 세포 배양을 시작한다. 세포 배양은 배양 조건에 맞는 환경을 설정해 주어야 하며, 예를 들어 인큐베이터(미도시) 등에 넣어 둔다.

<세포 덩어리의 회수: 도 8의 (d) 및 (e)>

세포 배양이 완료되면, 연구자는 세포 덩어리를 회수하는 회수 과정을 진행한다. 먼저 뚜껑(610)을 다시 닫아 공간부(219)를 밀폐한 다음 마이크로웰 어레이 용기(600)를 뒤집어 일정시간 대기한다. 뚜껑(610)을 닫았을 때, 수직공간부(611)의 일부까지 배양액으로 채워진다.

앞서 설명한 것처럼, 배양액(cf)과 수직공간부(611) 사이에 작용하는 표면 장력 때문에, 마이크로웰 어레이 용기(600)를 뒤집어도 배양액(cf)이 바로 배출구멍(233)으로 배출되지 않는다. 대신에, 마이크로 웰(217) 내에서 배양된 세포 덩어리는 중력에 의해 아래로 떨어지고 안내부(235)에 의해 안내되어 수직공간부(611)로 모인다.

마이크로웰 어레이 용기(600)를 뒤집어 두고 일정시간이 지난 다음, 본체(210)의 바닥(211)을 눌러 본체(210)의 형태를 변형시키면 표면장력의 영향이 제거되면서 배양액(cf)이 배출구멍(233)을 통해 쏟아져 나온다.

이상의 방법으로 본 발명의 마이크로웰 어레이 용기(600)를 이용한 세포 배양이 수행된다.

실시 예3: 마이크로웰 어레이 용기의 다른 예 (도 9)

종래에 복수 개의 마이크로 웰 용기를 담기 위해 멀티 웰 플레이트(Multi Well Plate)가 사용되었다. 멀티 웰 플레이트(910)는 복수 개의 마이크로 웰 용기를 담을 수 있도록 상면이 개방된 복수 개의 홈(911)이 구성되어 있다. 본 발명의 마이크로 웰 어레이 용기도 멀티 웰 플레이트(910)와 결합할 수 있다.

도 9을 참조하면, 마이크로웰 어레이 용기(900)는 멀티 웰 플레이트(910)를 더 구비할 수 있다. 본체(210)는 멀티 웰 플레이트(910)의 개방된 복수 개의 홈(911)에 각각 삽입되고, 뚜껑(930)은 본체(210)에 직접 결합하는 대신에 멀티 웰 플레이트(910)의 개방된 홈(911)을 덮는 형태로 본체(210)의 내부를 밀폐한다. 도 9에서의 멀티 웰 플레이트(910)와 본체(210)는 새로운 형태의 본체가 됨으로써 도 2 및 도 6의 본체(210)에 대응되며, 도 4의 (b)와 8의 (b)에서처럼 기포를 제거하는 과정에서는 도 2 및 도 6의 본체(210)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

200, 600, 900: 마이크로웰 어레이 용기
210: 본체 211: 바닥
213: 측벽 215: 마이크로웰 어레이
217: 마이크로웰 219: 공간부
221: 턱 230, 610, 930: 뚜껑
231: 상판 233: 배출구멍
234: 삽입부 235: 안내부
237: 가장자리(안내부) 301: 수용부
303: 깔때기부 611: 수직공간부
cf: 배양액 910: 멀티 웰 플레이트
911: 멀티 웰 플레이트의 홈

Claims

마이크로웰 어레이 용기에 있어서,
배양액을 수용하기 위한 공간부를 형성하며, 상기 공간부의 바닥에 복수 개의 마이크로 웰(217)이 인접하게 배열되어 어레이(Array)를 형성하는 본체를 포함하고,
상기 마이크로 웰(217)은,
하부에 마련되어 상기 배양액과 세포를 수용하는 수용부(301); 및
상기 수용부(301)의 상부에 마련되고 상기 수용부의 입구(301a)를 향해 경사면으로 구현되어 깔때기 형상의 공간을 형성하는 깔때기부(303)를 포함함으로써, 상기 수용부(301)에 기포가 갇힌 경우에 상기 수용부 입구(301a) 주위에 모인 세포들이 상기 경사면의 경사방향으로 상기 기포를 눌러 상기 기포를 상기 수용부(301)로부터 배출하고,
상기 깔때기부의 입구 가장자리는 인접한 다른 마이크로 웰의 깔때기부의 입구 가장자리와 접하여 상기 바닥에 평평한 면이 없는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
제1항에 있어서,
상기 수용부의 내면에 도포되어 상기 기포와 수용부 사이의 마찰력을 줄이는 친수성 소재의 코팅면을 더 포함하여 상기 수용부에 갇히는 기포가 상기 세포에 의해 미끄러져 나오게 하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공간부를 밀폐하되, 상기 배양액 속에서 배양된 세포를 회수하기 위한 배출구멍이 형성된 뚜껑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
제3항에 있어서,
상기 뚜껑은,
상기 뚜껑의 하부에 마련되어 상기 본체의 공간부에 삽입되며, 가장자리가 상기 본체의 내면에 접하고 상기 가장자리로부터 깔때기 형상으로 상기 배출구멍을 향해 경사지게 형성됨으로써 상기 본체를 뒤집어 세포 덩어리를 회수하는 회수 과정에서 상기 세포 덩어리를 상기 배출구멍으로 안내하는 안내부를 더 포함하고,
상기 배출구멍의 직경은 상기 세포 덩어리의 크기보다 크고, 상기 배양액과 사이에 형성된 표면장력으로 상기 회수 과정에서 상기 배양액의 배출을 적어도 지연할 수 있는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
제4항에 있어서,
상기 안내부에는,
상기 배출구멍과 접하는 부분에 상기 배출구멍보다 더 큰 직경으로 마련되어 상기 회수 과정에서 상기 세포 덩어리가 모이는 공간을 제공하는 수직공간부가 구현된 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
제5항에 있어서,
상기 수직공간부는,
오목하게 형성되고 가운데에 상기 배출구멍이 위치한 오목 홈의 형상인 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체는 상기 바닥에 가해지는 외압에 의해 변형될 수 있는 탄성이 있는 소재로 구현됨으로써, 상기 회수 과정에서 상기 외압으로 상기 배출구멍을 통해 상기 배양액을 배출시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
제3항에 있어서,
상면이 개방된 복수 개의 홈에 각각 상기 본체를 수용하는 멀티 웰 플레이트를 더 포함하고,
상기 뚜껑은 상기 멀티 웰 플레이트의 개방된 홈을 덮어 상기 공간부를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기.
마이크로웰 어레이 용기를 이용한 세포 배양방법에 있어서,
배양액을 수용하기 위한 공간부를 형성하며 상기 공간부의 바닥에 복수 개의 마이크로 웰(217)이 인접하게 배열되어 어레이(Array)를 형성하는 본체를 포함하는 용기를 준비하고, 상기 용기에 친수성 물질의 용액을 담아 상기 마이크로 웰(217)의 내벽에 친수성 물질을 코팅하는 단계 (상기 마이크로 웰(217)은 하부에 마련되어 상기 배양액과 세포를 수용하는 수용부(301)와, 상기 수용부(301)의 상부에 마련되고 상기 수용부의 입구(301a)를 향해 경사면으로 구현되어 깔때기 형상의 공간을 형성하는 깔때기부(303)를 포함함);
상기 용기에 세포가 포함된 배양액을 담아 배양액을 처음 파종하는 단계;
상기 파종하는 단계 후에 일정 시간 대기함으로써, 상기 수용부의 입구(301a) 주위에 모인 세포들이 상기 경사면의 경사방향으로 상기 기포를 눌러 상기 마이크로 웰(217)에 갇힌 기포를 제거하는 단계; 및
상기 기포 제거 후에 배양액을 보충하거나 바꾸면서 세포를 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웰 어레이 용기를 이용한 세포 배양방법.