KR20210103010A - Selective isolation of cells from microfluidic chips - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for selectively separating cells from a microfluidic chip. With the method according to the invention, after co-culturing one or more types of cells, only desired cells can be selectively isolated and used for biological analysis. The method comprises the following steps of: i) preparing a microfluidic chip; ii) injecting a hydrogel containing cells into each of the first and second hydrogel channels; iii) co-culturing the cells; iv) injecting a medium and injecting a hydrogel degrading enzyme; v) incubating the microfluidic chip; and vi) extracting the cells.

Description

미세유체칩으로부터 선택적으로 세포를 분리하는 방법{Selective isolation of cells from microfluidic chips}Method for selective isolation of cells from microfluidic chips

본 발명은 미세유체칩으로부터 선택적으로 세포를 분리하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for selectively separating cells from a microfluidic chip.

미세유체칩을 이용한 세포배양 기술의 경우 학계와 산업계에서 뛰어난 성과를 보이고 있다. 기술이 진보함에 따라 더욱 복잡한 세포 배양 방법들이 개발되었고, 한 종류의 세포가 아닌 여러 종류의 세포를 하나의 어레이에서 배양하는 기술이 최근에 많이 이용되고 있다. 여러 종류의 세포들을 미세유체칩 내에서 배양하기 때문에 미세유체칩에서 배양된 세포의 특성을 분석하는 방법은 이미징이나 세포 배양액을 기반으로 진행되었다. 하지만 명확하고 자세한 세포의 특성 평가를 위해서는 세포 자체에 대한 분석이 필수적이고, 세포를 추출하여 유전체 분석이 진행되어야 한다. 이 전의 단순한 세포 배양 모델에서는 세포를 추출하는 과정이 복잡하지 않았지만, 최근 개발된 복잡한 세포 배양 모델에서는 다른 종류의 세포들이 섞이는 과정 없이 개별적으로 세포를 분리해낼 수 있는 방법이 요구된다. In the case of cell culture technology using microfluidic chips, it is showing excellent results in academia and industry. As technology advances, more complex cell culture methods have been developed, and a technology of culturing several types of cells in one array instead of one type of cell has been widely used in recent years. Since various types of cells are cultured in the microfluidic chip, the method of analyzing the characteristics of the cells cultured in the microfluidic chip was performed based on imaging or cell culture medium. However, for clear and detailed characterization of cells, analysis of the cells itself is essential, and genomic analysis must be performed by extracting cells. In the previous simple cell culture model, the process of extracting cells was not complicated, but in the recently developed complex cell culture model, a method for isolating cells individually without mixing different types of cells is required.

여러가지 세포가 섞여있는 경우 이를 분리해낼 수 있는 방법으로는 유세포분석 (fluorescence-activated cell sorting, FACS)가 있다. 그러나 FACS의 경우 각기 다른 세포를 구분하기 위한 항체와 FACS 분석기기를 필요하다. 하지만 FACS기기의 경우 고가이다. 또한 미세유체칩의 경우 소량의 세포들을 배양하기 때문에 FACS 장비를 사용하기에 적절하지 못하다. 따라서 공동의 공간에서 자란 세포들을 순차적으로 분리해서 세포를 추출할 수 있는 방법의 개발이 요구된다. In the case of a mixture of various cells, a method for separating them is flow cytometry (fluorescence-activated cell sorting, FACS). However, in the case of FACS, antibodies and FACS analyzers are required to distinguish different cells. However, FACS equipment is expensive. In addition, the microfluidic chip is not suitable for using the FACS equipment because a small amount of cells are cultured. Therefore, it is required to develop a method for extracting cells by sequentially separating cells grown in a common space.

기존의 방식의 경우, 미세유체칩에서 세포를 다시 추출해내는 방법은 매우 한정적이었다. 예를 들면, 1) 세포 전체를 용해하는 버퍼를 넣어서 세포 용해액을 추출하는 방법과, 2) 결착된 미세유체칩을 다시 분리하여 그 안에서 세포를 추출해내는 방법이 있다. 1)번 방법의 경우 미세유체칩 내의 공간이 콜라젠과 같은 다공성 구조로 이루어져있기 때문에 세포 용해액이 다공성 구조를 통해 전달되어 서로 다른 종류의 세포를 배양하는 경우 세포 용해액들이 서로 섞이는 문제점이 발생한다. 따라서 하나의 미세유체칩에서 여러가지 세포를 공동배양할 때에는 세포를 구분할 수 없는 단점이 있다. 2)번 방법의 경우 미세유체칩을 다시 분리하는 과정에서 분리에 실패할 확률이 높고 또한 분리하는 과정에서 세포의 손실이 발생하여 효율이 굉장히 낮다.In the case of the conventional method, the method of extracting cells from the microfluidic chip again was very limited. For example, there are 1) a method of extracting a cell lysate by adding a buffer that dissolves the entire cell, and 2) a method of separating the bound microfluidic chip again and extracting cells from it. In the case of method 1), since the space in the microfluidic chip has a porous structure such as collagen, the cell lysate is delivered through the porous structure, and when different types of cells are cultured, the cell lysate is mixed with each other. . Therefore, when co-culturing various cells on one microfluidic chip, there is a disadvantage that the cells cannot be distinguished. In the case of method 2), there is a high probability that the separation fails in the process of separating the microfluidic chip again, and the efficiency is very low due to the loss of cells during the separation process.

이에 본 발명자들은 미세유체칩에서 세포를 선택적으로 분리하는 기술에 대해 연구를 계속하여 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors completed the present invention by continuing research on a technology for selectively separating cells from a microfluidic chip.

US 9,121,847US 9,121,847

본 발명의 목적은 미세유체칩으로부터 선택적으로 세포를 분리하는 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a method for selectively separating cells from a microfluidic chip.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다음을 포함하는 미세유체칩으로부터 선택적으로 세포를 분리하는 방법을 제공한다:In order to solve the above problems, the present invention provides a method for selectively separating cells from a microfluidic chip comprising:

i) 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널이 일련의 순서로 배치된 미세유체칩을 준비하는 단계;i) a first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and preparing a microfluidic chip in which a second hydrogel degrading enzyme channel is arranged in a series order;

ii) 상기 제1 하이드로젤 채널 및 제2 하이드로젤 채널 각각에 세포가 포함된 하이드로젤을 주입하는 단계;ii) injecting a hydrogel containing cells into each of the first and second hydrogel channels;

iii) 상기 세포와 하이드로젤이 주입된 미세유체칩을 인큐베이션하여 세포를 공배양하는 단계;iii) co-culturing the cells by incubating the cells and the hydrogel-infused microfluidic chip;

iv) 상기 미디엄 채널에 5℃ 이하의 미디엄을 주입하고, 상기 모든 하이드로젤 분해효소 채널에 분해효소 활성화온도의 하이드로젤 분해효소를 주입하는 단계;iv) injecting a medium of 5° C. or less into the medium channel, and injecting a hydrogel degrading enzyme having a degrading enzyme activation temperature into all of the hydrogel degrading enzyme channels;

v) 미디엄과 하이드로젤 분해효소가 주입된 미세유체칩을, 하이드로젤 분해효소 활성화 온도에서 인큐베이션하는 단계; 및v) incubating the microfluidic chip injected with medium and hydrogel degrading enzyme at a hydrogel degrading enzyme activation temperature; and

vi) 상기 제1 및 제2 하이드로젤 채널에서 선택적으로 세포를 추출하는 단계.vi) selectively extracting cells from the first and second hydrogel channels.

상기 i) 단계에서, 상기 미세유체칩은In step i), the microfluidic chip

상기 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널이 각각 저장소와 연결되고, 그리고 수두차(water pressure)가 발생하도록 상기 제1 미디엄 채널의 저장소의 수면 높이는 상기 제1 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널의 저장소의 수면 높이보다 더 높을 수 있다(도 1).the first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and the second hydrogel lyase channel is respectively connected to the reservoir, and the water level of the reservoir of the first medium channel is the water level of the reservoir of the first and second hydrogel lyase channel so that a water pressure is generated. It can be higher than the height (FIG. 1).

미세유체칩 내에서의 유체의 흐름은 수두차(waterhead pressure)에 의해 발생한다. 이 때 수두차는 제1 미디엄 채널과 하이드로젤 분해효소채널의 저장소에 담겨 있는 유체의 부피 차이로 발생한다. 즉, 저장소의 밑넓이가 동일하니 부피가 큰 용액이 든 저장소의 수면의 높이가 더 높고, 따라서 수두가 높아서 수압이 크므로 수두차가 발생하게 된다. The flow of fluid in the microfluidic chip is caused by a waterhead pressure. At this time, the head difference is generated by the difference in volume of the fluid contained in the reservoir of the first medium channel and the hydrogel degrading enzyme channel. In other words, since the bottom area of the reservoir is the same, the height of the water surface of the reservoir containing the bulky solution is higher.

상기 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널이 일련의 순서로 배치되는 것이란, 제 1 미디엄 채널의 일 측면부는 제 1 하이드로젤 채널의 일 측면부와 인접하고, 제 1 하이드로젤 채널의 다른 일 측면부는 제1 하이드로젤 분해효소 채널의 일 측면부와 인접하며, 제1 하이드로젤 분해효소 채널의 다른 일 측면부는 제2 하이드로젤 채널의 일 측면부와 인접하고, 제2 하이드로젤 채널의 다른 일 측면부는 제2 하이드로젤 분해효소 채널의 일 측면부와 인접하는 것을 의미한다(도 1). the first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; And that the second hydrogel degrading enzyme channel is arranged in a series order, one side of the first medium channel is adjacent to one side of the first hydrogel channel, and the other side of the first hydrogel channel is the first hydrogel channel. One side of the gel-degrading enzyme channel is adjacent, the other side of the first hydrogel-degrading enzyme channel is adjacent to one side of the second hydrogel channel, and the other side of the second hydrogel channel is second hydrogel degradation. It means adjacent to one side of the enzyme channel (FIG. 1).

상기 ii) 제1 하이드로젤 채널 및 제2 하이드로젤 채널 각각에 세포가 포함된 하이드로젤을 주입하는 단계에서, 상기 세포의 종류는 서로 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다.In the ii) step of injecting the hydrogel including cells into each of the first hydrogel channel and the second hydrogel channel, the types of the cells may be the same or different from each other.

또한 상기 세포는 질병(예를 들면, 암) 세포일 수 있다.The cell may also be a disease (eg, cancer) cell.

상기 하이드로젤 채널의 하이드로젤은 다공성 구조로 이루어져 있어서 각각의 채널 사이의 물질 교환이 가능하다.Since the hydrogel of the hydrogel channel has a porous structure, material exchange between each channel is possible.

상기 물질 교환은, 물질의 상호 전달 및/또는 교환을 포함한다. The exchange of substances includes mutual transfer and/or exchange of substances.

상기 하이드로젤은, 콜라겐(Collagen), 알지네이트(Alginate), 피브린(Fibrin), 히알루론산(Hyaluronic Acid), 아가로즈(Agarose), PHEMA(Polyhydroxyethylmethacrylate), PVA(Polyvinyl alcohol), PEG(Poly(ethylene glycol)), PEO(Poly(ethylene oxide)), PEGDA(Polyethylene (glycol) diacrylate), 젤라틴(Gelatin), 매트리젤(Matrigel), PLLA(poly(L-lactic acid)), 카복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose), 덱스트란(Dextran), 키토산(Chitosan) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나. 반드시 이로 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야에서 사용 가능한 하이드젤이라면 어느 것이나 사용 가능하다.The hydrogel is, collagen (Collagen),   alginate (Alginate), fibrin (Fibrin), hyaluronic acid (Hyaluronic Acid), agarose (Agarose), PHEMA (Polyhydroxyethylmethacrylate),   PVA (Polyvinyl alcohol),   PEG (Poly (ethylene glycol) )), PEO(Poly(ethylene oxide)), PEGDA(Polyethylene (glycol) diacrylate), Gelatin, Matrigel, PLLA(poly(L-lactic acid)), Carboxymethylcellulose, It may be selected from the group consisting of dextran, chitosan, and mixtures thereof. It is not necessarily limited thereto, and any hydrogel available in the art may be used.

상기 하이드로젤 분해효소에 주입되는 하이드로젤 분해효소는 이 기술분야에 알려진 하이드로젤 분해효소라면 어느 것이나 이용할 수 있다. 예를 들면, 콜라게네이즈(collagenase), MMP, 히알루로니데이즈(hyaluronidase), 플라스민(Plasmin) 등이 있다. The hydrogel-degrading enzyme injected into the hydrogel-degrading enzyme may be any hydrogel-degrading enzyme known in the art. For example, there are collagenase (collagenase), MMP, hyaluronidase (hyaluronidase), plasmin (Plasmin) and the like.

상기 iv) 제1미디엄 채널에 5℃ 이하의 미디엄을 주입하고, 상기 모든 효소 채널에 30-40℃의 하이드로젤 분해효소를 주입하는 단계에서, 상기 미디엄 채널에서는 상기 미디엄 채널과 상기 제1 하이드로젤 분해효소 채널 사이의 수두차(waterhead pressure)에 의해 제1 미디엄 채널에서 제1 하이드로젤 분해효소 채널 방향으로 유동이 발생해서 제1 하이드로젤 분해효소 채널에서 제1 하이드로젤 채널 방향으로 하이드로젤 분해효소가 확산(diffusion)되는 것을 방해함으로써, 제1 하이드로젤 채널에 도달하는 하이드로젤 분해효소의 농도가 제2 하이드로젤 채널에 도달하는 하이드로젤 분해효소의 농도보다 낮을 수 있다. In the step of iv) injecting a medium of 5° C. or less into the first medium channel, and injecting a hydrogel degrading enzyme at 30-40° C. into all the enzyme channels, in the medium channel, the medium channel and the first hydrogel A flow occurs in the first medium channel in the direction of the first hydrogel degrading enzyme channel by the waterhead pressure between the degrading enzyme channels, and the hydrogel degrading enzyme in the first hydrogel degrading enzyme channel in the direction of the first hydrogel channel. By preventing diffusion (diffusion), the concentration of the hydrogel degrading enzyme reaching the first hydrogel channel may be lower than the concentration of the hydrogel degrading enzyme reaching the second hydrogel channel.

상기 v) 미디엄과 하이드로젤 분해효소가 주입된 미세유체칩을 하이드로젤 효소 배양 최적 온도에서 인큐베이션하는 단계는, 상기 제1 하이드로젤 채널과 제2 하이드로젤 채널의 하이드로젤 분해효소 반응을 조절하는 단계로, 제1 하이드로젤 채널 보다 제2 하이드로젤 채널에 도달하는 하이드로젤 분해효소의 농도가 높고, 제1 하이드로젤 채널보다 제2 하이드로젤 채널의 온도가 높아서, 제1 하이드로젤 채널보다 제2 하이드로젤 채널에서 하이드로젤 분해 반응이 빨리 일어날 수 있다.The step v) incubating the microfluidic chip injected with medium and the hydrogel degrading enzyme at the optimal temperature for culturing the hydrogel enzyme is a step of controlling the hydrogel degrading enzyme reaction of the first hydrogel channel and the second hydrogel channel As a result, the concentration of the hydrogel-degrading enzyme reaching the second hydrogel channel is higher than that of the first hydrogel channel, and the temperature of the second hydrogel channel is higher than that of the first hydrogel channel, so that the second hydrogel channel is higher than the first hydrogel channel. The hydrogel degradation reaction can occur rapidly in the gel channel.

상기 iv) 단계에서, 상기 미디엄 채널에 주입되는 5℃ 이하의 미디엄은, 바람직하게는 0-4℃ 이하의 미디엄일 수 있다. 그리고 상기 하이드로젤 분해효소 채널에 주입되는 하이드로젤 분해효소 활성화온도는 바람직하게는 30-40℃ 일 수 있다. In step iv), the medium injected into the medium channel may be a medium of 5° C. or less, preferably a medium of 0-4° C. or less. And the hydrogel-degrading enzyme activation temperature injected into the hydrogel-degrading enzyme channel may be preferably 30-40 ℃.

상기 v) 단계는, 상기 하이드로젤 분해효소 활성화 온도는 30 내지 40℃일 수 있다. 바람직하게는 37℃일 수 있다.In step v), the hydrogel degrading enzyme activation temperature may be 30 to 40 °C. Preferably, it may be 37°C.

상기 vi) 제1 및 제2 하이드로젤 채널에서 선택적으로 세포를 추출하는 단계에서, 상기 제1 하이드로젤 채널보다 제2 하이드로젤 채널에서 하이드로젤 분해효소 반응이 빨리 일어나서 제2 하이드로젤 채널의 하이드로젤이 먼저 용해됨으로써 제2 하이드로젤로부터 세포를 선택적으로 먼저 분리할 수 있다.In the vi) step of selectively extracting cells from the first and second hydrogel channels, the hydrogel degrading enzyme reaction occurs faster in the second hydrogel channel than in the first hydrogel channel, so that the hydrogel of the second hydrogel channel By first dissolving, cells can be selectively separated from the second hydrogel first.

상기 i) 단계의 미세유체칩을 준비하는 단계에서, 상기 미세유체칩은, 상기 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널에, 제3 하이드로젤 채널 및 제2 미디엄 채널을 일련의 순서로 더 추가하여 배치된 미세유체칩일 수 있다. In the step of preparing the microfluidic chip of step i), the microfluidic chip may include: the first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and a microfluidic chip disposed by further adding a third hydrogel channel and a second medium channel to the second hydrogel degrading enzyme channel in a series order.

상기 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널; 제3 하이드로젤 채널 및 제2 미디엄 채널이 각각 저장소와 연결된다. 그리고 수두차(water pressure)가 발생하도록 상기 제1 미디엄 채널과 제2 미디엄 채널의 저장소의 수면 높이는 상기 제1, 제2 및 제3 하이드로젤 분해효소 채널의 저상소의 수면 높이보다 높을 수 있다(도 2). the first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and a second hydrogel lyase channel; A third hydrogel channel and a second medium channel are respectively connected to the reservoir. And the water level of the reservoir of the first medium channel and the second medium channel to generate a water pressure difference (water pressure) may be higher than the water level of the lower chamber of the first, second and third hydrogel degrading enzyme channels ( 2).

상기 미디엄 채널과 효소 채널의 위치는 서로 바꿀 수 있다. The positions of the medium channel and the enzyme channel may be interchanged.

다른 구체예에서 본 발명은, 다음 단계를 포함하는 미세유체칩으로부터 선택적으로 세포를 분리하는 방법을 제공한다:In another embodiment, the present invention provides a method for selectively separating cells from a microfluidic chip comprising the steps of:

i) 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널; 제3하이드로젤 채널; 및 제2미디엄 채널이 일련의 순서로 배치된 미세유체칩을 준비하는 단계;i) a first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and a second hydrogel lyase channel; a third hydrogel channel; and preparing a microfluidic chip in which a second medium channel is arranged in a series order;

ii) 상기 제1 하이드로젤 채널, 제2 하이드로젤 채널 및 제3 하이드로젤 채널 각각에 세포가 포함된 하이드로젤을 주입하는 단계;ii) injecting a hydrogel containing cells into each of the first hydrogel channel, the second hydrogel channel, and the third hydrogel channel;

iii) 상기 세포와 하이드로젤이 주입된 미세유체칩을 인큐베이션하여 세포를 공배양하는 단계;iii) co-culturing the cells by incubating the cells and the hydrogel-infused microfluidic chip;

iv) 상기 미디엄 채널에 5℃ 이하의 미디엄을 주입하고, 상기 모든 효소 채널에 30-40℃의 하이드로젤 분해효소를 주입하는 단계;iv) injecting a medium of 5° C. or less into the medium channel, and injecting a hydrogel degrading enzyme at 30-40° C. into all the enzyme channels;

v) 미디엄과 하이드로젤 분해효소가 주입된 미세유체칩을, 하이드로젤 효소 배양 최적 온도에서 인큐베이션하는 단계; 및v) incubating the microfluidic chip into which the medium and the hydrogel degrading enzyme are injected, at the optimum temperature for culturing the hydrogel enzyme; and

vi) 상기 제1, 제2 및 제3 하이드로젤 채널에서 선택적으로 세포를 추출하는 단계.vi) selectively extracting cells from the first, second and third hydrogel channels.

상기 vi) 상기 제1, 제2 및 제3 하이드로젤 채널에서 선택적으로 세포를 추출하는 단계에시, 제2 하이드로젤 채널에서 먼저 선택적으로 세포를 추출할 수 있다.In the vi) step of selectively extracting cells from the first, second and third hydrogel channels, cells may be selectively extracted first from the second hydrogel channel.

상기 각 단계에 대한 구체적인 설명은 앞서와 같으므로 생략한다. A detailed description of each step is the same as above, and thus will be omitted.

본 발명은 미세유체집에서 순차적으로 하이드로젤 기질을 용해하는 기술에 대한 것이다.The present invention relates to a technique for sequentially dissolving a hydrogel matrix in a microfluidic collection.

본 발명에서 "미세유체칩"이란, 마이크로미터 지름의 미세한 관 안에서 유체 흐름을 조종해 시료를 처리하는 플랫폼을 말한다.In the present invention, the term "microfluidic chip" refers to a platform that processes a sample by controlling the flow of fluid in a micrometer-diameter micro tube.

본 발명에서 "대류"란, 외부의 힘(수두차)에 의해 유체 유동이 강제적으로 생길때 발생하는 대류를 말한다.In the present invention, "convection" refers to convection that occurs when a fluid flow is forcibly generated by an external force (water head difference).

본 발명에서 "확산"이란, 분자들이 스스로 움직여 퍼져가는 현상을 말한다.In the present invention, "diffusion" refers to a phenomenon in which molecules move and spread by themselves.

하이드로젤로 대표적인 것은 세포외 기질(extracellular matrix)을 예로 들 수 있다. 다공성 하이드로젤은 물질 전달이 가능하기 때문에 양측에 다른 수두차(waterhead pressure)가 존재할 시, 수두가 높은 곳에서 낮은 곳으로 다공성 하이드로젤 기질을 통하여 유동이 발생하게 된다. 이 때의 유량은 수두차가 0이 될 때까지 발생하며, 다공성 하이드로젤 기질의 유량저항과 수두차이 크기에 따라 다르다(대류, convection).A representative example of a hydrogel is an extracellular matrix. Since the porous hydrogel is capable of mass transfer, when different waterhead pressures exist on both sides, flow occurs through the porous hydrogel matrix from a high head to a low location. The flow rate at this time occurs until the head difference becomes 0, and it depends on the flow resistance of the porous hydrogel substrate and the size of the head difference (convection).

또한, 하이드로젤 분해효소는 버퍼 용액에 녹여진 상태로 존재하게 되는데, 이 때 하이드로젤 기질을 원할하게 용해시키기 위해서는 특정 온도와 특정 농도 조건을 충족시킬 수 있어야 한다. 하이드로젤 분해효소는 확산 현상에 의해 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 되고, 다공성 하이드로젤 기질을 통해 확산되다 양측의 농도가 같아질 시 멈추게 된다 (확산, diffusion). 하지만 물질 전달의 경우 수두차에 의해 발생하는 대류 현상으로 인한 물질 전달 속도가 확산 속도보다 빠르기 때문에 대류와 확산 방향을 반대로 구성한다면, 어느 정도 확산으로 인한 물질 전달을 막을 수 있다. 따라서 이 기술을 이용해 미세유체칩 내의 특정 채널의 하이드로젤 기질에 효소 반응에 필요한 농도보다 효소의 농도가 낮게 유지되도록 조절할 수 있다(도 2). In addition, the hydrogel degrading enzyme is present in a dissolved state in the buffer solution. At this time, in order to dissolve the hydrogel substrate smoothly, it must be able to satisfy specific temperature and specific concentration conditions. The hydrogel degrading enzyme moves from a high concentration to a low concentration by diffusion, diffuses through the porous hydrogel matrix, and stops when the concentrations on both sides become the same (diffusion). However, in the case of mass transfer, since the mass transfer rate due to the convection phenomenon caused by the head difference is faster than the diffusion rate, if the convection and diffusion directions are reversed, mass transfer due to diffusion can be prevented to some extent. Therefore, using this technique, the concentration of the enzyme in the hydrogel substrate of a specific channel in the microfluidic chip can be adjusted to be maintained lower than the concentration required for the enzyme reaction (FIG. 2).

하이드로젤 분해효소는 앞서 언급했듯이 특정 온도가 충족되어야 제대로 작동을 하게 되는데, 이 활성화온도는 30 내지 40℃ 범위 내이고, 대부분은 체온인 37℃이다. 따라서 하이드로젤 에 맞닿은 곳에 위치한 하이드로젤 분해효소의 온도가 낮을 경우 효소 반응 속도가 더디다. As mentioned above, hydrogel degrading enzymes work properly only when a certain temperature is met, and this activation temperature is in the range of 30 to 40 ° C. Therefore, when the temperature of the hydrogel-degrading enzyme located in contact with the hydrogel is low, the enzyme reaction rate is slow.

유체가 차있는 공간에서 열 전달은 두 가지 경로를 통해 이루어지는데, 유체의 이동에 따라 유체가 섞이며 열이 전달되는 대류 열전달과, 유체를 매질로 하여 열이 전달되는 전도 열전달이 있다. 효소 반응 속도에 관한 법칙과 열 전달에 대한 법칙을 이용하면, 특정 채널 부위에만 빠르거나 느리게 열을 가할 수 있어 효소 반응 온도를 조절할 수 있고, 이를 통해 효소 반응 속도를 조절해 순차적으로 하이드로젤을 용해시킬 수 있다. Heat transfer in a space filled with fluid occurs through two pathways: convective heat transfer, in which heat is transferred by mixing fluids as the fluid moves, and conduction heat transfer, in which heat is transferred using a fluid as a medium. Using the law on the rate of enzyme reaction and the law of heat transfer, heat can be applied quickly or slowly only to a specific channel region, so that the temperature of the enzyme reaction can be controlled. can do it

본 발명은 기계공학적 지식을 활용해, 특정 채널 부위의 다공성 하이드로젤 기질에 하이드로젤 분해효소의 농도가 반응에 필요한 농도보다 낮게 유지되도록 실험을 설계하였고, 하이드로젤 분해효소의 반응 속도를 조절하는데 성공하였다. 이를 통해 복수 개의 다공성 하이드로젤 채널이 포함되어 있는 미세유체 채널에서 선택적으로 세포를 추출해내는데 성공하였다(도 3). 본 발명의 일 실시예에서는 제2 하이드로젤 채널에서 제일 먼저 효소반응이 일어나도록 설계하였는데, 앞서 언급한 원리를 이용하여 제1 및/또는 제3 하이드로젤에서 먼저 효소 반응이 일어나도록 설계를 변경할 수 있다. The present invention designed an experiment so that the concentration of the hydrogel degrading enzyme in the porous hydrogel substrate of a specific channel region is maintained lower than the concentration required for the reaction by using mechanical engineering knowledge, and succeeded in controlling the reaction rate of the hydrogel degrading enzyme did. Through this, we succeeded in selectively extracting cells from a microfluidic channel containing a plurality of porous hydrogel channels (FIG. 3). In an embodiment of the present invention, the enzymatic reaction is designed to occur first in the second hydrogel channel, and the design can be changed so that the enzymatic reaction occurs first in the first and/or third hydrogel using the aforementioned principle. have.

본 발명의 방법을 따르면, 미세유체칩에서 복수 개의 세포를 공배양하여 원하는 세포만 선택적으로 분리할 수 있다. According to the method of the present invention, only desired cells can be selectively isolated by co-culturing a plurality of cells on a microfluidic chip.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체칩을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체칩을 이용하여 세포를 분리하는 방법을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 3차원 미세유체칩을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 비교예에 따라 미세유체칩에서 세포를 분리한 결과를 보여주는 사진이다.
1 schematically shows a three-dimensional microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 schematically show a method of separating cells using a microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
4 shows a three-dimensional microfluidic chip manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing the result of separating cells from a microfluidic chip according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention can apply various transformations and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

[실시예] [Example]

실시예 1. 3차원 미세유체칩 제작Example 1. Three-dimensional microfluidic chip fabrication

미세유체칩은 2 가지 유형 이상의 세포를 공동 배양하도록 설계되었다. 미세유체는 4 개의 유닛을 가지며, 각 유닛은 2개의 미디엄 채널(도 2의 a, g), 3개의 하이드로젤 채널(도 2의 b, d 및 f), 및 2개의 하이드로젤 분해효소 채널(도 2의 c, e)로 구성되었다(도 2 및 도 4). 각 미디엄 채널에는 미디엄을 공급하기위한 2 개의 저장소(reservoir)가 있으며 하이드로젤 채널에 의해 분리되어 있다. 제1 미디어 채널, 제1 하이드로젤 채널, 제1 하이드로젤 분해효소 채널, 제2 하이드로젤 채널, 제2 하이드로젤 분해효소 채널, 제 3 하이드로젤 채널 및 제2 미디엄 채널을 일련의 순서로 배치하였다. Microfluidic chips are designed to co-culture two or more types of cells. The microfluidic has four units, each of which has two medium channels (a, g in Fig. 2), three hydrogel channels (b, d and f in Fig. 2), and two hydrogelase channels (Fig. 2 c, e) (FIGS. 2 and 4). Each medium channel has two reservoirs for supplying medium, separated by a hydrogel channel. The first media channel, the first hydrogel channel, the first hydrogel lyase channel, the second hydrogel channel, the second hydrogel lyase channel, the third hydrogel channel and the second medium channel were arranged in a series order. .

미세유체칩은 이전에 보고된 방법을 이용하여 제작하였다(Y. Shin et al., "Microfluidic assay for simultaneous culture of multiple cell types on surfaces or within hydrogels," Nat. Protoc., vol. 7, no. 7, pp. 1247-1259, 2012.). 간단히 말하면, 두께가 180-200 μm 인 SU-8 포토 레지스트를 먼저 포토 리소그래피 기술을 이용해 실리콘 웨이퍼 상에 패턴화하였다. 폴리디메틸실록산 혼합물 (PDMS, SYLGARD 184 실리콘 엘라스토머 키트, 다우 코닝)을 1:10의 중량비로 경화제와 PDMS 예비 중합체를 혼합하여 제조하였다. PDMS 혼합물을 패턴화된 웨이퍼에 부었다. 이어서, PDMS 혼합물을 진공 챔버에서 15분 동안 탈기시켜 기포를 제거하였다. PDMS 혼합물을 80℃ 건조 오븐에서 4 시간 동안 구웠다. 경화된 PDMS 몰드를 생검 펀치 및 무딘 바늘로 분리, 트리밍 및 펀칭하였다. PDMS 몰드를 120℃에서 30 분 동안 고압멸균하였다. 멸균된 PDMS 몰드(상부) 및 마이크로 커버글래스(하부)를 산소 플라즈마 처리 (FEMTO science) 후에 접합시켰다. 접합된 마이크로칩 을 80℃의 오븐에서 24 시간 이상 건조시켜 소수성을 회복하였다.The microfluidic chip was fabricated using a previously reported method (Y. Shin et al. , "Microfluidic assay for simultaneous culture of multiple cell types on surfaces or within hydrogels," Nat. Protoc. , vol. 7, no. 7, pp. 1247-1259, 2012.). Briefly, SU-8 photoresists with a thickness of 180-200 μm were first patterned on a silicon wafer using photolithography techniques. A polydimethylsiloxane mixture (PDMS, SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit, Dow Corning) was prepared by mixing a curing agent and a PDMS prepolymer in a weight ratio of 1:10. The PDMS mixture was poured onto the patterned wafer. The PDMS mixture was then degassed in a vacuum chamber for 15 minutes to remove air bubbles. The PDMS mixture was baked in a drying oven at 80° C. for 4 hours. The cured PDMS mold was separated, trimmed and punched with a biopsy punch and blunt needle. The PDMS mold was autoclaved at 120° C. for 30 minutes. The sterilized PDMS mold (top) and micro coverglass (bottom) were bonded after oxygen plasma treatment (FEMTO science). The bonded microchip was dried in an oven at 80° C. for 24 hours to recover hydrophobicity.

실시예 2. 세포 공배양Example 2. Cell co-culture

2-1. 2차원 세포 배양 2-1. 2D cell culture

정상 인간의 성상세포(astrocytes) (Astrocyte, Cell systems)는 혈청, CultureBoost ?? (Cell systems) 및 Astrocytes Growth Medium BulletKit (AGM, Lonza)이 포함된 Complete Classic Medium에서 배양되었고, 제조업체의 표준 프로토콜에 따라 보존되었다.Normal human astrocytes (Astrocyte, Cell systems) are derived from serum, CultureBoost ?? (Cell systems) and Astrocytes Growth Medium BulletKit (AGM, Lonza) were cultured in Complete Classic Medium and preserved according to the manufacturer's standard protocol.

이종이식 마우스의 암세포는 이전에 보고된 방법과 같은 방법으로 도너(donor)로부터 분리하였다(H. W. Lee et al., “Patient-derived xenografts from non-small cell lung cancer brain metastases are valuable translational platforms for the development of personalized targeted therapy,” Clin. Cancer Res., vol. 21, no. 5, pp. 1172-1182, 2015.). 분리된 종양 세포를 2 % B27 보충제 (50X, Gibco), 1 % N2 보충제 (100X, Gibco), 1 % L- 글루타민 (Gibco), 200ng / ml의 표피세포성장인자(EGF, R&D systems), 200 ng/ml의 기본 섬유아세포 성장인자 (bFGF, R&D systems), 30ng/ml 의 recombinant human neuregulin-1 beta1/heregulin-beta1 (rhNRG-1-b1/HRG-b1(EGF domain), R&D systems), 200ng/ml 의rhIGF-1(R&D systems)를 포함하는 Neurobasal Media (NBA, Gibco) 미디아(media)로 현탁액 배양용 세포 배양 플라스크에서 배양하였다. 종양 세포 구체를 <600um의 직경으로 성장시키고, 암 구체를 배양 배지로 수집하고 포스페이트 완충 식염수 (PBS, 1X, Gibco)로 세척하였다. 수집 된 세포 펠렛을 Accutase (Gibco)로 분리하여 단일 세포로 만들고 PBS로 중화시켰다.Cancer cells from xenograft mice were isolated from donors by the same method as previously reported (HW Lee et al. , “Patient-derived xenografts from non-small cell lung cancer brain metastases are valuable translational platforms for the development of personalized targeted therapy,” Clin. Cancer Res. , vol. 21, no. 5, pp. 1172-1182, 2015.). The isolated tumor cells were treated with 2% B27 supplement (50X, Gibco), 1% N2 supplement (100X, Gibco), 1% L-glutamine (Gibco), 200ng/ml epidermal growth factor (EGF, R&D systems), 200 ng/ml of basic fibroblast growth factor (bFGF, R&D systems), 30ng/ml of recombinant human neuregulin-1 beta1/heregulin-beta1 (rhNRG-1-b1/HRG-b1(EGF domain), R&D systems), 200ng Neurobasal Media (NBA, Gibco) containing /ml of rhIGF-1 (R&D systems) was cultured in a cell culture flask for suspension culture. Tumor cell spheres were grown to a diameter of <600um, and cancer spheres were collected into culture medium and washed with phosphate buffered saline (PBS, IX, Gibco). The collected cell pellet was dissociated with Accutase (Gibco) to make single cells and neutralized with PBS.

2-2. 3D 미세유체칩에서의 공배양 2-2. Co-culture on 3D microfluidic chips

랫 테일 콜라겐 1 형 용액 (BD), 10X PBS, 증류수 (DW) 및 수산화소듐 (NaOH, 0.1N)을 혼합하여 콜라겐 용액을 제조하였다. 콜라겐 젤 혼합물의 최종 농도 및 pH는 각각 2.0 mg/ ml 및 pH 7.0-7.4로 조정되었다. 콜라겐에 세포를 내장시키기 위해, 1.0 × 107 cells/ ml (최종 세포 밀도보다 10 배 높음) 밀도를 가지는 20 μl의 각 세포의 배양액 용액과 2.22 mg /ml의 콜라겐 용액 180 μl를 잘 혼합 하였다.A collagen solution was prepared by mixing rat tail collagen type 1 solution (BD), 10X PBS, distilled water (DW) and sodium hydroxide (NaOH, 0.1N). The final concentration and pH of the collagen gel mixture were adjusted to 2.0 mg/ml and pH 7.0-7.4, respectively. To embed cells in collagen, 20 μl of each cell culture solution having a density of 1.0 × 10 7 cells/ml (10 times higher than the final cell density) and 180 μl of a 2.22 mg/ml collagen solution were mixed well.

콜라겐 용액 및 콜라겐-세포 혼합물을 하이드로젤 채널에 주입하고 겔화되는 동안 건조되는 것을 막기 위해 고습도(~80%)에서 37℃에서 30 분 동안 CO2 인큐베이터에서 배양하였다. The collagen solution and collagen-cell mixture were injected into the hydrogel channel and incubated in a CO 2 incubator at 37° C. for 30 min at high humidity (~80%) to prevent drying during gelation.

2-3. 미세유체칩에서의 세포 추출2-3. Cell Extraction from Microfluidic Chips

미세유체칩에서 세포를 공동배양 한 후, 하이드로젤 채널에서 종양세포를 분리하기 위해, 하이드로젤 채널을 채운 콜라겐 스캐폴드는 콜라게네이즈 D형(로슈)에 의해 분해되었다. 콜라게네이즈 용액은 PBS 중 1.0 mg/ml로 제조하였다. (b) 60ul의 37℃로 예열된 콜라게네이즈 용액을 하이드로젤 분해효소 채널에 채우고, 120ul의 4℃ PBS는 제 1 및 제 2 미디엄 채널에 채워서 수두차(water pressure)를 발생시킴으로써, 미디엄 채널에서 하이드로젤 채널 방향으로 연속 유체 흐름을 만들었다(도 2B, 도 3A). 이 흐름은 효소 반응이 일어날 수 있는 조건 보다 낮은 온도와 낮은 효소 농도를 제1 하이드로젤 채널(및 제3 하이드로젤 채널)에 제공하여 콜라게네이즈가 콜라겐을 분해하는 것을 막는다.  미세유체칩을 37℃에서 30 분 동안 CO2 배양기에서 배양하였다.  제2 하이드로젤 채널에서 용해된 콜라겐 젤 및 세포를 코니컬 튜브에서 파이펫으로 수집하였다(도 2C, 도 3B). 세포 펠렛을 빼 내기 위해, 콜라겐 젤과 세포의 혼합물을 1000rpm에서 3 ~ 5 분 동안 원심분리하였다. 펠렛을 제외한 상등액을 제거한 후, 4℃로 1 회 세척하고 다시 원심분리하였다. TRIzolTM을 사용하여 세척된 세포 펠릿에서 DNA 및 RNA를 추출하였다(도 2D).After co-culturing the cells on the microfluidic chip, in order to isolate the tumor cells from the hydrogel channel, the collagen scaffold filled with the hydrogel channel was degraded by collagenase type D (Roche). The collagenase solution was prepared at 1.0 mg/ml in PBS. (b) 60ul of the collagenase solution preheated to 37°C is filled in the hydrogel-degrading enzyme channel, and 120ul of 4°C PBS is filled in the first and second medium channels to generate water pressure, so that the medium channel A continuous fluid flow was made in the direction of the hydrogel channel (Fig. 2B, Fig. 3A). This flow provides a lower temperature and lower enzyme concentration than conditions under which the enzymatic reaction can occur to the first hydrogel channel (and the third hydrogel channel) to prevent collagenase from degrading collagen. The microfluidic chip was incubated in a CO 2 incubator at 37° C. for 30 minutes. Lysed collagen gel and cells in the second hydrogel channel were collected with a pipette in a conical tube (Fig. 2C, Fig. 3B). To extract the cell pellet, the mixture of collagen gel and cells was centrifuged at 1000 rpm for 3-5 minutes. After removing the supernatant except for the pellet, it was washed once at 4°C and centrifuged again. DNA and RNA were extracted from the washed cell pellet using TRIzol ™ (Fig. 2D).

비교예comparative example

실시예 1에서 제작한 미세유체칩의 미디엄 채널 및 하이드로젤 분해효소 채널에 모두 37℃의 콜라게네이즈만 주입하여 세포를 분리하였다(도 5의 대조군). 그 결과, 도 5의 대조군을 보면 세포 추출 전 상황과 비교하여 하이드로젤 채널에서 세포 분리가 제대로 이루어지 않고 세포들이 섞여 있다. 반면에 본 발명의 방법을 이용하면, 도 5의 실험군에 나타난 것과 같이, 가운데 채널과 그 주변 채널에서 이미 콜라게네이즈 용액이 세포와 함께 추출되고, 주변 채널에는 기포만 남아 있는 것을 볼 수 있다. 즉, 세포 분리가 잘 이루어졌음을 알 수 있다.Cells were isolated by injecting only collagenase at 37° C. into both the medium channel and the hydrogel degrading enzyme channel of the microfluidic chip prepared in Example 1 (control in FIG. 5). As a result, if you look at the control group of FIG. 5, cells are not properly separated from the hydrogel channel and the cells are mixed as compared to the situation before cell extraction. On the other hand, when the method of the present invention is used, as shown in the experimental group of FIG. 5 , it can be seen that the collagenase solution is already extracted together with the cells in the central channel and the peripheral channel, and only bubbles remain in the peripheral channel. That is, it can be seen that cell separation was well performed.

본 발명은 하이드로젤을 선택적으로 용해하여 하이드로젤에 내장되어 있는 세포를 선택적으로 분리하는 방법에 대한 것이다. 하이드로젤은 다공성 기질로서 물질 전달이 가능하기 때문에 하이드로젤 분해효소를 특정 하이드로젤 부분에만 처리하는 것이 굉장히 어렵다. 또한, 하이드로젤 용해가 진행됨에 따라 물질 전달률도 높아진다. 따라서 별다른 처리 없이 하이드로젤 분해효소를 처리하면 모든 다공성 하이드로젤 기질에 용해제가 확산되기 때문에 하이드로젤 기질에 포함되어 있는 세포들이 섞여버려서 특정 부분의 하이드로젤 기질만 용해하는 것이 불가능하다. The present invention relates to a method for selectively dissolving the hydrogel and selectively separating cells embedded in the hydrogel. Because hydrogels are porous substrates that allow mass transfer, it is very difficult to process hydrogel-degrading enzymes only on specific parts of the hydrogel. In addition, as the hydrogel dissolution proceeds, the mass transfer rate also increases. Therefore, if the hydrogel degrading enzyme is treated without any special treatment, the dissolving agent is diffused in all the porous hydrogel substrates, so it is impossible to dissolve only a specific part of the hydrogel substrate because the cells included in the hydrogel substrate are mixed.

본 발명은 이러한 종래기술의 장벽을 뛰어 넘은 기술로, 유체의 흐름과 온도를 조절하여 특정 하이드로젤 채널에서만 하이드로젤 분해효소의 반응이 먼저 일어나도록 하여 선택적으로 세포를 분리할 수 있다. The present invention is a technology that overcomes the barriers of the prior art, and by controlling the flow and temperature of the fluid, the reaction of the hydrogel degrading enzyme occurs first only in a specific hydrogel channel, thereby selectively separating cells.

본 발명의 세포 분리 방법을 이용하면 질병과 관련된 조직내의 복수 개의 세포를 동시에 배양하여 원하는 세포만 선택적으로 분리하여 분석할 수 있다. By using the cell isolation method of the present invention, a plurality of cells in a disease-related tissue can be simultaneously cultured to selectively isolate and analyze only desired cells.

Claims (12)

i) 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널이 일련의 순서로 배치된 미세유체칩을 준비하는 단계;
ii) 상기 제1 하이드로젤 채널 및 제2 하이드로젤 채널 각각에 세포가 포함된 하이드로젤을 주입하는 단계;
iii) 상기 세포와 하이드로젤이 주입된 미세유체칩을 인큐베이션하여 세포를 공배양하는 단계;
iv) 상기 미디엄 채널에 5 ℃ 이하의 미디엄을 주입하고, 상기 모든 하이드로젤 분해효소 채널에 분해효소 활성화온도의 하이드로젤 분해효소를 주입하는 단계;
v) 미디엄과 하이드로젤 분해효소가 주입된 미세유체칩을 하이드로젤 분해효소 활성화 온도에서 인큐베이션하는 단계; 및
vi) 상기 제1 및 제2 하이드로젤 채널에서 선택적으로 세포를 추출하는 단계;
를 포함하는, 미세유체칩으로부터 선택적으로 세포를 분리하는 방법.
i) a first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and preparing a microfluidic chip in which a second hydrogel degrading enzyme channel is arranged in a series order;
ii) injecting a hydrogel containing cells into each of the first and second hydrogel channels;
iii) co-culturing the cells by incubating the cells and the hydrogel-infused microfluidic chip;
iv) injecting a medium of 5° C. or less into the medium channel, and injecting a hydrogel degrading enzyme having a degrading enzyme activation temperature into all of the hydrogel degrading enzyme channels;
v) incubating the microfluidic chip injected with medium and hydrogel degrading enzyme at a hydrogel degrading enzyme activation temperature; and
vi) selectively extracting cells from the first and second hydrogel channels;
A method for selectively separating cells from a microfluidic chip comprising a.
제1항에 있어서,
상기 i) 단계에서, 상기 미세유체칩은
상기 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널이 각각 저장소와 연결되고, 그리고 수두차(waterhead pressure)가 발생하도록 상기 제1 미디엄 채널의 저장소의 수면 높이는 상기 제1 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널의 저장소의 수면 높이보다 더 높은 것인, 방법.
According to claim 1,
In step i), the microfluidic chip
the first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and the second hydrogel lyase channel is respectively connected to the reservoir, and the water level of the reservoir of the first medium channel is the water level of the reservoir of the first and second hydrogel lyase channel so that a waterhead pressure occurs. higher than the height, the method.
제1항에 있어서,
상기 ii) 단계에서,
상기 세포의 종류는 서로 동일하거나 또는 서로 다른 것인, 방법.
According to claim 1,
In step ii),
The cell types are the same or different from each other, the method.
제1항에 있어서,
상기 하이드로젤은 다공성 구조로 이루어져 있어서 각각의 채널 사이의 물질 교환이 가능한 것인, 방법.
According to claim 1,
The hydrogel is made of a porous structure so that material exchange between each channel is possible, the method.
제1항에 있어서,
상기 하이드로젤은, 콜라겐(Collagen), 알지네이트(Alginate), 피브린(Fibrin), 히알루론산(Hyaluronic Acid), 아가로즈(Agarose), PHEMA(Polyhydroxyethylmethacrylate), PVA(Polyvinyl alcohol), PEG(Poly(ethylene glycol)), PEO(Poly(ethylene oxide)), PEGDA(Polyethylene (glycol) diacrylate), 젤라틴(Gelatin), 매트리젤(Matrigel), PLLA(poly(L-lactic acid)), 카복시메틸셀룰로오스(Carboxymethylcellulose), 덱스트란(Dextran), 키토산(Chitosan) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
According to claim 1,
The hydrogel is, collagen (Collagen), alginate (Alginate), fibrin (Fibrin), hyaluronic acid (Hyaluronic Acid), agarose (Agarose), PHEMA (Polyhydroxyethylmethacrylate), PVA (Polyvinyl alcohol), PEG (Poly (ethylene glycol) )), PEO(Poly(ethylene oxide)), PEGDA(Polyethylene (glycol) diacrylate), Gelatin, Matrigel, PLLA(poly(L-lactic acid)), Carboxymethylcellulose, Dextran (Dextran), chitosan (Chitosan) and a method selected from the group consisting of mixtures thereof.
제1항에 있어서,
상기 iv) 단계에서,
상기 미디엄 채널에서는 상기 미디엄 채널과 상기 제1 하이드로젤 분해효소 채널 사이의 수두차(water pressure)에 의해 제1 미디엄 채널에서 제1 하이드로젤 분해효소 채널 방향으로 유동이 발생해 제1 하이드로젤 분해효소 채널에서 제1 하이드로젤 채널 방향으로 하이드로젤 분해효소가 확산(diffusion)되는 것을 방해함으로써, 제1 하이드로젤 채널에 도달하는 하이드로젤 분해효소의 농도가 제2 하이드로젤 채널에 도달하는 하이드로젤 분해효소의 농도보다 낮은 것인, 방법.
According to claim 1,
In step iv),
In the medium channel, a flow occurs in the direction of the first hydrogel degrading enzyme channel in the first medium channel by the water pressure difference between the medium channel and the first hydrogel degrading enzyme channel. By preventing the diffusion (diffusion) of the hydrogel degrading enzyme from the channel in the direction of the first hydrogel channel, the concentration of the hydrogel degrading enzyme reaching the first hydrogel channel is the hydrogel degrading enzyme reaching the second hydrogel channel is lower than the concentration of the method.
제1항에 있어서,
상기 v) 단계는,
상기 제1 하이드로젤 채널과 제2 하이드로젤 채널의 하이드로젤 분해효소 반응을 조절하는 단계로,
제1 하이드로젤 채널 보다 제2 하이드로젤 채널에 도달하는 하이드로젤 분해효소의 농도가 높고, 제1 하이드로젤 채널보다 제2 하이드로젤 채널의 온도가 높아서 하이드로젤 분해 반응이 빨리 일어나는 것인, 방법.
According to claim 1,
Step v) is,
In the step of regulating the hydrogel degrading enzyme reaction of the first hydrogel channel and the second hydrogel channel,
The concentration of the hydrogel-degrading enzyme reaching the second hydrogel channel is higher than that of the first hydrogel channel, and the temperature of the second hydrogel channel is higher than that of the first hydrogel channel, so that the hydrogel degradation reaction occurs faster.
제1항에 있어서,
상기 v) 단계에서, 상기 배양온도는 30 내지 40℃인, 방법.
According to claim 1,
In step v), the culture temperature is 30 to 40 ℃, the method.
제1항에 있어서,
상기 vi) 단계에서,
상기 제1 하이드로젤 채널보다 제2 하이드로젤 채널에서 하이드로젤 분해효소 반응이 빨리 일어나서 제2 하이드로젤 채널의 하이드로젤이 먼저 용해됨으로써 제2 하이드로젤로부터 세포를 먼저 분리하는 것인 방법.
According to claim 1,
In step vi),
The method of first separating cells from the second hydrogel by dissolving the hydrogel of the second hydrogel channel first because the hydrogel degrading enzyme reaction occurs faster in the second hydrogel channel than the first hydrogel channel.
제1항에 있어서,
상기 i) 단계의 미세유체칩을 준비하는 단계에서, 상기 미세유체칩은
상기 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널에, 제3 하이드로젤 채널 및 제2 미디엄 채널을 일련의 순서로 더 추가하여 배치된 미세유체칩인, 방법.
According to claim 1,
In the step of preparing the microfluidic chip of step i), the microfluidic chip
the first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and a microfluidic chip disposed by further adding a third hydrogel channel and a second medium channel to the second hydrogel degrading enzyme channel in a series order.
i) 제1 미디엄(medium) 채널; 제1 하이드로젤 채널; 제1 하이드로젤 분해효소 채널; 제2 하이드로젤 채널; 및 제2 하이드로젤 분해효소 채널; 제3하이드로젤 채널; 및 제2미디엄 채널이 일련의 순서로 배치된 미세유체칩을 준비하는 단계;
ii) 상기 제1 하이드로젤 채널, 제2 하이드로젤 채널 및 제3 하이드로젤 채널 각각에 세포가 포함된 하이드로젤을 주입하는 단계;
iii) 상기 세포와 하이드로젤이 주입된 미세유체칩을 인큐베이션하여 세포를 공배양하는 단계;
iv) 상기 미디엄 채널에 5℃ 이하의 미디엄을 주입하고, 상기 모든 효소 채널에 30-40℃의 하이드로젤 분해효소를 주입하는 단계;
v) 미디엄과 하이드로젤 분해효소가 주입된 미세유체칩을 하이드로젤 효소 배양 최적 온도에서 인큐베이션하는 단계; 및
vi) 상기 제1, 제2 및 제3 하이드로젤 채널에서 선택적으로 세포를 추출하는 단계;
를 포함하는, 미세유체칩으로부터 선택적으로 세포를 분리하는 방법.
i) a first medium channel; a first hydrogel channel; a first hydrogel degrading enzyme channel; a second hydrogel channel; and a second hydrogel lyase channel; a third hydrogel channel; and preparing a microfluidic chip in which a second medium channel is arranged in a series order;
ii) injecting a hydrogel containing cells into each of the first hydrogel channel, the second hydrogel channel, and the third hydrogel channel;
iii) co-culturing the cells by incubating the cells and the hydrogel-infused microfluidic chip;
iv) injecting a medium of 5° C. or less into the medium channel, and injecting a hydrogel degrading enzyme at 30-40° C. into all the enzyme channels;
v) incubating the microfluidic chip into which the medium and the hydrogel degrading enzyme are injected at the optimum temperature for culturing the hydrogel enzyme; and
vi) selectively extracting cells from the first, second and third hydrogel channels;
A method for selectively separating cells from a microfluidic chip comprising a.
제11항에 있어서,
상기 vi) 단계에서, 상기 제2 하이드로젤 채널에서 먼저 세포를 추출하는 것인, 방법.
12. The method of claim 11,
In step vi), the method of extracting cells from the second hydrogel channel first.
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