KR20220062423A - 세포 배양 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포 배양 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

세포 배양 모니터링 시스템

본 발명은 액체 배지에서 세포 배양을 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이다.

세포 요법 및 세포 기반 제품의 출현으로 인해 세포 배양의 정확하고 시기 적절한 제어에 대한 요구가 증가하고 있다. 또한 세포 배양은 항체 및 백신과 같은 생물 생산에 사용될 수 있다. 기존 배양 공정의 많은 단계는 특히 세포 카운팅(counting) 및 세포 생존율 측정을 위해 사람의 개입이 필요하다. 각 개입은 오염 위험과 치료의 최종 비용을 증가시킨다. 오류 또는 오염으로 인한 치료 배치(batch)의 손실은 환자에게 극적인 결과를 초래한다.

전술한 관점에서, 본 발명의 목적은 세포 성장의 정확한 제어를 가능하게 하고 경제적인 방식으로 오염의 위험을 감소시키는 세포 배양 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

신뢰할 수 있는 세포 배양 모니터링 시스템을 제공하는 것이 유리하다.

경제적이고 살균된 방식으로 배양하는 동안 세포의 상태를 지속적으로 또는 빈번하게 분석할 수 있는 세포 배양 모니터링 시스템을 제공하는 것이 유리하다. 생존력을 지속적으로 측정하면 초기 단계에서 세포 배양 질병을 감지할 수 있다.

본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 세포 배양 모니터링 시스템을 제공함으로써 달성되었다.

본 발명은 세포 성장의 정확한 제어를 가능하게 하고 경제적인 방식으로 오염의 위험을 감소시키는 세포 배양 모니터링 시스템을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 사시도이다.
도 2b는 덮개가 제거되고 특정 내부 구성요소가 제거된 도 2a의 세포 배양 모니터링 시스템의 일부의 사시도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 세포 배양 탱크(2)에 삽입된 튜브의 개략도이다.
도 4는 세포 배양 탱크의 유체 커넥터의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 시스템의 모니터링 장치의 카트리지 홀더 부분의 사시도이다.
도 5b는 홀더에 삽입된, 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 카트리지가 있는 도 5a와 유사한 도면이다.
도 5d는 도 5b의 카트리지 및 홀더의 단순화된 부분 단면 사시도이다.
도 5c는 도 5b의 요소들의 분해도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지의 사시도이다.
도 6c는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지의 분해 사시도이다.
도 6d는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지 베이스의 평면도이다.
도 6e는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지를 통한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 유전영동 카트리지의 전극의 도면이다.
도 8은 유전영동의 영향을 받을 때 전극에 대한 세포의 궤적을 간략하게 나타낸 개략도이다.
도 9는 변형예에 따른 유전영동 카트리지의 개략도이다.

내부에 세포 배양 배지를 포함하는 배양 탱크에 연결하기 위한 모니터링 장치, 및 세포 배양 탱크에 유체 연결하기 위한 유체 순환 시스템을 포함하는 세포 배양 모니터링 시스템이 본 명세서에 개시되고, 상기 유체 순환 시스템은 공급 및 반환 도관을 통해 세포 배양 탱크에 연결하기 위한 유전영동 카트리지를 포함한다. 유전영동 카트리지는 베이스 및 전극 지지체의 내부 또는 상에 전극을 갖는 전극 지지체를 포함하고, 전극은 진행파 유전영동을 위해 구성되고 전극 지지체와 베이스의 바닥 사이에 형성된 측정 챔버 위에 배열되어 그 사이에 측정 챔버를 형성하는 측정 영역을 포함하고, 이로써 측정 챔버를 통해 흐르는 액체 배지 내의 세포는 상기 측정 챔버를 통한 상기 액체의 흐름 방향에 직교하는 진행파 유전영동력을 영향을 받게 된다. 모니터링 장치는 컴퓨팅 유닛, 컴퓨팅 유닛에 연결된 이미지 캡처 시스템, 및 이미지 캡처 시스템이 상기 측정 챔버를 통해 흐르는 세포를 검출할 수 있도록 하는 상기 유전영동 카트리지를 수용하기 위한 카트리지 홀더 부분을 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 적어도 유전영동 카트리지의 베이스는 중합체, 바람직하게는 투명한 중합체로 만들어진다.

유리한 일 구현예에서, 전극 지지체는 투명한 중합체 또는 유리로 만들어진다.

유리한 일 구현예에서, 유전영동 카트리지는 상기 공급 및 반환 도관을 형성하는 유연한 중합체의 튜브에 결합하도록 구성된 출구 및 입구를 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 전극은 측정 챔버의 경계를 이루는 전극 지지체의 내부 표면에 형성되고 모니터링 장치의 상보적 스프링 접점에 접촉을 연결하기 위해 베이스에 형성된 전극 연결 창까지 연장되는 접촉 부분을 가지며, 전극 연결 창은 측정 챔버에서 밀봉되어 분리된다.

유리한 일 구현예에서, 측정 챔버는 융기된 바닥 및 바닥과 전극 지지체 사이의 갭을 정의하는 측면 가이드를 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 상기 전극은 하나 이상의 나선형 전도성 트랙에 의해 형성된 측정 영역을 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 상기 전극은 4 내지 10개의 전극, 바람직하게는 4 내지 8개의 전극으로 구성된다.

유리한 일 구현예에서, 전극은 거울상 대칭으로 두 세트로 측정 영역에 배열된다.

유리한 일 구현예에서, 모니터링 장치의 카트리지 홀더 부분은 내부에 유전영동 카트리지의 슬라이딩 가능하게 삽입하도록 구성된 카트리지 홀더 슬롯을 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 카트리지 홀더 부분은 측정 위치에 유전영동 카트리지를 배치하고 고정하기 위해 유전영동 카트리지에 있는 상보적인 위치 설정 요소와 맞물리는 위치 설정 요소를 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 위치 설정 요소는 카트리지 홀더 부분 또는 유전영동 카트리지 상의 스프링 레지스트 부분 또는 스프링 돌출부를 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 이미지 캡처 시스템은 이미지 캡처 시스템에 의해 캡처된 세포의 궤적의 디지털 분석을 위해 구성된 컴퓨팅 유닛의 이미지 처리 회로에 연결된 현미경을 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 컴퓨팅 유닛은 전극의 측정 영역에서 진행파 유전영동 신호를 생성하도록 구성된 유전영동 카트리지의 전극에 커넥터를 통해 연결된 신호 생성기를 포함한다.

유리한 일 구현예에서, 전극과 바닥 사이의 측정 챔버는 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위에 있다.

유리한 일 구현예에서, 세포 배양 탱크는 모니터링 장치로부터 분리되고 유전영동 카트리지에 연결된 공급 및 반환 도관에 연결하기 위한 유체 커넥터를 포함한다.

본 발명의 추가 목적 및 유리한 특징은 청구범위, 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백할 것이며, 여기서:

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 개략도이다.

도 2a는 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 사시도이다.

도 2b는 덮개가 제거되고 특정 내부 구성요소가 제거된 도 2a의 세포 배양 모니터링 시스템의 일부의 사시도이다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 세포 배양 탱크(2)에 삽입된 튜브의 개략도이다.

도 4는 세포 배양 탱크의 유체 커넥터의 단면도이다.

도 5a는 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 시스템의 모니터링 장치의 카트리지 홀더 부분의 사시도이다.

도 5b는 홀더에 삽입된, 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 카트리지가 있는 도 5a와 유사한 도면이다.

도 5d는 도 5b의 카트리지 및 홀더의 단순화된 부분 단면 사시도이다.

도 5c는 도 5b의 요소들의 분해도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지의 사시도이다.

도 6c는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지의 분해 사시도이다.

도 6d는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지 베이스의 평면도이다.

도 6e는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지를 통한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 유전영동 카트리지의 전극의 도면이다.

도 8은 유전영동의 영향을 받을 때 전극에 대한 세포의 궤적을 간략하게 나타낸 개략도이다.

도 9는 변형예에 따른 유전영동 카트리지의 개략도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템(1)은 모니터링 장치(3), 세포 배양 탱크(2), 그리고 배양 탱크와 모니터링 장치 사이에 관찰되는 세포를 포함하는 세포 배양 배지를 이송하기 위한 유체 순환 시스템(4)을 포함한다.

모니터링 장치(3)는 이미지 캡처 시스템(7), 분광계(8), 컴퓨팅 유닛(9), 및 유체 순환 시스템(4)의 유전영동 카트리지(5)를 수용하기 위한 카트리지 홀더 부분(28)을 포함한다.

유체 순환 시스템(4)은 유전영동 카트리지(5) 및 유전영동 카트리지(5)를 세포 카트리지 탱크(2)에 연결하는 도관(14a, 14b)을 포함한다. 유체 순환 시스템(4)은 (도시된 바와 같이) 모니터링 장치(3)의 일부를 형성하거나 장착될 수 있거나 또는 다른 변형에서 세포 카트리지 탱크에 장착될 수 있고 펌프 제어를 위해 모니터링 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 펌프(6)를 더 포함한다. 바람직한 일 구현예에서, 펌프는 모니터링 장치에 장착되고 유리하게는 연동 펌프의 형태일 수 있다. 공급 도관(14a)의 적어도 일부는 멸균 방식으로 세포 배양 배지를 펌핑하기 위해 연동 펌프에 장착된 튜브의 플렉서블 섹션을 포함한다.

유체 순환 시스템의 유전영동 카트리지(5) 및 세포 배양 탱크(2)에 연결된 공급 도관(14a) 및 리턴 도관(14b)은 유리하게는 세포 배양 탱크(2)에 포함된 세포 배양 배지(15)의 유체가 유전 영동 카트리지 5으로 순환되고 다시 폐쇄 회로의 세포 배양 탱크로 순환될 수 있게 하는 폐쇄 회로를 형성한다. 변형에서, 유체 순환 시스템은 살아있는 세포로부터 분리된 죽은(즉, 세포사멸) 세포를 제거하거나, 또는 유전 영동 카트리지의 다른 궤적에 기인하여 다른 세포 표현형을 분리하기 위해 폐기물 채널(23)에 결합된 출구 도관을 추가로 포함할 수 있다. 유체 커넥터(18)는 유체 연결 분야에서 그 자체로 잘 알려진 루어 락(luer lock) 유형의 연결을 통해 세포 배양 탱크에 연결될 수 있거나, 다른 수단에 의해 상호 연결될 수 있다. 유체 커넥터(18)는 플렉서블 튜브, 특히 탱크 공급 및 리턴 튜브가 커넥터에 연결되도록 한다.

공급 도관(14a)은 세포 배양 배지(15)에 침지된, 바람직하게는 세포 배양 탱크의 바닥까지 연장되는 천공된 튜브(17)를 추가로 포함할 수 있다. 튜브(17)의 천공은 탱크의 바닥을 향해 더 많은 수의 천공이 있고 탱크의 상단을 향해 점진적으로 감소하는 수의 천공이 있도록 배열되어 입구 저항이 탱크의 바닥을 향해 감소하도록 배열될 수 있다. 이것은 세포 배양 탱크의 높이 전체에 걸쳐 세포 배양 배지가 높이에 걸쳐 균일한 샘플링을 위해 공급 튜브로 유입되도록 하기 위해 /흡입 압력이 실질적으로 균일하게 분포되도록 한다. 모든 구멍이 액체 아래에 있도록 하기 위해 천공된 튜브 바닥의 추와 튜브 상단의 플로트가 제공될 수 있다. 그러나 다른 튜브 고정 및 위치 지정 수단이 제공될 수 있다. 더욱이, 천공된 튜브는 다양한 형태, 예를 들어 수평 샘플링의 균일성을 증가시키기 위한 "코르크스크류" 형태를 포함할 수 있다. 세포 배양 용기는 배양 배지에서 세포 분포를 균질화하기 위해 혼합 시스템, 예를 들어 회전 블레이드 또는 자석 막대 교반기(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다.

밸브는 공급 반환 도관 내의 세포 배양 배지의 재순환이 배양 탱크를 통과하지 않고 폐쇄 회로에서 순환하도록 하거나 밸브 설정을 변경하여 유체 커넥터(18)에 제공될 수 있다. 세포 배양 탱크는 공급 도관으로 펌핑됩니다. 밸브는 공급 반환 도관 내의 세포 배양 배지의 재순환이 배양 탱크를 통과하지 않고 폐쇄 회로에서 순환하도록 하거나, 또는 세포 배양 탱크에서 끌어온 새 세포 배양 배지가 공급 도관으로 펌핑되도록 밸브 설정을 변경하게 하는 유체 커넥터(18)에 제공될 수 있다. 밸브의 기능은 수행할 분석에 따라 달라질 수 있는데, 예를 들면 공급 도관과 반환 도관이 함께 연결되어 있는 경우 측정을 위해 유전 영동 카트리지를 통해 샘플 배지의 다중 재순환이 통과될 수 있고, 예를 들면 측정 감도를 높이거나 새로운 세포 배양 배지가 공급 도관으로 펌핑되고 유전영동 카트리지를 통한 단일 통과를 위해 세포 배양 탱크로 돌아갈 수 있게 한다.

측정 중인 샘플이 폐기되고 세포 배양 배지로 반환되지 않는 특정한 경우에 반환 도관을 폐기물 용기(도시되지 않음)로 전환하기 위해 밸브가 제공될 수도 있다.

본 발명의 유리한 일 구현예에 따른 유전영동 카트리지(5)는 베이스(20) 및 전극 지지체(19)를 포함한다. 베이스(20)는 유리하게 특정 일 구현예에서 유리하게는 ABS(Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer)와 같은 투명한 폴리머 재료일 수 있는 폴리머 재료로 만들어질 수 있다. 베이스는 유리하게는 예를 들어 사출 성형되거나 적층 제조 기술(예: 3D 프린팅)에 의해 만들어질 수 있다.

전극 지지체(19)는 고분자 물질로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 유리로 이루어지며, 그리고 화학 기상 증착, 리소그래피, 인쇄 및 기타 공지된 금속층 증착 기술과 같은 다양한 자체 공지된 증착 및 패터닝 기술에 의해 제조될 수 있는 유리 상에 있는 전도성 전극을 포함한다. 유리한 일 구현예에서, 전극 지지체(19)는 베이스로부터 별도로 형성된 부품이고, 예를 들어 접착 결합, 초음파 결합 또는 용접에 의해 베이스에 조립되는 부품이다. 그러나 적층 제조 기술을 통해 베이스, 지지대 및 전극을 단일 부품으로 형성하는 것도 가능하다.

베이스(20)는 입구(24a) 및 출구(24b)를 포함하는 유체 커넥터 부분(24), 그리고 입구(24a)를 출구(24b)에 상호 연결하는 채널을 갖는 베이스의 내에 형성된 미세유체 회로를 포함한다. 베이스는 전극(21)의 접촉 부분(21b)에 대한 접근을 허용하는 전극 연결 창(22)을 더 포함한다.

미세유체 회로(23)는 입구(24a)에 연결되어 측정 챔버(23b)로 유입되는 유입 채널(23a), 측정 챔버(23b)에서 출구(24b)로 유출되는 반환 채널(23c)을 포함한다. 측정 챔버(23b)는 유리하게는 베이스(20)와 전극 지지체(19) 사이의 채널 높이를 정의하는 융기된 바닥(26)을 포함할 수 있다. 이는 측정 챔버를 통해 흐르는 유체에 대해 매우 잘 정의된 갭이 측정 챔버 위에 위치된 전극(21)의 측정 구역(21a) 아래에 제공되는 것을 보장한다. 전극과 바닥(26) 사이의 측정 챔버(23)의 높이는 바람직하게는 10 내지 200㎛의 범위이다.

측정 챔버(23b)를 통해 흐르는 액체 내의 세포는 세포의 상태에 따라 진행파 유전영동력을 받는다. 세포의 상태를 결정하기 위한 유전영동 전극의 사용은 그 자체로 잘 알려진 개념(concept)이다. 통상적인 시스템에서, 전형적으로 액체 배지 내의 세포는 유전영동에 의해 변위되며, 이러한 변위는 세포의 상태를 나타낸다. 죽은 세포는 덜 변위되거나 진행파 유전영동력의 영향을 받지 않으므로 살아있는 세포는 유전영동력을 받고 전극을 가로질러 이동합니다. 본 발명에서, 측정 챔버(23b)의 셀은 측정 챔버를 통한 액체 흐름 방향(LF)의 성분을 나타내도록, 입구에서 출구를 향하는 것 뿐만 아니라 진행파 유전영동력 F_twDEP 으로 인한 측면 병진 운동(T)을 나타내도록 유체 흐름을 받는다. 세포의 이동 방향은 이미지 캡처 시스템(7)에 의해 캡처되고 컴퓨팅 유닛(9)에 의해 분석된다.

유전영동에 의한 동시 유체 흐름과 병진 운동의 중요한 이점은 벡터 성분이 세포 상태를 매우 정확하고 쉽게 측정하여 건강한 세포와 죽은 세포는 물론 유전영동력에 영향을 미치는 세포의 상태를 구별할 수 있다는 것이다.

전기천공법은 세포 전달을 개선하는 데 사용되는 기술이다. 본 발명의 다른 양태에 따르면, 측정 챔버 내의 유전영동 구역이 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 생성된 전기장(진폭 의존성)은 세포막의 투과성을 증가시키고 벡터(예: 바이러스)의 세포 내 통합을 촉진한다. 유전영동을 통해 크기가 다른 미생물(예: 바이러스 및 세포)을 다른 속도로 이동할 수 있다는 것은 충돌이 발생하기 때문에 바이러스의 통합을 증폭시킬 수 있다. 따라서 측정 챔버에서 생성된 진행파 유전영동력은 미생물을 측면으로 양방향으로 이동시키고 다중 충돌을 생성하는 데 사용할 수 있다.

다른 일 구현예에서, 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이, 2개의 출구 채널을 가질 수 있는데, 첫 번째 채널은 반환 채널(23c)에 대응하고 다른 하나는 생존할 수 없는 세포가 유체 스트림으로부터 제거되는 폐기물 채널(23d)에 대응하며, 생존가능한 세포는 세포 배양 배지로 되돌아 간다.

연동 펌프 또는 셔틀 펌프(또는 액체 배지와 접촉하는 액추에이터가 없는 다른 펌프 유형)를 사용하여 세포 배양 탱크에서 세포 배양 탱크로의 폐쇄 회로 연결과 함께 세포 생존력의 연속 또는 반 연속 분석을 허용하는 유전영동 카트리지(5)는 한편으로는 멸균 액체 회로를 보장하는 동시에 배양 배지에서 세포 상태의 경제적인 자동화 분석을 가능하게 한다. 또한, 유전영동 카트리지와 세포 배양 탱크는 모니터링 장치(3)로부터 무균적으로 분리되고 특별한 처리가 필요 없이 모니터링 장치를 재사용하면서 경제적이고 쉽게 폐기될 수 있다.

유전영동 카트리지(5)는 공급 및 반환 도관(40a, 40b)을 형성하는 유연한 튜브에 연결될 수 있고 모니터링 장치(3)의 카트리지 홀더 부분(28)의 슬롯 내로 제거가능하게 삽입될 수 있다. 카트리지 홀더 부분(28) 내의 위치에 있는 동안, 유전영동 카트리지(5)는 이미지 캡처 시스템(7) 및 분광계(8)가 측정 챔버(23b) 위에 위치되도록 위치되어, 측정 챔버에 흐르는 세포의 운동을 캡처하고 유체의 특성을 감지할 수 있다. 카트리지에는 적어도 측정 챔버 안에 적어도 측정 챔버의 위에 형성된 투명 창이 함께 제공된다. 투명 창은 예를 들어 유리 층의 형태로 전극 지지체(19)에 의해 형성될 수 있지만, 베이스(20)의 투명 폴리머 창을 통해 볼 수도 있다.

특정 변형에서, 광원(13)은 이미지 캡처 시스템(7)에 대해 카트리지 홀더 부분의 반대쪽에 위치될 수 있다.

분광계(8)는 유체의 특성을 캡처하는 데 사용될 수 있는 반면 이미지 캡처 시스템은 측정 챔버를 통한 세포의 운동을 캡처하기 위해 액체 내의 세포를 감지하는 데 사용될 수 있다.

분광계(8) 및 이미지 캡처 시스템(7)에 연결된 컴퓨팅 유닛(9)은 세포를 카운팅하고 세포의 궤적을 분석하고 그로부터 세포의 생존력을 결정하기 위한 알고리즘으로 구성된다. 컴퓨팅 유닛은 진행파 유전영동 신호를 생성하기 위해 전극(21)에 연결된 신호 생성기(12)를 포함한다. 임피던스 미터(11)가 컴퓨팅 유닛(9)에 더 연결될 수 있고, 임피던스 미터는 측정 챔버를 통해 흐르는 액체의 전기적 임피던스를 측정한다. 임피던스 미터는 카트리지(5)를 통해 흐르는 배양 배지에 잠긴 두 개의 이격된 전극을 포함할 수 있다.

도 7에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 유리한 일 구현예에 따르면, 다중 전극은 한 쌍의 거울상 나선을 형성할 수 있다. 예시된 일 구현예에서, 각 나선에 4개씩 총 8개의 전극이 있다. 예시된 일 구현예의 나선은 실질적으로 직사각형의 형태를 갖지만, 타원형 또는 둥근 형태를 가질 수 있다. 유리한 일 구현예에서, 더 적은 전극, 예를 들어 6개 또는 4개의 전극이 있을 수 있다.

그러나 일 구현예(도시되지 않음)에서, 복수의 전극의 단일 나선만이 존재할 수 있다.

전극의 이러한 나선형 측정 부분은 유리하게는 진행파 유전영동 신호의 충분히 큰 폭의 적용을 제공하면서 전극의 수를 줄이는 것을 허용하여, 생존가능한 세포의 이동을 쉽게 측정할 수 있도록 한다.

전극의 수를 줄이는 것은 외측으로 연장 및 확장되고 폭이 증가한 접촉 부분(21b)인 접촉되는 전극 수의 감소가 유리하게 모니터링 장치의 카트리지 홀더 부분(28)에 있는 전기 커넥터(31)의 상보적인 단자(31a)를 위한 충분한 접촉 표면적을 제공하는 것을 허용한다. 도 5d 및 도 5c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 커넥터(31)는 유전영동 카트리지(5)가 카트리지 홀더 부분(28) 내로 완전히 연결된 때 전극 접촉 부분(21b)의 금속화된 패드에 대해 탄성적으로 가압하는 스프링 장착 접촉부를 포함한다.

카트리지 홀더 부분(28)은 유전영동 카트리지가 측정 위치에 완전히 삽입될 수 있는 카트리지 홀더 슬롯(29)을 포함하고, 이에 의해 예를 들어 유전영동 카트리지의 베이스(20)에 있는 홈(30b)에 대응하는 수용된 돌기(30a) 형태의 위치 요소(30)는 카트리지 홀더 슬롯(29) 내에서 유전영동 카트리지를 유지하고 위치를 찾습니다. 위치 설정 요소(30b)는 카트리지 홀더 부분(28)에 장착된 스프링일 수 있거나, 유전영동 카트리지(5)의 재료에 의해 탄성 순응이 제공되는 강성일 수 있으며, 그리고 선택적으로 카트리지 홀더 부분(28) 상의 돌기와 맞물리는 탄성 가이드 및 홈을 유전영동 카트리지에 제공함으로써 이루어질 수 있다.

모니터링 장치는 카트리지 홀더 슬롯(29) 밖으로 카트리지를 배출하거나 배출하는 데 도움이 되는 푸셔 메커니즘(개략적으로만 표시됨)을 포함하는 수동 또는 전기적으로 작동되는 배출기(33)와 함께 제공될 수 있다.

이미지 캡처 시스템(7)은 광학 이미지의 디지털 처리를 허용하는 디지털 이미지 캡처 시스템에 결합된 광학 현미경(12)을 포함할 수 있다. 그러나 변형에서는 다음과 같은 다른 이미지 캡처 시스템을 사용할 수 있다.

- 이미지의 대비를 높이고 세포 인식 품질을 향상시키기 위해 이미징 시스템으로 위상차 현미경을 사용하는 위상차 이미징.

- 이미지의 해상도를 높이기 위한 이미징 시스템으로서 공초점 현미경, 이로써 공초점 이미징을 통해 세포 특성화 품질을 향상시키는 세포의 3D 모델을 재구성할 수 있다.

- 광시트 현미경은 채널 내부의 3D 이미지를 만드는 데 사용될 수 있다. 그것은 세포 형태에 대한 더 많은 정보를 제공할 것이다.

측정 챔버(23b)에서, 측방향 가이드(27)는 측정 챔버의 정확한 높이, 즉 전극 지지체(19)와 측정 챔버의 바닥 사이의 갭을 결정하기 위해 측정 챔버 부분의 양측에 제공될 수 있다.

전극 지지체(19)는 베이스(20)의 홈(25) 내에 장착되어 전극 지지체(19)를 보호할 수 있다.

유전영동 카트리지(5)는 따라서 카트리지 홀더 슬롯(29)에 쉽게 연결될 수 있고 카트리지 홀더 슬롯 내에 견고하고 정확하게 위치될 수 있고 동시에 베이스(20)의 전극 연결 창(22)을 통하여 전극 접촉 부분(21b)에 대해 가압하는 커넥터(31)의 스프링 접점(31a)에 의해 접촉을 확립할 수 있다.

유전영동 카트리지는 따라서 별도로 준비될 수 있는 배양 탱크로의 공급 및 반환 도관에 연결될 수 있으며, 그 다음 예를 들어 배양 배지에서 세포가 성장하는 동안의 2주 기간 동안의 배양 기간 동안 세포의 반연속 또는 연속 분석을 위해 모니터링 장치에 쉽게 연결될 수 있다.

폐쇄 회로 구성 및 모니터링 장치로부터 유체 순환 시스템의 멸균 분리, 수동 개입 없이 컴퓨팅 유닛에 연결된 이미지 캡처 시스템에 의해 세포의 자동화된 분석 허용은, 배양 배지에서 특히 안전하고, 무균적이며 경제적인 세포의 성장을 가능하게 한다.

본 발명의 주요 적용 중 하나는 팽창 단계(예: ~ 2주) 동안 무균 방식으로 세포 배양을 모니터링하는 것이다. 본 발명은 모니터링 장치에 연결될 수 있는 멸균 일회용 폐기가능한 키트를 제공하며, 폐기가능한 키트는 처음 사용 후 폐기된다. 폐쇄된 루프에서 모니터링 장치에 연결된 폐기가능한 키트를 사용하면 시스템이 전체 배양 시간 동안 세포 배양의 연속 또는 반연속 분석을 수행할 수 있게 한다. 측정된 데이터는 실시간으로 세포 배양 상태를 원격으로 추적하기 위해 통신 네트워크를 통해 제공될 수 있다. 팽창 단계 이외의 다른 단계도 모니터링하는 데 흥미로울 수 있는데, 예를 들어 생물 생산의 경우, 이러한 단계에는 예를 들어 로그 단계, 정지 단계 및 사멸 단계가 포함된다. 유전영동은 초기 세포사멸 상태의 세포를 감지할 수 있다. 따라서 사멸 단계로의 전환이 예상될 수 있다.

시스템의 작동은 다음 측면을 포함할 수 있다. 샘플은 세포 배양 탱크에서 추출되어 유전 영동 카트리지를 통해 흐른다. 확대 이미지 캡처 시스템은 카트리지의 투명 창을 통해 관찰되는 측정(관찰) 영역을 통과하는 세포를 기록한다. 관찰 영역에서는 진행파 유전 영동은 세포를 조작하는데 사용된다. 다른 세포 집단이 구별되고 분류될 수도 있다.

배지의 광학 및 임피던스 분광법은 대사 산물 함량과 같은 추가 매개변수를 모니터링할 수 있게 한다. 이러한 측정에 의해 생성된 데이터는 세포 배양 상태에 대한 정보를 제공하기 위해 분석될 수 있다. 세포 밀도는 이미지 캡처 시스템과 컴퓨팅 유닛의 후속 이미지 분석으로 측정할 수 있다. 관찰된 영역에 해당하는 부피는 알려져 있다. 광학 현미경의 투영 모델을 사용하여 2차원(x 및 y)을 계산할 수 있다. 측정 챔버 높이는 기계적 설계로부터 알 수 있으므로 이미지 인식 알고리즘을 사용하여 카운팅이 자동으로 수행될 수 있다.

세포 생존력은 이미지 캡처 시스템으로 세포의 궤적을 분석하여 진행파 유전영동으로 측정할 수 있다. 궤적에 따라, 각 세포의 생존력이 평가될 수 있다. 이것을 이미지 분석과 연관시켜, 각 세포 유형의 정확한 생존율이 결정될 수 있다.

세포 표현형은 유전영동력에 의해 생성된 궤적에 따라 구별될 수 있다. 세포의 크기, 막 및 유전 특성(dielectric properties)은 유전영동력에 역할을 한다. 신호 처리 장치에서 실행되는 이미지 처리 알고리즘에서 광학 속성(모양, 흡수)이 추출될 수도 있으며 세포 식별에 대한 신뢰를 높일 수 있다. 다른 신호 패턴을 적용하여 전극을 따라 다른 세포 유형이 모여질 수 있다. 다른 신호 구성(위상, 진폭, 시간)이 실행될 수 있고 이미지 캡처 시스템의 피드백 및/또는 강화 학습 방법을 사용하여 동일한 셀 유형이 함께 재그룹화될 수 있다. 유사한 방법론이 또한 분류를 위해 사용될 수 있다.

세포를 식별하는 능력은 특정 세포 집단이 다른 집단보다 더 빨리 성장하는지 또는 필요한 세포를 손상시킬 정도로 성장하는지 관찰할 수 있게 해준다. 필요한 세포에 대한 배양 조건(영양, 온도, 희석된 시선(diluted gazes), pH, 대사 산물 함량...)은 수집된 데이터 및 분석을 통해 개선될 수 있다. 원하지 않는 세포 및 기타 입자(박테리아, 바이러스 ...)도 모니터링 중에 분류될 수 있다.

시스템에서 제공하는 다른 데이터와 결합된 분광계 및 임피던스 미터에서 제공한 데이터(생존력, 세포 집단??) 및 통신 네트워크에 저장된 다른 장치의 데이터는 배양 상태에 대한 정보를 제공하기 위해 추가적으로 사용될 수 있다. 알고리즘(예: 머신 러닝)으로 패턴을 찾을 수 있으며 현재 배양에서 예측이 수행될 수 있다. 다수의 모니터링 녹화 데이터는 클라우드 또는 분산된 장치에서 수집 및 분석될 수 있다.

1 : 세포 배양 모니터링 시스템
2 : 세포 배양 탱크
3 : 모니터링 장치
4 : 유체 순환 시스템
5 : 유전 영동 카트리지
6 : 펌프
7 : 이미지 캡쳐 시스템
8 : 분광계
9 : 컴퓨팅 유닛
10 : 신호 생성기
11 : 임피던스 미터
12 : 현미경
13 : 광원
14a : 공급 도관
14b : 반환 도관
15 : 세포 배양 배지
16 : 탱크 공급 / 반환 유체 연결
17 : 천공된 튜브
18 : 유체 커넥터
18a : 공급 연결
18b : 반환 연결
19 : 전극 지지체
20 : 베이스
21 : 전극
21a : 측정 영역
21b : 접촉 부분
22 : 전극 연결 창
23 : 미세 유체 회로
23a : 유입 채널
23b : 측정 챔버
23c : 반환 채널
23d : 폐기물 채널
23e : 보충적인 유입 채널
24a : 입구
24b : 출구
25 : 지지대 장착 홈
26 : 융기된 바닥
27 : 측방향 가이드
28 : 카트리지 홀더 부분
29 : 카트리지 홀더 슬롯
30 : 위치 설정 요소
30a : 스프링 돌출부
30b : 홈 위치 설정
31 : 커넥터
31a : 전기적인 단자
33 : 배출기

Claims (15)

1. 내부에 세포 배양 배지(15)를 포함하는 배양 탱크(2)에 연결하기 위한 모니터링 장치(3); 및
   세포 배양탱크(2)에 유체 연결하기 위한 유체 순환 시스템(4);을 포함하고,
   상기 유체 순환 시스템은 공급 및 반환 도관(14a, 14b)을 통해 세포 배양 탱크(2)에 연결하기 위한 유전영동 카트리지(5)를 포함하고,
   상기 유전영동 카트리지는 베이스(20) 및 전극 지지체(19)의 내부 또는 위에 전극(21)을 갖는 전극 지지체(19)를 포함하고,
   상기 전극은 진행파 유전영동을 위해 구성되고 전극 지지체(19)와 베이스(20)의 바닥(26) 사이에 형성된 측정 챔버(23b) 위에 배치되어 그 사이에 측정 챔버를 형성하는 측정 영역(21a)을 포함하고, 이에 의해 측정 챔버를 통해 흐르는 액체 배지 내의 세포는 상기 측정 챔버(23b)를 통한 상기 액체의 흐름 방향에 직교하는 진행파 유전영동력을 받으며,
   상기 모니터링 장치(3)는 컴퓨팅 유닛(9), 컴퓨팅 유닛(9)에 연결된 이미지 캡처 시스템(7), 그리고 이미지 캡처 시스템(7)이 상기 측정 챔버(23b)를 통해 흐르는 세포를 검출할 수 있도록 상기 유전영동 카트리지(5)를 수용하기 위한 카트리지 홀더 부분(28)을 포함하는 것인 세포 배양 모니터링 시스템(1).
2. 제1항에서,
   상기 유전영동 카트리지의 베이스는 적어도 중합체, 바람직하게는 투명 중합체로 제조되는 것인 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 전극 지지체(19)는 투명한 중합체 또는 유리로 제조되는 것인 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   상기 유전영동 카트리지(5)는 상기 공급 및 반환 도관(14a, 14b)을 형성하는 유연한 중합체의 튜브에 결합하도록 구성된 출구(24b) 및 입구(24a)를 포함하는 것인 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
   상기 전극(21)은 측정 챔버(23b)의 경계를 이루는 전극 지지체(19)의 내부 표면에 형성되고 모니터링 장치의 상보적 스프링 접점(31a)에 접촉을 연결하기 위해 베이스(20)에 형성된 전극 연결 창(22)으로 연장되는 접촉 부분(21b)을 가지며, 전극 연결 창(22)은 측정 챔버(23b)로부터 밀봉되게 분리되는 것인 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
   측정 챔버(23b)는 융기된 바닥(26) 및 바닥(26)과 전극 지지체(19) 사이의 갭을 정의하는 측면 가이드(27)를 포함하는 것인 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
   상기 전극(21)은 하나 이상의 나선형 전도성 트랙에 의해 형성된 측정 영역(21a)을 포함하는 것인 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
   상기 전극은 4 내지 10개의 전극, 바람직하게는 4 내지 8개의 전극으로 구성되는 것인 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
   상기 전극은 거울상 대칭으로 2개의 세트로 측정 영역(21a)에 배열되는 것인 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 모니터링 장치(3)의 카트리지 홀더 부분(28)은 내부에 유전영동 카트리지를 슬라이딩 가능하게 삽입하도록 구성된 카트리지 홀더 슬롯을 포함하는 것인 시스템
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에서,
    상기 카트리지 홀더 부분(28)은 측정 위치에서 유전영동 카트리지를 위치 설정하고 고정하기 위해 유전영동 카트리지 내의 상보적인 위치 설정 요소와 결합하는 위치 설정 요소(30)를 포함하는 것인 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
    상기 위치 설정 요소는 카트리지 홀더 부분 또는 유전영동 카트리지 상의 스프링 레지스트 부분 또는 스프링 돌출부를 포함하는 것인 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서,
    상기 이미지 캡처 시스템은 이미지 캡처 시스템(7)에 의해 캡처된 세포의 궤적의 디지털 분석을 위해 구성된 컴퓨팅 유닛(9)의 이미지 처리 회로에 연결된 현미경(12)을 포함하는 것인 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,
    상기 컴퓨팅 유닛(9)은 전극(21)의 측정 영역에서 진행파 유전영동 신호를 생성하도록 구성된 유전영동 카트리지의 전극(21)에 커넥터(31)를 통해 연결된 신호 생성기(10)를 포함하는 것인 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극과 바닥(26) 사이의 측정 챔버(23)의 갭은 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위인 것인 시스템.

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