KR20220133679A - 세포의 멀티 배양, 대량 배양 및 실시간 모니터링이 가능한 미세 생리학적 시스템 - Google Patents

세포의 멀티 배양, 대량 배양 및 실시간 모니터링이 가능한 미세 생리학적 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세포의 멀티 배양, 대량 배양 및 실시간 모니터링이 가능한 미세 생리학적 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 배양액을 사용해 세포를 멀티 배양 및 대량 배양함으로써 간, 신장, 폐, 장 등 인체 장기 조직을 체외에서 모사할 수 있는 미세 생리학적 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 인체 장기 조직을 정확하게 모사할 수 있고, 실시간으로 세포 조직 상태를 모니터링할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

세포의 멀티 배양, 대량 배양 및 실시간 모니터링이 가능한 미세 생리학적 시스템{MICRO PHYSIOLOGICAL SYSTEMS CAPABLE OF CELL MULTI CULTURE, MASS CULTURE AND REAL TIME MONITORING}
본 발명은 세포의 멀티 배양, 대량 배양 및 실시간 모니터링이 가능한 미세 생리학적 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 배양액을 사용해 세포를 멀티배양 및 대량 배양함으로써 간, 신장, 폐, 장 등 인체 장기 조직을 체외에서 모사할 수 있는 미세 생리학적 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 인체 장기 조직을 정확하게 모사할 수 있고, 실시간으로 세포 조직 상태를 모니터링할 수 있는 효과를 제공한다.
기존에 신약 개발 단계에서 20~30%의 개발 비용이 전임상 시험(2차원 세포배양/동물실험)에 사용되고 있으며, 신약 개발까지 약 8,000억~1조원, 10~15년이라는 천문학적인 비용 및 시간이 요구된다. 하지만, 2차원 세포배양은 인체 조직의 생체 미세환경(산소와 영양분 농도, 다른 세포와의 신호전달 등에 의한 기계적인 자극, 3차원 조직 구조) 구현이 불가능하다.
미 식품 의약품(FDA)은 동물실험에 통해 신약후보물질 중 92%가 인체 대상의 임상실험을 통과하지 못한다고 밝히며, 동물실험 효율성에 대한 의문을 제기하였다. 또한, 동물보호에 대한 인식이 커지면서 세계 각국에서 동물실험을 줄이는 추세로 유럽연합(EU)은 화장품 및 신약 개발에 동물실험을 금지하였으며, 국내에서도 2015년 동물실험을 통해 화장품을 유통/판매할 수 없도록 하는 법안이 통과되어 2017년 2월부터 시행되고 있다.
최근에는 2차원 세포배양/동물실험 문제를 극복하기 위해 전 세계적으로 인체 조직(간, 신장, 폐, 장 등)을 체외에서 모사하는 'Organ-on-a-chip(조직칩)' 기술이 활발히 진행되고 있다.
조직칩 기술은 인체의 생체 미세환경(CO2, 온도, 관류 등)을 모사하고, 다양한 세포(Line cells, Primary cells, iPSC cells 등)를 이용해서 조직칩 내부에 인체 조직을 구현하는 기술이다. 그러나 현재 개발되고 있거나 상용화된 조직칩 기술은 단일 조직 세포를 구현하거나, 또는 실시간으로 세포 조직 상태를 온라인으로 분석하는 것이 불가능하거나 분석을 위해 복잡한 프로세스 과정이 포함되어 있거나, 또는 효율적인 약물 스크리닝이 불가능한 문제점이 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2021-0023261호는 세포 배양 환경을 인체 내 환경에 보다 가깝게 모사할 수 있는 3차원 세포 배양 시스템을 개시하고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 인체 조직을 정확하게 모사할 수 있고, 세포 멀티 배양 및 대량으로 세포를 배양할 수 있는 미세 생리학적 시스템을 제공하는 것에 있다.
또한 약물 스크리닝이 가능하고, 실시간으로 세포 조직 상태를 온라인으로 분석할 수 있는 미세 생리학적 시스템을 제공하는 것에 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은,
제1 배양액을 저장하는 제1 배양액 저장소(110) 및 제2 배양액을 저장하는 제2 배양액 저장소(120)를 포함하는 제1 커버층(100); 상기 제1 커버층(100)의 하면에 위치하고, 상기 제1 배양액을 유동시키는 제1 채널(210)을 포함하는 제1 채널층(200); 상기 제1 채널층(200)의 하면에 위치하고, 세포배양 챔버(310), 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320) 및 센서(330)를 포함하는 중간층(300); 상기 중간층(300)의 하면에 위치하고, 상기 제2 배양액을 유동시키는 제2 채널(410)을 포함하는 제2 채널층(400); 상기 제2 채널층(400)의 하면에 위치하고, 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 압력을 공급하는 압력 공급라인(510) 및 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)을 포함하는 제2 커버층(500); 및 상기 제1 커버층(100) 및 상기 제2 커버층(500)에 각각 삽입되는 세포 시딩 키트(600, 700);를 포함하는 미세 생리학적 시스템(Micro Physiological Systems, MPS)(10)이 제공된다.
상기 제1 배양액 저장소(110)는, 상기 제1 채널(210)로 공급되는 제1 배양액을 저장하는 제1 공급부(111); 상기 제1 채널(210)로부터 배출되는 제1 배양액을 저장하는 제1 배출부(112); 및 상기 제1 공급부(111)와 제1 배출부(112) 사이에 위치하는 제1 분리부(113);를 포함하고, 상기 제1 분리부(113)는 상기 제1 배출부(112)가 위치한 쪽이 상기 제1 공급부(111)가 위치한 쪽보다 높은 경사진 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 채널층(200)은 상기 제1 공급부(111) 및 제1 배출부(112)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
상기 제1 채널(210)은, 상기 제1 공급부(111)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제1 마이크로펌프용 채널(211); 및 상기 제1 배출부(112)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 세포배양 챔버(310)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제1 세포배양 챔버용 채널(212);을 포함하고, 상기 제1 마이크로펌프용 채널(211)과 제1 세포배양 챔버용 채널(212)은 서로 연결될 수 있다.
상기 제2 채널층(400)은 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
상기 제2 배양액 저장소(120)는, 상기 제2 채널(410)로 공급되는 제2 배양액을 저장하는 제2 공급부(121); 상기 제2 채널(410)로부터 배출되는 제2 배양액을 저장하는 제2 배출부(122); 및 상기 제2 공급부(121)와 제2 배출부(122) 사이에 위치하는 제2 분리부(123);를 포함하고, 상기 제2 분리부(123)는 상기 제2 배출부(122)가 위치한 쪽이 상기 제2 공급부(121)가 위치한 쪽보다 높은 경사진 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 채널층(200), 중간층(300) 및 제2 채널층(400)은 상기 제2 공급부(121) 및 제2 배출부(122)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
상기 제2 채널(410)은, 상기 제2 공급부(121)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제2 마이크로펌프용 채널(411); 및 상기 제2 배출부(122)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 세포배양 챔버(310)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제2 세포배양 챔버용 채널(412);을 포함하고, 상기 제2 마이크로펌프용 채널(411)과 제2 세포배양 챔버용 채널(412)은 서로 연결될 수 있다.
상기 세포배양 챔버(310)는 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)을 포함하고, 상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 상기 제1 채널층(200) 측 면에 제1 세포를 배양하고, 상기 제2 채널층(400) 측 면에 제2 세포를 배양할 수 있다.
상기 센서(330)는 상기 배양된 제1 세포 및 제2 세포의 용존산소(Dissolved oxygen, DO), 활성산소(Reactive oxygen species, ROS) 글루코스(glucose), 락테이트(lactate), 글루타민(glutamine) 및 글루탐메이트(glutamate) 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.
상기 제1 커버층(100) 및 제2 커버층(500)은 각각 상기 세포 시딩 키트(600, 700)가 삽입되는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
상기 미세 생리학적 시스템은 상기 제1 배양액 저장소(110), 제2 배양액 저장소(120), 제1 채널(210), 세포배양 챔버(310), 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320), 센서(330), 제2 채널(410), 압력 공급라인(510) 및 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)을 각각 복수 개 포함할 수 있다.
본 발명의 미세 생리학적 시스템은 인체 조직을 정확하게 모사할 수 있고, 세포 멀티 배양 및 대량으로 세포를 배양할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 약물 스크리닝이 가능하고, 실시간으로 세포 조직 상태를 온라인으로 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 미세 생리학적 시스템을 이용하여 약력학(PD)/약동학(PK) 분석, 화장품, 건강기능식품, 신약, 약물 재배치(Drug Repurposing) 등의 분야에도 활용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 미세 생리학적 시스템(10)의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 미세 생리학적 시스템(10)의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 미세 생리학적 시스템의 제1 커버층(100)의 배면도이다.
도 4는 본 발명의 미세 생리학적 시스템의 배양액 저장소(110, 120) 구조를 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 1의 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 미세 생리학적 시스템의 제1 채널층(200)의 배면도이다.
도 7은 본 발명의 미세 생리학적 시스템의 마이크로펌프 원리를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 미세 생리학적 시스템의 중간층(300)의 배면도이다.
도 9는 본 발명의 미세 생리학적 시스템의 제2 채널층(400)의 배면도이다.
도 10은 본 발명의 미세 생리학적 시스템의 제2 커버층(500)의 배면도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 미세 생리학적 시스템(10)에 대해 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 제1 커버층(100); 제1 채널층(200); 중간층(300); 제2 채널층(400); 제2 커버층(500); 및 세포 시딩 키트(600, 700);를 포함하는 미세 생리학적 시스템(Micro Physiological Systems, MPS)(10)을 제공한다.
제1 커버층(100)
도 3을 참조하면, 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 제1 배양액을 저장하는 제1 배양액 저장소(110) 및 제2 배양액을 저장하는 제2 배양액 저장소(120)를 포함하는 제1 커버층(100)을 포함할 수 있다.
상기 제1 배양액 저장소(110)는 제1 채널층(200)의 제1 채널(210)로 공급되는 제1 배양액을 저장하는 제1 공급부(111) 및 상기 제1 채널(210)로부터 배출되는 제1 배양액을 저장하는 제1 배출부(112)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 커버층(100)의 하면에 위치하는 제1 채널층(200)은 상기 제1 공급부(111) 및 제1 배출부(112)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 배양액 저장소(110)는 상기 제1 공급부(111)와 제1 배출부(112) 사이에 위치하는 제1 분리부(113)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 분리부(113)는 상기 제1 배출부(112)가 위치한 쪽이 상기 제1 공급부(111)가 위치한 쪽보다 높은 경사진 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조로 인해 제1 채널층(200)의 제1 채널(210)을 통해 제1 배양액이 순환할 때 제1 배출부(112)에서 제1 공급부(111)로 배양액이 자동적으로 옮겨질 수 있어 매번 사용자가 상기 제1 공급부(111)에 배양액을 수동적으로 옮기지 않아도 된다.
상기 제2 배양액 저장소(120)는 제2 채널층(400)의 제2 채널(410)로 공급되는 제2 배양액을 저장하는 제2 공급부(121) 및 상기 제2 채널(410)로부터 배출되는 제2 배양액을 저장하는 제2 배출부(122)를 포함할 수 있다.
도 6, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 커버층(100)의 하면에 위치하는 제1 채널층(200), 제1 채널층(200)의 하면에 위치하는 중간층(300) 및 중간층(300)의 하면에 위치하는 제2 채널층(400)은 각각 상기 제2 공급부(121) 및 제2 배출부(122)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 배양액 저장소(120)는 상기 제2 공급부(121)와 제2 배출부(122) 사이에 위치하는 제2 분리부(123)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 분리부(123)는 상기 제2 배출부(122)가 위치한 쪽이 상기 제2 공급부(121)가 위치한 쪽보다 높은 경사진 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조로 인해 제2 채널층(400)의 제2 채널(410)을 통해 제2 배양액이 순환할 때 제2 배출부(122)에서 제2 공급부(121)로 배양액이 자동적으로 옮겨질 수 있어 매번 사용자가 상기 제2 공급부(121)에 배양액을 수동적으로 옮기지 않아도 된다.
제1 채널층(200)
도 2 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 상기 제1 커버층(100)의 하면에 위치하고, 상기 제1 배양액을 유동시키는 제1 채널(210)을 포함하는 제1 채널층(200)을 포함할 수 있다.
상기 제1 채널층(200)은 상기 제1 배양액 저장소(110)의 제1 공급부(111) 및 제1 배출부(112)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
상기 제1 채널(210)은 상기 제1 공급부(111)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 중간층(300)의 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제1 마이크로펌프용 채널(211)을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 마이크로펌프를 이용하여 배양액을 유동(Flow)시킬 수 있다. 제2 커버층(500)에서 마이크로펌프 공압이 공급되면 중간층(300)에 있는 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)이 위 아래로 움직이고, 상기 제1 마이크로펌프용 채널(211)에서 제1 배양액의 Flow가 발생한다. 이로 인해 중간층(300)에 있는 세포배양 챔버(310)에 제1 배양액의 Flow를 주어서 제1 배양액을 순환시키는 원리이다. 도 9를 참조하면, 제2 채널층(400)에는 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
기존 상용화된 대부분의 조직칩들은 튜빙이나 튜빙커넥터가 필요하지만, 본 발명과 같이 마이크로펌프를 이용하면 개별적이 튜빙이 없어 사용자가 편리하게 사용할 수 있다는 장점을 가진다.
또한 상기 제1 채널(210)은 상기 제1 배출부(112)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 중간층(300)의 세포배양 챔버(310)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제1 세포배양 챔버용 채널(212)을 포함할 수 있다.
상기 제1 세포배양 챔버용 채널(212)은 인체 관류를 모사하도록 형성될 수 있다. 인체에는 혈관이 있고, 혈액이 혈관을 통해 몸 속에 있는 모든 장기를 순환한다. 상기 제1 세포배양 챔버용 채널(212)은 인체 장기 종류에 따라 원하는 형상으로 구현이 가능하다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 마이크로펌프용 채널(211)과 제1 세포배양 챔버용 채널(212)은 서로 연결될 수 있다.
중간층(300)
도 2 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 상기 제1 채널층(200)의 하면에 위치하고, 세포배양 챔버(310), 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320) 및 센서(330)를 포함하는 중간층(300)을 포함할 수 있다.
상기 세포배양 챔버(310)는 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)을 포함할 수 있다.
상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 상기 제1 채널층(200) 측 면에 제1 세포를 배양하고, 상기 제2 채널층(400) 측 면에 제2 세포를 배양할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 채널층(200) 측 면은 상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 윗면(상부면)을 의미하고, 상기 제2 채널층(400) 측 면은 상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 아랫면(하부면)을 의미한다.
구체적으로, 상기 제1 세포는 상피세포를 포함할 수 있고 상기 제2 세포는 내피세포를 포함할 수 있다.
즉, 상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 윗면에 상피세포를 배양하고, 아랫면에 내피세포를 배양할 수 있으나, 세포 종류가 이에 한정되는 것은 아니며 광범위한 세포 종류를 배양할 수 있다.
또한 상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)에 세포가 잘 부착되어 배양되도록 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)에 콜라겐을 코팅할 수도 있다.
상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)으로 PCL(Poly-Caprolactone), PLGA(Polylactide-co-glycolide) 및 Polycarbonate(PCTE)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 기공 크기는 2 내지 10 μm일 수 있다. 상기 기공 크기가 2 μm 미만이면 세포가 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)에서 이탈되는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않고, 10 μm를 초과하면 기공의 크기가 커져 배양이 예정된 세포가 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)을 통과하여 빠져나가는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 두께는 5 내지 500 μm일 수 있다. 상기 두께가 5 μm 미만이면 상기 제1 세포가 상기 제2 세포가 배양되는 면까지 도달하여 세포 배양에 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않고, 500 μm를 초과하면 세포 배양 후 공배양 단계에서 동기화 문제가 발생할 가능성이 있어 바람직하지 않다.
상기 센서(330)는 상기 배양된 제1 세포 및 제2 세포의 용존산소(Dissolved oxygen, DO), 활성산소(Reactive oxygen species, ROS) 글루코스(glucose), 락테이트(lactate), 글루타민(glutamine) 및 글루탐메이트(glutamate) 등을 센싱할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 센서(330)로 경피저항(Trans-Epithelial Electrical Resistance, TEER) 센서를 사용할 수 있다. TEER 센서는 장기의 상피 또는 내피를 통한 전기 임피던스를 이용하여 장기의 세포단층의 무결성 및 분화 수준을 평가하는 데에 이용된다.
기존 상용화된 조직칩들은 내부에 센서를 제작하는 제품이 존재하지 않아 실시간으로 분석할 수 없으나, 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 상기 세포배양 챔버(310) 옆에 온라인 센서(330)가 존재하므로 세포 조직을 실시간으로 분석할 수 있는 효과가 있다.
제2 채널층(400)
도 2 및 도 9를 참조하면, 상기 중간층(300)의 하면에 위치하고, 상기 제2 배양액을 유동시키는 제2 채널(410)을 포함하는 제2 채널층(400)을 포함할 수 있다.
상기 제2 채널층(400)은 상기 제2 배양액 저장소(120)의 제2 공급부(121) 및 제2 배출부(122)에 대응하는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
상기 제2 채널(410)은 상기 제2 공급부(121)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 제2 커버층(500)의 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제2 마이크로펌프용 채널(411)을 포함할 수 있다.
상기 제2 배양액이 순환되는 원리는 상기 제1 채널(210)의 제1 배양액이 순환되는 원리와 동일하다.
즉, 제2 커버층(500)에 있는 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)에 공압이 공급되면 위 아래로 움직이고, 상기 제2 마이크로펌프용 채널(411)에서 제2 배양액의 Flow가 발생한다. 이로 인해 중간층(300)에 있는 세포배양 챔버(310)에 제2 배양액의 Flow를 주어서 제2 배양액을 순환시키는 원리이다.
또한 상기 제2 채널(410)은 상기 제2 배출부(122)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 세포배양 챔버(310)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제2 세포배양 챔버용 채널(412)을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 마이크로펌프용 채널(411)과 제2 세포배양 챔버용 채널(412)은 서로 연결될 수 있다.
제2 커버층(500)
도 2 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 상기 제2 채널층(400)의 하면에 위치하고, 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 압력을 공급하는 압력 공급라인(510) 및 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)을 포함하는 제2 커버층(500)을 포함할 수 있다.
상기 압력 공급라인(510)은 중간층(300)의 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)과 이어지는 라인이고, 상기 압력 공급라인(510)을 통해 중간층(300)에 있는 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 공압을 공급할 수 있다. 공압이 공급되면 중간층(300)의 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)이 위 아래로 움직이면서 제1 배양액이 Flow될 수 있다.
상기 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)은 멤브레인 바로 밑에 공급라인이 이어져 있고, 이를 통해 공압이 공급되어 위 아래로 움직이면서 제2 배양액이 Flow될 수 있다.
세포 시딩 키트(600, 700)
도 2를 참조하면, 본 발명의 미세 생리학적 시스템은 상기 제1 커버층(100) 및 상기 제2 커버층(500)에 각각 삽입되는 세포 시딩 키트(cell seeding kit) (600, 700)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 상기 제1 커버층(100) 및 제2 커버층(500)은 각각 상기 세포 시딩 키트(600, 700)가 삽입되는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 세포 시딩 키트(600, 700)가 상기 제1 커버층(100) 및 제2 커버층(500) 각각에 삽입됨으로써 세포 시딩 키트(600, 700)와 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311) 사이에 형성되는 공간을 이용하여 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)에 세포를 시딩할 수 있다.
즉, 상기 세포 시딩 키트(600)가 상기 제1 커버층(100)에 삽입되는 공간을 이용하여 상기 중간층(300)에 존재하는 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 윗면에 세포를 시딩할 수 있다.
또한 상기 세포 시딩 키트(700)가 상기 제2 커버층(500)에 삽입되는 공간을 이용하여 상기 중간층(300)에 존재하는 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 아랫면에 세포를 시딩할 수 있다.
시딩 후에는 배양액이 누수되지 않도록 세포 시딩 키트(600, 700)로 막음 처리할 수 있다.
상기 미세 생리학적 시스템은 상기 제1 배양액 저장소(110), 제2 배양액 저장소(120), 제1 채널(210), 세포배양 챔버(310), 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320), 센서(330), 제2 채널(410), 압력 공급라인(510) 및 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)을 각각 복수 개 포함할 수 있으며, 사용자에 따라 개수 선택이 가능하다.
상기 제1 배양액 및 제2 배양액이 각각 상기 제1 채널(210) 및 제2 채널(410)을 통해 흐르는 유량은 1 내지 100μl/min일 수 있다. 1μl/min 미만이면 내압으로 인해 유량이 발생하지 않아 바람직하지 않고, 100μl/min을 초과하면 세포가 떨어질 수 있어 바람직하지 않다.
이상, 도면을 참조하여 바람직한 실시예와 함께 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이러한 도면과 실시예로 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형예 또는 균등한 범위의 실시예가 존재할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 기술적 사상의 권리범위는 청구범위에 의해 해석되어야 하고, 이와 동등하거나 균등한 범위 내의 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 미세 생리학적 시스템 100: 제1 커버층
110: 제1 배양액 저장소 111: 제1 공급부
112: 제1 배출부 113: 제1 분리부
120: 제2 배양액 저장소 121: 제2 공급부
122: 제2 배출부 123: 제2 분리부
200: 제1 채널층 210: 제1 채널
211: 제1 마이크로펌프용 채널 212: 제1 세포배양 챔버용 채널
300: 중간층 310: 세포배양 챔버
311: 다공성 또는 나노파이버 멤브레인
320: 제1 마이크로펌프용 멤브레인 330: 센서
400: 제2 채널층 410: 제2 채널
411: 제2 마이크로펌프용 채널 412: 제2 세포배양 챔버용 채널
500: 제2 커버층 510: 압력 공급라인
520: 제2 마이크로펌프용 멤브레인 600, 700: 세포 시딩 키트

Claims (12)

  1. 제1 배양액을 저장하는 제1 배양액 저장소(110) 및 제2 배양액을 저장하는 제2 배양액 저장소(120)를 포함하는 제1 커버층(100);
    상기 제1 커버층(100)의 하면에 위치하고, 상기 제1 배양액을 유동시키는 제1 채널(210)을 포함하는 제1 채널층(200);
    상기 제1 채널층(200)의 하면에 위치하고, 세포배양 챔버(310), 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320) 및 센서(330)를 포함하는 중간층(300);
    상기 중간층(300)의 하면에 위치하고, 상기 제2 배양액을 유동시키는 제2 채널(410)을 포함하는 제2 채널층(400);
    상기 제2 채널층(400)의 하면에 위치하고, 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 압력을 공급하는 압력 공급라인(510) 및 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)을 포함하는 제2 커버층(500); 및
    상기 제1 커버층(100) 및 상기 제2 커버층(500)에 각각 삽입되는 세포 시딩 키트(600, 700);를 포함하는 미세 생리학적 시스템(Micro Physiological Systems, MPS)(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배양액 저장소(110)는,
    상기 제1 채널(210)로 공급되는 제1 배양액을 저장하는 제1 공급부(111);
    상기 제1 채널(210)로부터 배출되는 제1 배양액을 저장하는 제1 배출부(112); 및
    상기 제1 공급부(111)와 제1 배출부(112) 사이에 위치하는 제1 분리부(113);를 포함하고,
    상기 제1 분리부(113)는 상기 제1 배출부(112)가 위치한 쪽이 상기 제1 공급부(111)가 위치한 쪽보다 높은 경사진 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 채널층(200)은 상기 제1 공급부(111) 및 제1 배출부(112)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 채널(210)은,
    상기 제1 공급부(111)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제1 마이크로펌프용 채널(211); 및
    상기 제1 배출부(112)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 세포배양 챔버(310)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제1 세포배양 챔버용 채널(212);을 포함하고,
    상기 제1 마이크로펌프용 채널(211)과 제1 세포배양 챔버용 채널(212)은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 채널층(400)은 상기 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 배양액 저장소(120)는,
    상기 제2 채널(410)로 공급되는 제2 배양액을 저장하는 제2 공급부(121);
    상기 제2 채널(410)로부터 배출되는 제2 배양액을 저장하는 제2 배출부(122); 및
    상기 제2 공급부(121)와 제2 배출부(122) 사이에 위치하는 제2 분리부(123);를 포함하고,
    상기 제2 분리부(123)는 상기 제2 배출부(122)가 위치한 쪽이 상기 제2 공급부(121)가 위치한 쪽보다 높은 경사진 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 채널층(200), 중간층(300) 및 제2 채널층(400)은 상기 제2 공급부(121) 및 제2 배출부(122)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 채널(410)은,
    상기 제2 공급부(121)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제2 마이크로펌프용 채널(411); 및
    상기 제2 배출부(122)에 대응하는 관통 구멍과 연결되고, 상기 세포배양 챔버(310)에 대응하는 관통 구멍을 포함하는 제2 세포배양 챔버용 채널(412);을 포함하고,
    상기 제2 마이크로펌프용 채널(411)과 제2 세포배양 챔버용 채널(412)은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세포배양 챔버(310)는 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)을 포함하고,
    상기 다공성 또는 나노파이버 멤브레인(311)의 상기 제1 채널층(200) 측 면에 제1 세포를 배양하고, 상기 제2 채널층(400) 측 면에 제2 세포를 배양하는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서(330)는 상기 배양된 제1 세포 및 제2 세포의 용존산소(Dissolved oxygen, DO), 활성산소(Reactive oxygen species, ROS) 글루코스(glucose), 락테이트(lactate), 글루타민(glutamine) 및 글루탐메이트(glutamate) 중 적어도 하나를 센싱하는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버층(100) 및 제2 커버층(500)은 각각 상기 세포 시딩 키트(600, 700)가 삽입되는 관통 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미세 생리학적 시스템은 상기 제1 배양액 저장소(110), 제2 배양액 저장소(120), 제1 채널(210), 세포배양 챔버(310), 제1 마이크로펌프용 멤브레인(320), 센서(330), 제2 채널(410), 압력 공급라인(510) 및 제2 마이크로펌프용 멤브레인(520)을 각각 복수 개 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 생리학적 시스템.
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