KR20220165668A - Microfluidic chip compiring tumor spheroid - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a microfluidic device, a cell culture method in the microfluidic device, and a drug screening method. The microfluidic device mimics a structure and a function of 2D-3D connective tissue or a 3D spheroid and blood vessels to provide an environment suitable for a tumor spheroid, and thus can be used as a model for the development of targeted therapeutic agents for cancer and new drugs by replacing animal models in vitro.

Description

종양 스페로이드를 포함하는 미세유체칩 {MICROFLUIDIC CHIP COMPIRING TUMOR SPHEROID}Microfluidic chip containing tumor spheroid {MICROFLUIDIC CHIP COMPIRING TUMOR SPHEROID}

본 발명은 2차원-3차원 결합 조직 또는 3차원 스페로이드 및 혈관의 구조 및 기능을 모사함으로써 종양 스페로이드에 적합한 환경을 제공하여, 체외에서 동물 모델을 대체하여 암 표적치료제 및 신약개발 등을 위한 모델로 이용될 수 있는 미세유체장치, 미세유체장치 내 세포 배양 방법, 및 약물 스크리닝 방법에 관한 것이다.The present invention provides an environment suitable for tumor spheroids by mimicking the structure and function of 2D-3D connective tissue or 3D spheroids and blood vessels, replacing in vitro animal models for cancer target therapy and new drug development. It relates to a microfluidic device that can be used as a model, a cell culture method in the microfluidic device, and a drug screening method.

약물의 효능 및 부작용을 검사하기 위한 실험 동물 모델 사용에 따른 윤리적 문제 및 이종 간의 차이점으로 인한 문제점을 해결하기 위해, 장기 조직을 칩 형태로 집적시킨 장기칩(Organ-on-a-chip)이 개발되었다. 장기칩은 작은 칩에 특정 장기를 구성하는 세포를 배양함으로써, 해당 장기의 형태 및 생리적 특성을 모사하여 원하는 기능을 구현하는 기술이다. 이를 이용하여 특정 장기의 세포 거동 및 미세환경에서의 물리 화학적 반응의 메커니즘을 상세하게 연구할 수 있으며, 신약개발 및 독성평가 등을 위한 모델로 이용될 수 있다.Organ-on-a-chip, which integrates organ tissues in the form of a chip, has been developed to solve ethical problems caused by the use of experimental animal models to test the efficacy and side effects of drugs and problems caused by heterogeneous differences. It became. Organ chip is a technology that implements desired functions by culturing cells constituting a specific organ on a small chip to mimic the shape and physiological characteristics of the organ. Using this, it is possible to study in detail the cell behavior of a specific organ and the mechanism of physical and chemical reactions in the microenvironment, and can be used as a model for new drug development and toxicity evaluation.

장기칩의 개발에 있어서, 기존의 2차원(two-dimensional(2D)) 세포 배양을 이용한 세포 배양 모델은 배양 접시(petri dish)를 이용하여 접시 바닥에 세포를 2차원으로 배양시키므로 많은 세포 타입의 조직 특이적 분화 기능들(tissue-specific differentiated functions)을 설명하지 못하거나 생체 내(in vivo)의 조직 기능과 약물 활성도를 정확하게 예측하지 못하는 문제점을 가진다.In the development of organ chips, the cell culture model using the existing two-dimensional (2D) cell culture uses a petri dish to culture cells in two dimensions on the bottom of the dish, so many cell types It has a problem of not being able to explain tissue-specific differentiated functions or accurately predicting tissue function and drug activity in vivo.

특히, 이러한 2차원 세포 배양 모델의 기하학적 한계는 종양세포의 형성과 조직 내 거동 및 유전자 발현의 프로파일을 변동시킨다는 가능성이 있으며, 지속적인 영양 및 산소 공급, 또는 노폐물의 순환이 이루어지지 않는다는 점으로 인하여 살아있는 조직의 공간적 구조와 생화학적 복잡성을 잘 모사하는 3차원 세포 배양 기술과 이를 지속적으로 관류(perfusion) 배양할 수 있는 혈관 구조 모사에 대한 필요성이 높아지고 있다. In particular, the geometric limitations of these two-dimensional cell culture models have the possibility of changing the profile of tumor cell formation and tissue behavior and gene expression, and there is no continuous supply of nutrients and oxygen, or circulation of waste products. There is an increasing need for 3D cell culture technology that well simulates the spatial structure and biochemical complexity of tissues and vascular structure that can be cultured continuously through perfusion.

또한, 스페로이드를 이용한 3차원 모델은 생체 내 상태(situation)를 잘 모방하므로 생체 외 실험에서 방향적 성장과 세포간 연결의 복잡성을 구현할 수 있고, 분자 기반(molecular basis)의 조직 기능을 연구하는데 있어서 2차원 세포 배양 모델 대비 다양한 질병 상태의 신호기전(signaling pathway)과 대사, 세포 스트레스 및 약물 반응(drug responsiveness) 등을 포착하는데 유리하다.In addition, since the 3D model using spheroids mimics the in vivo situation well, it is possible to implement directional growth and the complexity of intercellular connections in in vitro experiments, and to study tissue functions on a molecular basis. Compared to two-dimensional cell culture models, it is advantageous to capture signaling pathways, metabolism, cell stress, and drug responsiveness of various disease states.

한편, 반도체 공정 기술과 함께 발달한 미세유체공학 기술은 높은 정확도로 마이크로 단위의 규격을 가진 구조체를 대량 생산할 수 있도록 하였다. 특히 포토리소그래피 및 소프트리소그래피 기술은 반영구적몰드를 이용한 스탬핑(stamping)을 통해 손쉽게 미세채널 구조를 생산할 수 있도록 하였고, 이를 통해 인체의 혈관이나 장기의 세포층 등 미세 구조를 생체 외에서 모사하려는 시도가 있다.On the other hand, microfluidics technology developed along with semiconductor processing technology has enabled mass production of structures with micro-scale specifications with high accuracy. In particular, photolithography and soft lithography technologies have made it possible to easily produce a microchannel structure through stamping using a semi-permanent mold, and through this, there are attempts to simulate microstructures such as blood vessels of the human body or cell layers of organs in vitro.

기존의 연구는 포토리소그래피 또는 소프트리소그래피 기술을 이용하여 폴리디메틸실록산(PDMS) 미세채널과 다공성 막으로 이루어진 칩을 제작하고, 칩 내부에서의 세포 및 스페로이드 배양을 통해 종양 세포의 주변 환경 구조를 구현하는 형태로 수행되었다. 그러나, PDMS 재질로 제작한 미세유체 장기칩은 약물 또는 단백질들이 PDMS 표면에 흡착되어 소실되는 경우가 많이 발생한다는 단점 때문에 실제 제약산업에 적용하기 힘들다는 한계점이 존재하였다.Existing research has fabricated a chip composed of polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels and a porous membrane using photolithography or soft lithography technology, and implemented the surrounding environment structure of tumor cells through cell and spheroid culture inside the chip. was carried out in the form of However, microfluidic organ chips made of PDMS have limitations in that they are difficult to apply to the actual pharmaceutical industry due to the disadvantage that drugs or proteins are often lost due to adsorption on the PDMS surface.

따라서, 본 발명자들은 기존의 PDMS를 이용한 미세유체 장기칩의 문제점을 개선하고, 채널 내 내피 세포와 종양 스페로이드의 3차원 배양을 통한 혈관 네트워크 형성을 통하여 관류의 실현 및 인체 내부와 유사한 미세유체장치를 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have improved the problems of existing microfluidic organ chips using PDMS, and realized perfusion through 3D culture of endothelial cells and tumor spheroids in the channel to form a vascular network, and a microfluidic device similar to the inside of the human body. was developed to complete the present invention.

본 발명은 실험 동물 모델 사용에 따른 윤리적 문제 및 이종 간 차이점으로 인한 문제점을 해결하고, 채널 내 내피 세포와 종양 스페로이드의 3차원 배양을 통해 혈관 네트워크를 형성시킴으로써 2차원-3차원 결합 조직 또는 3차원 스페로이드 및 혈관의 구조 및 기능을 모사하는 미세유체장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention solves problems caused by ethical problems and heterogeneous differences according to the use of experimental animal models, and forms a vascular network through 3-dimensional culture of endothelial cells and tumor spheroids in a channel to form a 2D-3D connective tissue or 3D connective tissue. An object of the present invention is to provide a microfluidic device that simulates the structure and function of dimensional spheroids and blood vessels.

본 발명은 제1 중심채널을 포함하는 인서트; 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면 채널을 포함하는 베이스; 및 상기 인서트와 상기 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 포함하는, 미세유체장치를 제공한다.The present invention is an insert comprising a first central channel; a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel; and a porous membrane positioned between the insert and the base.

본 발명은 제1 중심채널을 포함하는 인서트; 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면 채널을 포함하는 베이스; 및 상기 인서트와 상기 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 포함하는 미세유체장치 내 세포 배양 방법에 관한 것으로,The present invention is an insert comprising a first central channel; a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel; And it relates to a cell culture method in a microfluidic device comprising a porous membrane positioned between the insert and the base,

제1 중심채널을 포함하는 인서트, 및 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 조립하는 단계;assembling a porous membrane positioned between an insert including a first central channel and a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel;

상기 인서트를 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면 채널을 포함하는 베이스에 조립하는 단계;assembling the insert to a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel;

제2 세포를 상기 제2 중심채널에 주입하는 단계;injecting a second cell into the second central channel;

제1 세포를 상기 제1 중심채널에 주입하는 단계; 및injecting a first cell into the first central channel; and

제1 유체를 상기 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널에 관류시키는 단계를 포함하는, 미세유체장치 내 세포 배양 방법을 제공한다.Provided is a cell culture method in a microfluidic device comprising the step of perfusing a first fluid into the second central channel, the third side channel, and the fourth side channel.

본 발명은 상기 미세유체장치를 이용하여 종양을 억제하거나 치료할 수 있는 약물을 스크리닝하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for screening a drug capable of inhibiting or treating tumors using the microfluidic device.

본 발명의 미세유체장치는 채널 내 종양 스페로이드 및 혈관 모사를 위한 내피 세포를 포함함으로써 생체 내 다양한 종양 세포 주변의 주요 구조 및 물질이동 현상을 모사할 수 있으며 항암 약물 효능평가에 사용될 수 있다.The microfluidic device of the present invention includes tumor spheroids in a channel and endothelial cells for vascular mimics, so that it can simulate major structures and mass transfer phenomena around various tumor cells in vivo and can be used for anticancer drug efficacy evaluation.

또한, 본 발명의 미세유체장치는 종양 스페로이드 주변의 나노 입자 분포에 대한 정밀한 정량화가 가능하며, 인서트가 베이스로부터 탈부착 가능하므로, 미세유체장치 내 포함된 종양 스페로이드를 손상없이 선택적으로 분리하여 분석에 이용할 수 있다.In addition, the microfluidic device of the present invention enables precise quantification of the nanoparticle distribution around tumor spheroids, and since the insert is detachable from the base, the tumor spheroids included in the microfluidic device are selectively separated and analyzed without damage. available for

또한, 본 발명의 미세유체장치는 종양 스페로이드의 3차원 배양이 가능하여, 생체 내 세포의 공간적 구조와 생화학적 복잡성을 구현하여 조직 장벽의 구조 및 기능을 보다 잘 모사할 수 있다.In addition, the microfluidic device of the present invention is capable of 3-dimensional culture of tumor spheroids, realizing the spatial structure and biochemical complexity of cells in vivo, thereby better mimicking the structure and function of tissue barriers.

도 1 및 2는 미세유체장치의 단면도이다.
도 3은 미세유체장치의 투시도이다.
도 4 및 5는 미세유체장치의 분해도 및 결합도이다.
도 6은 세포를 포함하는 미세유체장치의 단면도이다.
도 7 및 8은 인서트와 베이스의 탈부착을 위한 구성 및 탈부착 방법을 나타낸 단면도이다.
도 9는 미세유체장치의 베이스 내 유체 흐름을 나타낸 단면도이다.
도 10 및 11은 인서트의 사시도이다.
도 12 및 13은 베이스의 평면도이다.
도 14는 베이스의 저면도이다.
도 15 및 16은 인서트의 탈부착을 위한 구성 및 탈부착 방법을 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 17 및 18은 인서트와 베이스가 부착된 형태의 미세유체장치의 a-a'단면도 및 확대 단면도이다.
도 19 및 20은 인서트와 베이스가 부착된 형태의 미세유체장치의 정면도 및 저면도이다.
도 21은 인서트에 포함된 미세채널 내의 유체 흐름을 나타내는 사시도이다.
도 22는 베이스에 포함된 미세채널 내의 유체 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 23 및 24는 커버의 사시도이다.
도 25는 다공성 막을 통과한 인간 혈관 내피 세포(RFP-HUVEC)가 혈관을 생성하여 삼차원 피브린젤(Fibrin ECM) 내부에서 배양한 삼차원 종양 스페로이드의 상단부부터 하단부 방향으로 이동하는 형태를 나타낸다(Scale bar = 200 μm).
1 and 2 are cross-sectional views of a microfluidic device.
3 is a perspective view of a microfluidic device.
4 and 5 are exploded and combined views of the microfluidic device.
6 is a cross-sectional view of a microfluidic device including cells.
7 and 8 are cross-sectional views showing a configuration and a method for attaching and detaching an insert and a base.
9 is a cross-sectional view showing fluid flow in the base of the microfluidic device.
10 and 11 are perspective views of the insert.
12 and 13 are plan views of the base.
14 is a bottom view of the base.
15 and 16 are perspective and cross-sectional views showing a configuration and a method for attaching and detaching an insert.
17 and 18 are a-a' cross-sectional views and enlarged cross-sectional views of a microfluidic device in which an insert and a base are attached.
19 and 20 are front and bottom views of a microfluidic device in which an insert and a base are attached.
21 is a perspective view illustrating fluid flow in a microchannel included in an insert.
22 is a cross-sectional view showing fluid flow in microchannels included in the base.
23 and 24 are perspective views of the cover.
25 shows the form in which human vascular endothelial cells (RFP-HUVEC) passing through a porous membrane generate blood vessels and move from the upper end to the lower end of a three-dimensional tumor spheroid cultured inside a three-dimensional fibrin gel (Fibrin ECM) (Scale bar = 200 μm).

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시태양 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시태양 및 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments and examples of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present application may be implemented in various forms and is not limited to the embodiments and examples described herein.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 발명은 제1 중심채널을 포함하는 인서트; 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 베이스; 및 상기 인서트와 상기 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 포함하고, 상기 제2 중심채널은 상기 제1 중심채널에 비해 채널의 높이가 낮은 것을 특징으로 하는 미세유체장치를 제공한다.The present invention is an insert comprising a first central channel; a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel; and a porous membrane disposed between the insert and the base, wherein the second central channel has a lower channel height than the first central channel.

본원에 사용된 용어 "미세유체장치"는 유기 고분자 물질을 포함하는 플라스틱, 유리, 금속 또는 실리콘을 포함하는 다양한 소재로 제조된 기판 위에 유체가 흐를 수 있도록 구비된 미세채널 등을 포함하고 있는 장치를 의미한다.As used herein, the term "microfluidic device" refers to a device that includes microchannels, etc. provided to allow fluid to flow on a substrate made of various materials including plastic, glass, metal, or silicon including organic polymeric materials. it means.

본원에 사용된 용어 "미세채널"은 유체가 흐를 수 있는 밀리미터(millimeter), 마이크로미터(micrometer), 또는 나노미터(nanometer)의 차원을 갖는 미세한 크기의 채널을 의미한다.As used herein, the term "microchannel" refers to a microscopic sized channel having a dimension of millimeters, micrometers, or nanometers through which a fluid can flow.

본원에 사용된 용어 "인서트"는 다른 물체에 형성된 홈에 삽입될 수 있는 형태의 물체를 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As used herein, the term "insert" may refer to an object of a shape that can be inserted into a groove formed in another object, but is not limited thereto.

일 실시태양에서, 상기 인서트는 상기 베이스로부터 탈부착 가능한 것일 수 있고, 상기 베이스는 상기 인서트가 삽입될 수 있는 홈을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 인서트는 제1 체결 헤드를 포함하고, 상기 베이스는 제2 체결 헤드를 포함하여, 상기 제1 체결 헤드와 상기 제2 체결 헤드가 서로 걸려져서 상기 인서트와 상기 베이스가 스냅핏(snap fit) 탈부착되는 것일 수 있다. 이 때, 상기 제1 중심채널과 상기 제2 중심채널 사이의 누수를 방지하기 위해 상기 다공성 막은 상기 인서트와 상기 베이스 사이에서 강한 압력을 받아 개스킷(gasket) 역할을 수행할 수 있다.In one embodiment, the insert may be detachable from the base, and the base may include a groove into which the insert may be inserted. Preferably, the insert includes a first fastening head, and the base includes a second fastening head, so that the first fastening head and the second fastening head are hooked together so that the insert and the base are snap-fit ( snap fit) may be detachable. In this case, in order to prevent leakage between the first central channel and the second central channel, the porous membrane may receive a strong pressure between the insert and the base to serve as a gasket.

본원에 사용된 용어 "체결 헤드"는 플라스틱, 고무, 실리콘 등의 탄성을 갖는 재질로 구성될 수 있고, 각각 탄성 변형되어 스냅핏 탈부착을 달성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.As used herein, the term “fastening head” may be made of a material having elasticity such as plastic, rubber, or silicone, and may be elastically deformed to achieve snap-fit attachment or detachment, but is not limited thereto.

본원에 사용된 용어 "스냅핏"은 추가적인 부품이나 체결 기구 없이, 서로 걸리는 홈의 상호작용으로 체결력이 형성되는 체결 방식을 의미한다.As used herein, the term "snap-fit" refers to a fastening method in which fastening force is formed by the interaction of grooves that are engaged with each other without additional parts or fastening mechanisms.

일 실시태양에서, 상기 제1 중심채널 및 상기 제2 중심채널은 액제의 관류를 유도 및 조절할 수 있는 입구 및 출구를 포함할 수 있다. 상기 관류를 유도 및 조절할 수 있는 방법은 상기 입구와 출구의 정수압차(Hydrostatic pressure difference)를 이용하는 방법, 외부 펌프를 상기 입구 및 출구에 연결하는 방법을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the first central channel and the second central channel may include an inlet and an outlet capable of inducing and controlling perfusion of the liquid medium. A method of inducing and controlling the perfusion may include, but is not limited to, a method using a hydrostatic pressure difference between the inlet and the outlet, and a method of connecting an external pump to the inlet and outlet.

일 실시태양에서, 상기 베이스는 제1 유체 저장소 및 제2 유체 저장소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스는 상기 제1 유체 저장소 및 상기 제2 유체 저장소를 연결하는 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제3 측면채널 및 제4 측면채널은 상기 제1 중심채널에 비해 채널의 높이가 낮을 수 있다.In one embodiment, the base may include a first fluid reservoir and a second fluid reservoir. In addition, the base may include a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel connecting the first fluid reservoir and the second fluid reservoir. Preferably, the height of the third side channel and the fourth side channel may be lower than that of the first central channel.

일 실시태양에서, 상기 제2 중심채널은 상기 제1 중심채널의 방향과 수평으로 형성된 것일 수 있다.In one embodiment, the second central channel may be formed horizontally with the direction of the first central channel.

일 실시태양에서, 상기 제3 측면채널 및 제4 측면채널은 상기 제1 중심채널의 방향과 수직으로 형성된 것일 수 있다.In one embodiment, the third side channel and the fourth side channel may be formed perpendicular to a direction of the first central channel.

일 실시태양에서, 상기 미세유체장치는 플라스틱, 유리, 금속 또는 실리콘으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 사출 성형(Injection molding) 기술을 이용하여 플라스틱으로 제조될 수 있다.In one embodiment, the microfluidic device may be made of plastic, glass, metal or silicon, but is not limited thereto. Preferably, it can be made of plastic using injection molding technology.

일 실시태양에서, 상기 제1 중심채널은 혈관 내피 세포를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 인간 탯줄 정맥 내피 세포(HUVEC, human umbilical vein endothelial cell)일 수 있다.In one embodiment, the first central channel may include vascular endothelial cells. Preferably, it may be a human umbilical vein endothelial cell (HUVEC).

본원에 사용된 용어 "세포"는 식물 세포, 동물 세포(예컨대, 포유동물 세포), 박테리아 세포 및 곰팡이 세포 등을 포함하는 생물학적 세포를 의미한다.As used herein, the term "cell" refers to biological cells, including plant cells, animal cells (eg, mammalian cells), bacterial cells and fungal cells, and the like.

본원에 사용된 용어 "조직 혈관 내피 세포"는 조직의 특정한 구조를 유지하는 역할을 하며, 조직을 외부 자극으로부터 보호하는 역할을 하는 세포를 의미한다. 뿐만 아니라, 조직 장벽 세포간 혹은 세포외 기질과의 강한 결합력을 이용하여, 선택적으로 물질을 투과시키며 조직 내 물질 농도가 항상성을 유지하는 역할을 하는 세포를 의미한다. 조직 혈관 내피 세포는 상피조직세포(Epithelial tissue cell) 및 중간엽세포(Mesenchymal cell)을 포함한다.As used herein, the term “tissue vascular endothelial cells” refers to cells that play a role in maintaining a specific structure of a tissue and protecting a tissue from external stimuli. In addition, it refers to a cell that selectively permeates substances and maintains the homeostasis of a substance concentration in a tissue by using a strong binding force between tissue barrier cells or an extracellular matrix. Tissue vascular endothelial cells include epithelial tissue cells and mesenchymal cells.

일 실시태양에서, 상기 제2 중심채널은 종양 세포를 포함할 수 있다. 또한, 추가적으로 하이드로젤을 포함할 수 있다.In one embodiment, the second central channel may include tumor cells. In addition, a hydrogel may be additionally included.

상기 종양 세포는 흑색종, 편평세포암종, 유방암, 두경부암, 갑상선암, 연부조직육종, 골육종, 고환암, 전립선암, 난소암, 방광암, 피부암, 뇌암, 혈관육종, 비만세포종, 백혈병, 림프종, 간암, 폐암, 췌장암, 위암, 신장암, 대장암, 조혈 종양 또는 이의 전이암 세포일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The tumor cells are melanoma, squamous cell carcinoma, breast cancer, head and neck cancer, thyroid cancer, soft tissue sarcoma, osteosarcoma, testicular cancer, prostate cancer, ovarian cancer, bladder cancer, skin cancer, brain cancer, angiosarcoma, mast cell tumor, leukemia, lymphoma, liver cancer, It may be lung cancer, pancreatic cancer, gastric cancer, kidney cancer, colon cancer, hematopoietic tumor or metastatic cancer cells thereof, but is not limited thereto.

상기 하이드로젤은 콜라겐, 라미닌, 히알루론산, 미네랄, 피브린, 피브로넥틴, 엘라스틴, 펩타이드, 폴리에틸렌글리콜 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 하이드로젤은 콜라겐젤, 피브린젤, 라미닌젤, 마트리젤, 동물 유래 종양 기저막 추출물젤, 조직 탈세포화 세포외 기질젤, 펩타이드젤, 폴리에틸렌글리콜젤 또는 알지네이트젤일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 더욱 바람직하게는, 라미닌젤 또는 마트리젤이다.The hydrogel may be one or more selected from the group consisting of collagen, laminin, hyaluronic acid, minerals, fibrin, fibronectin, elastin, peptides, polyethylene glycol, and alginate. Preferably, the hydrogel may be collagen gel, fibrin gel, laminin gel, matrigel, animal-derived tumor basement membrane extract gel, tissue decellularization extracellular matrix gel, peptide gel, polyethylene glycol gel, or alginate gel, but is not limited thereto. . More preferably, it is laminin gel or matrigel.

본원에 사용된 용어 "하이드로젤"은 공유 결합, 수소결합, van der waals 결합 또는 물리적 결합 등과 같은 응집력에 의해 가교된 친수성 고분자로서, 수용액상에서 다량의 물을 내부에 함유하여 팽윤할 수 있는 3차원 고분자 네트워크 구조를 갖는 물질을 의미한다.As used herein, the term "hydrogel" is a hydrophilic polymer crosslinked by cohesive forces such as covalent bonds, hydrogen bonds, van der waals bonds, or physical bonds, and is a three-dimensional polymer that can swell by containing a large amount of water in an aqueous solution. It means a material having a polymer network structure.

일 실시태양에서, 상기 인서트를 상기 베이스로부터 분리하여, 상기 다공성 막에 부착된 세포 및 상기 제2 중심채널에 포함된 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 세포를 각각 분리할 수 있으며, 상기 분리된 세포를 이용하여 유전자 분석 등의 세포 분석을 수행할 수 있다.In one embodiment, by separating the insert from the base, one or more cells selected from the group consisting of cells attached to the porous membrane and cells included in the second central channel may be separated, respectively, and the separated Cell analysis such as genetic analysis may be performed using the cells.

일 실시태양에서, 상기 인서트를 상기 베이스로부터 분리하여, 상기 제1 중심채널에 약물 도포 등 필요한 처리를 가한 후, 다시 상기 인서트를 상기 베이스에 조립하여 세포 반응을 관찰할 수 있다.In one embodiment, after the insert is separated from the base, a necessary treatment, such as drug application, is applied to the first central channel, the insert is assembled to the base again to observe the cell response.

본 발명은 제1 중심채널을 포함하는 인서트와 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 조립하는 단계;Assembling a porous membrane positioned between an insert including a first central channel and a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel;

상기 인서트를 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 베이스에 조립하는 단계;assembling the insert to a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel;

제2 세포를 상기 제2 중심채널에 주입하는 단계;injecting a second cell into the second central channel;

제1 세포를 상기 제1 중심채널에 주입하는 단계; 및injecting a first cell into the first central channel; and

제1 유체를 상기 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널에 관류시키는 단계를 포함하는, 미세유체장치 내 세포 배양 방법을 제공한다.Provided is a cell culture method in a microfluidic device comprising the step of perfusing a first fluid into the second central channel, the third side channel, and the fourth side channel.

일 실시태양에서, 상기 제1 중심채널은 액제의 관류를 유도 및 조절할 수 있는 입구 및 출구를 포함하고, 상기 제1 세포는 상기 제1 중심채널 입구를 통해 주입되는 것일 수 있다.In one embodiment, the first central channel may include an inlet and an outlet capable of inducing and controlling perfusion of the liquid medium, and the first cells may be injected through the inlet of the first central channel.

일 실시태양에서, 상기 제2 중심채널은 액제의 관류를 유도 및 조절할 수 있는 입구 및 출구를 포함하고, 상기 제2 세포는 상기 제2 중심채널 입구를 통해 주입되는 것일 수 있다.In one embodiment, the second central channel may include an inlet and an outlet capable of inducing and controlling perfusion of the liquid medicine, and the second cells may be injected through the inlet of the second central channel.

일 실시태양에서, 상기 제1 세포는 혈관 내피 세포이고; 바람직하게는 인간 탯줄 정맥 내피 세포일 수 있으며, 상기 제2 세포는 종양 세포이고; 바람직하게는 흑색종, 편평세포암종, 유방암, 두경부암, 갑상선암, 연부조직육종, 골육종, 고환암, 전립선암, 난소암, 방광암, 피부암, 뇌암, 혈관육종, 비만세포종, 백혈병, 림프종, 간암, 폐암, 췌장암, 위암, 신장암, 대장암, 조혈 종양 및 이의 전이암 세포로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.In one embodiment, the first cell is a vascular endothelial cell; It may preferably be a human umbilical vein endothelial cell, and the second cell is a tumor cell; Preferably melanoma, squamous cell carcinoma, breast cancer, head and neck cancer, thyroid cancer, soft tissue sarcoma, osteosarcoma, testicular cancer, prostate cancer, ovarian cancer, bladder cancer, skin cancer, brain cancer, angiosarcoma, mast cell tumor, leukemia, lymphoma, liver cancer, lung cancer , It may be selected from the group consisting of pancreatic cancer, gastric cancer, renal cancer, colon cancer, hematopoietic tumors, and metastatic cancer cells thereof.

본 발명은 제1 중심채널을 포함하는 인서트; 제2 중심채널, 제3 측면채널, 제4 측면채널, 제1 유체 저장소 및 제2 유체 저장소를 포함하는 베이스; 및 상기 인서트와 상기 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 포함하고, 상기 인서트는 상기 베이스로부터 탈부착 가능한 것을 특징으로 하는 미세유체장치 내 혈관 모사 방법으로서, 제1 유체를 상기 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널에 관류시키는 단계; 및 상기 제2 유체 저장소까지 차례대로 도달시키는 단계를 포함하는, 혈관 모사 방법을 제공한다.The present invention is an insert comprising a first central channel; a base including a second central channel, a third side channel, a fourth side channel, a first fluid reservoir, and a second fluid reservoir; and a porous membrane positioned between the insert and the base, wherein the insert is detachable from the base. and perfusing through a fourth side channel; And it provides a blood vessel simulating method comprising the step of sequentially reaching the second fluid reservoir.

일 실시태양에서, 상기 베이스는 상기 제2 중심채널, 상기 제3 측면채널, 상기 제4 측면채널, 상기 제1 유체 저장소, 및 상기 제2 유체 저장소를 포함할 수 있다.In one embodiment, the base may include the second central channel, the third side channel, the fourth side channel, the first fluid reservoir, and the second fluid reservoir.

이하 도면들을 통하여 본 발명의 미세유체장치를 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 도 1 내지 24의 형태로 구체화된 미세유체장치를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 특히, 도 10 내지 24에 본 발명의 미세유체장치의 구체적인 실시예를 도시하였으나, 본 발명은 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것을 포함한다.The microfluidic device of the present invention will be described in more detail through the following drawings. The present invention may include a microfluidic device embodied in the form of FIGS. 1 to 24, but is not limited thereto. In particular, although specific embodiments of the microfluidic device of the present invention are shown in FIGS. 10 to 24, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art to which the present invention belongs. Including what can be done.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체장치는 인서트(100), 베이스(200), 및 인서트(100)와 베이스(200) 사이에 위치하는 다공성 막(300)을 포함한다.A microfluidic device according to an embodiment of the present invention includes an insert 100, a base 200, and a porous membrane 300 positioned between the insert 100 and the base 200.

도 1을 참조하면, 상기 인서트(100)는 제1 중심채널(110)을 포함한다. 일 실시태양에서, 상기 베이스(200)의 하단에 바닥부(400)가 부착될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the insert 100 includes a first central channel 110 . In one embodiment, the bottom portion 400 may be attached to the lower end of the base 200 .

도 2 및 3을 참조하면, 상기 미세유체장치의 베이스(200)는 제1 유체 저장소(240) 및 제2 유체 저장소(250)를 포함할 수 있고, 제1 유체 저장소(240)과 제2 유체 저장소(250)를 연결하는 제2 중심채널(210), 제3 측면채널(220) 및 제4 측면채널(230)을 포함할 수 있다.2 and 3, the base 200 of the microfluidic device may include a first fluid reservoir 240 and a second fluid reservoir 250, the first fluid reservoir 240 and the second fluid reservoir 240. It may include a second central channel 210, a third side channel 220, and a fourth side channel 230 connecting the reservoir 250.

도 4 및 5를 참조하면, 상기 미세유체장치의 다공성 막(300)은 제1 중심채널(110) 및 제2 중심채널(210) 사이에 존재하며, 제2 중심채널(210)은 제1 중심채널(110)의 방향과 수평로 형성될 수 있다.4 and 5, the porous membrane 300 of the microfluidic device exists between the first central channel 110 and the second central channel 210, and the second central channel 210 is the first central channel 210. It may be formed in the direction of the channel 110 and horizontally.

도 6을 참조하면, 상기 미세유체장치의 제1 중심채널(110)은 제1 세포(111)를 포함할 수 있고, 제2 중심채널(210)는 제2 세포(211)를 포함할 수 있다. 일 실시태양에서, 상기 제1 세포(111)는 다공성 막(300)의 상단 표면에 부착되어 배양될 수 있고, 상기 제2 세포(211)는 제2 중심채널(210) 내부에서 3D 배양된 것일 수 있다.Referring to FIG. 6 , the first central channel 110 of the microfluidic device may include first cells 111, and the second central channel 210 may include second cells 211. . In one embodiment, the first cells 111 may be attached to the upper surface of the porous membrane 300 and cultured, and the second cells 211 may be 3D cultured inside the second central channel 210. can

도 7 내지 9, 18, 및 19를 참조하면, 상기 미세유체장치의 베이스(200)는 인서트(100)가 삽입될 수 있는 인서트 삽입 홈(201)을 포함하여, 인서트(100)는 베이스(200)로부터 탈부착 가능한 것일 수 있다. 또한, 상기 인서트(100)는 제1 체결 헤드(101)를 포함하고, 상기 베이스(200)는 제2 체결 헤드(202)를 포함하여, 상기 제1 체결 헤드(101)와 제2 체결 헤드(202)가 서로 걸려져서 인서트(100)와 베이스(200)가 스냅핏(snap fit) 탈부착되는 것일 수 있다.7 to 9, 18, and 19, the base 200 of the microfluidic device includes an insert groove 201 into which an insert 100 can be inserted, and the insert 100 includes a base 200 ) may be detachable from. In addition, the insert 100 includes a first fastening head 101, and the base 200 includes a second fastening head 202, so that the first fastening head 101 and the second fastening head ( 202) may be hooked to each other so that the insert 100 and the base 200 are detachable with a snap fit.

도 10 및 11을 참조하면, 상기 미세유체장치의 인서트(100)는 제1 중심채널 입구(112) 및 제1 중심채널출구(113)를 포함할 수 있다. 상기 제1 중심채널 입구(112) 및 제1 중심채널 출구(113)는 제1 중심채널(110)과 관 형태로 연결될 수 있으며, 상기 관을 통해 전극을 일정한 위치 및 깊이로 삽입하여 TEER 값의 정밀한 측정이 가능할 수 있다. Referring to FIGS. 10 and 11 , the insert 100 of the microfluidic device may include a first central channel inlet 112 and a first central channel outlet 113 . The first central channel inlet 112 and the first central channel outlet 113 may be connected to the first central channel 110 in the form of a tube, and an electrode is inserted through the tube at a predetermined position and depth to obtain a TEER value. Precise measurements may be possible.

도 12 내지 20, 및 22를 참조하면, 상기 미세유체장치의 베이스(200)는 하나 이상의 인서트(100)가 탈부착 가능한 구조일 수 있다.12 to 20 and 22, the base 200 of the microfluidic device may have a structure in which one or more inserts 100 are detachable.

도 23 및 24를 참조하면, 상기 미세유체장치는 커버(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 23 and 24 , the microfluidic device may include a cover 500 .

도 21을 참조하면, 상기 미세유체장치의 인서트(100)에 포함된 제1 중심채널 입구(112)를 통해 유체를 주입하여 제1 중심채널(110)을 거쳐 제1 중심채널 출구(113) 방향으로 유체를 관류시킬 수 있다.Referring to FIG. 21 , the fluid is injected through the first central channel inlet 112 included in the insert 100 of the microfluidic device, and passes through the first central channel 110 toward the first central channel outlet 113. fluid can be perfused.

도 9 및 22를 참조하면, 상기 미세유체장치의 베이스(200)에 포함된 제1 유체 저장소(240)에 유체를 주입하여, 제3 측면채널(220), 제2 중심채널(210), 제4 측면채널(230) 및 제2 유체 저장소(250)까지 차례대로 상기 유체를 관류시킬 수 있다.9 and 22, by injecting a fluid into the first fluid reservoir 240 included in the base 200 of the microfluidic device, a third side channel 220, a second central channel 210, The fluid may be sequentially passed through the 4 side channels 230 and the second fluid reservoir 250 .

[실시예 1][Example 1]

혈관 모방 구조와 삼차원 암 조직세포 배양을 결합한 종양 미세환경장치 제작Fabrication of a tumor microenvironmental device combining vascular mimic structure and 3D cancer tissue cell culture

조립된 미세유체장치를 이용하여 다음과 같은 방법으로 혈관 모방 구조와 삼차원 종양 스페로이드 배양을 결합한 종양 미세환경(TME, tumor microenvironment) 모사 미세유체장치를 제작하였다.Using the assembled microfluidic device, a tumor microenvironment (TME) simulating microfluidic device combining a blood vessel-mimicking structure and three-dimensional tumor spheroid culture was fabricated in the following way.

세포가 미세유체장치에 고르게 부착될 수 있도록 피브로넥틴(Fibronectin) 10 μl를 제1 중심채널과 제2 중심채널에 주입하였다. 1시간 동안 배양한 후, 106 cells/ml 농도의 인간 폐 섬유아세포(NHLF) 10 μl를 제2 중심채널에 주입하고 섬유아세포가 고르게 부착될 수 있도록 2시간 동안 배양하였다. 피브린젤(Fibrin ECM) 15 μl에 임베딩된 300 내지 400 μm 크기의 삼차원 종양 스페로이드를 제2 중심채널에 주입하고, 피브린젤이 굳도록 30분 동안 배양하였다. 15 x 106 cells/ml 농도의 RFP를 발현하는 인간 혈관 내피 세포(RFP-HUVEC) 10 μl를 제1 중심채널에 주입하였다. 제3 측면채널, 2 중심채널 및 제4 측면채널에 연결된 제1 유체 저장소에 배양액을 채워준 상태에서 다공성 막의 표면에 혈관 내피 세포가 고르게 부착될 수 있도록 15시간 이상 배양하였다. 삼차원 종양 스페로이드와 혈관 모방 구조를 공초점 현미경(confocal microscope, Zeiss LSM 780)을 이용하여 이미지화하였다.10 μl of fibronectin was injected into the first and second central channels so that the cells could be evenly attached to the microfluidic device. After incubation for 1 hour, 10 μl of human lung fibroblasts (NHLF) at a concentration of 10 6 cells/ml was injected into the second central channel and cultured for 2 hours to evenly adhere to the fibroblasts. Three-dimensional tumor spheroids with a size of 300 to 400 μm embedded in 15 μl of fibrin gel (Fibrin ECM) were injected into the second central channel and cultured for 30 minutes to harden the fibrin gel. 10 μl of human vascular endothelial cells (RFP-HUVEC) expressing RFP at a concentration of 15 x 10 6 cells/ml were injected into the first central channel. In a state in which the culture medium was filled in the first fluid reservoir connected to the third lateral channel, the second central channel, and the fourth lateral channel, the vascular endothelial cells were cultured for 15 hours or more so that the vascular endothelial cells could be evenly adhered to the surface of the porous membrane. Three-dimensional tumor spheroids and vascular mimic structures were imaged using a confocal microscope (Zeiss LSM 780).

도 25에 나타낸 바와 같이, 다공성 막을 통과한 RFP를 발현하는 인간 혈관 내피 세포(RFP-HUVEC)가 혈관을 생성하여 삼차원 피브린젤(Fibrin ECM) 내부에서 배양한 삼차원 종양 스페로이드의 상단부부터 하단부 방향으로 이동하는 형태를 확인하였다.As shown in FIG. 25, RFP-expressing human vascular endothelial cells (RFP-HUVEC) passing through a porous membrane generate blood vessels, and in the direction from the upper end to the lower end of the three-dimensional tumor spheroid cultured inside the three-dimensional fibrin gel (Fibrin ECM). The moving shape was confirmed.

100: 인서트
101: 제1 체결 헤드
110: 제1 중심채널
111: 제1 세포
112: 제1 중심채널 입구
113: 제1 중심채널 출구
200: 베이스
201: 인서트 삽입 홈
202: 제2 체결 헤드
210: 제2 중심채널
211: 제2 세포
212: 제2 중심채널 입구
213: 제2 중심채널 출구
220: 제3 측면채널
230: 제4 측면채널
240: 제1 유체 저장소
250: 제2 유체 저장소
300: 다공성 막
400: 바닥부
500: 커버
100: insert
101: first fastening head
110: first central channel
111 first cell
112: first central channel inlet
113: first central channel exit
200: base
201: insert insertion groove
202: second fastening head
210: second central channel
211 second cell
212: second central channel inlet
213: second central channel exit
220: third side channel
230: fourth side channel
240 first fluid reservoir
250: second fluid reservoir
300: porous membrane
400: bottom
500: cover

Claims (21)

제1 중심채널을 포함하는 인서트;
제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 베이스; 및
상기 인서트와 상기 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 포함하고,
상기 제2 중심채널은 상기 제1 중심채널에 비해 채널의 높이가 낮은 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
an insert including a first central channel;
a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel; and
A porous membrane positioned between the insert and the base,
The second central channel is characterized in that the height of the channel is lower than the first central channel, microfluidic device.
제1항에 있어서, 상기 인서트는 상기 베이스로부터 탈부착 가능한 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 1, wherein the insert is detachable from the base.
제2항에 있어서, 상기 인서트는 제1 체결 헤드를 포함하고,
상기 베이스는 제2 체결 헤드를 포함하여,
상기 제1 체결 헤드와 상기 제2 체결 헤드가 서로 걸려져서 상기 인서트와 상기 베이스가 스냅핏(snap fit) 탈부착되는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
3. The method of claim 2, wherein the insert comprises a first fastening head;
The base includes a second fastening head,
The microfluidic device, characterized in that the first fastening head and the second fastening head are hooked to each other so that the insert and the base are attached and detached with a snap fit.
제2항에 있어서, 상기 베이스는 상기 인서트가 삽입될 수 있는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 2, wherein the base includes a groove into which the insert can be inserted.
제1항에 있어서, 상기 제1 중심채널 및 상기 제2 중심채널은 액제의 관류를 유도 및 조절할 수 있는 입구 및 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 1, wherein the first central channel and the second central channel include an inlet and an outlet capable of inducing and controlling perfusion of the liquid medium.
제1항에 있어서, 상기 베이스는 제1 유체 저장소 및 제2 유체 저장소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device of claim 1 , wherein the base further comprises a first fluid reservoir and a second fluid reservoir.
제6항에 있어서, 상기 베이스는 상기 제1 유체 저장소와 상기 제2 유체 저장소를 연결하는 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device of claim 6, wherein the base includes a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel connecting the first fluid reservoir and the second fluid reservoir.
제1항에 있어서, 상기 제2 중심채널은 상기 제1 중심채널의 방향과 수평으로 형성된 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 1, wherein the second central channel is formed in a direction parallel to that of the first central channel.
제1항에 있어서, 상기 제3 측면채널 및 제4 측면채널은 상기 제1 중심채널의 방향과 수직으로 형성된 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 1, wherein the third side channel and the fourth side channel are formed perpendicular to a direction of the first central channel.
제1항에 있어서, 상기 미세유체장치는 플라스틱, 유리, 금속 또는 실리콘으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 1, wherein the microfluidic device is made of plastic, glass, metal or silicon.
제1항에 있어서, 상기 제1 중심채널은 혈관 내피 세포를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 1, wherein the first central channel comprises vascular endothelial cells.
제11항에 있어서, 상기 혈관 내피 세포는 인간 탯줄 정맥 내피 세포 (HUVEC, human umbilical vein endothelial cell)인 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 11, wherein the vascular endothelial cells are human umbilical vein endothelial cells (HUVECs).
제1항에 있어서, 상기 제2 중심채널은 종양 세포를 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 1, wherein the second central channel comprises tumor cells.
제13항에 있어서, 상기 종양 세포는 흑색종, 편평세포암종, 유방암, 두경부암, 갑상선암, 연부조직육종, 골육종, 고환암, 전립선암, 난소암, 방광암, 피부암, 뇌암, 혈관육종, 비만세포종, 백혈병, 림프종, 간암, 폐암, 췌장암, 위암, 신장암, 대장암, 조혈 종양 및 이의 전이암 세포로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The method of claim 13, wherein the tumor cell is melanoma, squamous cell carcinoma, breast cancer, head and neck cancer, thyroid cancer, soft tissue sarcoma, osteosarcoma, testicular cancer, prostate cancer, ovarian cancer, bladder cancer, skin cancer, brain cancer, angiosarcoma, mast cell tumor, A microfluidic device, characterized in that at least one selected from the group consisting of leukemia, lymphoma, liver cancer, lung cancer, pancreatic cancer, gastric cancer, kidney cancer, colon cancer, hematopoietic tumors, and metastatic cancer cells thereof.
제13항에 있어서, 상기 제2 중심채널은 하이드로젤을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
14. The microfluidic device of claim 13, wherein the second central channel additionally comprises a hydrogel.
제15항에 있어서, 상기 하이드로젤은 콜라겐, 라미닌, 히알루론산, 미네랄, 피브린, 피브로넥틴, 엘라스틴, 펩타이드, 폴리에틸렌글리콜 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
The microfluidic device according to claim 15, wherein the hydrogel is at least one selected from the group consisting of collagen, laminin, hyaluronic acid, minerals, fibrin, fibronectin, elastin, peptides, polyethylene glycol, and alginate.
제1항에 있어서, 상기 인서트를 상기 베이스로부터 분리하여, 상기 다공성 막에 부착된 세포, 및 상기 제2 중심채널에 포함된 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 세포를 각각 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치.
According to claim 1, wherein the insert is separated from the base, characterized in that one or more cells selected from the group consisting of cells attached to the porous membrane and cells included in the second central channel can be separated, respectively. To do, microfluidic device.
제1 중심채널을 포함하는 인서트, 및 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 베이스 사이에 위치하는 다공성 막을 조립하는 단계;
상기 인서트를 제2 중심채널, 제3 측면채널 및 제4 측면채널을 포함하는 베이스에 조립하는 단계;
제2 세포를 상기 제2 중심채널에 주입하는 단계;
제1 세포를 상기 제1 중심채널에 주입하는 단계; 및
제1 유체를 상기 제3 측면채널, 제2 중심채널 및 제4 측면채널에 관류시키는 단계
를 포함하는, 미세유체장치 내 세포 배양 방법.
assembling a porous membrane positioned between an insert including a first central channel and a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel;
assembling the insert to a base including a second central channel, a third side channel, and a fourth side channel;
injecting a second cell into the second central channel;
injecting a first cell into the first central channel; and
Perfusing a first fluid through the third side channel, the second central channel, and the fourth side channel
Including, the cell culture method in the microfluidic device.
제18항에 있어서, 상기 제1 중심채널은 액제의 관류를 유도 및 조절할 수 있는 입구 및 출구를 포함하고,
상기 제1 세포는 상기 제1 중심채널 입구를 통해 주입되는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치 내 세포 배양 방법.
19. The method of claim 18, wherein the first central channel includes an inlet and an outlet capable of inducing and controlling perfusion of the liquid medium,
The cell culture method in a microfluidic device, characterized in that the first cell is injected through the first central channel inlet.
제18항에 있어서, 상기 제2 중심채널은 액제의 관류를 유도 및 조절할 수 있는 입구 및 출구를 포함하고,
상기 제2 세포는 상기 제2 중심채널 입구를 통해 주입되는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치 내 세포 배양 방법.
19. The method of claim 18, wherein the second central channel includes an inlet and an outlet capable of inducing and controlling perfusion of the liquid medium,
The cell culture method in a microfluidic device, characterized in that the second cell is injected through the second central channel inlet.
제18항에 있어서, 상기 제1 세포는 인간 탯줄 정맥 내피 세포 (HUVEC, human umbilical vein endothelial cell)이고;
상기 제2 세포는 흑색종, 편평세포암종, 유방암, 두경부암, 갑상선암, 연부조직육종, 골육종, 고환암, 전립선암, 난소암, 방광암, 피부암, 뇌암, 혈관육종, 비만세포종, 백혈병, 림프종, 간암, 폐암, 췌장암, 위암, 신장암, 대장암, 조혈 종양 및 이의 전이암 세포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 미세유체장치 내 세포 배양 방법.
The method of claim 18, wherein the first cell is a human umbilical vein endothelial cell (HUVEC);
The second cell is melanoma, squamous cell carcinoma, breast cancer, head and neck cancer, thyroid cancer, soft tissue sarcoma, osteosarcoma, testicular cancer, prostate cancer, ovarian cancer, bladder cancer, skin cancer, brain cancer, angiosarcoma, mast cell tumor, leukemia, lymphoma, liver cancer , Lung cancer, pancreatic cancer, gastric cancer, kidney cancer, colorectal cancer, hematopoietic tumors and metastatic cancer cells thereof, characterized in that selected from the group consisting of, a cell culture method in a microfluidic device.
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KR101307196B1 (en) * 2011-07-15 2013-09-12 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Cell culture device
US10087422B2 (en) * 2011-12-09 2018-10-02 President And Fellows Of Harvard College Organ chips and uses thereof
JP2017504320A (en) * 2013-12-20 2017-02-09 プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ Low shear microfluidic device and methods of use and manufacture thereof
KR102219063B1 (en) * 2019-04-24 2021-02-22 홍익대학교 산학협력단 Manufacturing method of multi organ microfluidic chip structure and multi organ microfluidic chip structure
KR102354778B1 (en) * 2019-09-30 2022-01-24 서울대학교병원 Microfluidic system mimicking lung tissue

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