KR20220169783A - 생체 적합한 합성 소재에 기초한 세포 배양기 및 그 생성 방법 - Google Patents
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Abstract
세포 배양용 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성되고, 부착된 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는다.
Description
아래의 실시예들은 세포 배양을 위한 배양기 및 그 생성 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 전기-화학적 방법으로 세포를 배양할 수 있는 배양기 및 그 생성 방법에 관한 것이다.
전기 임피던스 또는 전기저항 분광법을 이용한 세포 배양 모니터링 방법은 세포의 생리 및 형태적인 변화와 세포 흡착 정도를 반영하는 세포-기질의 전기적 임피던스를 측정하여 이로부터 세포의 상태와 반응을 정량적으로 분석하는 기술이다. 이 기술을 이용해 세포(예를 들어, 암세포)의 이동을 정량적으로 분석할 수 있지만 세포의 이동 방향을 제어할 수 없고, 2차원 기반의 세포 배양 모델이어서 정확한 세포의 이동 속도를 파악할 수 없다.
흥분성 세포인 심근 세포를 심근과 유사한 특성을 지닐 수 있도록 배양 단계에서부터 평행하게 배양되어 조직화가 필요하다.
일 실시예는 전기-화학적 방법으로 세포를 배양할 수 있는 배양기를 제공할 수 있다.
일 실시예는 세포 배양기를 생성하는 방법을 제공할 수 있다.
일 측면에 따른, 세포 배양용 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성된다.
상기 세포가 배양되어 증식하는 경우, 상기 세포 배양용 구조체의 임피던스가 변화하고, 상기 세포 배양용 구조체와 인접하도록 배치되는 전극 어레이를 통해 상기 임피던스의 변화가 측정될 수 있다.
상기 이온 전도성 고분자에 기초한 상기 제1 물질은 나피온(nafion), 그래핀 옥사이드(Graphene oxide), 이산화규소(silica), 수게형 전도성 고분자(PEDOT), 폴리피롤(Polypyrrole) 중 적어도 하나 이상을 선택적으로 합성한 물질일 수 있다.
상기 생체 고분자에 기초한 상기 제2 물질은 젤라틴(gelatin), 피브로넥틴, 키토산, 케라틴, 히알루론산, 콜라겐, 다당질, 폴리락트산, 폴리글리코산, 폴리카프로락톤 중 적어도 하나 이상을 선택적으로 합성한 물질일 수 있다.
상기 세포 배양용 구조체는 부착된 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖고, 상기 나노 패턴은 상기 혼합 물질을 스탬프를 이용한 나노 패터닝 프로세스, TNIL(Thermal Nano Imprinting lithography) 프로세스, 롤-투-롤(roll to roll) 프로세스, 또는 롤-투-플레이트(roll to plate) 프로세스 중 어느 하나로 처리함으로써 생성될 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 세포 배양용 구조체를 생성하는 방법은, 기판 상에 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질을 도포하는 단계, 및 미리 생성된 몰드를 통해 상기 혼합 물질을 압착시킴으로써 나노 패턴을 갖는 구조체를 생성하는 단계 - 상기 미리 생성된 몰드는 상기 나노 패턴에 대응하는 대응 나노 패턴을 가짐 -를 포함하고, 상기 나노 패턴에 의해 상기 구조체에 부착된 세포가 미리 설정된 방향으로 배양될 수 있다.
또 다른 일측면에 따른, 세포 배양기는, 기판, 및 상기 기판 상에 위치하고, 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는 구조체를 포함하고, 상기 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성될 수 있다.
또 다른 일 측면에 따른, 세포 배양기 생성 방법은, 기판을 제공하는 단계, 및 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는 구조체를 생성하는 단계 - 상기 구조체는 상기 기판 상에 위치됨 -를 포함하고, 상기 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성될 수 있다.
또 다른 일 측면에 따른, 세포 배양 플레이트는, 복수의 세포 배양기들, 상기 복수의 세포 배양기들의 영역을 각각 구분하기 위한 하우징, 및 상기 복수의 세포 배양기들로부터의 데이터를 데이터 수집 장치로 전송하는 연결부를 포함하고, 복수의 세포 배양기들의 각각은, 기판, 상기 기판 상에 위치되고, 전극 물질로 형성된 전극 어레이(electrode array), 및 상기 전극 어레이 상에 위치하고, 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는 구조체를 포함하고, 상기 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성된다.
전기-화학적 방법으로 세포를 분석할 수 있는 배양기가 제공될 수 있다.
세포 배양기를 생성하는 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 세포 배양기를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 일 예에 따른 전극 어레이를 생성하는 방법이다.
도 4는 일 예에 따른 구조체를 생성하는 방법이다.
도 5는 일 예에 따른 세포 배양기의 단면도이다.
도 6은 일 예에 따른 나노 패턴을 갖는 구조체이다.
도 7은 일 예에 따른 세포 배양 플레이트를 도시한다.
도 8은 일 예에 따른 세포 배양기를 통해 배양된 세포들을 도시한다.
도 9는 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 SEM으로 관찰한 구조체의 나노 패턴이다.
도 10은 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 임피던스를 도시한다.
도 11은 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 세포의 생존율을 도시한다.
도 12는 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 세포의 배양 상태를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 세포 배양기를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 일 예에 따른 전극 어레이를 생성하는 방법이다.
도 4는 일 예에 따른 구조체를 생성하는 방법이다.
도 5는 일 예에 따른 세포 배양기의 단면도이다.
도 6은 일 예에 따른 나노 패턴을 갖는 구조체이다.
도 7은 일 예에 따른 세포 배양 플레이트를 도시한다.
도 8은 일 예에 따른 세포 배양기를 통해 배양된 세포들을 도시한다.
도 9는 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 SEM으로 관찰한 구조체의 나노 패턴이다.
도 10은 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 임피던스를 도시한다.
도 11은 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 세포의 생존율을 도시한다.
도 12는 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 세포의 배양 상태를 도시한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 예에 따른 세포 배양 모니터링 시스템을 도시한다.
일 측면에 따른 세포 배양 모니터링 시스템은 세포 배양 플레이트(100), 데이터 수집 장치(130) 및 모니터링 장치(140)를 포함할 수 있다.
세포 배양 플레이트(100)는 동시에 다양한 환경에서 세포를 배양할 수 있도록 복수의 세포 배양기들을 포함할 수 있다. 세포 배양기(110)는 세포 배양 체임버(chamber)일 수 있다. 예를 들어, 복수의 세포 배양기들은 세포 배양 플레이트(100) 내에서 우물 형태로 구현되어, 복수의 세포 배양기들 각각의 영역이 구분될 수 있다.
세포 배양기(110)는 세포의 부착 및 정렬 방향을 제어하여 방향성 있게 세포가 증식할 수 있게 하고, 세포의 특성을 전기-화학적인 방법으로 분석할 수 있도록 제작될 수 있다. 예를 들어, 세포 배양기(110)는 세포의 부착을 위한 구조체를 포함할 수 있고, 구조체는 세포가 잘 배양될 수 있는 소재(즉, 세포 독성이 낮은)로 형성될 수 있다. 세포 배양기(110)에 대해서는 아래에서 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.
세포 배양 플레이트(100)는 복수의 세포 배양기들로부터 측정되는 결과를 연결부(120)를 통해 데이터 수집 장치(130)로 전송한다. 결과는 실시간적으로 측정될 수 있다. 복수의 세포 배양기들 각각의 정보가 개별적으로 데이터 수집 장치(130)로 전송될 수 있다.
사용자는 모니터링 장치(140)를 통해 세포 배양의 상태에 관한 정보를 획득 및 분석할 수 있다. 예를 들어, 세포 배양기(110)에 대해 측정된 임피던스 값에 기초하여 세포 배양의 속도 등이 분석될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 세포 배양기를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하여 전술된 세포 배양기(110)는 아래의 단계들(210 내지 230)을 통해 생성될 수 있다. 단계들(210 및 230)은 복수의 세포 배양기들을 동시에 생성하기 위해 수행될 수 있다.
단계(210)에서, 기판이 제공된다. 예를 들어, 기판은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 다른 예로, 기판은 유리 또는 플라스틱으로 생성될 수 있다. 기판은 사출형으로 제작될 수 있다.
단계(220)에서, 기판 상에 전극 어레이(electrode array)가 생성된다. 전극 어레이는 세포 배양기(110) 내에서 배양되는 세포에 의해 변화되는 세포 배양기(110)의 임피던스의 변화를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 실시예에 따라, 전극 어레이는 선택적으로 생성될 수 있다. 즉, 전극 어레이가 생성되지 않을 수도 있다. 전극 어레이를 생성하는 방법에 대해 아래에서 도 3을 참조하여 상세히 설명된다.
단계(230)에서, 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는 구조체가 생성된다. 구조체 상에 위치한 세포는 나노 패턴에 의해 증식 방향이 제어될 수 있다.
예를 들어, 구조체는 전극 어레이와 인접하도록 배치될 수 있다. 즉, 전극 어레이 상에 구조체가 생성될 수 있다. 다른 예로, 구조체는 전극 어레이 상에 또는 전극 어레이가 생성되지 않는 경우에는 기판 상에 생성될 수 있다. 구조체를 생성하는 방법 및 생성된 구조체에 대해 아래에서 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.
도 3은 일 예에 따른 전극 어레이를 생성하는 방법이다.
일 측면에 따른, 도 2를 참조하여 전술된 단계(220)는 아래의 단계들(310 내지 330)을 포함할 수 있다.
단계(310)에서, 제공된 기판(300) 상에 포토 레지스트(photo resist)(311)가 증착된다. 포토 레지스트는 전극 어레이를 생성하기 위해 미리 설정된 마스크를 이용하여 증착될 수 있다.
단계(320)에서, 포토 레지스트(311)가 증착된 기판(300) 상에 전극 물질(321)이 증착된다. 예를 들어, 전극 물질은 금 또는 ITO(Indium Tin Oxide)과 같은 전도성 물질일 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.
단계(330)에서, 기판(300) 상의 포토 레지스트(311)가 제거된다. 포토 레지스트(311)가 제거됨으로써 기판(300) 상에는 포토 레지스트(311)가 아닌 영역에 증착된 전극 물질(321)만이 남아있게 된다.
남아있는 전극 물질(321)이 전극 어레이를 형성하게 되며, 전극 어레이는 제1극(341) 및 제2 극(342)을 포함한다. 예를 들어, 전극 어레이의 제1 극(341)의 단부들 및 제2 극(342)의 단부들은 서로 교차되는 형태(interdigitated)일 수 있다.
전극 어레이는 임피던스 센서를 포함할 수 있다.
도 4는 일 예에 따른 구조체를 생성하는 방법이다.
일 측면에 따른, 도 2를 참조하여 전술된 단계(230)는 아래의 단계들(410 내지 430)을 포함할 수 있다. 구조체는 TNIL(Thermal Nano Imprinting lithography) 방법을 통해 생성될 수 있다.
단계(410)에서, 전극 어레이(411) 상에 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질(412)(또는, 합성 물질)이 도포된다.
일 실시예에 따르면, 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질은 전기적 전도성 고분자(electrically conducting polymer: ECP)를 포함할 수 있다. ECP는 나피온(nafion)과 같은 이온 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, ECP는 나피온에 그래핀 옥사이드(Graphene oxide), 이산화규소(silica), 수계형 전도성 고분자(PEDOT), 폴리피롤(Polypyrrole) 중 적어도 하나를 선택적으로 합성한 물질일 수 있다. 다른 예로, 제1 물질은 나피온일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 생체 고분자에 기초한 제2 물질은 젤라틴, 피브로넥틴, 키토산, 케라틴, 히알루론산, 콜라겐, 다당질, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤 중 적어도 하나 이상을 선택적으로 합성한 물질일 수 있다.
제1 물질 및 제2 물질의 혼합 비율은 배양될 세포의 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 물질 및 제2 물질의 혼합 비율에 따라, 생성되는 구조체 및 나노 패턴의 특성이 달라질 수 있다. 예를 들어, 혼합 비율에 따라 세포에 대한 구조체의 독성이 변화할 수 있다. 다른 예로, 혼합 비율에 따라 나노 패턴의 형태가 달라질 수 있다. 제1 물질 및 제2 물질의 혼합 비율에 따른 구조체 및 나노 패턴의 특성에 대해, 아래에서 도 8 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명된다.
도포된 혼합 물질(412)은 스핀-코터(spin coater)에 의해 전극 어레이(411) 및 기판 상에 코팅되고, 오븐을 통해 건조될 수 있다. 전극 어레이(411) 상에 혼합 물질(412)을 도포하는 것으로 단계(410)가 설명되었으나, 실시예에 따라 전극 어레이(411)가 기판 상에 생성되지 않은 경우에는 기판 상에 혼합 물질(412)이 도포될 수 있다.
단계(420)에서, 미리 생성된 몰드(421)에 의해 혼합 물질(412)이 압착된다. 몰드(421)의 일 측면에는 대응 나노 패턴이 생성되어 있고, 대응 나노 패턴이 있는 측면에 의해 혼합 물질(412)이 압착될 수 있다.
단계(430)에서, 몰드(421)를 제거함으로써 전극 어레이(411) 또는 기판 상에 구조체(431)가 생성된다. 구조체는 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖을 수 있다. 구조체의 나노 패턴은 몰드(421)의 대응 나노 패턴에 대응한다.
일 실시예에 따르면, 구조체의 나노 패턴은 전극 어레이(411)의 제1 극의 단부들 및 제2 극의 단부들을 가로지르는 고랑 형태인 복수의 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 영역들은 서로 평행할 수 있다. 복수의 영역들의 각각은 제1 단부에 세포 시딩(seeding) 영역을 포함한다. 세포는 시딩 영역으로부터 제1 단부의 반대편인 제2 단부 방향으로 배양될 수 있다.
나노 패턴은 배양하고자 하는 세포에 대응하는 생체 모사 패턴을 갖도록 생성될 수 있다. 예를 들어, 배양되는 세포가 심근 세포인 경우, 심근 세포는 평행하게 정렬되어 증식 및 조직화되므로 심근 세포가 생체 내에 존재하는 심근 조직과 유사한 구조적 발달을 가지도록 구조체는 나노 패턴을 가질 수 있다. 즉, 나노 패턴은 증식할 세포의 환경을 모사하는 패턴일 수 있다. 구조체가 생체 내에 존재하는 심근 조직과 유사한 구조를 가지므로, 심근 연구 뿐만 아니라 약물 스크리닝 및 질병 모델링 연구에 활용이 가능할 수 있다.
다른 예로, 세포는 유방암 세포인 경우, 구조체의 나노 패턴은 유방암 세포가 이동하는 방향을 제어할 수 있는 패턴을 가질 수 있다.
도 4를 참조하여 TNIL 방법을 통해 구조체의 나노 패턴을 생성하는 방법이 설명되었으나, 구조체는 다양한 방법으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 나노 패턴은 스탬프를 이용한 나노 패터닝 프로세스에 기초하여 생성될 수 있다. 다른 예로, 나노 패턴은 롤-투-롤(roll to roll) 프로세스에 기초하여 생성될 수 있다. 또 다른 예로, 나노 패턴은 롤-투-플레이트(roll to plate) 프로세스에 기초하여 생성될 수 있다.
도 5는 일 예에 따른 세포 배양기의 단면도이다.
일 측면에 따른 세포 배양기는 기판(510) 상에 전극 어레이(520)가 위치하고, 전극 어레이(520) 상에 구조체(530)가 위치한다. 전극 어레이(520)가 존재하지 않는 기판(510)의 일 부분 상에는 구조체(530)가 위치한다.
전극 어레이(520)는 임피던스 센서를 포함할 수 있으므로, 구조체(530) 상에서 세포가 증식하는 경우, 세포의 증식에 의해 구조체(530)의 임피던스 값이 변화하는 경우, 세포 배양기의 모니터링을 통해 임피던스 값의 변화가 실시간적으로 측정될 수 있다. 실시간으로 임피던스 값의 변화 측정과 시각적 관찰에 의해 세포의 상태(성장, 사멸 및 세포 배양 체임의 3차원 구조 내에서의 주변 환경의 변화에 의한 세포의 이동 및 성장 속도의 변화) 등의 다양한 정보가 획득될 수 있다.
도 5를 참조한 실시예는 세포 배양기가 기판(510), 전극 어레이(520) 및 구조체(530)를 포함하고 있지만, 다른 실시예로서 세포 배양기가 기판(510) 및 기판(510) 상에 구조체를 포함할 수 있다. 즉, 세포 배양기는 전극 어레이(520)를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 6은 일 예에 따른 나노 패턴을 갖는 구조체이다.
일 측면에 따른 구조체(530)는 서로 평행한 복수의 영역들(610 및 620)을 포함한다. 영역(610)의 제1 단부(611)는 세포 시딩 영역을 포함한다. 세포가 세포 시딩 영역에 부착되어 배양되는 경우, 제2 단부(612) 방향으로 증식된다. 즉, 나노 패턴으로 형성된 영역(610)에 의해 세포의 배양 방향이 제어될 수 있다.
도 9는 일 예에 따른 세포 배양 플레이트를 도시한다.
일 측면에 따르면, 세포 배양 플레이트(900)는 복수의 세포 배양기들을 포함한다. 예를 들어, 세포 배양 플레이트(900)의 복수의 세포 배양기들은 전술된 단계들(210 내지 230)을 통해 동시에 생성될 수 있다. 복수의 세포 배양기들의 기판은 동일한 기판일 수 있다. 복수의 세포 배양기들 각각의 전극 어레이는 임피던스 센서를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 세포 배양 플레이트(900)는 세포 배양기(910)와 주위의 다른 세포 배양기들과 영역을 구분하기 위한 하우징을 포함할 수 있다. 하우징을 통해 세포 배양기(910)가 우물 형태로 형성될 수 있다.
세포 배양 플레이트(900) 복수의 세포 배양기들로부터의 데이터를 데이터 수집 장치로 전송하는 연결부(예를 들어, 연결부(120))를 포함할 수 있다.
세포 독성이 없고 이온전도 특성이 뛰어난 전기적 전도성 고분자를 이용하여 세포 환경을 모사하는 나노 스케일의 구조체를 제작하여 1) 세포(예를 들어, 암세포)의 이동 방향을 통제하거나 2) 간편하게 심근 세포의 조직화를 유도하고, 이에 민감도가 뛰어난 전극을 접합하여 전기-화학적인 방법으로 세포의 특성 변화를 실시간 측정할 수 있다.
96 개 또는 384 개 이상의 세포 배양기들을 갖는 세포 배양 플레이트를 이용하여 고속 대량 스크리닝(High-throughput screening: HTS)이 가능해질 수 있다.
도 8은 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 SEM으로 관찰한 구조체의 나노 패턴이다.
일 실시예에 따르면, 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따라 생성되는 구조체의 나노 패턴의 형상이 달라질 수 있다. 예를 들어, 젤라틴의 비율이 높아질수록 고랑 형태인 세포가 배양되는 영역의 폭이 넓어질 수 있다. 예를 들어, 젤라틴의 비율이 높아질수록 영역들을 분리하는 벽의 높이가 낮아질 수 있다.
도 9는 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 임피던스를 도시한다.
일 실시예에 따르면, 혼합 물질 내의 젤라틴 비율이 높아질수록 구조체의 임피던스가 작아지는 것이 나타난다. 범례에서 Au-UN은 임피던스를 측정하기 위한 전극으로서 금이 이용되었고, 구조체에 나노 패턴이 형성되지 않았음을 나타내고, Au-PA 은 임피던스를 측정하기 위한 전극으로서 금이 이용되었고, 구조체에 나노 패턴이 형성되었음을 나타낸다.
도 10은 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 세포의 생존율을 도시한다.
일 실시예에 따르면, 혼합 물질 내에 젤라틴과 같은 생체 고분자의 비율을 높이는 것은 혼합 물질에 의해 생성되는 구조체의 세포 독성을 낮추는 효과가 있다. 이에 따라, 혼합 물질 내의 젤라틴 비율이 높아질수록 구조체를 통해 배양되는 세포의 생존율이 높아지는 것이 나타난다. 범례에서 UN은 구조체에 나노 패턴이 형성되지 않았음을 나타내고, PA 은 구조체에 나노 패턴이 형성되었음을 나타낸다.
도 11은 일 예에 따른 나피온 및 젤라틴의 혼합 비율에 따른 세포의 배양 상태를 도시한다.
일 실시예에 따르면, 다양한 조건들 하에서 혼합 물질에 기초하여 생성된 구조체에 배양된 세포의 상태가 관찰된다. 구조체에 미세 패턴이 형성된 경우, 배양되는 세포가 방향성을 나타내는 것이 나타난다.
도 1 내지 도 11을 참조하여 전술된 전도성 고분자 물질 및 생체 고분자 물질을 혼합한 물질에 기초하여 생성된 구조체 및 배양기를 이용하여 세포를 배양하는 경우, 세포 생존율을 높이면서 정확한 전기-화학적 분석이 가능하다.
또한, 전술된 구조체 및 배양기는 간편하고 쉽게 생체와 유사한 환경을 세포에게 제공함으로써 전극에 결합하여 체외에서 편리하고 정확하게 전기-화학적인 방법으로 세포 테스트를 진행할 수 있으며, 추가적으로 멀티 웰 플레이트에 적용이 가능함으로써 반복적인 실험 및 다양한 조건들에 대한 대량 실험을 가능하게 한다.
본 출원은 아래의 지원을 통하여 도출된 발명에 관한 것이다.
[과제고유번호] 구미시핵심-563
[부 처 명] 구미시
[연구 사업명] 2019년도 구미시핵심부품소재기술개발사업
[연구 과제명] Nano grooved 폴리머 기반 전기화학 방식의 약물 스크리닝 플레이트 개발
[주 관 기 관] 구미전자정보기술원
[연 구 기 간] 2019. 04. 01. ~ 2021. 03. 31.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 세포 배양 플레이트
110: 세포 배양기
120: 연결부
130: 데이터 수집 장치
140: 모니터링 장치
110: 세포 배양기
120: 연결부
130: 데이터 수집 장치
140: 모니터링 장치
Claims (9)
- 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성되는,
세포 배양용 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 세포가 배양되어 증식하는 경우, 상기 세포 배양용 구조체의 임피던스가 변화하고,
상기 세포 배양용 구조체와 인접하도록 배치되는 전극 어레이를 통해 상기 임피던스의 변화가 측정되는,
세포 배양용 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 이온 전도성 고분자에 기초한 상기 제1 물질은 나피온(nafion), 그래핀 옥사이드(Graphene oxide), 이산화규소(silica), 수게형 전도성 고분자(PEDOT), 폴리피롤(Polypyrrole) 중 적어도 하나 이상을 선택적으로 합성한 물질인,
세포 배양용 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 생체 고분자에 기초한 상기 제2 물질은 젤라틴(gelatin), 피브로넥틴, 키토산, 케라틴, 히알루론산, 콜라겐, 다당질, 폴리락트산, 폴리글리코산, 폴리카프로락톤 중 적어도 하나 이상을 선택적으로 합성한 물질인,
세포 배양용 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 세포 배양용 구조체는 부착된 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖고,
상기 나노 패턴은 상기 혼합 물질을
스탬프를 이용한 나노 패터닝 프로세스;
TNIL(Thermal Nano Imprinting lithography) 프로세스;
롤-투-롤(roll to roll) 프로세스; 또는
롤-투-플레이트(roll to plate) 프로세스
중 어느 하나로 처리함으로써 생성되는,
세포 배양용 구조체.
- 세포 배양용 구조체를 생성하는 방법은,
기판 상에 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질을 도포하는 단계; 및
미리 생성된 몰드를 통해 상기 혼합 물질을 압착시킴으로써 나노 패턴을 갖는 구조체를 생성하는 단계 - 상기 미리 생성된 몰드는 상기 나노 패턴에 대응하는 대응 나노 패턴을 가짐 -
를 포함하고,
상기 나노 패턴에 의해 상기 구조체에 부착된 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되는,
세포 배양용 구조체 생성 방법.
- 세포 배양기는,
기판; 및
상기 기판 상에 위치하고, 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는 구조체
를 포함하고,
상기 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성되는,
세포 배양기.
- 세포 배양기를 생성하는 방법은,
기판을 제공하는 단계; 및
세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는 구조체를 생성하는 단계 - 상기 구조체는 상기 기판 상에 위치됨 -
를 포함하고,
상기 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성되는,
세포 배양기 생성 방법.
- 세포 배양 플레이트는,
복수의 세포 배양기들;
상기 복수의 세포 배양기들의 영역을 각각 구분하기 위한 하우징; 및
상기 복수의 세포 배양기들로부터의 데이터를 데이터 수집 장치로 전송하는 연결부
를 포함하고,
복수의 세포 배양기들의 각각은,
기판;
상기 기판 상에 위치되고, 전극 물질로 형성된 전극 어레이(electrode array); 및
상기 전극 어레이 상에 위치하고, 세포가 미리 설정된 방향으로 배양되도록 나노 패턴을 갖는 구조체
를 포함하고,
상기 구조체는 이온 전도성 고분자에 기초한 제1 물질 및 생체 고분자에 기초한 제2 물질이 미리 설정된 비율로 혼합된 세포 배양용 혼합 물질로 생성되는,
세포 배양 플레이트.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210080312A KR102565153B1 (ko) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 생체 적합한 합성 소재에 기초한 세포 배양기 및 그 생성 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210080312A KR102565153B1 (ko) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 생체 적합한 합성 소재에 기초한 세포 배양기 및 그 생성 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=84538353
Family Applications (1)
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| KR1020210080312A KR102565153B1 (ko) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 생체 적합한 합성 소재에 기초한 세포 배양기 및 그 생성 방법 |
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| KR (1) | KR102565153B1 (ko) |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20200134523A (ko) * | 2019-05-22 | 2020-12-02 | 서강대학교산학협력단 | 마이크로 나노패턴의 전기적 지형학적 조절을 통한 세포 증식 및 분화 방법 |
-
2021
- 2021-06-21 KR KR1020210080312A patent/KR102565153B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20200134523A (ko) * | 2019-05-22 | 2020-12-02 | 서강대학교산학협력단 | 마이크로 나노패턴의 전기적 지형학적 조절을 통한 세포 증식 및 분화 방법 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| choi등. Nanopatterned nafion microelectrode arrays for in vitro cardiac electrophysiology. Advanced Functional Materials. 2020, 30, 1910660 1부.* * |
| Collier등. Synthesis and characterization of polypyrrole-hyaluronic acid composite materials for tissue engineering applications. J.Biomed.Mater.Res. 2000, 50, 574-584 1부.* * |
| Kim등. Patterning mathods for polymers in cell and tissue engineering. Annals of Biomedical Engineering. 2012, 40(6), 1339-1355 1부.* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102565153B1 (ko) | 2023-08-08 |
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