KR20230025188A

KR20230025188A - 동물 생체 내부 조직의 현미경 영상화를 위한 고정 및 체온 유지 장치

Info

Publication number: KR20230025188A
Application number: KR1020210107411A
Authority: KR
Inventors: 김필한; 황윤하; 송은주
Original assignee: 한국과학기술원; 아이빔테크놀로지 주식회사
Priority date: 2021-08-13
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2023-02-21
Also published as: EP4141512C0; EP4141512A1; CN115887054A; EP4141512B1; US20230052607A1

Abstract

본 발명은 대물 렌즈를 구비하는 생체 현미경 내에 소동물의 소정 조직을 고해상도의 미세 영상으로 생성하기 위하여 상기 소동물을 고정하기 위한 고정 및 체온 유지 장치에 관한 것으로서,　상기 소동물을 직접 올려 놓을 수 있는 열선이 설치된 플레이트 히터와, 상기 플레이트 히터의 구멍에 고정되는 글라스 홀더; 상기 글라스 홀더에 고정되고, 상기 대물 렌즈의 굴절률을 맞춰주는 역할을 하는 커버글라스와 열선히터가 일체형으로 형성되며, 상기 소동물의 조직의 위에 위치하여 조직의 평탄을 유지하도록 하고, 조직 자체의 온도를 높이기 위한 글라스 히터를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는, 생체 현미경으로 관찰을 하기 위한 대상인 살아 있는 소동물의 체온을 일정하게 유지하도록 한다.

Description

동물 생체 내부 조직의 현미경 영상화를 위한 고정 및 체온 유지 장치{Apparatus for homeothermic manipulation of live animal for microscopic imaging of internal tissue}

본 발명은 융합 바이오 분야의 바이오 이미징에 관한 것으로 특히, 다양한 부속기구 착탈이 용이하고, 동물 생체 내부 조직을 생체 현미경 또는 내시 현미경에서 영상화할 때에 동물 생체의 고정 및 체온을 유지하는, 고정 및 체온 유지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 생체 현미경은 생체 내부의 영상화를 통해 살아 있는 동물의 생체 조직에서 일어나는 세포 및 분자 수준의 현상을 관찰하기 위한 목적으로 개발되어 왔다.

이러한 생체 현미경에서는 동물이 살아 있는 채로 영상화를 수행해야 하는 생체 내부의 영상화의 특성을 가진다. 이러한 영상화의 특성으로 인해, 소동물의 상태를 일정하도록 유지하는 것은 그 결과의 신뢰성을 좌우할 정도로 매우 중요하다.　 그 중에서도 가장 보편적이고 중요한 인자는 동물의 체온이다. 대부분의 생체 내 영상화 연구에서는 체온 유지를 위해 별도의 설치 공간이 필요한 적외선 히터나 체온 피드백이 불가한 경질의 플레이트 히터 또는 고정에 어려움이 있는 연질의 실리콘 히터 및 히팅 패드를 활용하고 있다.

또한, 투과 깊이가 짧은 생체 현미경의 특성으로 인해, 영상화 할 장기를 노출시키고 움직이지 않도록 효과적으로 고정하는 것은 영상화 이전 단계에서 필수적인 과정이다. 이를 위해서는 특별한 장치가 개발되기 보다는 연구자 개개인의 역량에 따라 가공품을 제작하여 고정하는 것이 주된 접근 형태 방식이다.

상기와 같은 종래의 접근 방식으로 생체 내 영상화를 진행하기 위해서는 소동물의 체온 유지를 위한 체온 조절 장치와 소동물의 고정을 위한 가공품 및 스테이지를 별도로 구비하여 사용하여야 한다. 따라서, 제품 선택에서부터 적용까지 연구자 개개인의 역량이나 경험에 따라 많은 시행 착오를 필요로 하며, 또한, 각 파트가 개별로 사용되고 일반적으로 생체현미경에 결합이 쉽도록 규격화된 물품이 아니므로, 조직 노출을 생체 현미경 외부에서 진행한 후에 체온 조절용 히팅 패드 등을 올려둔 스테이지로 동물을 이동하여 영상화를 진행하여야 한다. 이 경우, 스테이지로 옮기는 동안 동물이나 영상화 조직의 고정이 변할 수 있다.

그리고 종래의 적외선 히터를 설치할 경우에는 별도의 설치 공간이 필요하다. 한편, 상용 경질 플레이트 히터는 대부분 플레이트(plate) 자체의 온도를 유지하는 형태가 대다수이고 체온 피드백 통해 온도 조정하는 기능이 대부분 없고, 피드백이라고 주장하는 내용들도 대부분 플레이트(plate) 온도가 일정 범위 내에서 유지되도록 하는, 오버히트(overheat) 방지가 목적이다.

또한, 실리콘 히터 및 히팅 패드는 주로 연질로 만들어져 있으며, 별도로 준비된 스테이지에 벨크로나 테이프 등으로 고정하여 사용하는 방식이다. 스테이지보다 히팅 패드가 큰 경우에는 벨크로 등을 이용하여 고정이 가능하며, 이 경우 소동물이 놓이는 면을 전체적으로 편평하게 만들기 힘들어 특정 위치에만 실험동물을 놓을 수 있고, 스테이지의 특정 위치에 넓게 둘러주듯이 고정하게 되므로 스테이지 범위 내에서 글라스 히터나 다른 움직임 보정 장치 등을 고정할 수 있는 위치가 한정된다, 반면에, 스테이지보다 작은 히팅 패드나 실리콘 히터는 테이프 등으로 고정하여야 하는데, 고정 시마다 고정되는 위치에 차이가 있다.

이에 따라 소동물의 체온을 적정수준으로 유지하는 동시에 원하는 조직의 노출을 유지할 수 있도록 소동물의 자세를 고정할 수 있는 장치의 개발 및 이를 활용할 스테이지 시스템의 개발이 필요한 실정이다.

본 개시는 생체 현미경으로 관찰을 하기 위한 대상인 살아 있는 소동물의 체온을 일정하게 유지하도록 하는 고정 및 체온 유지 장치를 제공하는 것이다.

본 개시는 소동물을 안정적으로 고정하여 관찰이 용이하도록 하는 고정 및 체온 유지 장치를 제공하는 것이다.

본 개시는 소동물이 고정된 샘플 플레이트를 생체 현미경의 초점 영역으로 원활하게 이동하기 위한 슬라이딩 방식 스테이지를 적용하여 살아 있는 소동물의 다양한 조직에 대하여 항상성을 유지한 채 고해상도 미세 영상화를 안정적이고 편리하게 수행할 수 있도록 하는 고정 및 체온 유지 장치를 제공하는 것이다.

본 개시는 소동물이 놓이는 바닥 면이 편평하고 체온 피드백을 통해 바닥 면 자체의 온도를 조정하여 소동물의 체온을 일정하게 유지하고, 영상화 결과에서 확인할 수 있듯, 이미 최적화/규격화된 움직임 보정 파트를 체온/영상화 조직 유지 파트에 결합하여 사용할 수 있고, 바깥쪽으로 꺼냈다가 영상화 초점 위치로 슬라이딩 가능한 플레이트 히터를 이용하므로, 플레이트 히터 위에서 바로 영상화 조직의 노출 및 고정이 가능하다.

한 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치는, 대물 렌즈를 구비하는 생체 현미경 내에 소동물의 소정 조직을 고해상도의 미세 영상으로 생성하기 위하여 상기 소동물을 고정하고 체온 및 항상성을 유지하기 위한, 소동물 고정 및 체온 유지 장치로서, 상기 소동물을 직접 올려 놓을 수 있는 열선이 설치된 플레이트 히터와, 상기 플레이트 히터의 구멍에 고정되는 글라스 히터 홀더; 상기 글라스 히터 홀더에 고정되고, 상기 소동물의 조직의 위에 위치하여 조직의 평탄을 유지하도록 하고, 조직 자체의 온도를 높이기 위한 글라스 히터를 포함한다.

상기 글라스 히터는, 상기 대물 렌즈의 굴절률을 맞춰주는 역할을 하는 커버글라스, 상기 커버글라스를 고정하는 글래스 홀더, 글라스 홀더 커버 및 열선히터를 구비하고,

상기 글라스 홀더와 열선히터가 일체형으로 형성되며, 상기 글라스 홀더 및 글라스 홀더 커버는 서로 분리 가능하며 나사와 자석을 이용하여 고정 가능한 형태이다.

상기 고정 및 체온 유지 장치는 상기 소동물 내 생체 조직의 온도를 감지하는 조직 온도 센서; 상기 소동물의 체온을 감지하는 체온 센서; 상기 플레이트 히터의 현재 온도를 측정하는 플레이트 온도 센서; 상기 글라스 히터의 현재 온도를 측정하는 글라스 온도 센서; 상기 조직 온도 센서, 체온 센서,　플레이트 온도 센서 및 글라스 온도 센서의 출력을 입력받고, 상기 체온 센서의 현재 온도가 유지 목표 체온에 도달하도록 상기 플레이트 히터를 구동하고, 상기 조직 온도가 목표 조직 온도가 되도록 상기 글라스 히터를 구동하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.

온도 센서가 있어야만 피드백을 통해 체온/항상성 유지가 가능하므로 체온 유지를 위해서는 온도 센서가 기본 필수 구성품이다.

상기 플레이트 히터는 중심부에 열선이 설치되고, 양 측면에는 영상화 하는 조직별로 사용되는 부속 고정기구들을 설치하기 위한 등간격의 나사선이 형성된 구멍이 형성될 수 있다.

상기 플레이트 히터의 양측면에는 탈착 가능한 레일과 기둥이 설치될 수 있다.

상기 글라스 히터는 블록 형태의 열선히터와 글라스 홀더가 결합되어 구성되고, 상기 글라스 홀더의 한쪽은 나사선을 배치해 상기 글라스 히터 홀더를 이용하여 스테이지에 고정할 수 있도록 하고, 다른 한쪽은 상기 커버글라스의 크기와 두께에 맞춘 홈을 배치하고, 자석 또는 나사를 기반으로 상기 커버글라스를 고정해 주는 글라스 히터 커버를 덮어 내부에 상기 커버글라스가 고정될 수 있다.

상기 고정 및 체온 유지 장치는 3축 스테이지 상판을 더 포함하고, 체온 유지 및 고정 기구를 탈착식으로 고정 가능한 상기 슬라이딩 플레이트 홀더를 상기 3축 스테이지 상판에 결합할 수 있다.

상기 플레이트 히터는 레일을 구비하는 슬라이딩 플레이트 홀더에 고정함으로써 스테이지 바깥쪽으로 슬라이딩하여 꺼낼 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 생체 현미경으로 관찰을 하기 위한 대상인 살아 있는 소동물의 체온을 일정하게 유지하도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 소동물을 안정적으로 고정하여 관찰이 용이하다.

또한, 본 발명의 실시예에서는,　소동물이 고정된 샘플 플레이트를 생체 현미경의 초점 영역으로 원활하게 이동하기 위한 슬라이딩 방식 스테이지를 적용하여 살아 있는 소동물의 다양한 조직에 대하여 항상성을 유지한 채 고해상도 미세 영상화를 안정적이고 편리하게 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 소동물의 체온을 유지하고, 소동물 및 조직을 고정하여 장기를 노출시키는 장치 및 해당 장치를 현미경 초점 영역으로 이동시킬 수 있는 스테이지 상판을 포함하며, 이를 통해 동물모델의 항상성을 유지하는 동시에 보다 내외부 장기에 대한 접근을 용이하게 하여 생체내 영상화에 대한 사용자 접근성을 향상시킨다.　 즉, 기존 연구자 개개인이 담당하였던 생체내 영상화 환경의 구축을 하드웨어/소프트웨어 적으로 구축하였기에, 소동물의 다양한 조직에 대한 미세 영상화를 통해, 동물모델에서 발생하는 다양한 질병 혹은 생물학적 현상들을 확인하는 연구에 효과적으로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른　고정 및 체온 유지 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른　고정 및 체온 유지 장치를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치의 체온 유지 개념을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 플레이트 히터 및 기구 사진을 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 글라스 히터 부품의 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 플레이트 히터와 글라스 히터를 결합하여 복강 내 조직 생체 내 영상화에 실제로 적용한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 생체 내 뇌조직 영상화에 적용 가능한 stereotaxic mount 결합 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 체온 유지시스템과 stereotaxic mount를 적용한 생체 내 뇌조직 영상화 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치와에서 견인기를 결합하여 설치류를 고정 및 영상화 조직을 노출한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 생체 현미경의 XYZ translational stage에 플레이트 히터와 글라스 히터를 결합하여 획득한 다양한 생체조직의 고해상도/대면적 영상화 결과를 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 슬라이딩 플레이트 홀더 장치를 나타낸 도면이다
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 슬라이딩 플레이트 홀더가 플레이트 홀더 장착 및 소동물 고정이 용이하도록 최외부로 이동된 사진이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 동물이 올라간 플레이트 히터를 탈착식으로 슬라이딩 플레이트 홀더에 고정한 사진이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 고정 및 체온 유지 장치에서 플레이트 히터가 고정된 슬라이딩 플레이트 홀더가 대물 렌즈 아래 영상화 초점 영역으로 이동된 사진이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른　(생체 현미경의 생체) 고정 및 체온 유지 장치를 나타낸 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 고정 및 체온 유지 장치(10)는, 생체현미경을 기반으로 소동물 생체 내부 조직의 고해상도 영상을 획득하기 위해, 소동물(300)을 고정하고, 생체 고정 및 체온 유지를 위한 장치이다.

고정 및 체온 유지 장치(10)는 현미경 장치(microscope apparatus)(미도시)에 결합할 수 있으며, 이를 이용하여 소동물(300)의 소정 조직을 고해상도의 미세 영상으로 생성하기 위하여, 글라스 히터(110), 플레이트 히터(120), 글라스 온도 센서(130), 조직 온도 센서(140), 체온 센서(150), 플레이트 온도 센서(160), 글라스 히터 홀더(170), 제어장치(200)를 포함할 수 있다.

글라스 히터(110)는 글라스 히터 홀더(170)에 고정되고, 대물 렌즈의 굴절률을 맞춰주는 역할을 하는 커버글라스(111)와 열선(113)이 일체형으로 형성되며, 소동물(300)의 생체 조직의 위에 위치하여 조직의 평탄을 유지하도록 하고, 조직 자체의 온도를 높일 수 있다.

플레이트 히터(120)에는 소동물(300)을 직접 올려 놓을 수 있으며, 열선(121)이 설치되어 온도 조절이 가능하다. 플레이트 히터(120)는 중심부에 열선(121)이 설치되어 온도조절이 가능하다. 플레이트 히터(120)의 양 측면에는 영상화 하는 조직별로 사용되는 부속 고정기구들을 설치하기 위한 등간격의 나사선이 형성된 구멍(122)이 등간격으로 배치될 수 있다. 플레이트 히터(120)의 양측면에는 구멍(124)에 탈착 가능한 레일(123)과 기둥이 설치 고정될 수 있다.

필요에 따라 부속 고정기구/글라스 히터 홀더 고정 구멍(122)과 레일/기둥 고정하는 구멍(124)은 서로 규격이 다르게 형성할 수 있다.

글라스 온도 센서(130)는 글라스 히터(110)의 온도를 감지하여 출력한다.

조직 온도 센서(140)는 소동물(300)의 조직의 온도를 감지하여 출력한다.

체온 센서(150)는 소동물(300)의 직장 내 온도를 감지하여 출력하며, 이를 체온으로 사용할 수 있다

플레이트 온도 센서(160)는 플레이트 히터(120)의 현재 온도를 측정하여 출력한다.

글라스 히터 홀더(170)의 한 쪽은 플레이트 히터(120)의 구멍(122)에 고정되며, 반대쪽은 나사를 이용하여 글라스 히터(110)를 고정할 수 있다.

도 1 또는 도 2를 참조하면, 글라스 히터(110)는 블록 형태의 열선(113)과 글라스 홀더(115)가 결합되어 구성되고, 글라스 홀더(115)의 한쪽은 나사선을 배치해 글라스 히터 홀더(170)에 고정할 수 있도록 하고, 다른 한쪽은 커버글라스(111)의 크기와 두께에 맞춘 홈을 배치하고, 자석(117) 또는 나사(116)를 기반으로 커버글라스(111)를 고정해 주는 글라스 홀더 커버(112)를 덮어 내부에 커버글라스(111)가 고정될 수 있도록 한다.

슬라이딩 플레이트 홀더 장치(180)는 슬라이딩 플레이트 홀더(181), 스테이지 상판(182), 레일(183)을 포함한다.

슬라이딩 플레이트 홀더(181)에는 플레이트 히터(120) 및 부속 고정 기구를 탈착식으로 결합 가능하다. 3축의 스테이지 상판(182)에는 레일(183)을 이용하여 슬라이딩 플레이트 홀더(181)를 결합하고, 슬라이딩 플레이트 홀더(181)를 슬라이딩하여 최외부로 꺼낼 수 있다.

제어장치(200)는 글라스 히터(110)의 현재 온도를 측정하는 글라스 온도 센서(130), 조직 온도 센서(140), 체온 센서(150),　플레이트 온도 센서(160)의 출력을 입력받고, 체온 센서(150)의 현재 온도가 유지 목표 체온에 도달하도록 플레이트 히터(120)를 구동하고, 조직 온도가 목표 조직 온도가 되도록 글라스 히터(110)를 구동한다.

구체적으로 제어장치(200)의 소프트웨어의 피드백 동작 알고리즘은 다음과 같다.

제어장치(200)의 체온유지 소프트웨어에서 조정하는 설정 파라미터는 유지 목표 체온 (body temperature, set value), 글라스 히터(110)의 유지 목표 온도 (glass heater, set value), 플레이트 히터(120)의 최대 온도 설정 (plate heater, limit)이다.

제어장치(200)는 체온 센서(150)의 현재 온도가 유지 목표 체온에 도달하도록 플레이트 히터(120)의 온도를 최대 온도 설정을 넘지 않는 범위에서 자동적으로 조절한다. 즉, 체온 센서(150)에서 감지된 온도가 목표 체온 보다 낮으면 플레이트 히터(120)를 구동하여 체온을 높이도록 하고, 체온 센서(150)에서 감지된 온도가 목표 체온 이상이면 플레이트 히터(120)를 구동하지 않는다.

마찬가지로 제어장치(200)는 조직 샘플과 접촉 중인 글라스 히터(110)가 목표 온도가 유지되도록 온도가 자동 조절한다. 즉, 조직 온도 센서(140)에서 감지된 온도가 목표 조직 온도 보다 낮으면 글라스 히터(110)를 구동하여 체온을 높이도록 하고, 조직 온도 센서(140)에서 감지된 온도가 목표 조직 온도 이상이면 글라스 히터(110)를 구동하지 않는다.

따라서, 제어장치(200)의 제어에 의해 고정된 관찰대상 소동물(300)의 상부에 접촉하는 글라스 히터(110)와 하부에 접촉하는 플레이트 히터(120)가 소동물(300)이 항온을 유지하도록 동작함으로써 소동물(300)이 항온을 유지한 안정된 상태로 영상 획득이 가능하다.

제어장치(200)는, 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 또는 태블릿 PC 중의 하나일 수 있다.

도 2를 참조하면, 고정된 관찰대상 소동물(300)의 배 부분에는 글라스 히터(110)가 접촉되어 있고, 플레이트 히터(120)는 소동물(300)의 등부분에 접촉된 상태이다. 그리고, 체온 센서(150)는 소동물(300)의 체온을 안정적으로 측정할 수 있는 직장 삽입형 프로브 (rectal probe)로 제작된다.　 실험 시 필요성에 따라 조직 온도 센서(140), 체온 센서(150), 플레이트 온도 센서(160) 및 글라스 온도 센서(130), 플레이트 히터(120), 글라스 히터(110)는 단독으로 혹은 조합되어 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 체온유지 제어를 위해서 지속적으로 실시간 모니터링하는 온도 값은 플레이트 히터(120)의 현재 온도(plate heater, temperature), 체온 센서(150) 현재 온도 (body temperature, temperature), 글라스 히터(110)의 현재 온도 (glass heater, temperature), 조직 온도 센서(140)들의 현재 온도 (indicator 1 & 2, temperature) 등이다.

제어 장치(200)는 플레이트 히터(120)(plate heater), 글라스 히터(110)(glass heater), 체온 센서(150)(body temperature), 조직 온도 센서(140)(indicator 1 & 2)의 하드웨어와 히터와 센서들을 모니터링하고 컨트롤 하는 소프트웨어를 실행하여 체온 유지 기능을 수행한다.

도 3을 참조하여 예를 들면, 플레이트 히터(120)의 현재 온도(plate heater, temperature)는 섭씨38.5도이고, 리미트는 섭씨40도이다. 체온 센서(150)의 현재 온도 (body temperature, temperature)는 섭씨 37도이고, 세팅된 온도는 섭씨 37도이다. 글라스 히터(110)의 현재 온도(glass heater, temperature)는 섭씨 37.2도이고, 세팅값은 섭씨 37도이다. 그리고 인디케이터 1(indicator 1)의 온도는 섭씨 37.7도이고, 인디케이터 2(indicator 2)의 온도는 섭씨 36.6도이다. 여기서 인디케이터 1 및 인디케이터2는 조직온도센서의 예로서 하나 또는 두개 또는 그 이상의 개수로 구현될 수 있다.

제어장치(200)의 소프트웨어의 피드백 동작 알고리즘은 다음과 같다.

제어장치(200)는 체온 센서(150)의 현재 온도가 유지 목표 체온에 도달하도록 플레이트 히터(120)의 온도가 최대 온도 설정을 넘지 않는 범위에서 자동적으로 조절한다.　 즉, 체온 센서(150)에서 감지된 온도가 목표 체온 보다 낮으면 플레이트 히터(120)를 구동하여 체온을 높이도록 하고, 체온 센서(150)에서 감지된 온도가 목표 체온 이상이면 플레이트 히터(120)를 구동하지 않는다.

조직 온도 센서(140)들은 알고리즘과 별개로 특정 부위 조직의 온도를 실험 중에 모니터링 하고 기록하기 위해 독립적으로 사용된다.

플레이트 히터(120)의 세부 구조는 도 4 내지 도 6에 도시하였다.

도 4는 플레이트 히터를 나타낸 실제 사진이며, 도 5에는 내부 열선이 플레이트 히터(120)의 중앙에 배치된 것을 도시하였다. 도 6은 플레이트 히터(120)의 후면을 도시하였다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 플레이트 히터(120)의 중심부의 열선(121)을 통해 플레이트 전체를 가열하고, 양 측면에는 영상화 하는 조직별로 사용되는 다양한 부속 고정기구들을 설치하기 위한 등간격의 나사선 구멍(122)과 탈착 가능한 레일(123)과 기둥이 설치될 수 있다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, 글라스 히터(110)의 세부구조는 블록 형태의 열선(113)와 글라스 히터 홀더(170)가 결합되어 구성된다.

도 7을 참조하면, 글라스 히터 홀더(170)의 한쪽은 나사선구멍(114)을 배치해 측면에서 고정할 수 있도록 하였고, 도 8또는 도 9를 참조화면, 다른 한쪽은 커버글라스(111)의 크기와 두께에 맞춘 홈을 배치하고, 자석(117) 또는 나사(116)를 기반으로 커버글라스(111)를 고정해 주는 글라스 히터 커버(112)를 덮어 내부에 커버글라스(111)가 고정될 수 있도록 하였다.

도 10또는 도 11을 참조하면, 생체 내 다양한 조직의 영상화 중 동물 고정을 위한 부속기구는 크게 머리/뇌 영상화를 위한 stereotaxic mount 기구와 기타 내부 장기 영상화에 범용적으로 사용 가능한 기구를 사용할 수 있다.

먼저 머리/뇌 영상화를 위한 기구는 도 11과 같이 크게 귀를 고정하는 이어바(191, Ear bar)와 치아를 고정하는 막대인 투스바(192, Tooth bar) 및 각 막대들을 고정하기 위한 기둥인 블럭(193, Block)으로 구성된다.

도 11을 참조하면, 소동물(300) 모델의 두개골 부위에 이어바(191, Ear Bar)로 고정하고, 블록(193, block)으로 이어바(191)를 고정한다. 또한, 돌출된 치아는 투스바(192, Tooth Bar)로 고정한다. 따라서, 본 발명에서는 세 지점을 고정하여 두개부의 움직임을 최소화한다. Stereotaxic mount는 머리를 고정하는 목적으로 사용하며, 소동물(300)의 몸통은 별도 부속품으로 고정할 수 있다.

도 12를 참조하면, 소동물(300) 생체내 영상화를 위한 체온유지 장치에 stereotaxic mount를 실제로 적용하여 동물모델에서 고해상도 형광 영상을 획득한 결과 예시이다.

면역 세포에서 형광 단백질을 발현하는 LysM-GFP, CX3CR1-GFP 마우스에 CD31 항체 기반으로 혈관내피세포를 형광 염색하고, Dextran 결합된 고분자량 형광물질을 주사하여 혈관 내부를 흐르게 하여 혈류를 형광 영상화할 수 있다.

이처럼, 고정 및 체온 유지 장치(10)를 통해 소동물(300)의 고정 및 체온을 유지할 수 있어서, 현미경 장치(미도시)를 통해 소동물(300) 두개부에서 생체내 고해상도 형광 영상을 획득할 수 있다. 특히, 체온 유지, 영상화 조직 고정을 함께 진행함으로써 두개부에서 고해상도 형광 영상을 획득할 수 있다.

도 13을 참조하면, 기타 내부 장기 영상화에 범용적으로 사용 가능한 기구는 플레이트 히터(120)에 고정된 레일(123), 플레이트 히터(120)에 고정된 레일(123)에 설치하는 이동 가능한 기둥(195, Rail Block & Bar), 기둥에 설치하는 조직 견인기(198) 및 견인기 고정 홀더(196, Hook & Hook holder), 하지를 고정할 수 있는 고리 형태의 와이어(199)와 홀더(197, Foot holder)로 구성된다.

내부 장기를 안정적으로 노출시키기 위해서는 절개 후 피부 조직을 잡아주는 견인기(198)가 필수적이며, 영상화 하고자 하는 장기의 위치에 따라 견인기의 위치는 상하좌우와 높이가 자유롭게 조절 가능하다.

이를 달성하기 위해 레일(123)위에 기둥(195)을 고정할 수 있도록 하고(상하), 기둥(195)에 견인기 고정 홀더(196)를 고정하도록 하고(높이), 견인기(198)는 손나사(194)를 사용하여 고정할 수 있다(좌우).

또한, 와이어 홀더(197)는, 견인기(198)를 통한 피부 조직 고정뿐 아니라, 소동물(300)의 자세 고정을 위해 와이어의 장력을 이용하여 발을 고정할 수 있도록 스프링 방식으로 와이어(199)를 고정할 수 있다.

도 14와 같이, 동물 고정 및 체온 유지 장치(10)에 범용 마우스 고정장치를 실제로 적용하여, 동물 모델 복강 내 조직에서 고해상도 형광 영상을 획득할 수 있다.

그리고, 살아 있는 마우스 모델의 간에서 형광 단백질 기반으로 간세포의 세포질과 세포핵을, 항체 기반 염색법으로 NET (neutrophil extracellular traps)를, 신장에서 형광 단백질 기반 면역세포, 자발형광 기반 신장세포, 항체 기반 염색법으로 혈관을 고해상도 생체내 형광 영상화 할 수 있다. 또한, 마우스의 림프절에서 형광 단백질 기반으로 면역세포와, 항체 기반 염색법으로 혈관과 림프관을 고해상도로 대면적 영상화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 크게 소동물(300)의 항상성을 유지하며 생체내 영상화를 할 수 있도록 조직을 노출하는 데에 직접 활용되는 소동물(300) 생체 내 영상화 중 체온유지 기능 및 부속 고정기구와 해당 기구를 생체 현미경의 대물렌즈 아래에 간편하게 위치시킬 수 있도록 하는 슬라이딩 방식의 플레이트 히터(120)를 구비하는 것이 특징이다.

도 15 내지 도 18을 참조하면, 글라스 히터(110)와 부속 고정기구들은 플레이트 히터(120) 위에 모두 위치한다. 플레이트 히터(120)는 스프링 방식의 고정장치를 이용하여 슬라이딩 플레이트 홀더 장치(180)에 손쉽게 탈착할 수 있다. 슬라이딩 플레이트 홀더 장치(180)의 상단부에는 플레이트 히터(120) 규격에 맞춘 고정 홈을 설치하였다. 홈 내부에서 세 면에 고정되도록 좌측 아래 대각선 방향에는 스프링 방식의 고정장치를 설치하였다. 슬라이딩 플레이트 히터 홀더(181)는 레일(183)을 이용하여 스테이지(182)에 고정하고 슬라이딩이 가능하도록 하였다.

또한, 실험 중 필요에 따라 플레이트 히터(120) 위의 레일(123)에 고정된 체온유지 및 고정기구의 제거가 용이하도록 레일(123)의 측면부에 홈을 형성할 수 있다.

또한, 도 19에는 슬라이딩 플레이트 홀더(181)를 스테이지 최외부로 이동한 사진을 도시하였다. 슬라이딩 플레이트 홀더가 외부로 돌출되어 있으므로 상부에 현미경이나 렌즈 등의 방해물이 없어 플레이트 히터 탈착 및 소동물 고정이 용이하다.

실제로 도 20에는 소동물이 올라간 플레이트 히터(120)를 탈착식으로 슬라이딩 플레이트 홀더 장치(180)에 고정한 사진을 나타내었다.

이 상태에서 플레이트 홀더를 밀어서 슬라이딩 되도록 하면, 도 21과 같은 상태가 된다.

도 21을 참조하면, 플레이트 히터(120)가 고정된 슬라이딩 플레이트 히터(120)가 대물렌즈 아래 영상화 초점 영역으로 슬라이딩되어 이동되었다. 이 상태에서 사용자는 자유롭게 소동물 (300) 관찰이 가능하다.

이상의 본 발명의 실시예에서는, 생체 현미경으로 관찰을 하기 위한 대상인 살아 있는 소동물(300)의 체온을 일정하게 유지하도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는,　소동물(300)을 안정적으로 고정하여 관찰이 용이하다.

또한, 본 발명의 실시예에서는,　소동물(300)이 고정된 샘플 플레이트를 생체 현미경의 초점 영역으로 원활하게 이동하기 위한 슬라이딩 방식 스테이지를 적용하여 살아 있는 소동물(300)의 다양한 조직에 대하여 항상성을 유지한 채 고해상도 미세 영상화를 안정적이고 편리하게 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 소동물(300)의 체온을 유지하고, 소동물(300) 및 조직을 고정하여 장기를 노출시키는 장치 및 해당 장치를 현미경 초점 영역으로 이동시킬 수 있는 스테이지 상판을 포함하며, 이를 통해 동물모델의 항상성을 유지하는 동시에 보다 내외부 장기에 대한 접근을 용이하게 하여 생체내 영상화에 대한 사용자 접근성을 향상시킨다.　 즉, 기존 연구자 개개인이 담당하였던 생체내 영상화 환경의 구축을 하드웨어/소프트웨어 적으로 구축하였기에, 소동물(300)의 다양한 조직에 대한 미세 영상화를 통해, 동물모델에서 발생하는 다양한 질병 혹은 생물학적 현상들을 확인하는 연구에 효과적으로 활용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

대물 렌즈를 구비하는 생체 현미경 내에 소동물의 소정 조직을 고해상도의 미세 영상으로 생성하기 위하여 상기 소동물을 고정하기 위한 고정 및 체온 유지 장치로서,
상기 소동물을 직접 올려 놓을 수 있는 열선이 설치된 플레이트 히터와, 상기 플레이트 히터의 구멍에 고정되는 글라스 히터 홀더;
상기 글라스 히터 홀더에 고정되고, 상기 소동물의 조직의 위에 위치하여 조직의 평탄을 유지하도록 하고, 조직 자체의 온도를 높이기 위한 글라스 히터를 포함하는 고정 및 체온 유지 장치.
제1항에서,
상기 글라스 히터는, 상기 대물 렌즈의 굴절률을 맞춰주는 역할을 하는 커버글라스, 상기 커버글라스를 고정하는 글래스 홀더, 글라스 홀더 커버 및 열선히터를 구비하고,
상기 글라스 홀더와 열선히터가 일체형으로 형성되며, 상기 글라스 홀더 및 글라스 홀더 커버는 서로 분리 가능하며 나사와 자석을 이용하여 고정 가능한 형태인 고정 및 체온 유지 장치.
제1항에서,
상기 고정 및 체온고정 및 체온 유지 장치는 상기 소동물 내 생체 조직의 온도를 감지하는 조직 온도 센서; 상기 소동물의 체온을 감지하는 체온 센서; 상기 플레이트 히터의 현재 온도를 측정하는 플레이트 온도 센서; 상기 글라스 히터의 현재 온도를 측정하는 글라스 온도 센서; 상기 조직 온도 센서, 체온 센서,　플레이트 온도 센서 및 글라스 온도 센서의 출력을 입력받고, 상기 체온 센서의 현재 온도가 유지 목표 체온에 도달하도록 상기 플레이트 히터를 구동하고, 상기 조직 온도가 목표 조직 온도가 되도록 상기 글라스 히터를 구동하는 제어장치를 더 포함하는 고정 및 체온 유지 장치.
제1항에서,
상기 플레이트 히터는 중심부에 열선이 설치되고, 양 측면에는 영상화 하는 조직별로 사용되는 부속 고정기구들을 설치하기 위한 등간격의 나사선이 형성된 구멍이 형성되는, 고정 및 체온 유지 장치.
제1항에서,
상기 플레이트 히터의 양측면에는 탈착 가능한 레일과 기둥이 설치되는, 고정 및 체온 유지 장치.
제1항에서,
상기 글라스 히터는 블록 형태의 열선히터와 글라스 홀더가 결합되어 구성되고,
상기 글라스 홀더의 한쪽은 나사선을 배치해 상기 글라스 히터 홀더를 이용하여 스테이지에 고정할 수 있도록 하고, 다른 한쪽은 상기 커버글라스의 크기와 두께에 맞춘 홈을 배치하고, 자석 또는 나사를 기반으로 상기 커버글라스를 고정해 주는 글라스 히터 커버를 덮어 내부에 상기 커버글라스가 고정되는, 고정 및 체온 유지 장치.
제1항에서,
3축 스테이지 상판을 더 포함하고, 체온 유지 및 고정 기구를 탈착식으로 고정 가능한 상기 슬라이딩 플레이트 홀더를 상기 3축 스테이지 상판에 결합하는 것을 특징으로 하는 고정 및 체온 유지 장치.
제1항에서,
상기 플레이트 히터는 레일을 구비하는 슬라이딩 플레이트 홀더에 고정함으로써 스테이지 바깥쪽으로 슬라이딩하여 꺼낼 수 있는 고정 및 체온 유지 장치.