KR20230071859A - 독성 평가용 시스템 및 이를 이용한 독성 평가 수행 방법 - Google Patents
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Abstract
시료가 흐를 수 있는 유로; 및 상기 유로 상에 제공되며, 시료에 포함된 물체가 포획될 수 있는 복수의 홈부;를 포함하는 칩; 그리고 상기 칩에 상기 시료를 주입시킬 수 있는 펌프;를 포함하는 독성 평가용 시스템이 개시된다. 상기 복수의 홈부 각각은 상기 시료에 포함되는 하나의 알이 포획될 수 있는 크기로 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 독성 평가용 시스템 및 이를 이용한 독성 평가 수행 방법에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 척추동물(vertebrate) 중 하나인, 남아프리카 발톱 달린 개구리(Xenopus Laevis)의 알을 체외수정, 배자 발생 및 발생 독성평가 (in vitro fertilization)를 가능하게 하는 칩을 포함하는 시스템에 관한 발명이다.
제노푸스(Xenopus Laevis)는 체외수정을 하는 동물로, 발생 과정을 체외에서 관찰하기에 용이하다. 2010년 미국 국립보건원(NIH)에서 지원하는 연구비 중 제노푸스를 실험동물로 사용하는 연구는 678개였으며, 약 217,000,000 달러 (약 2조원)의 연구비가 지원되었다. 남아프리카 발톱 달린 개구리(Xenopus Laevis)는 척추동물의 발생을 연구하는 동물모델 중 하나로 널리 사용되고 있다. 특히, 제노푸스의 난자(oocyte)와 정자(sperm)의 수정(fertilization) 후 이어지는 발생 과정을 체외에서 관찰할 수 있으므로 척추동물의 초기발생 단계를 연구하는 데에 중요한 실험동물에 해당한다.
본 발명의 일 과제는, 척추동물의 초기발생 단계를 칩 상에서 용이하게 관찰할 수 있는 평가 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 예시에 따른 독성 평가용 시스템이 개시된다.
상기 시스템은, 시료가 흐를 수 있는 유로; 및 상기 유로 상에 제공되며, 시료에 포함된 물체가 포획될 수 있는 복수의 홈부;를 포함하는 칩; 그리고 상기 칩에 상기 시료를 주입시킬 수 있는 펌프;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 복수의 홈부 각각은 상기 시료에 포함되는 하나의 알이 포획될 수 있는 크기로 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 유로의 일단과 끝단에는 입구 및 출구가 형성될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 유로는 제1 너비를 가지는 제1 유로; 및 제2 너비를 가지는 제2 유로;가 조합되어 제공되며, 상기 제1 너비는 상기 시료에 포함된 물체가 흐를 수 있는 크기로 제공되며, 상기 제2 너비는 상기 시료가 포함된 물체가 흐를 수 없는 크기로 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 홈부는 상기 입구에서 상기 출구로 흐르는 방향에 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 펌프는 제1 방향 또는 제2 방향 중 어느 하나로 상기 시료를 흐를 수 있게 할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 시료는 알이 포함된 용액 또는 상기 알과 수정할 수 있는 정자가 포함된 용액 또는 독성을 평가할 수 있는 약물 시료 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 독성 평가용 시스템을 이용하여 독성 평가를 수행하는 방법이 개시된다.
상기 방법은, 알이 포함된 용액을 상기 칩에 주입하여 상기 복수의 홈부 각각에 알을 포획시키는 단계; 및 상기 알과 수정할 수 있는 정자가 포함된 용액을 상기 칩에 주입하여 체외수정을 유도하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 유로에 상기 체외수정이 완료된 생물체의 독성을 평가하기 위한 시료를 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 펌프를 조절하여 제1 방향으로 흐르도록 함으로써, 상기 체외수정이 완료된 생물체를 상기 홈부에 포획시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 펌프를 조절하여 제2 방향으로 흐르도록 함으로써, 상기 체외수정이 완료된 생물체를 탈출시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배자를 체외 수정 후, 치료약물(therapeutic substances) 또는 생리활성물질 (biomolecules)을 흘려주면서 그 물질이 척추동물의 발생과정에 미치는 독성을 평가할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독성 평가용 시스템의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 칩을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 칩을 이용하여 알을 포획시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 칩을 이용하여 배아가 순차적으로 성장하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 펌프의 방향 조절을 통해 올챙이의 포획 또는 탈출을 조절할 수 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 예시에 따른 독성 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 칩을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 칩을 이용하여 알을 포획시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 칩을 이용하여 배아가 순차적으로 성장하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 펌프의 방향 조절을 통해 올챙이의 포획 또는 탈출을 조절할 수 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 예시에 따른 독성 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다.
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. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부' 및 '~모듈' 은 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부' 및 '~모듈'이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부' 및 '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부' 및 '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부' 및 '~모듈'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부' 및 '~모듈'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명에서는 척추동물의 체외 수정, 배자 발생 및 발생 독성평가용 제노푸스(Xenopus) 칩(10)이 개시된다. 본 발명에 따른 칩(10)에서는, 단일 개체 수준의 배자를 3D 칩 내에서 포획한 후, 수정과 배자발생(embryogenesis)을 유도하고, 약물의 독성을 평가할 수 있다. 본 발명의 칩(10)은 배아 혹은 배자(embryo)를 체외 수정(in vitro fertilization) 하는 과정에서 수정이 되는 확률을 유의하게 높이는 인큐베이터 역할을 수행할 수 있다. 또한 본 발명에서는 펌프(20)를 이용한 유체 순환 시스템을 통하여 정자 혹은 치료약물(therapeutic substances) 또는 생리활성물질 (biomolecules)을 균일한 속도로 공급하고 연속적인 흐름과 순환을 일으킬 수 있다. 또한, 배자를 올챙이로 성장시킨 후, 올챙이를 3D 칩 밖으로 거꾸로 빼내는 것도 가능할 수 있다.
이하에서 본 발명에 따른 독성 평가 시스템(1)에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독성 평가용 시스템(1)의 일 예시를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 독성 평가용 시스템(1)은 시료가 흐를 수 있는 유로(11) 및 상기 유로(11) 상에 제공되며, 시료에 포함된 물체가 포획될 수 있는 복수의 홈부(12)를 포함하는 칩(10)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 독성 평가용 시스템(1)은 칩(10)에 상기 시료를 주입시킬 수 있는 펌프(20)를 포함할 수 있다. 이하에서 칩(10)과 제노푸스 칩(10)은 동일한 의미로 기재될 수 있다.
도 1을 참조하면, 칩(10) 내의 유로(11)에 위치한 제노푸스 알에 정자(sperm) 가 섞인 용액(30)을 유동펌프(20)(peristaltic pump)를 통하여 제노푸스 칩(10)으로 순환(circulation) 시키는 것을 통해 체외수정(in vitro fertilization)을 유도할 수 있다. 제노푸스 칩(10)은 복수의 홈부(12)를 포함함으로써, 제노푸스의 알 및 체외수정이 완료된 생물체를 포획시키는 역할을 수행할 수 있다. 구체적인 제노푸스 칩(10)의 구조에 대해서는 도 2에서 상세하게 후술한다. 체외수정이 완료된 생물체는 올챙이일 수 있다.
본 발명에 따른 펌프(20)는 제1 방향 또는 제2 방향 중 어느 하나로 상기 시료를 흐르도록 제어할 수 있다. 펌프(20)는 시료가 흐르는 방향 및 속도를 조절할 수 있다. 일 예시에 따르면, 용액(30)의 흐름을 유도하기 위하여 펌프(20)(pump)를 사용하는데, 일 예시에 따르면 펌프(20)는 유동펌프 (peristaltic pump) 또는 주사기 펌프(syringe pump)를 사용할 수 있다. 일 예시에 따르면, 유동펌프(20)를 사용할 경우 정자 혹은 치료약물(therapeutic substances) 또는 생리활성물질(biomolecules)을 수시간 혹은 수일동안 일정한 속도로 연속적으로 흘려주는 것을 통해, 유체를 순환시킬 수 있다.
일 예시에 따르면, 펌프(20)를 이용하여 칩(10)에 공급하는 시료는 알이 포함된 용액(30) 또는 상기 알과 수정할 수 있는 정자가 포함된 용액(30) 또는 독성을 평가할 수 있는 약물 시료 중 어느 하나일 수 있다. 일 예시에 따르면 시료는 제노푸스 개구리의 발생과 관련된 시약일 수 있다.
일 예시에 따르면, 도 1에 따른 독성 평가 시스템(1)이 포함하는 제노푸스 칩(10)은 난자(egg)와 배자의 물리적 움직임을 단일 개체 수준에서 제어하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 트랩핑 사이트, 즉 홈부(12)에 난자를 가둔 후, 유체순환 시스템(circulating system)을 통하여, 정자(sperm)를 순환시켜 난자의 수정(Egg fertilization)을 유도한 후, 치료약물(therapeutic substances) 또는 생리활성물질(biomolecules)을 순환시키면서 물질의 효과 및 독성작용을 평가할 수 있는 효과가 있다. 일 예시에 따르면, 치료약물(therapeutic substances) 또는 생리활성물질 (biomolecules), 특히 NSAIDs, 여러 가지 치료제의 작용과 독성의 표현형 및 기전을 알 수 있는 효과가 있다. 또한, 펌프(20)를 이용하여 유체 흐름의 방향(direction)을 조절할 수 있다. 일 예시에 따르면 정방향(forward)으로 시료를 흘릴 경우, 단일 개체를 포획(트랩핑)시킬 수 있고, 역방향(reverse)으로 시료를 흘릴 경우, 포획된 개체들을 3D 칩(10) 밖으로 빼낼 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩(10)을 나타내는 도면이다.
도 2에 따르면 본 발명에 따른 칩(10)은 유로(11) 및 홈부(12)를 포함하도록 제공될 수 있다. 일 예시에 따르면 복수의 홈부(12) 각각은 시료에 포함되는 하나의 알이 포획될 수 있는 크기로 제공될 수 있다. 알은 난자일 수 있다. 일 예시에 따르면, 유로(11)의 일단과 끝단에는 입구(13) 및 출구(14)가 형성될 수 있다. 입구(13) 및 출구(14)는 펌프(20)와 연결되어, 시료의 유입구(13) 또는 유출구(14)로써 기능할 수 있다.
도 2를 참조하면, 유로(11)는 제1 너비를 가지는 제1 유로(11a); 및 제2 너비를 가지는 제2 유로(11b);가 조합되어 제공될 수 있다. 제1 너비는 제2 너비보다 크게 제공될 수 있다. 제1 유로(11a)는 메인으로 시료가 흐르는 유로일 수 있다. 제2 유로(11b)는 제1 유로(11a)와 홈부(12) 사이를 연결할 수 있다. 제2 유로(11b)는 제1 유로(11a)와 홈부(12) 사이를 연결하도록 제공되고, 제1 너비보다 더 작은 제2 너비를 가지도록 제공되는 것을 통해 시료가 더 잘 흐를 수 있도록 압력을 추가하는 역할을 수행할 수 있다.
일 예시에 따르면 제2 유로(11b)는 생략될 수도 있다.
일 예시에 따르면 제1 너비는 시료에 포함된 물체가 흐를 수 있는 크기로 제공될 수 있고, 제2 너비는 시료가 포함된 물체가 흐를 수 없는 크기로 제공될 수 있다. 홈부(12)는 입구(13)에서 출구(14)로 흐르는 방향에 제공될 수 있다.
도 2를 참조하면, 입구(13)에서 출구(14)로 흐르는 정방향 부분에 홈부(12)가 제공됨으로써, 시료에 포함된 알이 포획될 수 있는 장소로써 기능할 수 있다. 홈부(12)는 알이 하나가 포획될 수 있는 크기로 제공됨으로써, 유로(11) 상에 배치된 복수의 홈부(12)를 통해 지속적으로 시료를 흘려주는 경우 알이 각각의 홈부(12)에 포획되어 분리된 용이한 관찰이 가능한 효과가 있다. 기존의 경우 이와 같은 칩 자체를 사용하지 않았기 때문에 알이 뭉쳐서 제공되어, 직접적인 발생 과정을 관찰하는 것이 어려운 문제점이 존재하였다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 칩 구조를 제안한다.
일 예시에 따르면 본 발명에 따른 제노푸스 칩(10)은 네 가지 기능을 포함할 수 있다. 단일 알을 포획할 수 있으며(Single egg trapping), 체외 수정(in vitro fertilization)이 가능하고, 발생 (development) 및 올챙이 탈출 (tadpole escape)을 수행할 수 있다.
도 2에 개시된 제노푸스 칩(10)의 도면은 일 예시에 불과하고, 상기 기술한 조건을 만족하는 형상이라면 다른 형상으로 제공될 수도 있다.
도 3은 도 2에 따른 칩(10)을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a)에 따르면 3D 디자인을 수행하는 것이 도시된다. 도 3(b)에 따르면 3D 프린터를 이용한 몰드 출력의 일 예시가 개시된다. 도 3(c)에 따르면 몰드를 이용하여 PDMS 챔버를 제작하는 것이 도시된다. 도 3(d)에 따르면 제노푸스 칩(10)이 제조된 것을 확인할 수 있다.
도 3을 참조하면, 3D 디자인용 소프트웨어를 이용하여 3D 구조를 그리고, 3D 프린터 장비를 사용하여 3D 몰드를 출력할 수 있다. 출력한 3D 몰드에 PDMS (Polydimethlysiloxane) 혼합물을 붓고, 약 70-80 온도에서 굳힌 후, 떼어낼 수 있다. 그 후, 3D 구조를 가지는 PDMS 층에 용액(30)이 주입될 수 있는 입구(13)(inlet)와 출구(14)(outlet)를 바이옵시 펀치로 뚫은 후, 다른 평평한 PDMS 층 혹은 슬라이드에 붙여서 제노푸스 칩(10)을 제작할 수 있다. 즉 본 발명에 따르면 제노푸스 칩(10)은 3D 프린터를 통하여 몰드를 제작하고 소프트 리소그래피 (Soft lithography)를 통해서 polydimethlysiloxane (PDMS) 물질로 제작할 수 있다.
도 4는 도 3에 따른 칩(10)을 이용하여 알을 포획시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
일 예시에 따르면, 난자가 있는 용액(30)을 정방향(Forward direction)으로 주입할 경우, 트랩핑(trapping) 사이트, 즉 홈부(12)에 난자를 하나씩 가둘 수 있다. 하나의 포획 사이트, 즉 홈부(12)가 채워질 경우, 나머지 개체들은 우회경로(Bypass), 즉 제1 유로(11a)를 통하여 다음 트랩핑 사이트, 즉 다른 홈부(12)로 이동하게 된다. 또한, 역박향으로 (Reverse direction)으로 유체를 흘려주면, 복수의 홈부(12)에 가두어진 개체를 칩(10) 밖으로 빼낼 수 있는 효과가 있다.
보다 상세하게는, 제노푸스 칩(10)은 용액(30)이 주입될 수 있는 입구(13)(inlet port)와 빠져나오는 출구(14)(outlet port)가 있으며, 포획 위치가 될 수 있는 복수의 홈부(12)와 제1 유로(11a) 및 제2 유로(11b)로 이루어질 수 있다. 피펫 팁에 제노푸스 알을 모은 후, 입구(13)를 통해서 주입을 하면, 알들이 제1 유로(11a)를 따라 움직이게 된다. 제1 유로(11a)를 따라 알들이 포함된 시료가 움직이다가, 홈부(12)에 알 하나가 포획되면, 나머지 알들은 제1 유로(11a)를 통해 돌아가게 된다. 이를 반복하면 복수 개의 홈부(12)에 차례로 하나씩 알이 포획되게 되고, 복수 개의 홈부(12)에 알들이 모두 포획된 후, 나머지 알들은 출구(14) 쪽으로 빠져나오게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 칩(10)을 이용하여 배아가 순차적으로 성장하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 제노푸스 칩(10) 안에서 체외수정이 일어난 알의 발생과정을 나타내는 도면이다.
도 5(a)는 제노푸스 칩(10) 내에서 체외수정이 알에서 세포 분열(cleavage) 이 관찰되는 단계를 나타낸다. 도 5(a)의 2세포 상태는 제노푸스 발생 중 스테이지 2에 해당한다. 도 5(b)는 4세포 상태는 제노푸스 발생 중 스테이지 3에 해당한다. 도 5(c)의 포배(Blastula) 상태는 제노푸스 발생 중 스테이지 7에 해당한다. 도 5(d)는 스테이지 25에 해당하는 사진을 나타낸다. 도 5(e)에 따르면 약 50시간 이상의 발생이 진행되면 올챙이 (Tadpole) 가 관찰된다.
도 5의 발생과정에 따라 제노푸스 칩(10) 안에서 체외수정 되어 자라난 올챙이의 움직임을 관찰하면, 심장 박동 (heart beat), 꼬리를 흔드는 움직임 (tailing), 헤엄치는 움직임(swimming)을 관찰할 수 있다.
도 6은 펌프(20)의 방향 조절을 통해 올챙이의 포획 또는 탈출을 조절할 수 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
제노푸스 칩(10) 구조는 비대칭성(asymmetricity)을 가지고 있다. 연동펌프(20)를 통하여 용액(30)의 흐름을 정방향 (forward) 혹은 역방향 (reverse)으로 조절할 수 있는데, 이에 따라 각각 다른 기능을 가진다. 도 6(a) 내지 도 6(d)는 정방향으로 시료를 흘릴 경우, 올챙이의 포획과정 (trapping process)을 유도할 수 있는 것을 나타낸다. 도 6(e) 내지 도 6(h)는 역방향으로 물을 흘릴 경우, 올챙이의 탈출과정 (escaping process)을 유도할 수 있는 것을 나타낸다.
도 6(a)를 참조하면, 제노푸스 칩(10) 내에 세 마리의 올챙이가 있고, 두 마리는 포획 위치, 즉 홈부(12) 내에 있고, 한 마리는 제1 유로(11a) 상에 놓여 있다. 정방향으로 용액(30)을 흘려주는 것을 통해 도 6(b)와 같이 홈부(12)로 이동시킬 수 있다. 그 다음으로, 도 6(b)에서와 같이 역방향으로 용액(30)을 흘려주면, 세 마리 중에서 한 마리를 홈부(12)에서부터 빼낼 수 있다. 도 6(c)와 같이 홈부(12)에서 빠져나온 올챙이는 제1 유로(11a)에 위치시킬 수 있으며, 이 과정에서 나머지 두 마리는 역방향 흐름에 저항하는 것을 관찰할 수 있다. 모든 올챙이를 홈부(12)로 이동시키기 위하여 도 6(c)와 (d)에서와 같이 정방향으로 용액(30)을 흘려줄 수 있다.
즉 용액(30)의 흐름을 정방향과 역방향으로 조절함으로써, 올챙이를 우리가 원하는 홈부(12)로 이동시킬 수 있다. 특히, 반복적인 정방향, 역방향 흐름을 유도하여 올챙이의 머리는 홈부(12) 쪽으로 꼬리 부분은 유로(11) 쪽으로 놓음으로써 올챙이가 놓인 방향을 조정하는 것도 가능하다. 이를 통해 동일한 조건에서의 독성 평가가 가능한 효과가 있다.
도 6(e) 내지 도 6(h)에 따르면, 칩(10) 안에서 체외 수정되고, 발생하고, 성장한 올챙이를 구하기 위하여, 칩(10) 밖으로 올챙이를 탈출시키는 과정을 도시한다.
도 6(e) 에서와 같이 칩(10)의 입구(13)에 연결된 튜브를 빼내고, 역방향 흐름을 조금 더 강하게 유도한다. 도 6(f)에서와 같이 첫번째 올챙이가 빠져나오는 것을 관찰할 수 있다. 도 6(g)는 두번째 올챙이가 빠져나오는 것을 관찰할 수 있다. 도 6(h)에서와 같이 올챙이 세 마리가 모두 빠져나옴을 관찰할 수 있다. 빠져나온 올챙이는 페트리 디쉬에 담을 수 있다. 이를 통해 칩(10) 안에서 체외수정, 발생, 성장한 올챙이 세 마리를 확보하는 것이 가능하다.
도 6과 같이, 연동 펌프(20)를 통하여 용액(30)의 흐름을 정방향 혹은 역방향으로 조심스럽게 조절하여 올챙이의 움직임을 제어함으로써, 올챙이들을 원하는 포획 위치(trapping site), 즉 홈부(12)에 위치시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 예시에 따른 독성 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 독성 평가용 시스템(1)을 이용하여 독성 평가를 수행하는 방법이 개시된다. 먼저 3D 칩(10)을 설계 및 제작할 수 있다. 이는 도 2 내지 도 3에 도시되어 있다. 상기 방법은, 알이 포함된 용액(30)을 상기 칩(10)에 주입하여 상기 복수의 홈부(12) 각각에 알을 포획시키는 단계; 및 상기 알과 수정할 수 있는 정자가 포함된 용액(30)을 상기 칩(10)에 주입하여 체외수정을 유도하는 단계;를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제노푸스 칩(10)에 HCG 주입을 통하여 배란을 유도하고 알을 짜낸 후, 3D 칩(10) 내에 주입할 수 있다. 그 후, 3D 칩(10) 내에 알을 주입하는 과정에서 홈부(12)에 단일 개체들을 물리적으로 고정시킬 수 있다. 이 때, 연동 펌프(20)를 바탕으로 정소를 3D 칩(10)에 주입할 수 있는 유체 순환 시스템(1)을 구성할 수 있다. 그 후, 정소를 수시간 혹은 수일간 순환시킴으로써 체외수정을 유도할 수 있다. 이를 통해 난할, 올챙이의 성장을 관찰하거나 혹은 약물을 주입하며 난할 혹은 올챙이의 성장을 관찰할 수 있다.
그 후, 상기 유로(11)에 상기 체외수정이 완료된 생물체의 독성을 평가하기 위한 시료를 주입하는 단계;를 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면 체외수정이 완료된 생물체의 독성 평가 외에도, 발생 과정에서도 독성 평가를 위한 시료를 주입하는 것을 통해 독성 평가가 가능할 수 있다.
그 후 올챙이의 성장이 끝나면, 3D 칩(10) 밖으로 개체를 빼낼 수 있다. 그 후, 유전체 분석을 포함한 분자생물학적 분석을 통하여 배자발생 (embryogenesis)를 연구할 수 있다.
일 예시에 따르면 펌프(20)를 조절하여 제1 방향으로 흐르도록 함으로써, 상기 체외수정이 완료된 생물체를 상기 홈부(12)에 포획시킬 수 있다. 또 다른 일 예시에 따르면, 펌프(20)를 조절하여 제2 방향으로 흐르도록 함으로써, 상기 체외수정이 완료된 생물체를 탈출시킬 수 있다.
즉 본 발명에 따르면, 체외 수정을 관찰하고, 약물 독성 연구 (pharmaceutical toxicology)에 활용할 수 있다. 또한 칩(10) 내에서 체외 수정 - 발생 - 성장과정에서 용액(30)에 약물 (drug)을 섞어 흘려 줌에 따른 부작용을 연구할 수 있다.
또한 본 발명은 체외 수정을 위하여 정자가 섞인 용액(30)을 펌프(20)를 이용하여 순환시킬 수 있다. 또는 제노푸스 배양용 용액(30)을 순환시키거나, 약물 (drug)을 섞어 순환시킬 수 있다. 또한 배자발생 (embryogenesis) 연구에 본 칩(10)을 활용할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
Claims (11)
- 시료가 흐를 수 있는 유로; 및
상기 유로 상에 제공되며, 시료에 포함된 물체가 포획될 수 있는 복수의 홈부;를 포함하는 칩; 그리고
상기 칩에 상기 시료를 주입시킬 수 있는 펌프;를 포함하는 독성 평가용 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 홈부 각각은 상기 시료에 포함되는 하나의 알이 포획될 수 있는 크기로 제공되는 독성 평가용 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 유로의 일단과 끝단에는 입구 및 출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 독성 평가용 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 유로는 제1 너비를 가지는 제1 유로; 및 제2 너비를 가지는 제2 유로;가 조합되어 제공되며,
상기 제1 너비는 상기 시료에 포함된 물체가 흐를 수 있는 크기로 제공되며,
상기 제2 너비는 상기 시료가 포함된 물체가 흐를 수 없는 크기로 제공되는 독성 평가용 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 홈부는 상기 입구에서 상기 출구로 흐르는 방향에 제공되는 독성 평가용 시스템. - 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌프는 제1 방향 또는 제2 방향 중 어느 하나로 상기 시료를 흐를 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 독성 평가용 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 시료는 알이 포함된 용액 또는 상기 알과 수정할 수 있는 정자가 포함된 용액 또는 독성을 평가할 수 있는 약물 시료 중 어느 하나인 독성 평가용 시스템. - 제2항에 따른 독성 평가용 시스템을 이용하여 독성 평가를 수행하는 방법에 있어서,
알이 포함된 용액을 상기 칩에 주입하여 상기 복수의 홈부 각각에 알을 포획시키는 단계; 및
상기 알과 수정할 수 있는 정자가 포함된 용액을 상기 칩에 주입하여 체외수정을 유도하는 단계;를 포함하는 독성 평가 수행 방법. - 제8항에 있어서,
상기 유로에 상기 체외수정이 완료된 생물체의 독성을 평가하기 위한 시료를 주입하는 단계;를 포함하는 독성 평가 수행 방법. - 제9항에 있어서,
상기 펌프를 조절하여 제1 방향으로 흐르도록 함으로써, 상기 체외수정이 완료된 생물체를 상기 홈부에 포획시키는 단계;를 포함하는 독성 평가 수행 방법. - 제9항에 있어서,
상기 펌프를 조절하여 제2 방향으로 흐르도록 함으로써, 상기 체외수정이 완료된 생물체를 탈출시키는 단계;를 포함하는 독성 평가 수행 방법.
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
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| Akagi et al., PLOS ONE, Vol. 7, 2012.* * |
| C.Han et al., Lab on a Chip, Vol. 10, 2010, pp. 2848-2854.* * |
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| Khoshmanesh et al., Biomicrofluidics, Vol. 6, 2012.* * |
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| Publication number | Publication date |
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