KR20230076631A

KR20230076631A - 인공 장기 미세유체 칩 구조체

Info

Publication number: KR20230076631A
Application number: KR1020210163744A
Authority: KR
Inventors: 서승완; 유성근; 최지혜; 성종환; 이승연; 이제현; 김은주; 김수정; 주현우
Original assignee: 재단법인 오송첨단의료산업진흥재단; 홍익대학교 산학협력단; 다인바이오 주식회사
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2023-05-31

Abstract

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체는, 특정 세포가 배양되기 위한 인서트 유닛; 및 상기 인서트 유닛이 삽입되어 상기 특정 세포에 대한 특정 약물의 반응 정도를 추적할 수 있도록 하는 칩 유닛;을 포함하며, 상기 칩 유닛은, 제1 리저버, 상기 인서트 유닛이 삽입되도록 상측이 개구된 상태로 제공되는 챔버, 제2 리저버, 및 상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버 사이에서 특정 약물의 이동이 가능하도록, 상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버를 연결하는 채널을 구비하며, 상기 인서트 유닛은, 상기 챔버의 내측에 위치하고 중공을 구비하는 인서트, 및 상기 특정 세포의 배양을 위한 멤브레인을 구비하며, 상기 멤브레인은, 상기 채널을 통해 이동되는 상기 특정 약물이 상기 특정 세포와 반응되는 속도가 인체와 유사하도록, 상기 중공의 최하측과 대응되는 상기 인서트의 하측면에 접합되어 상기 챔버를 규정하는 바닥면에 근접하도록 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

인공 장기 미세유체 칩 구조체{ORGAN CHIP STRUCTURE FOR IN VITRO}

본 발명은 인공 장기 미세유체 칩 구조체에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 약물의 효능이나 독성을 평가하거나 질병 모델로 사용될 수 있는 인공 장기 미세유체 칩 구조체에 관한 것이다.

장기 온어 칩 기술은 미세 공정 기술로 제작된 미세 유체 채널이 구현된 칩 위에 특정 장기를 구성하는 세포를 배양함으로써, 해당 장기의 기능과 특성뿐 만 아니라 세포 운동이나 물리 화학적 반응의 기전을 상세하게 연구할 수 있는 기술이다.

또한, 다종의 조직 또는 장기 세포를 다중 장기 온어 칩 기술을 이용하여 동시에 배양하면 다종의 세포 또는 조직 간의 물리 화학적 세포 환경과 상호작용을 구현할 수 있어 보다 인체와 유사한 모델로서 주목 받고 있다.

또한, 장기 온어 칩 기술에 의하면, 각 장기의 역할이나 기능에 대하여 타 장기나 조직이 어떠한 영향을 미치는지, 더 고차원적인 연구가 가능하며, 신약개발이나 독성평가에 대한 모델로서 이용 가능하다.

특히, 경구 투여된 약물이 인체에 들어온 후 어떻게 흡수, 대사, 배출되는지에 대한 정보는 신약 개발과정에서 매우 중요하다.

이와 관련하여, 종래에는 약물의 흡수, 대사, 배출을 예측하기 위해 각 기능을 담당하는 세포를 이용한 in vitro 세포 배양 모델이 있다.

예를 들어 장세포를 배양하여 장벽을 형성한 후 약물의 흡수를 평가하거나, 간세포를 배양하여 약물의 대사반응을 관찰하는 것이다.

하지만, 종래의in vitro 세포배양 모델은 장흡수, 간대사, 신장배출을 개별적으로 평가하는 것으로서, 장 흡수 - 간 대사 - 신장 배설 과정은 연속적인 과정으로 서로 영향을 주고 받기 때문에 개별적으로 평가하기보다 연속적인 하나의 과정으로 평가하는 것이 필요한바, 장기 사이의 연속적인 반응을 구현할 수 있는 미세 유체 칩이 구현될 필요가 있어 왔다.

종래의 온 칩 세포 배양 기술로는 국제공개공보 WO2013-086502(발명의 명칭 "ORGAN CHIPS AND USES THEREOF"), 국제공개공보 WO2013-086486(발명의 명칭 "INTEGRATED HUMAN ORGAN-ON-CHIP MICROPHYSIOLOGICAL SYSTEMS") 등이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 칩 유닛 내에서 세포 배양이 이루어지는 멤브레인이 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 영향을 받도록 위치가 최적화됨으로써 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사하기 위한 인공 장기 미세유체 칩 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 챔버는, 제1 직경으로 제공되는 제1 챔버, 및 상기 제1 챔버의 상측에 위치하고 상기 제1 챔버의 직경보다 큰 제2 직경으로 제공되는 제2 챔버를 구비하고, 상기 인서트 유닛은, 상기 챔버에 삽입된 경우, 외부로 돌출되어 상기 인서트 유닛을 상기 챔버로부터 분리하기 위한 외력을 인가할 수 있도록 하는 돌출부, 상기 제1 챔버의 내측에 위치하는 제1 인서트, 및 상기 제2 챔버의 내측에 위치하는 제2 인서트를 구비하며, 상기 멤브레인은, 상기 제1 인서트의 하측면에 접합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 제1 인서트의 외면의 직경은, 상기 제2 인서트의 외면의 직경보다 작게 형성되어, 상기 제1 인서트와 상기 제1 챔버 사이의 제1 경로를 상기 제2 인서트와 상기 제2 챔버 사이의 제2 경로보다 내측에 위치하도록 하여, 상기 제1 경로로부터 상기 제2 경로에 이르는 백플로우(back flow) 경로를 절곡 변화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 백플로우 경로는, 상기 제1 인서트의 외면 및 상기 제2 인서트의 외면의 직경 차이로 인하여 적어도 3회 이상 절곡 변화되어, 상기 특정 약물, 또는 상기 특정 약물과 상기 특정 세포의 반응물의 백플로우 현상을 저감시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 제2 인서트는, 상기 제2 챔버를 규정하는 내면과 나사 체결 방식에 의해 결합되되, 체결 정도에 기초하여 상기 멤브레인과 상기 챔버를 규정하는 바닥면과의 이격 거리가 조절되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 돌출부의 외면의 직경은, 상기 제2 인서트의 외면의 직경보다 작게 형성되어, 상기 특정 약물, 또는 상기 특정 약물과 상기 특정 세포의 반응물이 상기 백플로우(back flow) 경로를 통해 배출된 후 상기 중공의 상측으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체는, 상기 제2 인서트가 안착되는 안착면에 위치하여 상기 백플로우 현상을 방지하기 위한 오링;를 더 포함하며, 상기 안착면은, 상기 오링이 삽입되기 위한 삽입홈을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 칩 유닛은, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버가 형성되고, 상기 제2 인서트가 안착되기 위한 안착면을 구비하는 어댑터 플레이트, 상기 어댑터 플레이트의 하측면에 접합되며, 하측면에 상기 채널이 제공되는 유체 유동 플레이트, 및 상기 유체 유동 플레이트의 하측면에 접합되어 상기 채널의 바닥면을 제공하는 베이스 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 유체 유동 플레이트는, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버와 연통되는 연통홀을 구비하며, 상기 연통홀을 규정하는 내면의 직경은, 상기 제1 인서트의 외면의 직경보다 작게 형성되어 상기 유체 유동 플레이트에 상기 제1 인서트가 안착되기 위한 안착면이 제공되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 제1 인서트가 안착되기 위한 안착면은, 상기 연통홀의 상측 주변부가 단차지게 형성되어 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 유체 유동 플레이트는, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버와 연통되는 연통홀을 구비하며, 상기 연통홀을 규정하는 내면의 직경은, 상기 제1 인서트의 하측단이 삽입될 수 있는 정도의 크기로 형성되어, 상기 멤브레인이 상기 베이스 플레이트의 상측면에 근접하게 위치되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체는, 특정 세포가 배양되기 위한 인서트 유닛; 및 상기 인서트 유닛이 삽입되어 상기 특정 세포에 대한 특정 약물의 반응 정도를 추적할 수 있도록 하는 칩 유닛;을 포함하며, 상기 칩 유닛은, 제1 리저버, 상기 인서트 유닛이 삽입되도록 상측이 개구된 상태로 제공되는 챔버, 제2 리저버, 및 상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버 사이에서 특정 약물의 이동이 가능하도록, 상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버를 연결하는 채널을 구비하며, 상기 인서트 유닛은, 상기 챔버의 내측에 위치하고 중공을 구비하는 인서트, 및 상기 특정 세포의 배양을 위한 멤브레인을 구비하며, 상기 인서트 유닛은, 상기 챔버를 규정하는 내면과 나사 체결 방식에 의해 삽입되어, 체결되는 정도에 기초하여 삽입되는 정도가 조절되도록 하여, 상기 챔버를 규정하는 바닥면으로부터의 상기 멤브레인의 이격 거리가 조절되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 챔버는, 제1 직경으로 제공되는 제1 챔버, 및 상기 제1 챔버의 상측에 위치하고 상기 제1 챔버의 직경보다 큰 제2 직경으로 제공되는 제2 챔버를 구비하고, 상기 인서트 유닛은, 상기 나사 체결 방식에 의해 상기 챔버에 삽입된 경우, 외부로 돌출되어 상기 인서트 유닛을 상기 챔버로부터 분리하기 위한 외력을 인가할 수 있도록 하는 돌출부, 상기 제1 챔버의 내측에 위치하는 제1 인서트, 및 상기 제2 챔버의 내측에 위치하는 제2 인서트를 구비하며, 상기 인서트 유닛과 상기 챔버를 규정하는 내면과의 나사 체결 방식은, 상기 제2 인서트와 상기 제2 챔버를 규정하는 내면 사이에 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 상기 인서트 유닛은, 장 모사 인서트 유닛, 간 모사 인서트 유닛 및 신장 모사 인서트 유닛을 포함하며, 상기 챔버는, 상기 장 모사 인서트 유닛, 상기 간 모사 인서트 유닛 및 상기 신장 모사 인서트 유닛 각각이 삽입되기 위한 장 챔버, 간 챔버 및 신장 챔버를 포함하며, 상기 채널은, 상기 제1 리저버, 상기 장 챔버, 상기 간 챔버, 상기 신장 챔버 및 상기 제2 리저버를 순차적으로 연결하여, 상기 특정 약물의 장에 의한 흡수, 간에 의한 대사 및 신장에 의한 배설에 따른 농도 변화를 추적할 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체에 의하면, 칩 유닛 내에서 세포 배양이 이루어지는 멤브레인이 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 영향을 받도록 위치가 최적화됨으로써 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사할 수 있다.

또한, 백플로우(back flow) 현상을 최소화함으로써 미생물 증식으로 인한 오염을 방지하고 특정 약물에 대한 반응 기전의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 장에 의한 흡수, 간에 의한 대사 및 신장에 의한 배설 기능이 연속적으로 이루어질 수 있도록 하여 경구 투여 약물의 동태가 보다 정확히 예측되도록 할 수 있다.

결국, 본 발명은 신약 개발 과정에 활용되어 약물, 치료제 등의 개발 시 개발 비용을 감축시키고 동물실험에서 발생하는 윤리적 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체를 분해하여 도시한 분해사시도.
도 3은 도 1의 AA선에 따른 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 제1 변형예를 설명하기 위한 도 1의 AA선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 제2 변형예를 설명하기 위한 도 1의 AA선에 따른 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 제3 변형예를 설명하기 위한 도 1의 AA선에 따른 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체에 의해 복수의 장기가 모사된 실시예를 설명하기 위한 도면.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체를 분해하여 도시한 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 AA선에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(1000)는 특정 약물의 효능이나 독성을 평가하거나 질병 모델로 사용될 수 있는 구조체일 수 있다.

예를 들어, 상기 인공 장기 미세유체 칩 구조체(1000)는 경구 투여가 가능한 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사한 칩 구조체일 수 있으며, 인서트 유닛(100) 및 칩 유닛(200)을 포함할 수 있다.

상기 인서트 유닛(100)은 특정 세포가 배양되기 위한 구성요소로, 상기 특정 세포는 장 기능을 가진 장 세포, 간 기능을 가진 간 세포 또는 신장 기능을 가진 세포 등일 수 있다.

상기 특정 세포가 장 세포인 경우, 상기 특정 약물에 대한 장의 흡수 작용을 추적 관찰할 수 있으며, 상기 특정 세포가 간 세포인 경우, 상기 특정 약물에 대한 간의 대사 작용을 추적 관찰할 수 있다.

그리고, 상기 특정 세포가 신장 세포인 경우, 상기 특정 약물에 대한 신장의 배설 작용을 추적 관찰할 수 있다.

상기 인서트 유닛(100)은 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC) 또는 PMMA(polymethacrylate)를 미세 가공하여 제조될 수 있다.

또는, 상기 인서트 유닛(100)은 실리콘 고분자 물질, 폴리디메틸황산화물(PDMS: poly dimethyl sulfoxide), 두랄루민 금속, 고분자 등과 같은 다양한 재질 중 하나 이상을 포함하는 재질로 제조될 수도 있다.

상기 칩 유닛(200)은 상기 인서트 유닛(100)이 억지끼움 또는 나사 등의 별도의 체결부재를 통해 삽입되어 상기 특정 세포에 대한 상기 특정 약물의 반응 정도를 추적할 수 있도록 하는 유닛일 수 있다.

상기 칩 유닛(200)은 제1 리저버(210), 상기 인서트 유닛(100)이 삽입되도록 상측이 개구된 상태로 제공되는 챔버(220), 제2 리저버(230), 및 상기 제1 리저버(210), 상기 챔버(220) 및 상기 제2 리저버(230) 사이에서 특정 약물의 이동이 가능하도록, 상기 제1 리저버(210), 상기 챔버(220) 및 상기 제2 리저버(230)를 연결하는 채널(240)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 인서트 유닛(100)은 상기 챔버(220)의 내측에 위치하고 중공(S)을 구비하는 인서트(110) 및 상기 특정 세포의 배양을 위한 다공성의 멤브레인(120)을 포함할 수 다.

상기 특정 세포의 배양은 상기 멤브레인(120)의 상측면 또는 하측면 상에서 진행될 수 있으며, 이는 상기 특정 세포의 종류에 따라 세포의 배양면을 선택할 수 있다.

상기 멤브레인(120)은 혈관을 모사한 상기 채널(240)을 통해 이동되는 상기 특정 약물이 상기 특정 세포와 반응되는 속도가 인체와 유사하도록, 상기 중공(S)의 최하측과 대응되는 상기 인서트(110)의 하측면에 접합되어 상기 챔버(220)를 규정하는 바닥면에 근접하도록 위치할 수 있다.

상기 멤브레인(120)은 상기 인서트(110)의 하측면에 접착제, 양면테이프, 열가공 등을 통해 접착될 수 있으며, UV cure 본딩을 통해 접착될 수도 있다.

상기 멤브레인(120)은 corning/trans 6 well plate, 0.4 um polyester membrane일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 멤브레인(120)은 특정 세포의 배양이 이루어지기 전에 워싱되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 칩 유닛(200)의 챔버(220)는 제1 직경으로 제공되는 제1 챔버(222), 상기 제1 챔버(222)의 상측에 위치하고 상기 제1 챔버(222)의 직경보다 큰 제2 직경으로 제공되는 제2 챔버(224)를 포함할 수 있다.

상기 인서트 유닛(100)은 상기 챔버(220)에 삽입된 경우 외부로 돌출되어 상기 인서트 유닛(100)을 상기 챔버(220)로부터 분리하기 위한 외력을 인가할 수 있도록 하는 돌출부(116), 상기 제1 챔버(222)의 내측에 위치하는 제1 인서트(112) 및 상기 제2 챔버(224)의 내측에 위치하는 제2 인서트(114)를 포함할 수 있다.

상기 멤브레인(120)은 전술한 바와 같이 상기 챔버(220)를 규정하는 바닥면에 근접하게 배치되도록 하기 위해 상기 제1 인서트(112)의 하측면에 접합될 수 있다.

상기 멤브레인(120)이 상기 제1 인서트(112)의 하측면에 접합되어 상기 챔버(220)를 규정하는 바닥면에 근접하게 배치되는 이유는 칩 유닛(200) 내에서 세포 배양이 이루어지는 멤브레인(120)이 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 영향을 받도록 위치가 최적화됨으로써 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사하기 위함이다.

상기 칩 유닛(200)은 어댑터 플레이트(250), 유체 유동 플레이트(260) 및 베이스 플레이트(270)의 접합에 의해 제조될 수 있으며, 상기 어댑터 플레이트(250)는 상기 제1 챔버(222) 및 상기 제2 챔버(224)가 형성되고 상기 제2 인서트(114)가 안착되기 위한 안착면(252)을 구비할 수 있다.

상기 어댑터 플레이트(250)는 플라스틱을 포함하는 재질, 예를 들어, 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC) 및 PMMA(polymethacrylate) 중 하나 이상을 포함하는 재질로 제조될 수 있다.

상기 유체 유동 플레이트(260)는 상기 어댑터 플레이트(250)의 하측면에 접합되며, 하측면에 상기 채널(240)이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 채널(240)은 상기 유체 유동 플레이트(260)의 하측면으로부터 음각의 형태로 미세 가공되어 제공될 수 있다.

상기 유체 유동 플레이트(260)는 폴리디메틸황산화물(PDMS: poly dimethyl sulfoxide)로 제조될 수 있으며, 다양한 접착제 또는 양면테이프에 의한 접착 또는 나사 조립 등 다양한 접합 방식에 의해 상기 어댑터 플레이트(250)와 접합될 수 있다.

상기 베이스 플레이트(270)는 상기 유체 유동 플레이트(260)의 하측면에 접합되어 상기 채널(240)의 바닥면을 제공하기 위한 플레이트로, 글라스(Glass)로 제조될 수 있다.

상기 베이스 플레이트(270)와 상기 유체 유동 플레이트(260)의 접합은 플라즈마 처리에 의해 구현될 수 있다.

플라즈마 처리 조건은, 예를 들어, Power - 70 W, Generation time - 30 sec, Base pressure - 1.00 x 10-1 torr, MFC #1- 33 sccm 일 수 있다.

상기 유체 유동 플레이트(260)는 상기 제1 챔버(222) 및 상기 제2 챔버(224)와 연통되는 연통홀(H)을 구비할 수 있다.

여기서, 상기 연통홀(H)을 규정하는 내면(262)의 직경은 인서트 유닛(100)의 제1 인서트(112)의 외면의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

상기 연통홀(H)을 규정하는 내면(262)의 직경이 상기 제1 인서트(112)의 외면의 직경보다 작게 형성됨으로 인하여 상기 유체 유동 플레이트(260)에는 상기 제1 인서트(112)가 안착되기 위한 안착면(264)이 제공될 수 있다.

한편, 인서트 유닛(100)의 제1 인서트(112)의 외면의 직경은 제2 인서트(114)의 외면의 직경보다 작게 형성될 수 있으며, 상기 제1 챔버(222)의 직경과 대응되는 직경으로 형성될 수 있다.

물론, 상기 제2 인서트(114)의 외면의 직경은 제2 챔버(224)의 직경과 대응되는 직경으로 형성될 수 있다.

상기 제1 인서트(112)의 외면의 직경이 상기 제2 인서트(114)의 외면의 직경보다 작게 형성됨으로 인하여 백플로우(back flow) 경로는 절곡 변화될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제1 인서트(112)의 하측면에 접합된 멤브레인(120) 상에 특정 세포에 대한 배양이 이루어져 세포층이 형성되고 인서트 유닛(100)이 챔버(220)에 삽입된 후, 경구 투여가 가능한 특정 약물이 제1 리저버(210)를 통해 투입되면, 상기 특정 약물은 혈관을 모사한 채널(240)을 통해 이동하게 되고 상기 멤브레인(120) 상의 특정 세포와 반응을 하면서 상기 제2 리저버(230) 사이에서 순환 이동을 하게 된다.

상기 반응은 상기 특정 세포의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 상기 특정 세포가 장 세포인 경우에는 장의 흡수 작용일 수 있고, 상기 특정 세포가 간 세포인 경우에는 간의 대상 작용일 수 있으며, 상기 특정 세포가 신장 세포인 경우에는 상기 신장의 배설 작용일 수 있다.

여기서, 상기 채널(240)을 통해 이동하는 상기 특정 약물, 또는 상기 특정 약물과 상기 특정 세포의 반응물은 상기 인서트 유닛(100)과 상기 챔버(220) 사이를 통해 외부로 유출될 가능성이 존재할 수 있으며, 상기와 같은 가능성이 커지면 커질수록 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사하는데 있어서의 정확도의 저하를 초래하게 된다.

상기 인서트 유닛(100)과 상기 챔버(220) 사이를 통해 상기 특정 약물, 또는 상기 특정 약물과 상기 특정 세포의 반응물이 유출되는 현상을 백플로우(back flow) 현상이라 하며, 백플로우 현상이 발생되기 위한 상기 인서트 유닛(100)과 상기 챔버(220) 사이의 경로를 백플로우 경로라고 할 수 있다.

본 발명에서는 상기 백플로우 경로를 절곡 변화시킴으로써 백플로우 현상의 발생 가능성을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 미생물 증식으로 인한 오염을 방지하는 동시에 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사하는데 있어서의 정확도를 향상시킬 수 있다.

이를 위해 상기 제1 인서트(112)의 외면의 직경을 상기 제2 인서트(114)의외면의 직경보다 작게 형성하여 상기 제1 인서트(112)와 상기 제1 챔버(222) 사이의 제1 경로를 상기 제2 인서트(114)와 상기 제2 챔버(224) 사이의 제2 경로보다 내측에 위치하도록 하는 것이다.

상기 제1 인서트(112)의 외면 및 상기 제2 인서트(114)의 외면의 직경 차이, 즉, 상기 제1 인서트(112)의 외면의 직경이 상기 제2 인서트(114)의 외면의 직경보다 작게 형성됨으로 인하여, 상기 백플로우 경로는 하측에서 상측을 향하여 적어도 3회 이상 절곡 변화될 수 있으며, 이로 인해 본 발명은 백플로우 현상을 최소화할 수 있는 것이다.

한편, 인서트 유닛(100)의 돌출부(116)는 제2 인서트(114)의 외면의 직경보다 작은 직경으로 형성될 수 있으며, 이로 인해 가능성이 희박하긴 하지만 상기 특정 약물, 또는 상기 특정 약물과 상기 특정 세포의 반응물이 상기 백플로우(back flow) 경로를 통해 배출된 경우, 상기 중공(S)의 상측으로 유입되는 것을 방지하여, 미생물 증식으로 인한 오염을 방지하는 동시에 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사하는데 있어서의 정확도를 향상시킬 수 있다.

상기 돌출부(116)에는 함몰되어 형성되는 홈(117)이 형성될 수 있으며, 상기 홈(117)은 별도의 부재가 삽입되어 상기 인서트 유닛(100)을 챔버(220)로부터 탈착 가능하도록 할 수 있다.

본 발명에서는 상기 백플로우 현상을 방지하기 위한 구성으로 상기 인서트 유닛(100)의 형상으로 인한 백플로우 경로의 절곡 변화 이외에 오링(R)을 더 포함할 수 있다.

상기 오링(R)은 유체 유동 플레이트(260)의 제2 인서트(114)가 안착되는 안착면(252)에 위치할 수 있는 탄성 재질의 링일 수 있으며, 상기 제2 인서트(114)가 안착되는 안착면(252)은 상기 오링(R)이 삽입되기 위한 삽입홈(257)을 구비할 수 있다.

상기 오링(R)으로 인하여 백플로우 현상의 발생 가능성은 그만큼 낮아지게 된다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(1000)는 인서트 유닛(100)의 멤브레인(120)을 챔버(220)를 규정하는 바닥면에 근접하도록, 제1 인서트(112)의 하측면에 접합함으로써, 칩 유닛(200) 내에서 세포 배양이 이루어지는 멤브레인(120)이 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 영향을 받도록 위치를 최적화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(1000)는 백플로우 경로를 복수회 절곡 시킴으로써 백플로우 현상을 최소화할 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(1000)는 경구 투여가 가능한 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사하는데 있어서의 정확도의 저하를 최소화할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 제1 변형예를 설명하기 위한 도 1의 AA선에 따른 단면도이다.

도 4를 참조하면, 제1 변형예에 따른 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(2000)는 인서트 유닛(300) 및 칩 유닛(400)을 포함할 수 있다.

상기 칩 유닛(400)은 어댑터 플레이트(450), 유체 유동 플레이트(460) 및 베이스 플레이트(470)를 포함할 수 있다.

상기 유체 유동 플레이트(450)는 제1 챔버(422) 및 제2 챔버(424)와 연통되는 연통홀(H)을 구비할 수 있다.

여기서, 상기 연통홀(H)을 규정하는 내면의 직경은 인서트 유닛(300)의 제1 인서트(312)의 외면의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

상기 연통홀(H)을 규정하는 내면의 직경이 상기 제1 인서트(312)의 외면의 직경보다 작게 형성됨으로 인하여 상기 유체 유동 플레이트(460)에는 상기 제1 인서트(312)가 안착되기 위한 안착면(464)이 제공될 수 있다.

상기 제1 인서트(312)가 안착되기 위한 안착면(464)은 상기 연통홀(H)의 상측 주변부가 단차지게 형성되어 제공될 수 있으며, 이로 인하여 상기 인서트 유닛(300)의 멤브레인(320)은 챔버의 바닥면에 더욱 근접하게 되어 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 영향의 가능성은 그만큼 높아지게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 제2 변형예를 설명하기 위한 도 1의 AA선에 따른 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제2 변형예에 따른 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(3000)는 인서트 유닛(500) 및 칩 유닛(600)을 포함할 수 있다.

상기 칩 유닛(600)은 어댑터 플레이트(650), 유체 유동 플레이트(660) 및 베이스 플레이트(670)를 포함할 수 있다.

상기 유체 유동 플레이트(660)는 제1 챔버(622) 및 제2 챔버(624)와 연통되는 연통홀을 구비할 수 있다.

상기 연통홀을 규정하는 내면(665)의 직경은 제1 인서트(512)의 하측단이 삽입될 수 있는 정도의 크기로 형성되어, 상기 제1 인서트(512)의 하측면에 접합되는 멤브레인(520)이 베이스 플레이트(670)의 상측면에 근접하게 위치되도록 할 수 있다.

이로 인하여 상기 인서트 유닛(500)의 멤브레인(520)은 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 영향의 가능성이 높아지게 되어, 특정 약물에 대한 반응 기전을 인체와 유사하도록 모사하는데 있어서의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체의 제3 변형예를 설명하기 위한 도 1의 AA선에 따른 단면도.

도 6을 참조하면, 제3 변형예에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(4000)는 인서트 유닛(700)이 칩 유닛(800)의 챔버 내로 삽입될 수 있으며, 삽입 방식은 나사 체결 방식이 적용될 수 있다.

여기서, 인서트 유닛(700)의 제2 인서트(714)는 제2 챔버(824)를 규정하는 내면과 나사 체결 방식에 의해 삽입될 수 있으며, 체결되는 정도에 기초하여 삽입되는 정도가 조절되도록 하여, 제1 인서트(712)의 하측면에 접합된 멤브레인(720)과 챔버를 규정하는 바닥면과의 이격 거리가 조절되도록 할 수 있다.

다시 말하면, 상기 인서트 유닛(700)과 상기 챔버(822, 824)를 규정하는 내면과의 나사 체결 방식은 상기 제2 인서트(714)와 상기 제2 챔버(824)를 규정하는 내면 사이에 적용되도록 함으로써, 가능성이 낮기는 하지만 나사 체결되는 과정에서 발생될 수 있는 나사산의 파손에 의한 이물이 상기 제2 인서트(720)가 안착되는 안착면에 떨어지되 오링 등에 의해 상기 멤브레인(720)에는 유입되지 않도록 할 수 있다.

이로 인하여, 상기 이물에 의한 오염을 방지함으로써 상기 이물에 의한 특정 약물에 대한 반응 기전의 정확도 저하를 미연에 방지할 수 있는 것이다.

물론, 인서트 유닛(700)의 제1 인서트(710)와 제1 챔버(822)를 규정하는 내면 사이에도 나사 체결 방식이 적용될 수도 있을 것이다.

상기 이격 거리의 조절은 칩 유닛(800) 내에서 세포 배양이 이루어지는 멤브레인(720)이 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 영향을 받도록 하는 위치를 최적화시킬 수 있다.

다시 말하면, 상기 이격 거리는 특정 약물의 이동 속도나 이동 거리가 달라지게 하거나 유체 전단 응력(Fluidic shear stresses)의 변화를 일으키는 요인으로 작용하게 된다.

그리고, 멤브레인(720) 상의 세포의 종류 등에 따라 상기 이격 거리에 대한 최적 거리가 달라지게 되므로, 상기와 같이 세포의 종류 등에 따라 체결 정도에 기초하여 상기 이격 거리를 미세 조절하여 최적화시킴으로써 상기 장기 미세유체 칩 구조체(4000)는 다양한 세포에 적용될 수 있는 것이다.

물론, 상기 이격 거리의 미세 조절은 누수나 채널의 막힘 등의 현상을 방지할 수 있음은 자명한 것이다.

도 6에 도시된 제3 변형예는 도 4 및 도 5를 참조로 설명한 제1 변형예 및 제2 변형예에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체에 의해 복수의 장기가 모사된 실시예를 설명하기 위한 도면.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 인공 장기 미세유체 칩 구조체(5000)는 복수의 장기, 즉, 장 - 간 - 신장을 연결하는 혈액순환구조를 모사하여 특정 약물에 대한 흡수 - 대사 - 배설 과정을 인체와 유사하도록 모사하기 위한 칩 구조체일 수 있다.

상기 인공 장기 미세유체 칩 구조체(5000)는 인서트 유닛(900) 및 칩 유닛(950)을 포함할 수 있다.

상기 인서트 유닛(900)은 장 모사 인서트 유닛(910), 간 모사 인서트 유닛(920) 및 신장 모사 인서트 유닛(930)을 포함할 수 있다.

챔버(960)는 상기 장 모사 인서트 유닛(910), 상기 간 모사 인서트 유닛(920) 및 상기 신장 모사 인서트 유닛(930) 각각이 삽입되기 위한 장 챔버(962), 간 챔버(964) 및 신장 챔버(966)를 포함할 수 있다.

상기 칩 유닛(950)은 어댑터 플레이트(952), 유체 유동 플레이트(954) 및 베이스 플레이트(956)의 접합에 의해 제조될 수 있으며, 상기 유체 유동 플레이트(954)의 하측면에 채널이 형성될 수 있다.

상기 채널은 제1 리저버(971), 상기 장 챔버(962), 상기 간 챔버(964), 상기 신장 챔버(966) 및 제2 리저버(973)를 순차적으로 연결하여, 상기 특정 약물의 장에 의한 흡수, 간에 의한 대사 및 신장에 의한 배설에 따른 농도 변화를 추적할 수 있도록 할 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

100: 인서트 유닛
110: 인서트
112: 제1 인서트
114: 제2 인서트
116: 돌출부
200: 칩 유닛
210: 제1 리저버
220: 챔버
230: 제2 리저버

Claims

특정 세포가 배양되기 위한 인서트 유닛; 및
상기 인서트 유닛이 삽입되어 상기 특정 세포에 대한 특정 약물의 반응 정도를 추적할 수 있도록 하는 칩 유닛;을 포함하며,
상기 칩 유닛은,
제1 리저버,
상기 인서트 유닛이 삽입되도록 상측이 개구된 상태로 제공되는 챔버,
제2 리저버, 및
상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버 사이에서 특정 약물의 이동이 가능하도록, 상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버를 연결하는 채널을 구비하며,
상기 인서트 유닛은,
상기 챔버의 내측에 위치하고 중공을 구비하는 인서트, 및
상기 특정 세포의 배양을 위한 멤브레인을 구비하며,
상기 멤브레인은,
상기 채널을 통해 이동되는 상기 특정 약물이 상기 특정 세포와 반응되는 속도가 인체와 유사하도록, 상기 중공의 최하측과 대응되는 상기 인서트의 하측면에 접합되어 상기 챔버를 규정하는 바닥면에 근접하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제1항에 있어서,
상기 챔버는,
제1 직경으로 제공되는 제1 챔버, 및
상기 제1 챔버의 상측에 위치하고 상기 제1 챔버의 직경보다 큰 제2 직경으로 제공되는 제2 챔버를 구비하고,
상기 인서트 유닛은,
상기 챔버에 삽입된 경우,
외부로 돌출되어 상기 인서트 유닛을 상기 챔버로부터 분리하기 위한 외력을 인가할 수 있도록 하는 돌출부,
상기 제1 챔버의 내측에 위치하는 제1 인서트, 및
상기 제2 챔버의 내측에 위치하는 제2 인서트를 구비하며,
상기 멤브레인은,
상기 제1 인서트의 하측면에 접합되는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제2항에 있어서,
상기 제1 인서트의 외면의 직경은,
상기 제2 인서트의 외면의 직경보다 작게 형성되어, 상기 제1 인서트와 상기 제1 챔버 사이의 제1 경로를 상기 제2 인서트와 상기 제2 챔버 사이의 제2 경로보다 내측에 위치하도록 하여, 상기 제1 경로로부터 상기 제2 경로에 이르는 백플로우(back flow) 경로를 절곡 변화시키는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제3항에 있어서,
상기 백플로우 경로는,
상기 제1 인서트의 외면 및 상기 제2 인서트의 외면의 직경 차이로 인하여 적어도 3회 이상 절곡 변화되어, 상기 특정 약물, 또는 상기 특정 약물과 상기 특정 세포의 반응물의 백플로우 현상을 저감시키는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제3항에 있어서,
상기 제2 인서트는,
상기 제2 챔버를 규정하는 내면과 나사 체결 방식에 의해 결합되되, 체결 정도에 기초하여 상기 멤브레인과 상기 챔버를 규정하는 바닥면과의 이격 거리가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제3항에 있어서,
상기 돌출부의 외면의 직경은,
상기 제2 인서트의 외면의 직경보다 작게 형성되어,
상기 특정 약물, 또는 상기 특정 약물과 상기 특정 세포의 반응물이 상기 백플로우(back flow) 경로를 통해 배출된 후 상기 중공의 상측으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제3항에 있어서,
상기 제2 인서트가 안착되는 안착면에 위치하여 상기 백플로우 현상을 방지하기 위한 오링;를 더 포함하며,
상기 안착면은,
상기 오링이 삽입되기 위한 삽입홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제2항에 있어서,
상기 칩 유닛은,
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버가 형성되고, 상기 제2 인서트가 안착되기 위한 안착면을 구비하는 어댑터 플레이트,
상기 어댑터 플레이트의 하측면에 접합되며, 하측면에 상기 채널이 제공되는 유체 유동 플레이트, 및
상기 유체 유동 플레이트의 하측면에 접합되어 상기 채널의 바닥면을 제공하는 베이스 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제8항에 있어서,
상기 유체 유동 플레이트는,
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버와 연통되는 연통홀을 구비하며,
상기 연통홀을 규정하는 내면의 직경은,
상기 제1 인서트의 외면의 직경보다 작게 형성되어 상기 유체 유동 플레이트에 상기 제1 인서트가 안착되기 위한 안착면이 제공되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제9항에 있어서,
상기 제1 인서트가 안착되기 위한 안착면은,
상기 연통홀의 상측 주변부가 단차지게 형성되어 제공되는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제8항에 있어서,
상기 유체 유동 플레이트는,
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버와 연통되는 연통홀을 구비하며,
상기 연통홀을 규정하는 내면의 직경은,
상기 제1 인서트의 하측단이 삽입될 수 있는 정도의 크기로 형성되어, 상기 멤브레인이 상기 베이스 플레이트의 상측면에 근접하게 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
특정 세포가 배양되기 위한 인서트 유닛; 및
상기 인서트 유닛이 삽입되어 상기 특정 세포에 대한 특정 약물의 반응 정도를 추적할 수 있도록 하는 칩 유닛;을 포함하며,
상기 칩 유닛은,
제1 리저버,
상기 인서트 유닛이 삽입되도록 상측이 개구된 상태로 제공되는 챔버,
제2 리저버, 및
상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버 사이에서 특정 약물의 이동이 가능하도록, 상기 제1 리저버, 상기 챔버 및 상기 제2 리저버를 연결하는 채널을 구비하며,
상기 인서트 유닛은,
상기 챔버의 내측에 위치하고 중공을 구비하는 인서트, 및
상기 특정 세포의 배양을 위한 멤브레인을 구비하며,
상기 인서트 유닛은,
상기 챔버를 규정하는 내면과 나사 체결 방식에 의해 삽입되어, 체결되는 정도에 기초하여 삽입되는 정도가 조절되도록 하여, 상기 챔버를 규정하는 바닥면으로부터의 상기 멤브레인의 이격 거리가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제12항에 있어서,
상기 챔버는,
제1 직경으로 제공되는 제1 챔버, 및
상기 제1 챔버의 상측에 위치하고 상기 제1 챔버의 직경보다 큰 제2 직경으로 제공되는 제2 챔버를 구비하고,
상기 인서트 유닛은,
상기 나사 체결 방식에 의해 상기 챔버에 삽입된 경우,
외부로 돌출되어 상기 인서트 유닛을 상기 챔버로부터 분리하기 위한 외력을 인가할 수 있도록 하는 돌출부,
상기 제1 챔버의 내측에 위치하는 제1 인서트, 및
상기 제2 챔버의 내측에 위치하는 제2 인서트를 구비하며,
상기 인서트 유닛과 상기 챔버를 규정하는 내면과의 나사 체결 방식은,
상기 제2 인서트와 상기 제2 챔버를 규정하는 내면 사이에 적용되는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.
제1항 또는 제12항에 있어서,
상기 인서트 유닛은,
장 모사 인서트 유닛, 간 모사 인서트 유닛 및 신장 모사 인서트 유닛을 포함하며,
상기 챔버는,
상기 장 모사 인서트 유닛, 상기 간 모사 인서트 유닛 및 상기 신장 모사 인서트 유닛 각각이 삽입되기 위한 장 챔버, 간 챔버 및 신장 챔버를 포함하며,
상기 채널은,
상기 제1 리저버, 상기 장 챔버, 상기 간 챔버, 상기 신장 챔버 및 상기 제2 리저버를 순차적으로 연결하여, 상기 특정 약물의 장에 의한 흡수, 간에 의한 대사 및 신장에 의한 배설에 따른 농도 변화를 추적할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 인공 장기 미세유체 칩 구조체.