KR20230150785A - 장기 또는 조직 모델의 저장이나 배양을 위한 시스템및 그의 사용 - Google Patents
장기 또는 조직 모델의 저장이나 배양을 위한 시스템및 그의 사용 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230150785A KR20230150785A KR1020237023670A KR20237023670A KR20230150785A KR 20230150785 A KR20230150785 A KR 20230150785A KR 1020237023670 A KR1020237023670 A KR 1020237023670A KR 20237023670 A KR20237023670 A KR 20237023670A KR 20230150785 A KR20230150785 A KR 20230150785A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- perfusate
- organ
- container
- measuring
- concentration
- Prior art date
Links
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 title claims abstract description 165
- 238000013334 tissue model Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 14
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 27
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 claims description 25
- 230000002792 vascular Effects 0.000 claims description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 20
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 claims description 17
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 14
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims description 10
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 201000010099 disease Diseases 0.000 claims description 6
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 claims description 6
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 6
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 4
- 210000002889 endothelial cell Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000001415 gene therapy Methods 0.000 claims description 4
- 210000002216 heart Anatomy 0.000 claims description 4
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 claims description 4
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 claims description 4
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 3
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000002429 large intestine Anatomy 0.000 claims description 3
- 238000002483 medication Methods 0.000 claims description 3
- 210000000813 small intestine Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000001685 thyroid gland Anatomy 0.000 claims description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 chlorine ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 2
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000011422 pharmacological therapy Methods 0.000 claims description 2
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 abstract 1
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 13
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 12
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 7
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 5
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 5
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 5
- 210000004153 islets of langerhan Anatomy 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 3
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 3
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 3
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ICMGLRUYEQNHPF-UHFFFAOYSA-N Uraprene Chemical compound COC1=CC=CC=C1N1CCN(CCCNC=2N(C(=O)N(C)C(=O)C=2)C)CC1 ICMGLRUYEQNHPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 208000028867 ischemia Diseases 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 2
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229960001130 urapidil Drugs 0.000 description 2
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N Heparin Chemical compound OC1C(NC(=O)C)C(O)OC(COS(O)(=O)=O)C1OC1C(OS(O)(=O)=O)C(O)C(OC2C(C(OS(O)(=O)=O)C(OC3C(C(O)C(O)C(O3)C(O)=O)OS(O)(=O)=O)C(CO)O2)NS(O)(=O)=O)C(C(O)=O)O1 HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 208000004880 Polyuria Diseases 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000004872 arterial blood pressure Effects 0.000 description 1
- 210000000941 bile Anatomy 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 229940088623 biologically active substance Drugs 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- UREBDLICKHMUKA-CXSFZGCWSA-N dexamethasone Chemical compound C1CC2=CC(=O)C=C[C@]2(C)[C@]2(F)[C@@H]1[C@@H]1C[C@@H](C)[C@@](C(=O)CO)(O)[C@@]1(C)C[C@@H]2O UREBDLICKHMUKA-CXSFZGCWSA-N 0.000 description 1
- 229960003957 dexamethasone Drugs 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000035619 diuresis Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000007159 enucleation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 210000000416 exudates and transudate Anatomy 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005534 hematocrit Methods 0.000 description 1
- 229960002897 heparin Drugs 0.000 description 1
- 229920000669 heparin Polymers 0.000 description 1
- 230000002631 hypothermal effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 210000000277 pancreatic duct Anatomy 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009261 transgenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000002485 urinary effect Effects 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0236—Mechanical aspects
- A01N1/0242—Apparatuses, i.e. devices used in the process of preservation of living parts, such as pumps, refrigeration devices or any other devices featuring moving parts and/or temperature controlling components
- A01N1/0247—Apparatuses, i.e. devices used in the process of preservation of living parts, such as pumps, refrigeration devices or any other devices featuring moving parts and/or temperature controlling components for perfusion, i.e. for circulating fluid through organs, blood vessels or other living parts
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0205—Chemical aspects
- A01N1/021—Preservation or perfusion media, liquids, solids or gases used in the preservation of cells, tissue, organs or bodily fluids
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0236—Mechanical aspects
- A01N1/0242—Apparatuses, i.e. devices used in the process of preservation of living parts, such as pumps, refrigeration devices or any other devices featuring moving parts and/or temperature controlling components
- A01N1/0252—Temperature controlling refrigerating apparatus, i.e. devices used to actively control the temperature of a designated internal volume, e.g. refrigerators, freeze-drying apparatus or liquid nitrogen baths
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0278—Physical preservation processes
- A01N1/0284—Temperature processes, i.e. using a designated change in temperature over time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/08—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/10—Perfusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/26—Conditioning fluids entering or exiting the reaction vessel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
- C12M35/08—Chemical, biochemical or biological means, e.g. plasma jet, co-culture
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/26—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pH
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/46—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of cellular or enzymatic activity or functionality, e.g. cell viability
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/48—Automatic or computerized control
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physiology (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
본 발명은 장기 또는 조직 모델의 저장이나 배양을 위한 시스템 및 이 시스템의 사용에 관한 것이다. 상기 시스템은 적출된 장기 또는 조직 모델의 기능을 확인하도록 설계되고 이를 치료할 수 있다. 상기 시스템은 기증자로부터 적출된 및/또는 여러 기술을 사용하여, 예로서, 3D 및/또는 4D 바이오프린팅 또는 전기방사 기술을 사용하여 생산된 장기 또는 조직 모델을 배앙하도록 사용될 수 있고, 상기 시스템은: 내부의 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단이 장착된, 장기 또는 조직 모델용 챔버(2); 내부의 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단이 장착된 관류액 용기(1); 상기 관류액의 포도당 농도를 측정하고 상기 관류액으로 포도당을 투약하기 위한 수단(4); 상기 관류액의 pH를 측정하고 상기 관류액의 pH를 조정하도록 물질을 투약하기 위한 수단(3); 상기 관류액의 무접촉 혼합을 위한 수단; 및 상기 관류액의 유동 파라미터의 측정과 제어를 위한 수단;을 포함한다.
Description
본 발명은 유동이나 혈관 시스템을 갖는 장기 또는 조직 모델의 저장이나 배양을 위한 시스템 및 그 사용에 관한 것이다. 상기 시스템은, 단지 예를 들자면, 적출된 장기 또는 조직 모델의 기능을 확인하도록 설계되고 이를 치료(treat)할 수 있게 한다. 상기 시스템은, 기증자로부터의 적출된 장기 또는 조직 모델을 배양하도록 사용될 수 있고/있거나, 3D 및/또는 4D 바이오프린팅이나 전기방사(electrospinning) 기술의 사용과 같은 여러 기술을 사용하여 만들어진 장기 또는 조직 모델을 배양하도록 사용될 수 있다. 상기 시스템은 환자에서 달리 적출될 수 없거나 치료될 수 없는 장기의 유동 배양에 사용될 수 있다. "장기 유동 시스템"이라는 용어는, 인위적으로 만들어진 장기에 관한 것이고 형성된 채널을 구비한 시스템을 의미한다. "장기 혈관 시스템"이라는 용어는, 기증자로부터 적출되거나 인위적으로 만들어진, 내피 세포를 갖는 혈관의 시스템을 의미한다. "저장"이라는 용어는, 신진대사가 감소된 상태에서 또는 세포로 군체형성(colonisation)되기 전에, 저온에서 장기 또는 조직 모델을 유지하는 것과 관련된다. "배양"이라는 용어는, 생체 내 조건에 상응하는 정상온도 환경(normothermic environment)에서 세포로 군체형성된 장기 또는 조직 모델을 유지하는 것과 관련된다. "조직 모델"이라는 용어는, 혈관 시스템을 추가로 포함할 수 있는, 생체재료에 현탁된 살아있는 세포를 포함한 3차원 구조를 의미한다.
특허문헌 US 9,756,851 B2는, 적출된 장기를 이식 전에 생존 가능하게 유지하기 위한 조성물, 방법 및 장치를 개시하고 있다. 장기 관류 장치는 장기를 저장하기 위한 보존 챔버를 포함한다. 관류 회로에는, 산소공급된 유체를 장기에 공급하기 위한 제1 라인과, 사용된 유체를 장기로부터 배출하기 위한 제2 라인이 제공된다. 관류 장치는 또한, 장기를 전반적으로 정상 온도로 유지하기 위한 관류 회로와 기능적으로 연결된 장치를 포함한다. 더욱이, 상기 장치는 관류액(perfusion fluid)의 압력을 제어하기 위한 수단, 상기 관류액의 적어도 일부에 산소공급하기 위한 산소공급 수단(oxygenation means), 여과 수단, 및 상기 관류액의 적어도 일부의 유동을 제어하기 위한 유동 제어 수단을 포함한다.
특허문헌 WO 1996/029865 A1는, 혈액 또는 여러 산소-운반 물질을 사용하여, 정상에 가까운 온도에서 장기를 관류할 수 있는 장기 관류 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 생리적 효율의 온-라인 측정을 사용하여 장기의 생존력을 평가할 수 있다. 실시예는, 관류의 생리적 조건을 특성화하기 위하여, 컴퓨터-제어식 혈액 펌프를 사용한다. 상기 장치는, 장기를 유지하거나 재생하는데 도움이 되도록, 손실된 순환량을 보충할 수 있고 관류액의 영양소, 약제 및 성분을 주입할 수 있는 부분을 포함한다. 상기 장치는 또한, 압력, pH 및 온도를 조정할 수 있고, 소변, 담즙, 췌장 관 분비물 또는 여러 생리적 삼출물(exudates)의 생성율을 자동적으로 측정할 수 있으며, 그리고 혈액이나 관류액의 유속, 혈관 저항 및 장기 팽창(swelling)을 결정할 수 있다.
특허문헌 US 2017/339945 A1는, 심장, 간, 신장 및 폐를 포함한 그룹에서 선택되고, 장기 관류를 위한 관류 모듈에 탈착가능하게 연결되도록 구성된 기본 유닛을 포함한, 다중(multi)-장기 관류용 장치를 개시하고 있다. 기본 유닛에는 튜브 및 제어기가 제공되고, 상기 튜브는 관류액이 장기를 통해, 튜브에서의 관류액의 순환 구동을 위한 튜브와 연결된 제1 및 제2 펌프를 순환하도록, 관류액 공급원과 장기를 연결하고, 상기 제어기는 상기 장기를 통해 관류액의 순환 제어를 위하여 상기 제1 및 제2 펌프를 제어하도록 연결되고 구성된다. 상기 제어기는 장기의 타입에 기초하여, 선택된 관류 파라미터에 따라 장기 관류를 목적으로 하는 제 1 및 제2 펌프를 제어할 수 있다.
특허문헌 EP 1879997 A2는 관류액에 침지된 장기를 지지하기 위한 장기 챔버를 구비한 휴대용 장기 관류 장치를 개시하고 있다. 펌프는, 펌프를 포함한 회로, 관류액을 냉각하기 위한 열 교환기, 상기 관류액을 산소화하기 위한 산소공급기, 및 장기 혈관 시스템으로의 유체의 일정한 공급을 보장하기 위한 장치 주위에 관류액을 순환시킨다. 바이-패스 채널은 유체 연결부를 제공하여, 과도한 유체가 장기를 바이패스할 수 있게 한다. 상기 장치는 산소 공급원, 센서, 파워 서플라이, 및 센서로부터 정보를 수신하고 상기 제어 수단으로 제어 지령을 제공하는 제어 유닛을 더 포함한다.
장기 및 조직 모델의 효율적이고, 보다 자동적이며, 그리고 정확한 복구 또는 배양을 위한 정상체온 조건 유지, 유체의 조정 또는 pH 제어의 효율적인 제어를 보장하는 해결책이 모색되고 있다. 본 발명의 목적은, 췌장, 간, 신장, 폐, 심장, 소장, 대장, 갑상선, 피부, 뇌와 같은, 사망한 기증자로부터 적출된 장기나, 또는 혈관 시스템으로 프린트된 조직 모델과 같은, 예를 들면 3D 및/또는 4D 바이오프린팅 기술의 사용과 같은 여러 기술을 사용하여 만들어진 장기를 배양 및 저장하기 위한 적당한 조건을 제공하는 것이다. "생체공학 장기"라는 용어는 세포와 직접적으로 3D 및/또는 4D 기술로 프린트된 조직 모델, 그리고 이어서 각각의 세포로만 군체형성된 스캐폴드(scaffolds) 단독(혈관 시스템 및 조직 모델) 모두에 관한 것이다. "3D 바이오프린팅"이라는 용어는 첨가물 제조 기술(층별(layer-by-layer) 재료 도포(application))을 사용하여 생존가능한 세포를 포함하는 3차원 구조의 형성에 관한 것이다. 4D 바이오프린팅에서, 4번째 차원은 시간이고, 그리고 기술은 사전 정의된 물체(형상)으로 이후 변형시키도록 형성된 재료의 밴드를 생성한다.
본 발명의 제 1 특징에 있어서, 시스템은, 바람직하게는 유동이나 혈관 시스템으로 프린트되는 장기 및/또는 조직 모델의 형태로, 바람직하게는 췌장, 간, 신장, 폐, 심장, 소장, 대장, 갑상선, 피부, 뇌로부터 선택되는, 바람직하게 기증자로부터 적출되거나, 또는 여러 기술을 사용하여, 바람직하게는 3D 바이오프린팅 및/또는 4D 바이오프린팅 및/또는 전기방사 기술을 사용하여 만들어진, 장기 또는 조직 모델을 저장하거나 배양하도록 제공되고, 상기 시스템은:
- 시스템의 작동 동안에 챔버에 배치된 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단이 장착된, 장기 또는 조직 모델용 챔버,
- 바람직하게는 가열-냉각 플레이트를 포함하고, 시스템의 작동 동안에 용기 내의 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단이 장착된 관류액 용기,
- 관류액에서의 포도당 농도를 측정하고 포도당을 관류액으로 투약하기 위한 수단,
- 관류액의 pH를 측정하고 관류액의 pH를 조정하기 위한 물질을 투약하기 위한 수단,
- 관류액의 무접촉 혼합 수단,
- 관류액 압력 및/또는 단위 시간당 단위 볼륨으로 표현된 관류액 아웃풋을 포함하는, 관류액의 유동 파라미터를 측정하고 제어하기 위한 수단,
- 선택적으로, 관류액에서의 젖산염 농도, 관류액에서의 나트륨 이온의 농도, 관류액에서의 염소 이온의 농도, 관류액에서의 칼륨 이온의 농도, 관류액의 산소공급 레벨에서 선택된 하나 이상의 파라미터를 측정하고 제어하기 위한 수단을 포함하고,
상기 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단은 바람직하게는 워터 자켓을 포함하고,
상기 관류액 용기는 적어도 하나의 제1 라인과 적어도 하나의 제2 라인에 의해 상기 장기 챔버에 연결되고, 작동 동안에 상기 제1 라인을 통해 관류액이 관류액 용기로부터 장기 챔버로 유동할 수 있고, 그리고 작동 동안에 상기 제2 라인을 통해 관류액이 장기 챔버로부터 관류액 용기로 유동할 수 있고,
상기 시스템의 작동 동안에, 상기 시스템은 장기 챔버와 관류액 용기 사이에서 상기 관류액을 순환시키도록 구성된다.
관류액 유동 아웃풋은 단위 시간 당 단위 볼륨으로 표현된 관류액 유동율을 의미한다. "장기 챔버"라는 용어는 장기 또는 조직 모델의 저장이나 배양에 적당한 챔버를 의미한다.
바람직하게는, 장기 또는 조직 모델을 저장 또는 배양하기 위한 시스템은 시스템 제어 수단을 포함하고, 상기 시스템 제어 수단은: 장기 챔버에서의 관류액의 온도, 관류액 용기에서의 관류액의 온도, 관류액에서의 포도당의 농도, 관류액의 pH, 단위 시간 당 단위 볼륨으로 표현되는 관류액의 아웃풋 및/또는 관류액의 압력을 포함하는 관류액 유동의 파라미터, 관류액에서의 젖산염의 농도, 관류액에서의 나트륨 이온의 농도, 관류액에서의 염소 이온의 농도, 관류액에서의 칼륨 이온의 농도 및 산소 공급에서 선택되는 적어도 하나의 파라미터에 대한 측정 값을 얻도록 구성되고 프로그램되며, 상기 시스템 제어 수단은 또한, 장기 챔버에서의 관류액의 온도, 관류액 용기에서의 관류액의 온도, 관류액에서의 포도당의 농도, 관류액의 pH, 관류액의 압력 및/또는 관류액의 아웃풋을 포함하는, 관류액 유동의 파라미터, 관류액에서의 젖산염 농도, 관류액에서의 나트륨 이온 농도, 관류액에서의 염소 이온 농도, 관류액에서의 칼륨 이온 농도, 및 산소공급에서 선택된 적어도 하나의 파라미터의 사전결정된 기준에 기초하여, 자동 및/또는 수동 조정을 위해 구성되고 프로그램된다.
바람직하게는, 장기 또는 조직 모델을 저장 또는 배양하기 위한 시스템은 관류액의 산소공급을 측정 및 제어하기 위한 수단 및/또는 관류액에서 공기 제거를 위한 수단을 더 포함하고, 여기서 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 사전결정된 기준에 기초하여, 관류액 산소공급의 자동 및/또는 수동 조정과 관류액 산소공급 측정 값을 얻도록 구성되고 프로그램된다.
바람직하게는, 장기 또는 조직 모델을 저장 또는 배양하기 위한 시스템은, 바람직하게는 시스템에서 제거된 관류액의 무게 판독에 기초하여, 관류액의 보충 및 손실 측정을 위한 수단을 더 포함하고, 여기서 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 사전결정된 기준에 기초하여, 관류액의 자동 및/또는 수동 보충을 위해 구성되고 프로그램된다.
바람직하게는, 관류액의 무접촉 혼합 수단은 관류액 용기의 스윙을 위한 스윙 기구로서 제공되고, 여기서 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 관류액 용기의 스윙을 자동 및/또는 수동으로 조정하도록 구성되고 프로그램된다.
바람직하게는, 관류액의 산소공급은 산소공급기로써 실행되고, 상기 산소공급기는 산소공급기 회로를 형성하도록 관류액 용기 주변에 연결되고, 그리고 관류액을 혼합하기 위한 수단은 관류액 용기의 원통형 디자인의 형태로 제공되고, 상기 용기에서, 시스템의 작동 동안에, 관류액은 산소공급기 회로의 유입구와 유출구를 관류액 용기의 반대 측에 배치함으로써, 관류액 용기의 원통형 벽부에 접선 방향으로 혼합된다.
바람직하게는, 상기 시스템은 관류액의 샘플을 채취하는 수단을 포함한다.
바람직하게는, 상기 장기 챔버는 시스템의 작동 동안에 상기 장기 챔버가 회전할 수 있게 하는 회전 기구를 포함하고, 여기서 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 장기 챔버의 회전을 자동 및/또는 수동으로 조정하도록 구성되고 프로그램된다. 바람직하게는, 상기 시스템 제어 수단은 적어도 2시간 동안 매 30분 마다 180°만큼 장기 챔버를 회전시키거나, 또는 적어도 2시간 동안 매 15-60분 마다 90° 만큼 적어도 4회 회전시키도록 구성되고 프로그램된다.
바람직하게는, 장기 챔버 및/또는 관류액 용기 및/또는 관류액의 산소공급 측정 및 제어 수단은 온도를 0 내지 37 ℃의 범위로 조정하기 위한 수단을 구비한다.
바람직하게는, 상기 시스템은 약제 및/또는 영양소 및/또는 관류액 성분을 투약하기 위한 추가 수단을 더 포함하고, 여기서 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 사전결정된 기준에 기초하여, 약제 및/또는 영양소 및/또는 관류액 성분의 자동 및/또는 수동 투약을 위해 구성되고 프로그램된다.
바람직하게는, 관류액 용기와 장기 챔버 사이의 제1 라인에 장착된 기포 제거기, 및 상기 관류액 용기와 상기 장기 챔버 사이의 관류액의 이동에 의해 관류액으로부터 공기가 제거되고, 그리고 시스템의 작동 동안에 반대 상황이 적어도 하나의 펌프, 바람직하게는 연동 펌프에 의해 실행된다.
제2 특징에 있어서, 기증자로부터 적출되거나, 또는 여러 기술로써, 바람직하게는 3D 바이오프린팅 및/또는 4D 바이오프린팅 및/또는 전기방사로써 만들어진, 장기 또는 조직 모델을 저장 및/또는 배양하기 위한 본 발명에 따른 시스템의 사용이 제공된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 시스템은 3D 바이오프린트된 장기의 배양에 사용되고, 여기서 바람직하게는 회전 기구는 내피 세포와 혈관 시스템의 군체형성의 단계에서 사용된다.
바람직하게는, 장기 또는 조직 모델의 질환의 상태나 발달은 저장 및/또는 배양 동안에 평가된다.
바람직하게는, 장기 또는 조직 모델의 질환의 상태나 발달에 대한 생물학적 활성 물질의 효과가 저장 및/또는 배양 동안에 분석된다.
바람직하게는, 장기 또는 조직 모델의 상태에서 약리학의 및/또는 유전자 치료의 효능이 저장 및/또는 배양 동안에 평가된다.
배양 동안에 정상체온 조건에서 장기 또는 조직 모델을 유지하는 것이 필수적인데, 이는, 장기 조건이 평가될 수 있게 하는 생체내 조건에 대응하는, 장기 또는 조직 모델에 대한 최적의 대사 조건을 제공하기 때문이다.
적출된 장기 배양을 위한 관류액은, 침전물이 되는 경향이 있는, 적혈구의 농축물을 제한 없이 함유한다. 관류액을 혼합하기 위한 무접촉 수단이, 바람직하게는 용기 내의 와류 운동을 유도할 수 있는 관류액 용기나 용기 구성을 스윙하는 기구의 형태로 사용되면, 관류액에서의 적혈구가 균질하게 분포하게 된다. 또한, 유동 시스템이 멸균 상태로 유지될 수 있으며, 여러 타입의 혼합기가 사용될 때 발생하는 적혈구의 기계적 손상이 완화된다. 관류액의 혼합은 관류액을 고르게 가열하고 유체의 성분을 지속적으로 혼합하는데 도움이 된다.
장기 챔버를 회전시키는 회전 기구는 단지 예를 들자면, 3D 바이오프린팅 기술로써 만들어진 장기를 배양할 때 사용되고, 내피 세포를 갖는 바이오프린트된 혈관 시스템의 군체형성의 단계에서 사용된다. 바람직하게는, 회전 기구는 적어도 2시간 동안 매 30분 마다 180°씩 장기 챔버를 회전시키거나, 또는 적어도 2시간 동안 매 15-60 분 마다 90°씩 적어도 4회 장기 챔버를 회전시킨다. 회전 기구는 전체 혈관 시스템의 군체형성을 가능하게 한다. 세포가 채널의 벽부에 중력으로 떨어져 "달라붙을" 수 있는 방식으로 회전이 실행된다. 회전은 보다 작은 각도로, 예를 들면, 적어도 2시간 동안에 36°로 10회, 또는 심지어 연속적으로-예를 들면 적어도 2시간 동안에 단위 시간당 1회전의 속도로, 실행될 수 있다 . 회전 기구의 사용은 채널 표면에 걸쳐 군체형성된 세포의 균질한 분포를 보장한다.
본 발명에 따른 시스템은 아래 기재된 사항의 배양 및/또는 저장 및/또는 치료(재생 포함)를 위해 사용될 수 있다:
- 사망한 기증자로부터 직접 적출된 장기
- 살아있는 기증자(예를 들면, 가족 또는 교차 이식)로부터 적출된 장기
- 3D(및 4D) 바이오프린팅 기술로 프린트된 장기(혈관 시스템을 포함한 유동 시스템을 갖는 장기)
- 3D(및 4D) 바이오프린팅 기술로 프린트된 (혈관 시스템을 포함하는) 유동 시스템을 갖는 조직 모델
- 전기방사 기술로 만들어진 장기 및 조직 모델(혈관 시스템을 포함한 유동 시스템을 갖는 장기)
- 2개의 방법(바이오프린팅 및 전기방사)의 조합에 의해 만들어진 장기 및 조직 모델
- 번식, 실험 및 형질전환 동물로부터 적출된 장기
- 유전자 조작된 장기
- 조직 및 유전 공학 기술을 사용하여 체외(extrasystemic) (실험실) 조건하에서 만들어진 장기.
본 발명에 따른 시스템에서 배양된 장기 및 조직 모델은 의학 및 기본 연구 뿐만 아니라 연구 및 개발 작업에서 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 시스템은, 3D/4D 바이오프린팅 기술에 의해 만들어진, 또는 암 병소가 형성된 조직 모델, 유도된 질병 개체, 연구 및 개인화된 의학 모두에 사용된 유전자 치료 연구에 적당한 조직 모델과 같은, 유동 시스템으로 모델을 만들 수 있게 하는 여러 기술(전기장을 사용하여 용융된 폴리머 또는 이의 용액으로부터 나노섬유를 얻는 것을 포함하는 전기방사를 포함)에 의해 만들어진, (혈관 시스템을 포함하는) 유동 시스템으로 조직 모델을 배양하는데 사용될 수 있다.
시스템은, 이식 이전에 장기를 저장하고 치료하기 위해, 생물학적 활성 물질의 효과, 즉, 독성 및 효능을 테스트 하기 위해, 그리고 특정 질환 단계의 중증도를 평가할 뿐만 아니라 약물 및 유전자 치료의 효과를 평가하는데 사용되는 장치일 수 있다.
유리하게도, 시스템은 생물학적 및 화학적 분석을 위한 샘플링, 활성 물질 및 약제의 정확한 투여의 특징을 갖는다. 이로서, 다기능 장치가, 장기의 저장/배양 및 치료 외에도, 진보된 연구를 수행할 수 있고, 이식을 위한 장기를 준비하며, 그리고 장기의 기능적 상태를 평가할 수 있게 된다. 따라서, 이식 절차의 효율성 향상에 기여할 것이고 진보된 연구(기초 연구 및 사전임상 단계 모두)를 수행할 수 있게 할 것이다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있으며, 상기 도면에서,
도 1은 기증자-적출된 장기 뿐만 아니라 여러 기술을 사용하여 만들어진 장기 또는 조직 모델 모두의 배양을 가능하게 하는 시스템의 일반적인 다이어그램이고;
도 2는 실시예 1의 시스템에서 2일 동안 돼지 신장의 배양 동안에 a) 압력[mm Hg], b) 유동[ml/min.], c) 관류액의 손실[g], 및 d) 포도당 농도[mg/ml]의 관류액 파라미터의 변화를 나타낸 도면이고
도 3은 실시예 1의 돼지 신장의 배양 동안에 a) pH, b) Na+ 이온 농도 [mmol/l], c) 포도당 농도[mg/dl], d) pCO2[kPA], e) K+ 이온 농도[mmol/l], f) 포화(산소공급)[%], g) pO2[kPA], h) Cl- 이온 농도[mmol/l] 및 i) 젖산염 농도[mmol/l]의 관류액 파라미터의 변화를 나타낸 도면이고,
도 4는 실시예 1에서 돼지 신장의 배양에 사용된 시스템의 도면이고,
도 5는 전자 시스템 제어 수단의 블록 다이어그램이고,
도 6은 실시예 2의 생체공학 췌장 장기의 기하학적 도면이고,
도 7은 a) ℃ 단위의 가열-냉각 플레이트 온도(아래쪽 라인) 및 장기 챔버 온도(위쪽 라인), b) 동맥 압력 RR[mm Hg], c) 유동 [ml/min.]의 모니터링 결과이고,
도 8은 공명 방법을 사용하여 얻어진 생체공학 췌장의 이미지이고 ,
도 9는 실시예 2의 생체공학 췌장의 30 시간 배양 동안의 a) pH, b) 포도당 농도[mmol/l], c) 젖산염 농도[mmol/l], d) pO2[kPA], e) Na+ 이온 농도[mmol/l], f) K+ 이온 농도[mmol/l]의 관류액 파라미터의 변화를 나타낸 도면이고,
도 10은 30 시간 이후의 관류액의 산소공급 차이를 나타낸 도면으로서, 샘플 A는 생체공학 장기가 배치된 챔버를 떠난 이후에 취해진 탈산소화 유체이고; 샘플 B는 상기 챔버에 도달하기 전에 취해진 산소공급된 유체이고,
도 11은 가변 농도의 포도당 용액으로 자극한 후 인슐린 농도의 차이를 나타낸 도면으로서, 이 도면에서 회색선은 대조군(control) - 삽입물 상에 포도당 자극을 받는 췌장 섬을 표시하고, 그리고 검정선은 본 발명에 따른 시스템에서 유지된 생체공학 췌장에 프린트된 췌장 섬을 표시하고,
도 12는 3D 바이오프린팅 처리에서 얻어진 생체공학 췌장을 배양하기 위해 실시예 2에서 사용된 시스템을 나타낸 도면이고,
도 13은 실시예 3에 따른 관류액 용기의 단면도이다.
도 1은 기증자-적출된 장기 뿐만 아니라 여러 기술을 사용하여 만들어진 장기 또는 조직 모델 모두의 배양을 가능하게 하는 시스템의 일반적인 다이어그램이고;
도 2는 실시예 1의 시스템에서 2일 동안 돼지 신장의 배양 동안에 a) 압력[mm Hg], b) 유동[ml/min.], c) 관류액의 손실[g], 및 d) 포도당 농도[mg/ml]의 관류액 파라미터의 변화를 나타낸 도면이고
도 3은 실시예 1의 돼지 신장의 배양 동안에 a) pH, b) Na+ 이온 농도 [mmol/l], c) 포도당 농도[mg/dl], d) pCO2[kPA], e) K+ 이온 농도[mmol/l], f) 포화(산소공급)[%], g) pO2[kPA], h) Cl- 이온 농도[mmol/l] 및 i) 젖산염 농도[mmol/l]의 관류액 파라미터의 변화를 나타낸 도면이고,
도 4는 실시예 1에서 돼지 신장의 배양에 사용된 시스템의 도면이고,
도 5는 전자 시스템 제어 수단의 블록 다이어그램이고,
도 6은 실시예 2의 생체공학 췌장 장기의 기하학적 도면이고,
도 7은 a) ℃ 단위의 가열-냉각 플레이트 온도(아래쪽 라인) 및 장기 챔버 온도(위쪽 라인), b) 동맥 압력 RR[mm Hg], c) 유동 [ml/min.]의 모니터링 결과이고,
도 8은 공명 방법을 사용하여 얻어진 생체공학 췌장의 이미지이고 ,
도 9는 실시예 2의 생체공학 췌장의 30 시간 배양 동안의 a) pH, b) 포도당 농도[mmol/l], c) 젖산염 농도[mmol/l], d) pO2[kPA], e) Na+ 이온 농도[mmol/l], f) K+ 이온 농도[mmol/l]의 관류액 파라미터의 변화를 나타낸 도면이고,
도 10은 30 시간 이후의 관류액의 산소공급 차이를 나타낸 도면으로서, 샘플 A는 생체공학 장기가 배치된 챔버를 떠난 이후에 취해진 탈산소화 유체이고; 샘플 B는 상기 챔버에 도달하기 전에 취해진 산소공급된 유체이고,
도 11은 가변 농도의 포도당 용액으로 자극한 후 인슐린 농도의 차이를 나타낸 도면으로서, 이 도면에서 회색선은 대조군(control) - 삽입물 상에 포도당 자극을 받는 췌장 섬을 표시하고, 그리고 검정선은 본 발명에 따른 시스템에서 유지된 생체공학 췌장에 프린트된 췌장 섬을 표시하고,
도 12는 3D 바이오프린팅 처리에서 얻어진 생체공학 췌장을 배양하기 위해 실시예 2에서 사용된 시스템을 나타낸 도면이고,
도 13은 실시예 3에 따른 관류액 용기의 단면도이다.
실시예 1 - 돼지 신장의 배양
돼지 신장은 본 발명에 따른 시스템의 기능을 최적화할 때 모델로서 사용되었다. 이러한 장기의 사용은 많은 실용적 이유로써 좌우되었다:
- 온난 허혈 시간이 최소화된 쉬운 접근성 및 적출성,
- 쉬운 연결을 위한 혈관형성
- 시스템의 잠재력을 최대로 사용할 수 있게 하는 장기의 높은 신진대사
- 소변 분비물에 기초한 장기 기능을 모니터할 가능성.
돼지 신장은 육류 생산의 기술적 주기가 중단되어 적출되었다. 전류로 동물을 기절시킨 이후에, 모든 피가 채취되고, 절차가 끝난 직후에, 동물은 신장이 적출되는(온난 허혈 시간 <10 min.) 수술실로 이송되었다. 적출이 UW 아이스 솔루션(UW ice solution: University of Wisconsin Solution)으로써 동맥 세척을 시작할 때 완료되었다. 동물의 피가 모두 채취되는 동안에, 상기 동물의 혈액은 멸균 방식으로 보존되었다(헤파린화(heparinisation)).
본 발명에 따른 시스템에서의 관류액의 조성물과 장기 배양 조건:
정상체온 조건 하에서의 배양 동안에 사용된 관류액의 기본 성분은 기계적 관류용 저-칼륨 유체(Belzer MPS® UW Machine Perfusion Solution)이며, 이 유체는 대략 0.15의 헤마토크릿(hematocrit)을 얻을 수 있는, 7:3 비율의 적혈구 농축물로 농축된다. 부가적으로, MPS 액체는 CaCl2, 아미노산 농축물(Trimel N9-1070 EC), 비타민, 나트륨 중탄산염(7.35와 7.45 사이의 pH를 얻기 위함) 헤파린, 항생제(PenStrep), 인슐린 및 덱사메타존(dexamethasone)으로써 보충되었다. 연구는 50 mmHgh와 75 mmHg의 평균 관류 압력을 비교하였다. 시스템의 동맥 지류(arterial branch)에서의 산소 분압은 대략 50 mmHg이었고 산소공급기를 통과하는 유동은 대략 3 L/min이다. 신장이 48 시간 동안에 배양되었고 이후 조직병리학적 평가를 받았다. 포도당 농도는 관류액 농도에 기초한 포도당의 연속 주입에 의해 100-150 mg%로 유지되었다. 이뇨로 초래된 손실은 링거 유체(1:1 비율)로 자동적으로 보충되었다. 배양된 신장의 생존력이 장기의 상류 및 하류의 혈액 포화(산소공급), 포도당 소비 및 소변 생산에 기초하여 평가되었다. 혈관 저항이 증대됨에 따라 관류가 감소되는 경우, 신장이 (필요에 따라) 우라피딜(urapidil)(Ebrantil) 주입되어 치료되었다. 도 2 및 도 3은 실시예 1의 돼지 신장의 배양 동안에 관류액 파라미터에서의 변화를 나타낸다.
돼지 신장의 배양에 사용된 시스템(도 4)은 아래 '-'로 표시된 사항을 포함한다.
- 시스템 작동 동안에 챔버(2)에 배치된 관류액의 온도를 조정하기 위한 수단이 장착되는 시일된 장기 챔버(2). 상기 챔버(2)는 가열 재킷 형태의 가열-냉각 회로(13)를 포함하였다. 챔버(2)에는 장기, 관류액 유입, 관류액 유출, 및 버블트랩(챔버(2) 내에 포함된 가스의 압력이나 볼륨을 변경시키도록 설계된 기포 제거기(6))을 연결시킬 수 있는 포트가 장착된다.
- 가열-냉각 플레이트(11)의 형태로 관류액의 온도를 조정하기 위한 수단이 장착된 관류액 용기(1), 상기 플레이트의 온도는 펠티에르 모듈(27)에 의해 조정되고, 여기서 상기 관류액 용기(1)는 적어도 하나의 제1 라인(17) 및 적어도 하나의 제2 라인(18)에 의해 챔버(2)에 연결되었고, 상기 제1 라인을 통해, 작동 동안에, 상기 관류액은 상기 관류액 용기(1)로부터 상기 장기 챔버(2)로 유동할 수 있고, 그리고 상기 제2 라인(18)을 통해, 작동 동안에, 상기 관류액은 상기 장기 챔버(2)로부터 상기 관류액 용기(1)로 유동할 수 있다.
- 산소공급 장치를 포함한, 관류액의 산소공급을 측정하고 제어하기 위한 수단, 상기 산소공급 장치는: 산소공급기(5), 산소공급-포화 센서(19)와 가스 혼합 실린더 조립체 및 상기 산소공급기(5)를 통해 적당한 압력과 가스 유동율을 제공하는 감속기를 포함한다. 산소공급기(5)는 또한 상기 산소공급기(5)의 온도 센서(32)와, 상기 산소공급기(5)의 가열 재킷의 형태의 가열-냉각 회로(12)를 포함한다. 관류액의 산소공급을 측정하고 제어하기 위한 수단이 산소공급기(5) 회로로서 또한 언급된다.
관류액의 온도는 가열 또는 냉각 유체의 유동을 가능하게 하는 장기 챔버(2) 및 산소공급기(5)의 가열-냉각 회로(12 및 13), 관류액 용기(1)의 가열-냉각 회로, 장기 챔버(2)의 온도 센서(30), 관류액 용기(1)의 온도 센서(31), 및 산소공급기(5)의 온도 센서(32), 바람직하게는 증류수인 가열 또는 냉각 유체의 유동을 제공하는 조정 시스템과 펌프(9)에 의해 조정되었고, 여기서 상기 가열 또는 냉각 유체는 장기 또는 관류액과 접촉하지 않지만, 가열 장치로부터 장기 챔버(2)의 가열 재킷으로 그리고 산소공급기(5)의 가열 재킷으로 열을 전달하는데만 사용되었다.
- 효소 전극에 기초한 센서(25), 전자 측정 시스템 및 포도당-함유 영양보충 유체를 투약하기 위한 펌프(9)를 포함하는, 포도당을 관류액에 투약하고 관류액의 포도당 농도를 측정하기 위한 수단(4). 효소 전극이 사용되었고, 이 효소 전극은 관류액과 직접 접촉하는, 유동 시스템에서 측정하도록 특별히 설계된 일회용 장치이다. 포도당 농도 데이터가 사용자의 패널에 디스플레이되었고, 이 판독에 기초하여, 포도당-함유 영양보충 유체가 자동적으로 또는 조작자에 의해 필요로 할 때 시스템 제어 수단에 의해 투여되었다.
- pH 전극, 전자 측정 시스템 및 pH를 조정하기 위해 물질을 투약하기 위한 펌프를 포함하는, 관류액의 ph를 측정하고 관류액의 ph를 조정하도록 물질을 투약하기 위한 수단(3).
- 관류액 용기(1)의 스윙 기구(16)의 형태로 제공된 관류액의 무접촉 혼합을 위한 수단. 스윙 기구(16)는 관류액 용기(1)로부터의 스윙 이동을 야기하였다.
- 2개의 관류액 버블트랩을 포함하는, 관류액에서 공기 제거를 위한 수단 - 기포 제거기(6). 하나의 버블트랩이 산소공급기(5) 회로에 배치되었고, 그리고 다른 하나의 버블트랩(상기 기재됨)이 장기 챔버(2) 직전에 배치되었다.
- 시스템의 작동 동안에, 관류액 용기(1)로부터 장기 챔버(2)로 유동하는, 관류액의 압력을 포함하는, 관류액의 유동 파라미터를 측정하고 제어하는 수단. 관류액의 유동 파라미터를 측정하고 제어하기 위한 수단이 전자-기계적 멤브레인 압력 센서(7), 전자 제어 시스템 및 연동 펌프(9)를 포함하였다. 압력 측정이 무접촉 방식으로 행해졌다. 관류액이 가요성 멤브레인에 의해 센서(7)로부터 분리되었다. 관류 압력이, 시스템 제어 수단을 사용하여 관류 조작자에 의해 사용자 패널에서 설정되었다. 시스템 제어 수단은 설정 압력을 달성하도록 자동적으로 유동율을 선택하였다. 최대 허용 유동율 또한 사용자 패널에서 사전설정되었다.
- 장력학의 센서, 전자 측정 시스템 및 투약 펌프(9)에 기초한 무게를 포함하는, 관류액의 손실 및 보충을 측정하기 위한 수단(14). 추가된 유체의 양은 조작자의 패널 상에 디스플레이 되었고, 설정에 따라, 시스템 제어 수단을 사용하여, 장치의 조작자에 의해 자동 또는 수동으로 충전될 수 있다.
- 장기 챔버(2)에서의 관류액의 온도, 관류액 용기(1)에서의 관류액의 온도, 관류액에서의 포도당의 농도, 관류액의 pH, 관류액의 압력 및/또는 단위 시간당 단위 볼륨으로 표현된 관류액의 아웃풋을 포함하는 관류액 유동의 파라미터, 관류액에서의 젖산염의 농도, 관류액에서의 나트륨 이온의 농도, 관류액에서의 염소 이온의 농도와 관류액에서의 칼륨 이온의 농도, 관류액의 산소공급에서 선택된 적어도 하나의 파라미터에 대한 측정 값을 얻도록 구성되고 프로그램되며, 그리고 장기 챔버에서의 관류액의 온도, 관류액 용기에서의 관류액의 온도, 관류액에서의 포도당의 농도, 관류액의 pH, 관류액의 압력 및/또는 관류액의 아웃풋을 포함하는 관류액 유동의 파라미터, 관류액에서의 젖산염 농도, 관류액에서의 나트륨 이온 농도, 관류액에서의 염소 이온 농도 및 관류액에서의 칼륨 이온 농도, 관류액의 산소공급에서 선택된 적어도 하나의 파라미터의 사전결정된 기준에 기초하여, 자동 및/또는 수동 조정을 얻도록 구성되고 프로그램된 시스템 제어 수단.
시스템 제어 수단의 메인 제어기는 2개의 부분으로 구성되었고: 마이크로프로세서(21)에 기초한 첫번째 부분은, 모든 주변 장치를 제어하여 실시간 작동을 보장하였다. 두번째 프로세서(20)는 그래픽 인터페이스(GUI)를 담당하였고, 이에 파라미터의 관찰 및 입력을 가능하게 하였다.
TEC 제어기(23)는 0와 37 ℃ 사이의 관류액 온도를 유지하도록 펠티에르 모듈(27)을 제어하도록 설게되었고, 이에 따라, 정상체온 조건과 저체온 조건 하에서의 장기를 취급할 수 있게 한다. 팬(28)은, 펠티에르 모듈의 고온측과 저온측 사이의 온도차가 20 ℃보다 크지 않도록, 라디에이터 온도를 제어하도록 사용되었다.
제어기(22)는, 펠티에르 모듈(27)의 측정, 관류액 가열-냉각 플레이트(11)의 측정, 장기 챔버(2)의 워터 자켓에서의 측정, 관류액 용기(1)에서의 측정과 같은 온도 측정을 기록하였다.
수개의 연동 펌프(9)가 사용되었고, 첫번째 연동 펌프는 메인 관류액 순환을 위해 사용되었고 장력학의(tensometric) 압력 센서(7)에 의해 제어된 일정한 유체 압력을 유지하도록 제어되었다. 3개 이상의 펌프(9)가 의료용 물질을 투여하도록 사용되었다. ml/min의 특정 속도로 약제가 투여될 수 있었다.
본 발명에 따른 시스템의 제어 패널은 웹 브라우저의 레벨로 억세스될 수 있어, 인터넷에 억세스될 수 있다면, 이동 전화, 태블릿 또는 랩탑과 같은 임의의 장치로 오픈될 수 있다.
제어 패널이: 가열-냉각 플레이트(11)의 온도, 온도 제어를 위한 PID 제어기의 파라미터, 압력 제어 스위치 온오프, 사전설정된 관류액 압력[mmHg], 관류액의 최소 및 최대 유동(아웃풋), 각각의 스텝퍼 모터(29)의 사전설정 속도[ml/min.], 관류액 혼합 기구 스위치 온, 관류액 혼합 속도의 설정과 같은 파라미터의 설정을 가능하게 하였다. 제어 패널은 또한 관류액의 pH, 관류액에서의 포도당 농도, 가열-냉각 플레이트(11)의 온도와 같은 측정된 파라미터를 모니터할 수 있었다. 도 5는 전자 시스템 제어 수단의 블럭 다이어그램이다.
실시예 2 - 바이오프린팅 기술로 얻은 장기의 배양.
생체공학 췌장 장기가 3D 바이오프린팅을 사용하여 실행된 실험을 수행하도록 사용되었다. 장기는 기본 바이오잉크로 만들어진 췌장 섬(pancreatic islets)을 포함한 스캐폴딩(scaffolding)과, 혈관 바이오잉크로 만들어진 관의 시스템을 포함하였다(도 6). 관 시스템은 1차 용기로 구성되고, 3개의 나선형으로 배치된 2차 용기로 분기되어, 하나의 배출 용기로 합쳐진다.
장기의 기하학적 파라미터의 설명:
- 전체 모델의 외부 치수는 32 x 40 x 17.5mm 임
- 하나의 2차 용기의 길이는 340mm 임
- 2차 용기의 총 길이는 1020mm 임
- 1차 용기의 직경은 1.5mm 임
- 2차 용기의 직경은 1mm 임
- 췌장 섬에 대한 스캐폴딩 볼륨은 20.5ml 임
- 관의 볼륨은 대략 0.9ml 임.
배양 공정이 제어된 온도 조건에서 수행되었고: 제어된 온도 조건은, 37 ℃와 39 ℃ 범위의 장기 챔버(2) 온도; 36.5 ℃와 37 ℃ 범위로 액체를 가열하기 위한 가열-냉각 플레이트(11)의 온도이다. 전체 실험 동안에, 유동 및 압력 레벨이 또한 모니터되었다(도 7).
생체공학 장기를 장기 챔버(2)에 연결하고 파라미터(압력, 유동, 온도)를 모니터링하는 방식은 생체공학 장기에 프린트된 혈관 시스템의 기능과 구조에 영향을 미치지 않았다. 이는 공명 방법에 의해 확인되었다(도 8).
생체공학 장기가 장기 챔버(2)에서 부화(incubation)되는 동안에, 관류액의 다음과 같은 파라미터가 실시간으로 모니터되었다: 산소공급, pH, 포도당 농도, 젖산염 농도, 나트륨 이온, 칼륨 이온 (도 9).
파라미터의 제어에 의해 관류액의 조성물이 모니터링될 수 있었고, 필요에 따라 품질 향상을 위해, 생체공학 장기가 최적의 배양/부화 조건에서 유지될 수 있었다. 더욱이, 시스템에서 사용된 관류액이 생물학적 산소 운반체인 적혈구로 보충되었다. 실험 동안에(30h 이후), 관류액 샘플이 채취되어, 관류액 산소공급에서의 명확한 차이를 나타내었다(도 10). 샘플 A는 - 생체공학 장기가 배치된 챔버(2)를 떠난 후에 채취된 - 탈산소화된 유체이고; 샘플 B는 - 챔버(2)에 도달하기 전에 채취된 - 산소공급된 유체이다.
또한, 기능성 평가를 위하여 생체공학 장기에 대해 테스트가 실행되었고, 이는 상기 기재된 기본 파라미터의 제어와는 별도로, 또한 가변 농도의 포도당 용액으로 자극된 이후에 인슐린 농도를 평가하기 위한 설정된 시점에서 샘플을 채취하는 것이 포함되었다(도 11). 생체공학 장기 결과는, 생체공학 장기로 프린트된 격리된 췌장 섬과, 3D 바이오프린팅 공정을 거치지 않은 섬 사이에 차이가 없었다.
생체공학 장기의 배양에 사용된 시스템(도 12)은 아래 '-'로 표시된 사항을 포함한다:
- 장치의 작동 동안에 챔버(2)에 배치된 관류의 온도를 조정하기 위한 수단이 장착된, 시일된 이동가능한 장기 챔버(2). 챔버(2)는 가열 재킷 형태의 가열-냉각 회로(13), 장기 챔버(2)를 회전시키기 위한 챔버(2)의 회전 기구(15) 및 챔버(2) 회전 구동부를 포함하였다. 챔버(2)에는 포트가 장착되며, 상기 포트는 챔버(2)에 포함된 가스의 압력이나 볼륨을 변경시키도록 설계된 장기, 관류액 유입구, 관류액 유출구 및 기포 제거기(6)와 연결될 수 있다.
- 가열-냉각 플레이트(11)의 형태로 관류액의 온도를 조정하기 위한 수단이 장착되는 관류액 용기(1). 상기 가열-냉각 플레이트의 온도는 펠티에르 모듈(27)에 의해 조정되었고, 여기서 상기 관류액 용기(1)는 적어도 하나의 제1 라인(17)과 적어도 하나의 제2 라인(18)에 의해 챔버(2)와 연결되었고, 상기 제1 라인을 통해서, 관류액은 작동 동안에 관류액 용기(1)로부터 장기 챔버(2)로 유동할 수 있고, 그리고 상기 제2 라인을 통해서, 관류액은 작동 동안에 장기 챔버(2)로부터 관류액 용기(1)로 유동할 수 있다.
관류액의 온도는 장기 챔버(2) 및 관류액 용기(1)의 가열-냉각 회로, 장기 챔버(2)의 온도 센서(30), 관류액 용기(1)의 온도 센서(31), 제어 시스템, 및 가열 또는 냉각 유체의 유동을 제공하는 펌프(9)에 의해 조정되었다. 장기 챔버(2)는 가열-냉각 회로(13)를 구비하여, 가열 또는 냉각 유체의 유동을 가능하게 한다.
- 효소 전극에 기초한 센서(25), 전자 측정 시스템 및 포도당-함유 유체를 투약하기 위한 펌프(9)를 포함하는, 관류액의 포도당 농도를 측정하고 포도당을 관류액에 투약하기 위한 수단(4). 효소 전극이 사용되었고, 이러한 효소 전극은 관류액과 직접 접촉하는 유동 시스템에서의 측정을 위해 특별히 설계된 일회용 장치이다. 포도당 농도 데이터는 사용자의 패널에 디스플레이 되었고, 이러한 판독에 기초하여, 영양보충 유체가 자동적으로 또는 조작자가 필요로 할 때, 시스템 제어 수단에 의해 투여되었다.
- 관류액의 pH를 측정하고, pH 전극, 전자 측정 시스템 및 pH를 조정하기 위한 물질을 투약하기 위한 펌프(9)를 포함한, 관류액의 pH를 조정하기 위해 물질을 투약하기 위한 수단(3).
- 관류액 용기(1)의 스윙 기구(16)의 형태로 제공된, 관류액 무접촉 혼합을 위한 수단. 스윙 기구(16)는 관류액 용기(1)로부터 스윙 운동을 일으켰다.
- 관류액 버블트랩(장기 챔버(2) 직전에 위치된 기포 제거기(6))를 포함한, 관류액으로부터 공기 제거를 위한 수단.
- 시스템의 작동 동안에 관류액 용기(1)로부터 장기 챔버(2)로 유동하고, 관류액의 압력을 포함하는, 관류액의 유동 파라미터의 측정 및 제어를 위한 수단. 관류액의 유동 파라미터의 측정 및 제어를 위한 수단이 전자-기계적 멤브레인 압력 센서(7), 전자 제어 시스템 및 연동 펌프(9)를 포함하였다. 압력 측정이 무접촉 방식으로 행해졌다. 관류액은 가요성 멤브레인에 의해 센서(7)로부터 분리되었다. 관류 압력은 시스템 제어 수단을 사용하여 사용자 패널 상에서 관류 조작자에 의해 설정되었다. 시스템 제어 수단은 설정 압력을 달성하기 위하여 자동적으로 유동율을 선택하였다. 최대 허용가능한 유동율이 또한 사용자 패널에서 사전 설정되었다.
- 실시예 1에서의 시스템과 매칭된 시스템 제어 시스템. 시스템 제어 수단은 장기 챔버(2)의 회전 제어를 또한 가능하게 하였다.
실시예 3
실시예 1의 돼지 신장의 배양을 위하여, 실시예 1의 시스템에 대응되는 시스템이 사용되었고, 이 시스템에서 관류액 용기(1)에는 스윙 기구(16)가 장착되지 않았고 상기 용기는 펠티에르 모듈(27)을 사용되어 가열된다. 용기(1)는 그 하부 부분에 위치된 포트를 구비한 원통형 형상을 취하였다(도 13). 관류액의 무접촉 혼합은, 관류액 용기(1)의 반대 측에 산소공급기(5) 회로의 관류액 유입구 및 유출구가 배치됨으로써, 용기(1)에서의 와류 운동을 상기 용기의 원통형 벽부에 접선 방향으로 유도하여 달성되었다. 산소공급기(5) 회로의 유입구 및 유출구에서의 유체 유동 아웃풋은 0과 2 L/min 사이로 설정되었다. 관류액의 가열이나 냉각은 워터 자켓(33)을 사용하여 행해졌다. 관류액 용기(1)는 3D 프린팅 기술로 만들어졌다.
1 관류액 용기
2 장기 챔버
3 pH 측정 수단 4 포도당 농도 측정 수단;
5 산소공급기 6 기포 제거기
7 관류액의 압력 센서 8 관류액의 샘플 채취 수단
9 연동 펌프
10 약제 및/또는 영양소 및/또는 관류액 성분용 용기
11 가열-냉각 플레이트 12 산소공급기의 가열-냉각 회로
13 장기 챔버의 가열-냉각 회로 14 관류액 손실 측정 수단
15 장기 챔버 회전용 회전 기구 16 관류액 용기의 스윙 기구
17 제1 라인 18 제2 라인
19 산소공급/포화 센서 20 GUI 프로세서
21 실시간 마이크로프로세서 22 TEC 제어기
23 스텝퍼 모터 제어기 24 온도 측정 시스템
25 포도당 센서 26 액체 레벨 센서
27 펠티에르 모듈 28 팬
29 스텝퍼 모터 30 장기 챔버의 온도 센서
31 관류액 용기의 온도 센서 32 산소공급기의 온도 센서
33 실시예 3의 관류액 용기의 워터 자켓
3 pH 측정 수단 4 포도당 농도 측정 수단;
5 산소공급기 6 기포 제거기
7 관류액의 압력 센서 8 관류액의 샘플 채취 수단
9 연동 펌프
10 약제 및/또는 영양소 및/또는 관류액 성분용 용기
11 가열-냉각 플레이트 12 산소공급기의 가열-냉각 회로
13 장기 챔버의 가열-냉각 회로 14 관류액 손실 측정 수단
15 장기 챔버 회전용 회전 기구 16 관류액 용기의 스윙 기구
17 제1 라인 18 제2 라인
19 산소공급/포화 센서 20 GUI 프로세서
21 실시간 마이크로프로세서 22 TEC 제어기
23 스텝퍼 모터 제어기 24 온도 측정 시스템
25 포도당 센서 26 액체 레벨 센서
27 펠티에르 모듈 28 팬
29 스텝퍼 모터 30 장기 챔버의 온도 센서
31 관류액 용기의 온도 센서 32 산소공급기의 온도 센서
33 실시예 3의 관류액 용기의 워터 자켓
Claims (16)
- 바람직하게는 기증자로부터 적출되는, 바람직하게는 췌장, 간, 신장, 폐, 심장, 소장, 대장, 갑상선, 피부, 뇌에서 선택되거나, 또는, 바람직하게는 3D 바이오프린팅 및/또는 4D 바이오프린팅 및/또는 전기방사 기술을 사용하여, 바람직하게는 유동 또는 혈관 시스템으로 프린트된 장기 및/또는 조직 모델 형태의 여러 기술을 사용하여 만들어진, 장기 또는 조직 모델의 저장 또는 배양을 위한 시스템으로서,
- 상기 시스템의 작동 동안에 내부에 배치된 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단이 장착된, 장기 또는 조직 모델용 챔버(2),
- 바람직하게는 가열-냉각 플레이트(11)를 포함하는, 시스템의 작동 동안에 내부의 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단이 장착되는 관류액 용기(1),
- 상기 관류액의 포도당 농도를 측정하고 상기 관류액으로 포도당을 투약하기 위한 수단(4),
- 상기 관류액의 pH를 측정하고 상기 관류액의 pH를 조정하도록 물질을 투약하기 위한 수단(3),
- 상기 관류액의 무접촉 혼합을 위한 수단,
- 단위 시간 당 단위 볼륨으로 표현되는 관류액 아웃풋 및/또는 관류액 압력을 포함하는, 상기 관류액의 유동 파라미터를 측정하고 제어하기 위한 수단,
- 선택적으로, 관류액에서의 젖산염 농도, 관류액에서의 나트륨 이온의 농도, 관류액에서의 염소 이온의 농도, 관류액에서의 칼륨 이온의 농도, 관류액의 산소공급 레벨에서 선택되는 하나 이상의 파라미터를 측정하고 제어하기 위한 수단을 포함하고,
상기 관류액의 온도를 측정하고 조정하기 위한 수단은 바람직하게는 워터 자켓을 포함하고,
상기 관류액 용기(1)는 적어도 하나의 제1 라인(17)과 적어도 하나의 제2 라인(18)에 의해 장기 챔버(2)에 연결되고, 작동 동안에 상기 제1 라인(17)을 통해 관류액이 관류액 용기(1)로부터 장기 챔버(2)로 유동할 수 있고, 그리고 작동 동안에 상기 제2 라인을 통해, 상기 관류액이 장기 챔버(2)로부터 관류액 용기(1)로 유동할 수 있고,
상기 시스템은 상기 시스템의 작동 동안에, 상기 관류액을 상기 장기 챔버(2)와 상기 관류액 용기(1) 사이에서 순환시키도록 구성되는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 장기 챔버(2)에서의 관류액의 온도, 상기 관류액 용기(1)에서의 관류액의 온도, 상기 관류액에서의 포도당의 농도, 상기 관류액의 pH, 단위 시간당 단위 볼륨으로 표현되는 상기 관류액의 아웃풋 및/또는 상기 관류액의 압력을 포함하는 관류액 유동의 파라미터, 상기 관류액에서의 젖산염의 농도, 상기 관류액에서의 나트륨 이온의 농도, 상기 관류액에서의 염소 이온의 농도와 상기 관류액에서의 칼륨 이온의 농도, 상기 관류액의 산소공급 레벨 중에서 선택된 적어도 하나의 파라미터에 대한 측정 값을 얻도록 구성되고 프로그램된 시스템 제어 수단을 더 포함하고,
상기 시스템 제어 수단은 상기 적어도 하나의 파라미터의 사전결정된 기준에 기초하여, 자동 및/또는 수동 조정을 위해 또한 구성되고 프로그램되는, 시스템. - 제2항에 있어서, 관류액의 산소공급을 측정 및 제어하기 위한 수단 및/또는 관류액으로부터 공기 제거를 위한 수단을 더 포함하고,
상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 관류액 산소공급 측정 값과, 사전결정된 기준에 기초하여, 관류액 산소공급의 자동 및/또는 수동 조정을 얻도록 구성되고 프로그램되는, 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 상기 시스템으로부터 제거된 관류액의 무게 판독에 기초하여, 상기 관류액의 손실 및 보충을 측정하기 위한 수단(14)을 더 포함하고,
상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 사전결정된 기준에 기초로, 관류액의 자동 및/또는 수동 보충을 위해 구성되고 프로그램되는, 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 관류액의 무접촉 혼합을 위한 수단은 관류액 용기(1)를 스윙시키기 위한 스윙 기구(16)로서 제공되고, 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 상기 관류액 용기(1)의 스윙을 자동 및/또는 수동 조정하도록 구성되고 프로그램되는, 시스템.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 관류액의 산소공급은 산소공급기(5)로써 실행되고, 이 산소공급기는 산소공급기(5) 회로를 형성하도록 상기 관류액 용기(1)에 주변에 연결되고, 그리고 상기 관류액의 무접촉 혼합을 위한 수단은 관류액 용기(1)의 원통형 디자인의 형태로 제공되고, 상기 관류액 용기에서, 상기 시스템의 작동 동안에, 상기 관류액은 상기 관류액 용기(1)에서의 산소공급기 회로(5)의 유입구와 유출구를 상기 관류액 용기(1)의 반대 측에 배치함으로써, 상기 관류액 용기(1)의 원통형 벽부에 접선방향으로 혼합되는, 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관류액의 샘플을 채취하기 위한 수단(8)을 더 포함하는, 시스템.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장기 챔버(2)는 시스템의 작동 동안에 장기 챔버(2)를 회전시킬 수 있는 회전 기구(14)를 포함하고, 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 장기 챔버(2)의 회전을 자동 및/또는 수동으로 조정하도록 구성 및 프로그램되고, 상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 적어도 2시간 동안에 매 30분 마다 180°만큼 장기 챔버(2)를 회전시키거나 또는 적어도 2시간 동안 매 15-60분 마다 90°만큼 적어도 4회 회전시키도록 구성되고 프로그램되는, 시스템.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장기 챔버(2) 및/또는 상기 관류액 용기(1) 및/또는 상기 관류액의 산소공급을 측정하고 제어하기 위한 수단은 0 내지 37 ℃ 범위로 온도를 제어하기 위한 수단을 구비하는, 시스템.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 약제 및/또는 영양소 및/또는 관류액 성분을 투약하기 위한 추가 수단을 더 포함하고,
상기 시스템 제어 수단은 바람직하게는 사전결정된 기준을 기초로, 약제 및/또는 영양소 및/또는 관류액 성분을 자동 및/또는 수동으로 투약하도록 구성되고 프로그램되는, 시스템. - 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관류액 용기(1)와 상기 장기 챔버(2) 사이의 제1 라인(17)에 장착된 기포 제거기(6)에 의해, 그리고 상기 관류액 용기(1)와 상기 장기 챔버(2) 사이의 관류액의 이동에 의하여 관류액에서 공기가 제거되고, 그리고 시스템의 작동 동안에 반대되는 상황이 적어도 하나의 펌프(9), 바람직하게는 연동 펌프에 의해 실행되는, 시스템.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 시스템의 사용으로서,
기증자로 적출되거나 또는 여러 기술, 바람직하게는 3D 바이오프린팅 및/또는 4D 바이오프린팅 및/또는 전기방사로 만들어진 장기 또는 조직 모델의 저장 및/또는 배양을 위한 시스템의 사용. - 제12항에 있어서, 상기 시스템은 3D 바이오프린트된 장기의 배양을 위해 사용되고, 바람직하게는 상기 회전 기구(14)는 내피 세포를 갖는 혈관 시스템의 군체형성의 단계에서 사용되는, 시스템의 사용.
- 제12항에 있어서, 상기 장기 또는 조직 모델의 질환의 상태나 발달이 저장 및/또는 배양 동안에 평가되는, 시스템의 사용.
- 제14항에 있어서, 상기 장기 또는 조직 모델의 질환의 상태나 발달에 대한 생물학적 활성 물질의 영향이 저장 및/또는 배양 동안에 분석되는, 시스템의 사용.
- 제14항에 있어서, 상기 장기 또는 조직 모델의 상태에 대한 약리학 및/또는 유전자 치료의 효능이 저장 및/또는 배양 동안에 평가되는, 시스템의 사용.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20461600 | 2020-12-22 | ||
| EP20461600.7 | 2020-12-22 | ||
| PCT/IB2021/062190 WO2022137164A1 (en) | 2020-12-22 | 2021-12-22 | A system for storing or cultivating of an organ or tissue model and uses thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230150785A true KR20230150785A (ko) | 2023-10-31 |
Family
ID=74586706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237023670A KR20230150785A (ko) | 2020-12-22 | 2021-12-22 | 장기 또는 조직 모델의 저장이나 배양을 위한 시스템및 그의 사용 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240032528A1 (ko) |
| EP (1) | EP4266880A1 (ko) |
| JP (1) | JP2024500116A (ko) |
| KR (1) | KR20230150785A (ko) |
| CN (1) | CN116685672A (ko) |
| AU (1) | AU2021405399A1 (ko) |
| CA (1) | CA3202658A1 (ko) |
| IL (1) | IL303964A (ko) |
| WO (1) | WO2022137164A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102625965B1 (ko) * | 2023-09-20 | 2024-01-17 | 백명현 | 개별 제어가 가능한 보관함을 포함하는 3d 프린터 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996029865A1 (en) | 1995-03-27 | 1996-10-03 | Organ, Inc. | Organ evaluation and resuscitation device and method |
| US8409846B2 (en) | 1997-09-23 | 2013-04-02 | The United States Of America As Represented By The Department Of Veteran Affairs | Compositions, methods and devices for maintaining an organ |
| EP1392113A1 (en) * | 2001-05-04 | 2004-03-03 | Breonics, Inc. | Organ chamber for exsanguinous metabolic support system |
| WO2006118990A2 (en) | 2005-04-29 | 2006-11-09 | Transplan, Inc. | Method and device for organ perfusion |
| GB2450761B (en) * | 2007-07-06 | 2010-08-04 | Univ London | Multi-functional chamber for housing a biological component |
| US9320269B2 (en) * | 2009-09-25 | 2016-04-26 | John Brassil | Organ preservation system |
| EP3107080A4 (en) * | 2014-02-12 | 2017-07-26 | Olympus Corporation | Pseudo-human body device |
| US11083191B2 (en) | 2014-12-12 | 2021-08-10 | Tevosol, Inc. | Apparatus and method for organ perfusion |
| WO2018127554A1 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | Novahep Ab | Methods of preparing bioengineered or bioprinted organ or tissue, and uses thereof |
| WO2019122351A1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-27 | Cellink Ab | Tissue-specific human bioinks for the physiological 3d-bioprinting of human tissues for in vitro culture and transplantation |
| CN110402921A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-05 | 临海迪萨智能技术有限公司 | 一种离体动物肝脏的常温携氧灌注装置 |
-
2021
- 2021-12-22 JP JP2023536498A patent/JP2024500116A/ja active Pending
- 2021-12-22 AU AU2021405399A patent/AU2021405399A1/en active Pending
- 2021-12-22 KR KR1020237023670A patent/KR20230150785A/ko unknown
- 2021-12-22 CN CN202180087218.3A patent/CN116685672A/zh active Pending
- 2021-12-22 IL IL303964A patent/IL303964A/en unknown
- 2021-12-22 WO PCT/IB2021/062190 patent/WO2022137164A1/en active Application Filing
- 2021-12-22 EP EP21841013.2A patent/EP4266880A1/en active Pending
- 2021-12-22 US US18/268,481 patent/US20240032528A1/en active Pending
- 2021-12-22 CA CA3202658A patent/CA3202658A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL303964A (en) | 2023-08-01 |
| US20240032528A1 (en) | 2024-02-01 |
| WO2022137164A1 (en) | 2022-06-30 |
| AU2021405399A9 (en) | 2024-02-08 |
| AU2021405399A1 (en) | 2023-07-06 |
| JP2024500116A (ja) | 2024-01-04 |
| CN116685672A (zh) | 2023-09-01 |
| CA3202658A1 (en) | 2022-06-30 |
| EP4266880A1 (en) | 2023-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9320269B2 (en) | Organ preservation system | |
| US5338662A (en) | Organ perfusion device | |
| AU2015271799B2 (en) | Ex vivo organ care system | |
| ES2795453T3 (es) | Métodos y aparatos para el soporte de órganos | |
| JP2023049049A (ja) | 器官維持および輸送のためのシステムならびに方法 | |
| WO2009138446A2 (en) | Device for the preservation of a hepatic graft in normothermia | |
| CN109362710A (zh) | 肝脏灌注装置 | |
| CN104705288A (zh) | 亚常温移植器官体外智能支持系统与方法 | |
| JPH10512159A (ja) | 生物人工肝臓のための培養製品 | |
| EP2747804A1 (en) | Organ chamber for ex vivo warm perfusion | |
| KR20230150785A (ko) | 장기 또는 조직 모델의 저장이나 배양을 위한 시스템및 그의 사용 | |
| EA038473B1 (ru) | Устройство перфузионного кондиционирования донорского органа | |
| US20230284613A1 (en) | System and method for tissue maintenance, assessment, maturation, and rehabilitation | |
| Becker | Development of a long-term ex vivo liver perfusion system | |
| Smith | Studies with a pulsatile pump-oxygenator system for preservation of canine kidneys |