KR20240052713A - 미세유체 세포 배양 장치 및 세포 배양 방법 - Google Patents

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KR20240052713A
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porous membrane
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프라틱 싱
호앙 응우옌
투오마스 누르미
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핀어드밴스 오와이
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Abstract

세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(microfluidic cell culture device)(100)가 개시된다. 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)는 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs)(102, 104); 비평면 표면(108)을 가진 제1 미세유체 챔버(106); 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버(110); 상기 제1 미세유체 챔버(106)와 상기 제2 미세유체 챔버(110)를 분리시키며, 상기 제1 미세유체 챔버(106)의 비평면 표면(108)에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane)(112); 및 상기 제1 미세유체 챔버(106)를 상기 2개 이상의 배지 저장소들(102, 104)에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126);을 포함한다. 또한, 전술한 미세유체 세포 배양 장치(100)를 사용하는 세포 배양 방법도 개시된다.

Description

미세유체 세포 배양 장치 및 세포 배양 방법
본 개시는 일반적으로 세포 배양 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(microfluidic cell culture device)에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 세포 배양 방법에 관한 것이다.
세포들은 생체 내(in-vivo)에서 성장하고 분화하는 고유한 특성을 가진다. 그러나, 세포들은 유기체와 관련된 생체 내 과정들을 시뮬레이션하기 위해 체외(in-vitro)에서 성장될 수도 있다. 특히, 체외 세포 배양 분석은 다양한 세포 상호작용, 세포 상처 및 치유 메커니즘 등을 평가하는 중요한 수단이었다. 그러나, 다양한 세포 모델들, 예를 들어 뇌, 척수, 말초 신경 및 신경근 접합부와 같은 세포들로부터의 신경계 모델들은 체외 세포 배양 분석을 사용하여 복제하거나 연구하기 어려운데, 대부분의 경우, 이러한 분석은 자연 환경(natural setting)에서 다단계 세포 상호작용을 설명하지 못하기 때문이다. 따라서, 신경계 모델은 멤브레인 모델 또는 채널 모델을 사용하여 연구될 수 있다.
멤브레인 모델들은 일반적으로 다공성 멤브레인을 세포 부착 및/또는 세포들에 영양 배지(nutrient media)를 공급하기 위한 지지체(scaffold)로 사용한다. 일반적으로, 다공성 멤브레인들을 포함하는 미세유체 장치는 혈관 모델들과 같은 다양한 세포 모델들을 복제하고 연구하기 위해 채용될 수 있다. 그러나, 이러한 미세유체 장치들은 뇌 연구, 즉 신경계 모델들, 예를 들어 신경 세포들에 대한 다양한 압력의 영향을 결정하는 데 최적화되어 있지 않다. 일반적으로, 이러한 미세유체 장치들 내의 다공성 멤브레인들은 신뢰 가능한 장치를 만들기 위해 가해지는 압력(배양 챔버들을 통해 멤브레인에 가해지는 액체 압력 또는 멤브레인에 가해지는 기계적 압력)을 처리하지 못한다. 더욱이, 미세유체 장치들의 다공성 멤브레인들은 종종 단단하고 부서지기 쉬우며 찢어지기 쉬워서 신뢰할 수 없는 장치를 만든다. 또한, 다공성 멤브레인들은 뉴런의 축삭돌기 성장(neuronal axon growth)을 안내하는 데 열악한 단점을 가지며, 이에 따라 회백질 외부의 신경 손상을 정확하게 모델링하는 데 사용될 수 없다.
최근에는, 종래의 미세유체 장치들과 관련된 문제점들을 해결하기 위해 미세유체 가압 장치들(microfluidic pressing devices)이 제조되었다. 이러한 미세유체 가압 장치들은 미세유체 가압 장치를 2개의 부분들로 분리하고, 미세유체 가압 장치 내의 적절한 위치에 배치된 기판 상에서 성장된 세포 배양물을 가압하기 위해 비-다공성 멤브레인을 채용한다. 그러나, 기존의 미세 유체 가압 장치들은, 뇌 외상을 모방하려고 할 때 비-다공성 멤브레인들이 생리학적으로 관련된 수준에서 챔버 압력들의 차이가 너무 높아지도록 하기 때문에, 뇌 연구, 즉 신경계 모델들에는 최적화되어 있지 않다.
채널 모델들은 신경계 세포 배양을 수용하는 데 더 적합하며, 신경 세포가 성장할 수 있는 특정 채널, 튜브, 젤(gel) 등을 따라서 신경 축삭돌기를 형성하는 것을 목표로 한다. 뉴런들은 축삭돌기 성장을 위한 물리적 가이드를 필요로 한다는 것이 이해될 것이다. 기존의 미세유체 채널-기반 장치들은 신경계 세포 배양물을 채널들 내에 수용하고 신경계 세포 배양물에 압력을 가하여 손상이나 출혈을 일으키도록 설계된다. 그러나, 이러한 채널들의 대부분은 좁고 그 제조 재료가 플라스틱이나 폴리실리콘이며, 이에 따라, 공기나 액체 압력을 사용하여 제어되는 방식으로 이러한 채널들에 압력을 가하는 것이 어렵다. 이 때문에, 이러한 미세유체 채널-기반 장치들은 주로 낮은 적용 압력으로 인해 뇌 손상을 연구하는 데 비실용적이다.
현재, 마우스 모델들(mouse models)이 신경계 모델들을 연구하는 데 사용된다. 이러한 마우스 모델들은 일반적으로 표준적인 힘으로 마우스 두개골을 가격하는 것을 수반하며, 이에 따라 뇌 손상 또는 출혈을 일으키고, 결국 데이터 수집을 위해 마우스를 희생시킨다. 그러나, 동물 모델들은 인간의 신경계 모델을 복제하는 데 그다지 효율적이지 않으며, 더욱이, 윤리적으로 문제가 있다. 또한, 마우스는 마우스당 오직 하나의 데이터 포인트를 산출하기 위해 몇 달 만에 번식하고 성장하기 때문에, 특수 제작된 시설, 숙련된 기술자, 및 긴 대기 시간과 관련하여 높이 비용이 든다. 또한, 마우스 모델은 인간의 빈번한 개입이 요구되기 때문에 기존의 기술들을 비효율적으로 만든다.
따라서, 전술한 논의를 고려할 때, 특히 신경 조직 손상의 연구를 위한 기존의 세포 배양 기술과 관련된 단점들을 극복할 필요성이 존재한다.
본 개시는 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치를 제공하고자 한다. 본 개시는 또한 세포 배양 방법을 제공하고자 한다. 본 개시는 체외 세포 배양의 기존 문제점에 대한 해결책과 다양한 세포 상호작용 및/또는 과정들의 이해를 제공하고자 한다.
본 개시의 목적은 종래 기술에서 직면한 문제점들을 적어도 부분적으로 극복하고, 세포들, 특히 뇌 세포의 상처 및 치유를 분석하거나, 예를 들어 약물들, 치료제, 독소, 오염 물질, 등과 같은 잠재적인 물질들을 시험하는 목적으로 세포들의 최적 성장에 의해 정의된 더 높은 품질의 세포들을 달성하는 미세유체 세포 배양 장치를 위한 효율적이고 신뢰 가능한 설계를 제공하는 해결책을 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 개시의 실시예는 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(microfluidic cell culture device)를 제공하며, 상기 미세유체 세포 배양 장치는:
- 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs);
- 비평면 표면을 가진 제1 미세유체 챔버;
- 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버;
- 상기 제1 미세유체 챔버와 상기 제2 미세유체 챔버를 분리시키며, 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane); 및
- 상기 제1 미세유체 챔버를 상기 2개 이상의 배지 저장소들에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들;을 포함한다.
다른 측면에서, 본 개시의 실시예는 미세유체 세포 배양 장치를 사용하는 세포 배양 방법을 제공하며, 상기 미세유체 세포 배양 장치는:
- 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs);
- 비평면 표면을 가진 제1 미세유체 챔버;
- 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버;
- 상기 제1 미세유체 챔버와 상기 제2 미세유체 챔버를 분리시키며, 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane); 및
- 상기 제1 미세유체 챔버를 상기 2개 이상의 배지 저장소들에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들;을 포함하며,
상기 방법은 생체 물질(biological material)을 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면상에서 배양하는 단계를 포함한다.
본 개시의 실시예들은 종래 기술의 전술한 문제점들을 실질적으로 제거하거나 적어도 부분적으로 해결하고, 상기 미세유체 세포 배양 장치 내에 배지(media)의 효과적인 공급을 가능하게 하며, 세포들의 최적 성장을 위해 사용된 영양 배지의 개선된 제거를 가능하게 한다. 유익하게도, 상기 미세유체 세포 배양 장치 설계는 제1 미세유체 챔버 내의 유체 압력을 변경함으로써 뇌의 유체 압력 증가를 연구하기 위해 인간 신경계를 모델링하는 데 적합하며, 이에 따라 다양한 유형의 뇌 손상을 모델링하기 위해 훨씬 더 복잡하고, 조정 가능하며, 반복 가능한 시스템들을 제공한다.
본 개시의 추가적인 측면들, 이점들, 특징들 및 목적들은 첨부된 청구항들과 관련하여 해석되는 예시적인 실시예들의 상세한 설명 및 도면들로부터 명백해질 것이다.
본 개시의 특징들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다양한 조합들로 쉽게 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
위의 요약뿐만 아니라 예시적인 실시예들의 다음의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해된다. 본 개시들 도시할 목적으로, 본 개시의 예시적인 구성들이 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시는 여기에 개시된 특정 방법들과 수단들에 제한되지 않는다. 더욱이, 당업자는 도면들이 축척에 맞지 않는다는 것을 이해할 것이다. 가능한 한, 유사한 요소들은 동일한 참조번호들로 표시되었다.
본 개시의 실시예들은 이제 다음의 도면들을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1과 2는 각각 본 개시의 실시예에 따른 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치의 사시도와 확대도이며;
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 세포 배양 방법의 단계들의 흐름도이다.
첨부된 도면들에서, 밑줄 있는 참조번호는 밑줄이 있는 참조번호가 위치하는 항목 또는 밑줄이 있는 참조번호에 인접한 항목을 나타내기 위해 사용된다. 밑줄이 없는 참조번호는 밑줄이 없는 참조번호를 항목에 연결하는 선으로 식별되는 항목에 관한 것이다. 참조번호에 밑줄이 없고 관련된 화살표가 있을 때, 밑줄이 없는 참조번호는 화살표가 가리키는 전반적인 항목을 식별하는 데 사용된다.
실시예들의 상세한 설명
다음의 상세한 설명은 본 개시의 실시예들 및 이들이 구현될 수 있는 방식들을 예시한다. 본 개시내용을 수행하는 몇몇 모드들이 개시되었지만, 당업자는 본 개시를 수행하거나 실행하기 위한 다른 실시예들도 가능하다는 것을 인식할 것이다.
일 측면에서, 본 개시의 실시예는 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(microfluidic cell culture device)를 제공하며, 상기 미세유체 세포 배양 장치는:
일 측면에서, 본 개시의 실시예는 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(microfluidic cell culture device)를 제공하며, 상기 미세유체 세포 배양 장치는:
- 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs);
- 비평면 표면을 가진 제1 미세유체 챔버;
- 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버;
- 상기 제1 미세유체 챔버와 상기 제2 미세유체 챔버를 분리시키며, 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane); 및
- 상기 제1 미세유체 챔버를 상기 2개 이상의 배지 저장소들에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들;을 포함한다.
다른 측면에서, 본 개시의 실시예는 미세유체 세포 배양 장치를 사용하는 세포 배양 방법을 제공하며, 상기 미세유체 세포 배양 장치는:
- 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs);
- 비평면 표면을 가진 제1 미세유체 챔버;
- 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버;
- 상기 제1 미세유체 챔버와 상기 제2 미세유체 챔버를 분리시키며, 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane); 및
- 상기 제1 미세유체 챔버를 상기 2개 이상의 배지 저장소들에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들;을 포함하며,
상기 방법은 생체 물질(biological material)을 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면상에서 배양하는 단계를 포함한다.
본 개시는 전술한 미세유체 세포 배양 장치를 제공한다. 상기 미세유체 세포 배양 장치는 신경계 세포 배양을 위해 성장하는 세포들이 원하는 위치에 위치하고 신경계 모델들을 모방하도록 안내하기 위한 미세유체 채널들을 가진다. 상기 미세유체 세포 배양 장치는 세포들 또는 오가노이드(organoid), 스페로이드(spheroid), 조직 조각, 등과 같은 임의의 세포-함유체들(cell-containing bodies)의 배양을 허용한다. 또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 세포들의 최적 성장 및 시험 목적을 위해 신선한 세포들(즉, 생체 샘플), 영양 공급 및 다양한 피분석물들(analytes)을 연속적으로 제공하도록 설계된다. 또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 인간 조직들과 장기들 내의 유체 흐름을 효과적으로 모방함으로써 성장 시 세포들의 효율적인 생산을 제공한다. 본 개시의 장치는, 예컨대, 파손된 두개골이 일으킬 수 있는 뇌 손상을 시뮬레이션하기 위해, 구형의 오가노이드들을 상기 장치 내에 추가하고, 이들을 장치의 중앙에 가두며, 이들에 압력을 가함으로써, 뇌 오가노이드(brain organoid)를 연구할 수 있게 한다. 또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 세포들의 상처와 치유를 실시간으로 연구하기 위한 전체적인 에너지, 시간 및 비용 효율적인 해결책이다. 유리하게는, 적용되는 압력은, 예를 들어 다양한 유형의 뇌 손상을 연구하기 위한 세포 유형 또는 실험 유형에 기초하여 강도 또는 적용 시간(밀리초에서 분까지의 범위) 측면에서 조정할 수 있다. 또한, 유리하게는, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 채널-기반 미세유체 장치들뿐만 아니라 종래의 멤브레인-기반 미세유체 가압 장치들과 관련하여 뇌 연구가 불가능하다는 문제점을 해결한다. 또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치(및 이를 사용하는 방법)는 사전-임상 뇌 외상 연구 분야에서 인간 세포를 사용하여 높은 처리량으로 뇌 손상을 평가할 수 있게 하고 동물 모델들의 사용을 피할 수 있게 한다.
본 개시에서는, 세포 배양을 위해 상기 미세유체 세포 배양 장치가 사용된다. 여기에서 사용되는 "세포 배양(cell cultivation)"이라는 용어는 제어되는 조건들 하에서 인위적으로 생성된 환경에서 적은 수의 세포들로부터 많은 수의 세포들로 성장률(growth rate) 가지는 세포들을 성장시키는 과정을 지칭한다. 상기 제어되는 조건들은 세포들의 최적 성장에 적합하며, 성장을 위한 적합한 용기, 성장 배지(growth media)(영양 공급물, 성장 인자들, 호르몬 포함), 및 물리화학적 파라미터들(예컨대, pH, 삼투압, 습도, 온도, 멸균 상태들)을 포함한다. 또한, 적은 수의 세포들(즉, 접종원(inoculum))이 상기 장치를 위한 입력으로서 제공되며, 더 많은 수의 세포들(즉, 배양된 세포들)가 출력으로서 수용된다. 원하는 세포들의 성장이 달성된 후에 새로운 세포들이 추가될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 세포들은 성장 배지와 하나 이상의 피분석물들 내에서 배양될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 피분석물들은 세포들 및/또는 다양한 세포 과정들에 대한 하나 이상의 피분석물들의 영향을 모니터링하기 위해 세포 배양물에 추가된다. 선택적으로, 하나 이상의 피분석물들은 치료제, 약물, 오염 물질 및 독소를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 선택적으로, 다양한 세포 과정들은 성장 및 재생, 분화, 운동성, 분열, 유착, 분비, 사멸, 유전자형, 표현형, 대사를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 개시 전체에 걸쳐, 여기에서 사용되는 "미세유체 세포 배양 장치"라는 용어는 자연의 생체 환경을 모방하고 그 내부의 세포와 같은 생체 물질을 위한 체외 미세-생리학적 환경을 조성하는 장치를 지칭한다. 이와 관련하여, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 생체 물질의 성장을 위한 살아있는 세포와 같은 조건들을 제공하기 위해 미세유체 흐름, 혈관계 및 장벽들(barriers)을 통합한다. 특히, 생체 물질은 최적의 성장 조건들에서 세포들을 증식시킴으로써 성장하기 위한 선천적인 메커니즘을 가지고 있다. 상기 성장 배지와 상기 미세유체 세포 배양 장치는 이러한 최적 조건들, 예를 들어, 생체 물질의 성장에 적합한 온도, pH, 영양분, 수분, 가스 교환, 등을 제공한다. 더욱이, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 단일의 콤팩트하고 쉽게 취급할 수 있는 유닛 내에 생체 물질을 배양하는 데 필요한 모든 구성요소들을 포함한다. 상기 미세유체 세포 배양 장치는 세포들을 성장시키고 세포 상호작용, 세포 상처 및 치유 메커니즘 등을 연구하는 데 채용될 수 있다. 또한, 이러한 미세유체 세포 배양 장치는 다양한 약리학적 또는 독성학적 화합물들이 세포들에 미치는 영향을 분석하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 개시의 미세유체 세포 배양 장치는 다양한 세포 배양 및 세포 과정에 적합하도록 다양한 형상(예컨대, 둥근 또는 평면), 크기 및 구성일 수 있다. 선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 정사각형 프리즘, 직사각형 프리즘, 실린더, 구형, 디스크, 슬라이드, 칩, 필름, 플레이트, 패드, 튜브, 스트랜드(strand), 박스 등과 같은 상이한 형상들일 수 있다. 선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 그 내부의 내용물을 쉽게 조작할 수 있도록 상이한 크기들일 수 있으며, 다양한 표준 실험실 장비, 예컨대 마이크로타이터 플레이트(microtiter plate), 다중 채널 피펫터(pipettor), 현미경, 잉크젯 유형 어레이 스포터(spotter), 포토리소그래피 어레이 합성 장비, 어레이 스캐너 또는 판독기, 형광 검출기, 적외선(IR) 검출기, 질량 분석기, 열순환기, 고처리량 기계, 로보틱스 등과 호환될 수 있다.
선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는, 폴리디메틸실록산(PDMS), FlexdymTM 폴리머, 티올렌 폴리머, UV 경화형 에폭시 수지계 포토레지스트, PMMA, 폴리스티렌, PLGA, 연질 열가소성 엘라스토머(sTPE), 스티렌계 블록 공중합체(BCP), SU-8 폴리머, 또는 이들의 임의의 조합 중 임의의 것으로부터 선택된 제조 재료를 사용하여 제조된다. 특히, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 전형적으로 세포 배양에 적합하고, 방수성이고, 사용 중에 다양한 생물학적 및/또는 생화학적 과정들의 영향을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강한 제조 재료로 제조된다. 선택적으로, 상기 제조 재료는 최적의 흐름 속도, 미세유체, 생리학적 조건 등을 제공하여 생체 물질의 자연적 기능을 모방한다. 일 예에서, 상기 미세유체 세포 배양 장치의 제조 재료는 직접적인 접촉 없이 이를 통과하는 2개의 액체들 또는 액체와 기체 사이에서 가스 분자들 또는 작은 분자들의 지속적인 교환을 허용한다. 이러한 분자들의 간접적인 확산은 세포들을 신선하고 장기간 동안 살아있도록 유지한다. 상기 미세유체 세포 배양 장치는 제조 재료의 다수의 층들을 사용하여 제조된다. 전형적으로, 상기 제조 재료의 다수의 층들은 성장하는 세포들의 무게를 지탱하고 다양한 과정들을 수행하기에 충분한 두께를 가진다.
선택적으로, 제조 및 가공 기술들은 사출 성형, 오버 몰딩(over moulding), 3차원 인쇄, 포토리소그래피, 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 예에서, 탄소와 실리콘을 함유하는 광-유기 폴리머(mineral-organic polymer)인 PDMS(Polydimethylsiloxane)가 상기 미세유체 세포 배양 장치 제조를 위한 제조 재료로 사용된다. 특히, PDMS는 생체 적합성, 투명성, 유연성, 가스 투과성, 낮은 용해도 및 낮은 표면 장력을 가지는 것으로 알려져 있다. 이 예에서, 상기 미세유체 세포 배양 장치를 제조하는 것은 PDMS 베이스 모노머를 가교제(cross-linking agent)(PDMS 경화용)와 혼합하고, 생성된 혼합물을 원하는 형상 및 크기의 미세 구조의 금형 내에 주입하며, 금형의 엘라스토머 복제품을 얻기 위해 최적의 온도를 가하는 것을 포함한다. 더욱이, PDMS의 다수의 층들은 서로 위에 적층되어 멤브레인들, 장벽들, 도관들, 및 원하는 대로 통합될 수 있는 다른 이러한 잠재적인 것들의 추가를 가능하게 하는 복잡한 기하구조를 가진 구조가 된다. 쌓여 막, 장벽, 도관 및 기타 원하는 대로 통합될 수 있는 잠재적인 것들을 추가할 수 있는 복잡한 기하학적 구조를 가진 구조가 됩니다. 상기 다수의 층들은 플라즈마 접합 또는 접착 재료를 사용하여 함께 접합된다. 또한, 선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 플라즈마 처리되고, 기포들을 제거하기 위해 에탄올과 완충액(buffer)으로 플러싱되며(flushed), 콜라겐, 피브로넥틴, 라미닌, 히알루론산, 다른 기질 단백질, 또는 이들의 조합과 같은 세포 접착성 물질을 함유한 코팅 용액이 도포된다. 통상적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 미리 결정된 시간 동안 인큐베이팅된(incubated) 후에 코팅 용액이 제거되며, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 생체 물질을 추가하기 전에 세척된다. 일 예에서, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 각각 100-3000 마이크로미터(㎛) 사이의 범위의 두께를 가지는 6개의 PDMS 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 두께의 상한은 1 또는 2cm일 수 있다. 상기 미세유체 세포 배양 장치의 각각의 층의 두께는 예를 들어 100, 500, 1000, 1500, 2000 또는 2500㎛로부터 500, 1000, 1500, 2000, 2500 또는 3000㎛까지일 수 있다. 대안적인 예에서, 상기 미세유체 세포 배양 장치를 제조하기 위해 다른 폴리실리케이트 재료 또는 플라스틱이 사용될 수 있다.
전술한 미세유체 세포 배양 장치는 단일 유닛이며, ANSI 웰 플레이트 포맷에 따른 높은 처리량의 웰 플레이트 포맷 칩들(well plate format chips) 또는 유닛들의 어레이들(arrays) 또는 다른 높은 처리량의 시스템을 형성하기 위해 이러한 유닛들이 다수 조합될 수 있다. 유리하게는, 이러한 높은 처리량 시스템들은 조직 상처 및 치유 모델들을 다중으로 수행(및 분석)할 수 있게 한다. 또한, 이러한 높은 처리량 시스템은 효율적인 자동화와 로봇 처리를 허용한다.
선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 향상된 광학적 선명도를 위해 투명 플레이트 또는 칩으로 설계되거나 또는 형광 및/또는 발광 연구에 사용하기 위해 코팅된 플레이트 또는 칩으로 설계될 수 있다. 유리하게는, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 클로닝(cloning), 인큐베이션, 스크리닝(screening) 등의 다양한 적용을 위해 다양한 표준 다중-웰 세포 배양 플레이트들에 적합하도록 사용될 수 있다. 일반적으로, 표준 다중-웰 세포 배양 플레이트들은 외부 치수가 일반적으로 2:3 직사각형 매트릭스로 정의되어 있다. 상기 표준 다중-웰 세포 배양 플레이트는, 예를 들어, 높은 처리량 분석을 위해 2×3, 3×4, 4×6, 6×8, 8×12, 16×24, 32×48 및 48×72 웰 매트릭스를 포함하는 표준 6, 12, 24, 48, 96, 384, 1536 및 3456-웰 세포 배양 플레이트로부터 선택될 수 있다. 결과적으로, 다중-웰 세포 배양 플레이트의 웰 치수, 직경 및 웰들 사이의 거리도 산업 표준에 따라 정의된다. 선택적으로, 본 개시의 미세유체 세포 배양 장치는 다중-웰 세포 배양 플레이트들의 웰들에 맞도록 시트들(sheets) 내에 대량으로 제조되며 구형과 같은 원하는 형상으로 펀칭될 수 있다. 이에 의해 둘러싸인 치수들과 부피들은 웰 자체보다 더 클 수 없다는 것이 이해될 것이다. 또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 다양한 다중-웰 세포 배양 플레이트 포맷들과 함께 사용함에 따라 동일한 외부 치수를 가져야 한다.
또한, 특정 웰 플레이트 포맷에서의 미세유체 세포 배양 장치의 치수들은 다중-웰 세포 배양 플레이트 포맷의 최대 길이와 다중-웰 세포 배양 플레이트 포맷의 최대 폭에 기초하여 정의될 수 있다. 상기 최대 길이는 제조 및 유용성 관점에서 관련이 있으므로 재료 무결성을 위해 웰 간 거리(즉, 미세유체 세포 배양 장치 내의 3개의 웰들)에서 미세유체 챔버 벽의 일부 최소 두께를 뺀 값의 배수로 계산된다. 마찬가지로, 상기 최대 폭은 웰 간 거리(즉, 미세유체 세포 배양 장치 내의 1개의 웰)에서 미세유체 챔버 벽의 일부 최소 두께를 뺀 값의 배수로 계산된다.
일 예에서, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 표준 384 웰 플레이트 포맷(웰 위치들에 대한 ANSI SLAS 4-2004(R2012) 마이크로플레이트 표준)과 함께 사용될 수 있다. 이러한 점에서, 상기 미세유체 세포 배양 장치의 내부 치수들은 예를 들어 3.7mm x 12.7mm(폭 x 길이)일 수 있다. 더욱이, 미세유체 세포 배양 장치의 내부 치수들은 1536 및 3456 웰 플레이트 포맷들에 대해 각각 대략 2배와 3배 감소할 것이다. 이와 관련하여, 3456 웰 플레이트 포맷 장치에 사용하기 위해서, 미세유체 세포 배양 장치의 내부 치수는 1.0mm x 4.0mm일 수 있다. 또한, 미세유체 세포 배양 장치의 높이는 5mm 내지 20mm의 범위일 수 있다. ANSI 표준에 따라 외부 치수들을 가지는 다중-웰 세포 배양 플레이트 포맷 내에 추가 웰들이 추가되는 경우 미세유체 세포 배양 장치의 길이가 증가할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 미세유체 세포 배양 장치의 외부 치수들도 표준 384 웰 플레이트 포맷(웰 플레이트 풋프린트 치수들 - ANSI/SLAS 1-2004(R2012))을 따를 것이라는 점이 이해될 것이다.
선택적으로, 세포 배양은 3차원 세포 배양이다. 여기에서 사용되는 "삼차원 세포 배양"이라는 용어는 생체 내 세포 성장과 유사한 3차원에서 성장하고 환경들과 상호작용하도록 제어되는 조건들 하에서 단일 또는 다수의 세포들을 배양하는 것을 지칭한다. 3차원 세포 배양은 세포들의 성장을 위해 무세포(acellular) 3차원 지지체(scaffold)(또는 기판) 또는 지지체가 없는 액체 현탁 배지(liquid suspension media)를 사용한다. 3차원 기판은 하이드로겔 매트릭스, 다공성 멤브레인 및 고체 지지체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 유리하게는, 3차원 세포 배양은 세포 부착 및 세포내 신호 전달을 위해 더 많은 접촉 공간을 가진 3차원 세포 배양을 제공한다. 유리하게는, 3차원 세포 배양은 약물 발견, 조직 공학 및 약리학 및 독성 연구, 예를 들어, 세포들에 대한 다양한 물질들의 영향을 분석하는 데 사용될 수 있다.
선택적으로, 3차원 세포 배양은 신경계 모방 세포 배양이다. 일 구현예에서, 미세유체 세포 배양 장치는 인간 신경계를 모델링하는 데 채용될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 장치는 뇌 세포들을 배양하고 및/또는 세포들에 상처(또는 손상)를 유도하며, 이어서 다른 세포들이 상호작용하여 야기된 손상을 극복하도록 설계될 수 있다.
선택적으로, 생체 물질은 세포, 세포 스페로이드, 오가노이드, 또는 조직 중 적어도 하나로 선택된다. 생체 물질은 성장률을 가지는 세포들 그룹으로부터 선택된다. 생체 샘플은 일반적으로 최적의 조건들 하에서 자연 환경으로부터 격리된다. 선택적으로, 생체 샘플의 격리 방법은 당업계에 공지된 통상적인 세포 격리 방법으로부터 선택되며, 따라서 본 개시의 간결성을 위해 여기에서 상세하게 설명되지 않았다. 선택적으로, 생체 물질은 세포계, 단층 배양 세포, 매트릭스에 내장된 세포, 기관, 미생물 배양물 또는 이들의 조합이다. 선택적으로, 생체 물질은 오가노이드 또는 스페로이드이다. 선택적으로, 생체 물질의 크기는 1 내지 6mm의 범위일 수 있다. 전형적으로, 생체 물질의 크기는 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 또는 5.5mm로부터 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 또는 6mm까지일 수 있다. 생체 샘플은 공동 배양된 동일하거나 상이한 유형의 단일 세포 또는 다수의 세포들일 수 있음을 이해할 것이다.
선택적으로, 세포들은 신경 세포, 교세포(glia dell), 혈관 내피 세포, 섬유모세포, 근육 세포, 성상 세포(astrocyte), 혈관주위세포(pericyte), 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 선택된다. 신경 세포들은 대부분의 유기체에서 신경 조직의 주요 구성요소이다. 신경 세포 또는 뉴런은 시냅스로 불리는 특별한 연결부를 통해 다른 세포와 통신하는 전기적으로 흥분되는 세포이다. 신경 세포들은 감각 기관에 영향을 미치는 자극, 예를 들어 접촉, 음향, 빛, 냄새, 또는 미각에 반응하고, 척수 또는 뇌에 신호들을 보내며; 근육 수축 또는 선 분비(glandular output)를 제어하기 위해 척수와 뇌로부터 신호들을 수신하고; 신경 세포들을 주변의 다른 신경 세포들에 연결하는 것과 같이 신경계 내에서 중요한 역할을 한다. 교세포들(glia cells)은 항상성을 유지하고, 수초(myelin)를 형성하며, 신경 세포들, 신경 전달 및 시냅스 연결에 지지, 보호 및 산소를 제공하는 비신경 세포이다. 성상 세포들(astrocytes)은 뇌와 척수에 있는 교세포의 일종으로, 혈액-뇌 장벽을 형성하는 내피 세포들에 생화학적 지원을 제공하고, 신경 조직에 영양분을 공급하며, 세포외 이온 균형을 유지하고, 뇌 혈류를 조절하며, 감염이나 부상에 뒤따른 뇌 또는 척수의 보수 및 흉터 과정을 담당한다. 혈관 주위 세포들은 내피 세포들을 감싸고 뇌의 항상성 및 지혈 기능을 유지하며 혈액-뇌 장벽을 유지한다. 섬유아세포는 상처 치유에 중요한 역할을 한다. 동일하거나 상이한 유형의 세포들은 서로 상호작용하여 다양한 생리학적 과정의 적절한 기능을 수행한다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 세포들은 다양한 세포 과정을 연구하기 위해 미생물, 바이러스, 진균, 식물 또는 동물로부터 얻을 수 있다.
세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치는 2개 이상의 배지 저장소들을 포함한다. 여기에서 사용되는 "배지 저장소"라는 용어는 세포 배양을 위한 성장 배지를 저장하기 위한 저장 구획실, 그릇, 용기 등을 지칭한다. 상기 2개 이상의 배지 저장소들 각각은 성장 배지와 같은 액체 배지를 담기 위해 상단부와 상단부 반대편의 하단부를 포함하며, 이들은 이들 사이에 미리 정의된 부피를 둘러싼다. 더욱이, 상기 2개 이상의 배지 저장소들 각각은 상단부에 제1 개구를 가지고 하단부에 제2 개구를 가지며, 상기 제1 개구는 2개 이상의 배지 저장소들 내부에 신선한 액체 매체의 추가를 허용하고, 상기 제2 개구는 세포 배양을 위한 액체 배지의 분배를 허용한다. 상기 액체 배지는 세포들의 성장을 위해 자연적인 환경을 모방하는 인공 성장 환경을 제공한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일반적으로, 액체 배지는 세포 성장을 위해 필요한 영양분, 성장 인자, 및 호르몬을 포함할 뿐만 아니라 세포 배양의 pH 및 삼투압을 조절한다. 선택적으로, 액체 배지는 아미노산, 포도당, 염, 비타민 및 다른 영양분의 혼합물을 포함할 수 있으며, 분말 또는 액체 형태로 이용 가능하다.
또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 비평면 표면을 가지는 제1 미세유체 챔버와 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버를 포함한다. 상기 제1 미세유체 챔버와 제2 미세유체 챔버는 다양한 유형의 생체 물질, 즉 세포 또는 세포-함유체를 배양하기 위한 미세유체 챔버의 (하나의 라인의 하단부가 다른 라인의 상단부가 되도록) 2개의 연속적이고 작동 가능하게 결합된 부분들과 유사하다. 상기 제1 미세유체 챔버와 제2 미세유체 챔버 각각은 상단부와 상단부 반대편의 하단부를 포함하며, 상단부와 하단부 사이에 각개의 미리 정의된 부피들이 형성된다. 또한, 상기 제2 미세유체 챔버는 제2 미세유체 챔버의 하단부가 제1 미세유체 챔버의 상단부와 이어지도록(일직선이 되도록) 제1 미세유체 챔버의 맨 위에 있으며, 상기 제2 미세유체 챔버의 상단부는 미세유체 세포 배양 장치의 개방된 상부 표면을 향한다. 상기 제2 미세유체 챔버의 상단부는 개방되지 않고 폐쇄되며, 압력 액추에이터에 결합된 압력 유입구를 가진다는 것을 이해할 것이다. 또한, 상기 제2 미세유체 챔버는 일반적으로 어떠한 물질도 없으며 이에 따라 진공 챔버로 기능한다. 상기 미세유체 챔버는 2개 이상의 배지 저장소들 사이에 배치되며, 상기 제1 미세유체 챔버는 2개 이상의 배지 저장소들 각각의 하단부의 제2 개구와 대응되도록(즉, 일직선으로) 배치되며, 상기 제2 미세유체 챔버는 2개 이상의 배지 저장소들 각각의 상단부의 제1 개구와 대응되도록(즉, 일직선으로) 배치된다.
선택적으로, 상기 제2 미세유체 챔버는 기체 또는 액체로 채워진다. 이와 관련하여, 상기 제2 미세유체 챔버는 압력 액추에이터와 함께 사용된다. 상기 압력 액추에이터는 압력으로 유체 흐름을 작동시키는 데 사용된다. 선택적으로, 압력은 공기압, 액체 압력, 기계적 압력, 이들의 조합, 또는 유체 압력이 세포 배양에 미치는 영향을 연구하기 위한 임의의 다른 유형의 압력 중 임의의 압력일 수 있다. 또한, 유체 압력은 세포들이 기계적 또는 유체 압력(즉, 공기 또는 액체 압력)을 받는 임의의 유형의 세포 배양을 연구하는 데 사용될 수 있다. 또한, 공압 또는 액체 작동 시스템에서 정확한 압력 제어를 통해 표준 압력이 달성될 수 있다. 선택적으로, 상기 제2 미세유체 챔버는 작동을 위해 공기를 사용하는 공압 액추에이터와 함께 사용된다. 선택적으로, 상기 제2 미세유체 챔버는 공압 또는 유압을 각각 생성하기 위해 압력 액추에이터를 사용하여 가스 또는 액체로 채워진다. 높은 처리량의 포맷에서, 상기 압력 액추에이터는 단일 압력 액추에이터로 한 번에 다수의 미세유체 세포 배양 장치를 작동시킬 수 있도록 하기 위해 원하는 바에 따라 다수의 압력 채널들을 포함하는 더 큰 유닛을 형성하도록 결합될 수 있다. 선택적으로, 상기 압력 액추에이터는 주사기와 같은 낮은 기술 또는 완전 자동화된 압력 액추에이터일 수 있다.
상기 유연성 비다공성 멤브레인은 공기 투과성이며, 공압(pneumatic pressure)은 시간이 지남에 따라 손실될 수 있으며, 이에 따라, 이 단계에서, 세포 과정을 연구하기 위해 하나 이상의 피분석물들이 상기 공압에 의해 손상되거나 스트레스를 받는 세포 배양물에 첨가될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 공압은 시간이 지남에 따라 손실될 수 있기 때문에, 더 오랜 시간 동안 실행되는 실험들을 위해 유연성 비다공성 멤브레인의 작동을 위해 유압이 선택될 수 있다. 대안으로서, 유체 작동은 유연성 기계식 레버들에 의해 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 동일한 기계적 작용이 미세유체 세포 배양 장치 각각에 의해 수행되는 경우, 미세유체 세포 배양 장치 각각에서 동일한 압력을 제공할 수 있는 유연성 기계적 레버들이 미세유체 세포 배양 장치 내에 제공될 수 있다.
여기에서 사용되는 "비평면 표면(non-planar surface)"이라는 용어는 3차원 특성을 가지는 표면을 지칭한다. 또한, 상기 제1 미세유체 챔버의 하단부는 비평면 표면을 포함한다. 상기 비평면 표면은 일반적으로 비평면의 특징들을 가진 거친 표면과 같다. 상기 비평면 표면은 일반적으로 생체 물질의 성장을 위한 위치결정 및 안내를 위한 공간을 제공한다. 특히, 비평면 표면은 신경계 세포 배양을 모방할 수 있게 하며 및/또는 압력의 적용이 가장 좋은 원하는 위치, 즉 제1 미세유체 챔버의 중앙에 오가노이드를 배치하여 신경계 모델을 연구하는 데 도움을 준다.
선택적으로, 비평면 표면은 하나 이상의 피트들(pits)을 가진다. 여기에서 사용되는 "피트"라는 용어는 그 내부에서 세포 배양을 가능하게 하는 소형화된 웰(well)을 지칭한다. 상기 하나 이상의 피트들은 생체 샘플을 보유하기 위한 부피 및 생체 샘플의 성장을 위한 미리 정의된 양의 배양 배지를 가진다. 선택적으로, 하나 이상의 피트들은 제1 미세유체 챔버 내에 내장된다. 선택적으로, 2개의 인접한 피트들은 피트들 각각의 벽들의 두께만큼 분리된다. 선택적으로, 하나 이상의 피트들은 미리 정의된 단면을 가진다. 일반적으로, 미리 정의된 단면은 형상, 크기, 배치 등을 포함한다. 선택적으로, 하나 이상의 피트들은 윤곽들, 피트들, 홈들, 릿지들(ridges), 포스트들(posts), 스파이크들(spikes), 줄무늬들, 또는 반구형으로 형성된다. 선택적으로, 하나 이상의 피트들은 원뿔형 단면, 직육면체형 단면, 정육면체형 단면, 원통형 단면, 구형 단면, 타원형 단면, 육각형 단면, 다각형 단면 중 하나의 단면을 가진다. 선택적으로, 하나 이상의 피트들은 평평한 바닥, 최소의 (오목한) 둥근 가장자리를 가진 바닥, V-형상의 바닥 또는 U-형상의 바닥을 가진다.
선택적으로, 하나 이상의 피트들은 0.3-3.0mm 사이의 범위의 높이와 0.1-3.0mm 사이의 범위의 두께를 가진다. 하나 이상의 피트들의 높이는 전형적으로 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4 또는 2.7밀리미터(mm)로부터 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4, 2.7 또는 3.0mm까지이고, 하나 이상의 피트들의 두께는 전형적으로 0.1, 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4 또는 2.7mm로부터 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4, 2.7 또는 3.0mm까지일 수 있다. 상기 다수의 형상들과 크기들은 성장 중에 하나 이상의 피트들 내의 세포들의 팽창 및 수용을 허용하면서, 살아있는 세포들을 유지하기 위해 이를 통한 배지(및/또는 하나 이상의 피분석물)의 흐름을 여전히 유지하여야 한다.
높은 처리량 방식으로 세포 배양을 달성하기 위해서는 피트들의 수가 가능한 한 많을 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 경우, 제1 미세유체 챔버의 면적당 피트들의 수를 증가시키기 위해 피트들 각각의 두께는 감소될 수 있다. 그러나, 감소된 두께를 가진 피트들의 수를 증가시키면 미세유체 세포 배양 장치의 품질이 낮아지고 세포 배양이 비효율적으로 될 수 있다. 일 예에서, 더 많은 수의 피트들은 성형 및 탈형 시 미세유체 세포 배양 장치의 재료 무결성을 위험에 빠뜨릴 수 있으며, 예를 들어 피트의 중심이 아니라 피트의 바닥의 코너에 생체 물질의 잘못된 로딩으로 이어지는 잘못된 방향의 배치와 같은, 표준 다중-웰 세포 배양 플레이트들에서 미세유체 세포 배양 장치의 부정확한 배치를 초래할 수 있다. 이와 관련하여, 본 개시의 미세유체 세포 배양 장치는 미세유체 세포 배양 장치의 재료 무결성을 위험에 빠뜨리지 않고 높은 처리량의 세포 배양을 위해 제1 미세유체 챔버 내에 예를 들어 4 내지 25개의 피트들을 제공한다.
상기 피트들의 수가 하나보다 많을 때, 피트들은 열들(rows)로 배치되며 이는 어레이 유닛으로 배치될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 선택적으로, 어레이 유닛은 정사각형 어레이 유닛, 직사각형 어레이 유닛, 원형 어레이 유닛, 또는 육각형 어레이 유닛으로부터 선택될 수 있다. 더 선택적으로, 정사각형 어레이 유닛은 피트들의 매트릭스 내에 4개 이상의 피트들을 포함하는 반면, 육각형 어레이는 피트들의 매트릭스 내에 6개 이상의 피트들을 포함한다. 선택적으로, 정사각형 어레이 유닛은 4개의 피트들을 포함하는 2×2 매트릭스, 9개의 피트들을 포함하는 3×3 매트릭스, 16개의 피트들을 포함하는 4×4 매트릭스, 25개의 피트들을 포함하는 5×5 매트릭스, 100개의 피트들을 포함하는 10×10 매트릭스 중 하나를 가질 수 있다. 선택적으로, 직사각형 어레이 유닛 또는 원형 어레이 유닛은 피트들의 매트릭스 내에 하나 이상의 피트들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 직사각형 어레이 유닛은 8개의 피트들을 포함하는 1×8 매트릭스를 포함한다. 하나 이상의 피트들이 홈들 또는 릿지들로서 형성된 때, 홈 또는 릿지 형상의 피트들은 서로 평행하거나 서로 각도를 이루는 선들로 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 예에서, 8개의 홈 또는 릿지 형상의 피트들은 피트들의 1×8 매트릭스로 배치될 수 있다.
또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 상기 제1 미세유체 챔버와 상기 제2 미세유체 챔버를 분리시키는 유연성 비다공성 멤브레인을 포함하며, 상기 유연성 비다공성 멤브레인은 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면에 대향하게 배치된다. 여기에서 사용되는 "멤브레인"이라는 용어는 제1 면과 제2 면을 가지는 평면 시트를 지칭한다. 상기 유연성 비다공성 멤브레인은 상기 제1 미세유체 챔버와 제2 미세유체 챔버 사이에 배치된다. 이와 관련하여, 상기 유연성 비다공성 멤브레인은 유연성 비다공성 멤브레인의 제1 면이 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면을 향하고 유연성 비다공성 멤브레인의 제2 면이 미세유체 세포 배양 장치의 개방된 상단 표면을 향하도록 제1 미세유체 챔버와 제2 미세유체 챔버 사이에 배치된다. 다시 말해서, 상기 제1 미세유체 챔버, 유연성 비다공성 멤브레인, 및 제2 미세유체 챔버는 적층 배치된다. 유리하게는, 상기 유연성 비다공성 멤브레인은 압력이 가해질 때 유체 작동을 가능하게 한다.
선택적으로, 상기 유연성 비다공성 멤브레인은 플런저 영역(plunger area)을 가진다. 여기에서 사용되는 "플런저 영역"이라는 용어는 유연성 비다공성 멤브레인으로부터 발생된 돌출부를 지칭한다. 상기 플런저 영역은 대응되는 표면을 가압하여 거기에 압력을 가하도록 설계된다는 것이 이해될 것이다. 선택적으로, 상기 플런저 영역의 높이는 50-500 마이크로미터이다. 상기 플런저 영역의 높이는 전형적으로 50, 100, 150, 200, 300 또는 400 마이크로미터(㎛)로부터 100, 150, 200, 300, 400 또는 500㎛까지일 수 있다.
선택적으로, 상기 플런저 영역은 비평면 표면을 향하도록 배치된 하나 이상의 특징부들(features)을 포함한다. 구체적으로, 상기 유연성 비다공성 멤브레인은 상기 플런저 영역이 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면을 향하도록 제1 미세유체 챔버와 제2 미세유체 챔버 사이에 배치된다. 보다 구체적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 플런저 영역의, 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면을 향하는 측면으로부터 돌출된다. 상기 하나 이상의 특징부들은 이에 대향하는 표면상의 특정 부위들에, 예컨대 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면상의 하나 이상의 피트들에 압력을 가하도록 설계된다. 대안으로서, 상기 하나 이상의 특징부들은 제1 미세유체 챔버의 하나 이상의 피트들 내부에서 성장하는 종양 오가노이드 내부에 배치될 수 있는 프로브 또는 바늘로서 기능할 수 있어서, 성장하는 종양 내부로부터 샘플 수집을 허용한다.
선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 상기 하나 이상의 피트들에 대응된다. 상기 하나 이상의 특징부들과 하나 이상의 피트들은 서로 반대편에 배치되어 서로 마주본다. 또한, 특징부는 특정 부위들, 즉, 대응되는 피트에 압력을 가할 수 있도록 피트와 정렬된다. 따라서, 상기 특징부는 대응되는 피트의 네거티브(negative)이거나 대응되는 피트 내에서 슬라이딩하는 방식으로 설계된다. 선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 대응되게 배치된 하나 이상의 피트들에 대해 수직이며, 대응되는 하나 이상의 피트 내에서 슬라이딩할 수 있다. 선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 대응되게 배치된 하나 이상의 피트들에 상보적이며, 대응되는 하나 이상의 피트의 네거티브들이다. 선택적으로, 상기 플런저 영역의 하나 이상의 특징부들을 통한 압력의 적용은 홈들 또는 특징부들에 의해 플런저 영역 아래의 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면 상의 하나 이상의 피트들 또는 하나 이상의 특징부들의 전체 영역을 커버하지 않도록 제한되며, 이에 따라 하나 이상의 피트들 내에서 성장하는 세포들이 더 낮은 압력을 경험하도록 허용한다.
따라서, 이와 관련하여, 선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 하나 이상의 피트들의 미리 정의된 단면에 상당히 상보적인 미리 정의된 단면을 가진다. 전형적으로, 상기 하나 이상의 특징부들의 미리 정의된 단면은 형상, 크기, 배치 등을 포함한다. 선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 윤곽들, 피트들, 홈들, 릿지들(ridges), 포스트들(posts), 스파이크들(spikes), 줄무늬들, 또는 반구형으로 형성된다. 선택적으로, 하나 이상의 특징부들은 원뿔형 단면, 직육면체형 단면, 정육면체형 단면, 원통형 단면, 구형 단면, 타원형 단면, 육각형 단면, 다각형 단면 중 하나의 단면을 가진다. 선택적으로, 하나 이상의 특징부는 평평한 바닥, 최소의 (오목한) 둥근 가장자리를 가진 바닥, V-형상의 바닥 또는 U-형상의 바닥을 가진다. 선택적으로, 하나 이상의 특징부들은 0.3-3.0mm 사이의 범위의 높이와 0.1-3.0mm 사이의 범위의 두께를 가진다. 하나 이상의 특징부들의 높이는 전형적으로 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4 또는 2.7밀리미터(mm)로부터 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4, 2.7 또는 3.0mm까지일 수 있으며, 하나 이상의 특징부들의 두께는 전형적으로 0.1, 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4 또는 2.7mm로부터 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4, 2.7 또는 3.0mm까지일 수 있다. 일 예에서, 하나 이상의 피트들의 단면이 직육면체일 때, 대응되는 하나 이상의 특징부들은 단면이 직육면체이며, 특징부가 대응되는 피트 내부로 들어갈 수 있도록 하나 이상의 특징부들의 단면은 하나 이상의 피트들의 단면보다 낮다. 다른 예에서, 오목한 형상을 가진 하나 이상의 피트들은 그 내부에서 슬라이딩하기 위해 볼록한 형상을 가진 대응되는 하나 이상의 특징부들을 가진다. 바람직하게는, 평평한 바닥 또는 최소의 (오목한) 둥근 가장자리를 가진 바닥을 가지는 하나 이상의 특징부들은 다른 유형에 비해 제조하기 더 쉽다. 또한, 줄무늬를 가진 비평면 표면을 가압하기 위해서는, (직사각형의) 평평한 바닥을 가진 하나 이상의 특징부들이 모든 피트들에 걸쳐 균일한 압력을 얻기 위한 바람직한 기하구조이다. 더욱이, 짧은 높이와 오목한 단부를 가진 하나 이상의 특징부들이 바람직하지만, 세포 배양이 오가노이드인 경우 하나 이상의 특징부들의 약간의 가장자리들이 하나 이상의 피트들 내의 제 자리에 둥근 오가노이드를 유지할 것이기 때문에, 육각형 또는 팔각형 단면을 가진 하나 이상의 특징부들 및 대응되는 하나 이상의 특징부들이 바람직할 수 있다. 선택적으로, V-형상의 바닥(또는 원뿔형 단부 또는 스파이크)을 가진 하나 이상의 특징부들은 약물들 또는 다른 물질들과 같은 하나 이상의 피분석물들을 오가노이드 내에 주입하기 위한 바늘 역할을 할 수 있다. 대안으로서, 상기 특징부는 오가노이드 내부의 화학적 상태를 조사하기 위한 주사기로 사용될 수 있다. 더욱이, 일 실시예에서, 상기 특징부는 하나 이상의 전극들과 결합되어 상이한 시뮬레이션 모델을 생성할 수 있다.
선택적으로, 특징부들의 수가 하나보다 많을 때, 상기 특징부들은 정사각형 어레이 유닛, 직사각형 어레이 유닛, 원형 어레이 유닛, 또는 육각형 어레이 유닛 중에서 선택된 어레이 유닛(array unit)의 형태로 배치된다. 이와 관련하여, 상기 하나 이상의 특징부들이 하나 이상의 피트들에 대응되도록 하기 위해서는, 특징부들의 수가 피트들의 수와 동일해야 한다는 것이 이해될 것이다. 또한, 상기 하나 이상의 특징부들의 배치는 하나 이상의 피트들의 배치와 동일하여야 한다. 보다 구체적으로, 상기 특징부들이 예를 들어 정사각형 어레이 유닛, 직사각형 어레이 유닛, 원형 어레이 유닛, 또는 육각형 어레이 유닛으로 배치된 경우에, 상기 피트들도 정사각형 어레이 유닛, 직사각형 어레이 유닛, 원형 어레이 유닛, 또는 육각형 어레이 유닛으로 배치되어야 한다. 선택적으로, 정사각형 어레이 유닛은 특징부들의 매트릭스 내에 4개 이상의 특징부들을 포함하는 반면, 육각형 어레이는 특징부들의 매트릭스 내에 6개 이상의 특징부들을 포함한다. 선택적으로, 정사각형 어레이 유닛은 4개의 특징부들을 포함하는 2×2 매트릭스, 9개의 특징부들을 포함하는 3×3 매트릭스, 16개의 특징부들을 포함하는 4×4 매트릭스, 25개의 특징부들을 포함하는 5×5 매트릭스, 100개의 특징부들을 포함하는 10×10 매트릭스 중 하나를 가질 수 있다. 선택적으로, 직사각형 어레이 유닛 또는 원형 어레이 유닛은 특징부들의 매트릭스 내에 하나 이상의 특징부들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 직사각형 어레이 유닛은 8개의 특징부들을 포함하는 1×8 매트릭스를 포함한다. 하나 이상의 특징부들이 홈들 또는 릿지들로서 형성된 때, 홈 또는 릿지 형상의 특징부들은 서로 평행하거나 서로 각도를 이루는 선들로 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 예에서, 8개의 홈 또는 릿지 형상의 특징부들은 특징부들의 1×8 매트릭스로 배치될 수 있다.
선택적으로, 특징부들은 가진 유연성 비다공성 멤브레인은 폴리디메틸실록산(PDMS), Flexdym 또는 다른 폴리실리콘 재료를 원하는 형상과 위치의 오목부들을 가진 금형을 사용하여 얇은 필름으로 주조함으로써 만들어질 수 있다. 금형 내에서 인큐베이팅되고 금형으로부터 인출된 상기 얇은 필름은 하나 이상의 피트들 및 그 내부의 내용물에 압력을 가하도록 구성된 유연성 비다공성 멤브레인 상의 돌출된 특징부들이 될 것이다. 선택적으로, 상기 유연성 비다공성 멤브레인은 생체 적합성 재료로 구성된다. 선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 유연성 비다공성 멤브레인으로부터 수직 압력이 가해질 때 세포들에 측방 압력을 가한다. 또한, 상기 특징부들의 제조 재료는 유연성 비다공성 멤브레인이 특정 압력을 가할 때 원하는 압력에 도달하도록 선택될 수 있다.
선택적으로, 생체 물질(즉, 세포 또는 세포-함유체)은, 한 번에 하나씩 또는 혼합물로, 제1 미세유체 챔버의 하나 이상의 피트들 내부에 현택액으로 첨가될 수 있다. 선택적으로, 생체 물질은 생체 물질을 포함하는 액체 배지 또는 완충 용액 내에 현탁된 상태로 제1 미세유체 챔버의 하나 이상의 피트들 내부에 로딩될 수 있다. 액체 내의 생체 물질은 (사용된 세포 유형들의 유형에 기초하여) 미리 정의된 배양 기간 동안 배양되어 제1 미세유체 챔버의 하나 이상의 피트들 내에서 3차원 세포 배양물을 생성한다. 선택적으로, 미리 정의된 배양 기간은 예를 들어 하나 이상의 피트들 내에서 4일일 수 있다. 상기 성장 기간은 하나 이상의 피트들에서 3차원 세포 배양물의 생성을 초래한다. 세포 배양이 준비된 때, 제2 미세유체 챔버에는 유연성 비다공성 멤브레인의 작동을 위해 이 멤브레인에 압력을 가하도록 공기 또는 액체가 추가된다. 유연성 비다공성 멤브레인의 작동은 세포들의 유형에 따라 또는 테스트가 요구하는 바에 따라 몇 초, 몇 분 또는 몇 시간 동안 유지될 수 있다. 유연성 비다공성 멤브레인의 작동은 유연성 비다공성 멤브레인의 하나 이상의 특징부들이 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면의 하나 이상의 피트들 내의 세포 배양물을 손상시키거나 스트레스를 가하도록 한다. 선택적으로, 세포들 또는 세포-함유체들(cell-containing bodies)은 미세유체 세포 배양 장치의 비평면 표면의 하나 이상의 피트들의 중심에 로딩될 수 있다. 세포들 또는 세포-함유체들은 이후에, 세포들 또는 세포-함유체들이 가압되는 동안 제 자리에 머물도록 허용하며 힘을 보다 균일하게 분배하는 오목한 만입부를 가진 하나 이상의 특징부들을 가지는 유연성 비다공성 멤브레인에 의해 가압될 수 있다.
유리하게는, 유연성 비다공성 멤브레인의 작동은 인간 신경계를 모델링하는 데 적합하다. 신경계 모델은 신경 세포가 성장하기 위한 방향을 제공하기 위해 제1 미세유체 챔버의 릿지가 형상되거나 줄무늬 형상의 비평면 표면을 가질 수 있다. 또한, 장기 또는 조직의 자연적 기능을 모방하는 상기 장치를 구현하기 위해, 미세유체 및 유동 역학 특성들이 알려져 있고 세포 배양에 적합한 적격의 제조 재료가 채용된다.
선택적으로, 비평면 표면의 제조 재료는 제2 미세유체 챔버가 미리 정의된 압력에 있을 때 비평면 표면의 구조적 무결성에 기초하여 선택된다. 구체적으로, 비평면 표면의 제조 재료는 제2 미세유체 챔버가 미리 정의된 압력에 도달할 때 구조적 무결성을 잃어야 한다. 더 선택적으로, 비평면 표면의 제조 재료는 제2 미세유체 챔버에 의해 가해지는 압력 하에서 허물어지고, 부서지고, 찢어질 수 있다. 구체적으로, 비평면 표면의 제조 재료는 제2 미세유체 챔버로부터의 특정 하중 또는 미리 정의된 압력에서 파손되거나 구조적으로 변형되어야 한다. 이와 관련하여, 신경 세포 손상을 시뮬레이션할 때, 목표는 심각한 세포 손상을 일으킬 수 있도록 신경 세포들에 충분한 압력을 가하는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 하나 이상의 특징부들을 포함하는 플런저 영역은 비평면 표면의 하나 이상의 피트들의 바닥에 도달하도록 요구될 수 있다. 또한, 하나 이상의 특징부들은 하나 이상의 피트들에 대응되며, 이들에 대한 네거티브로서 기능한다. 대안으로서, 하나 이상의 특징부들과 하나 이상의 피트들은 충분한 압력이 가해질 때 파손되는 연질 재료(soft material)를 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 이러한 연질 재료는 신경 세포들을 위한 성장 가이드로서의 역할을 하지만 압력이 가해진 때에는 변형되며, 이에 의해, 신경 세포들에 충분한 압력이 가해질 수 있다. 더욱이, 연질 재료를 사용하는 것은 연질 재료가 부서지거나 파손된 때 신경 세포들에 손상을 일으키기 위해 하나 이상의 특징부들과 하나 이상의 피트들의 상이한 폼 팩터들(form factors)이 서로 맞물릴 수 있게 한다.
선택적으로, 비평면 표면의 제조 재료는, 제2 미세유체 챔버가 미리 정의된 압력에 있을 때, 생체 물질에 가해질 원하는 미리 정의된 압력에 기초하여 선택된다. 제조 재료는 배양되는 생체 물질의 유형에 기초하여 선택될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특히, 상이한 생체 물질들은 상이한 구조적 무결정을 가지며 손상 또는 스트레스를 유발하기 위해 상이한 수준의 압력을 요구한다. 더욱이, 비평면 표면의 제조 재료는 또한 그 위에서 세포 성장을 가능하게 해야 한다.
선택적으로, 비평면 표면은 실리콘 재료, 하이드로겔 재료 중 적어도 하나로 제조된다. 또한, 비평면 표면은 연질이고 얇은 재료로 제조된다. 하이드로겔 재료는 콜라겐, 피브린, 알긴산염(alginate), 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜, 히알루론산 및 폴리펩타이드를 포함하지만 이에 제한되지 않는 천연, 합성 또는 하이브리드 재료들일 수 있다. 선택적으로, 하이드로겔은 2D 기판으로부터 층별로 또는 다른 하이드로겔 내부에서 직접 3차원으로 세포들을 인쇄하는 바이오-잉크(bio-ink)로서 기능할 수 있다. 유리하게는, 실리콘 재료 또는 하이드로겔 재료는 새포들의 팽창을 가능하게 하고 체외에서 규칙적인 세포 성장을 위한 분위기를 제공하는 세포 배양 기질로서 사용될 수 있다. 또한, 유리하게는, 상기 재료들은 성장하는 세포들에 소수성 장벽과 높은 산소 투과성을 제공한다. 또한, 상기 재료들은 전기 작동에 적합하다. 또한, 상기 재료들의 연질성으로 인해, 세포 배양물들은 3차원으로 성장하며, 이에 의해 종래의 플라스틱 재료 또는 유리 재료에서처럼 평평한 형상, 비정상적인 분극, 및 분화된 표현형의 손실을 가지지 않으면서, 생물학적 환경을 더 잘 모방한다는 것이 이해될 것이다.
선택적으로, 상기 제1 미세유체 챔버는 평면 표면의 상부에 배치된 비평면 표면을 가지며, 상기 평면 표면은 유리 재료, 플라스틱 재료 중 적어도 하나로 제조된다. 이와 관련하여, 유리 재료와 플라스틱 재료는 평평하고 비생리학적으로 강성인 표면을 제공하며, 이 표면 상에 세포들의 3차원 성장을 허용하기 위한 비평면 표면이 배치된다. 또한, 유리 재료와 플라스틱 재료는 유연성 비다공성 멤브레인에 의해 압력이 가해질 때 세포 파괴를 위해 요구되는 견고성을 제공한다.
선택적으로, 제1 미세유체 챔버는 접착성 코팅(adhesive coating)을 가지며, 상기 접착성 코팅은 생체 물질을 접착성 코팅 상에 부착시키고 생체 물질을 관류(perfusion)로 배양하도록 구성된다. 여기에서 사용되는 "접착성 코팅"이라는 용어는 제1 미세유체 챔버, 바람직하게는 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면과 같은 표면 상에 세포 부착을 향상시키는 코팅을 지칭한다. 선택적으로, 접착성 코팅은 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면상에서 제1 미세유체 챔버를 라이닝한다. 보다 선택적으로, 접착성 코팅은 비평면 표면의 제조에 사용되는 실리콘 재료 또는 하이드로겔 재료를 라이닝한다. 유리하게는, 접착성 코팅은 일반적으로 세포들의 부착을 향상시키거나 촉진시키며, 세포들이 표면에 부착되고, 표면상에서 이동하고, 증식하도록 허용한다.
선택적으로, 비평면 표면은 그 내부에 내장된 전극들 또는 센서들을 가진다. 하나 이상의 피트들 내의 세포 배양물을 손상시키거나 스트레스를 가기 위해 유연성 비다공성 멤브레인과 그 하나 이상의 특징부들의 작동 외에도, 비평면 표면은 제1 미세유체의 챔버의 양단부들에 배치된 전극들에 의해 추가로 자극될 수 있다. 상기 전극들로부터의 전류는 세포 성장을 향상시키고 세포들의 치유와 재생을 촉진시킨다. 유리하게는, 전극들은 모세혈관 밀도와 관류를 증가시키고, 상처 산소 공급을 개선하고, 육아(granulation) 및 섬유아세포(fibroblast) 활동을 조장함으로써 상처 치유 속도를 높이는 데 도움이 될 수 있다. 비평면 구조의 양단부들에 추가적인 자극은 신경계 세포 배양의 기반을 효과적으로 모방할 수 있게 한다는 것이 이해될 것이다.
또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 제1 미세유체 챔버를 2개 이상의 배지 저장소들에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들을 포함한다. 여기에서 사용되는 "미세유체 채널"이라는 용어는 2개 이상의 배지 저장소들로부터 미세유체 세포 배양 장치로 유체(예컨대, 액체 배지)를 공급하기 위한 모세관 장치를 의미한다. 상기 미세유체 채널은, 작동할 때, 배지(및/또는 하나 이상의 피분석물)를 제1 미세유체 챔버에 공급한다. 또한, 상기 미세유체 채널은 제1 미세유체 챔버의 피트들 각각에 상이한 농도의 하나 이상의 피분석물을 공급하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 미세유체 채널은 미세유체 세포 배양 장치 내에, 즉 PDMS 층들 사이에 통합된다. 선택적으로, 상기 미세유체 채널들은 미세유체 세포 배양 장치의 층들과 동일한 제작 재료를 사용하거나 또는 예를 들어, 테프론, 유리, 광섬유 등의 상이한 재료를 사용하여 제조될 수 있다. 보다 선택적으로, 미세유체 채널들이 통합된 미세유체 세포 배양 장치의 제조 재료의 다수의 층들은 미세유체 채널을 통해 흐르는 유체가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 단단히 밀봉(또는 서로 접착)된다.
선택적으로, 상기 하나 이상의 미세유체 채널들은 유연성 비다공성 멤브레인을 통과한다. 선택적으로, 상기 하나 이상의 미세유체 채널들은 유연성 비다공성 멤브레인의 플런저 영역을 통과한다. 상기 유연성 비다공성 멤브레인 내의 하나 이상의 미세유체 채널들은 미리 정의된 양의 액체 배지를 제1 미세유체 챔버 내의 세포 배양물에 전달하도록 구성된다. 또한, 상기 유연성 비다공성 멤브레인 내의 하나 이상의 미세유체 채널들은 분자들, 단백질들, 항체들, 지질들, 지질 입자들, 마이셀들(micelles), 세포 단편들, 또는 전체 세포들 또는 세포-함유체들 중 적어도 하나를 세포 배양물에 적용하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 상기 화합물들의 적용은 염색(staining) 및 촬상(imaging), 약물 시험, 및/또는 세포들에 자극을 제공하기 위해 수행될 수 있다. 또한, 유연성 비다공성 멤브레인 내의 하나 이상의 미세유체 채널들은 실시간 또는 시간 경과 촬상을 위해 형광 단백질을 발현하는 세포주들(cell lines) 대신에 형광 항체들(fluorescent antibodies)을 적용하는 데 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 선택적으로, 유연성 비다공성 멤브레인 내의 하나 이상의 미세유체 채널들은 세포 배양물이 살아있는 동안 동시에 다수의 형광 마커들로 하나 이상의 피트들을 염색하기 위한 어레이를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이는 세포 배양 시스템을 실시간으로 연구하고, 단일 실험으로부터 다수의 시점들을 수집하며, 관심 있는 다수의 분자들에 대해 염색할 수 있도록 한다. 따라서, 광범위한 데이터 세트를 위해 필요한 실험들의 수를 감소시킨다.
선택적으로, 상기 유연성 멤브레인 내의 하나 이상의 미세유체 채널들은 하나 이상의 출구들(outlets)을 가진다. 선택적으로, 상기 하나 이상의 출구들은 유연성 비다공성 멤브레인의 플런저 영역을 통과한다. 하나 이상의 출구들은 전형적으로 하나 이상의 주된 미세유체 채널들로부터 돌출되어 미세유체 세포 배양 장치의 다른 부분들 내부로 또는 미세유체 세포 배양 장치 외부로 개방된다. 하나 이상의 미세유체 채널들은 하나 이상의 출구들과 제1 미세유체 챔버 사이에서 그리고 유연성 비다공성 멤브레인을 관통하여 수직으로 연장되며, 상기 하나 이상의 주된 미세유체 채널들 자체는 2개 이상의 저장소들과 제1 미세유체 챔버 사이에서 수평으로 연장된다는 것이 이해될 것이다.
보다 선택적으로, 상기 하나 이상의 출구들 각각은 제1 단부와 제2 단부를 가지며, 상기 제1 단부는 제1 미세유체 챔버 내부로 개방되고, 상기 제2 단부는: 제2 미세유체 챔버의 상단부에 대응되는 측면; 하나 이상의 생체 물질 저장소들; 및 외부 출구; 중 적어도 하나의 내부로 개방되어, 하나 이상의 미세유체 채널들이 제1 미세유체 챔버를 하나 이상의 출구들에 연결하도록 한다. 또한, 제1 미세유체 챔버는, 유연성 비다공성 멤브레인 내부에서 그리고 제2 미세유체 챔버에 평행하게 수직으로 연장되는 하나 이상의 미세유체 채널들을 통해 하나 이상의 출구들에 연결된다. 상기 하나 이상의 출구들 각각의 제1 단부는 제1 미세유체 챔버 내부로 개방되어 2개 이상의 배지 저장소들로부터의 액체 배지를 제1 미세유체 챔버로 제공한다는 것이 이해될 것이다. 선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치의 외부로 개방된 하나 이상의 출구들의 제2 단부는 압력을 가한 후 손상된 생체 물질(세포 또는 조직)로부터 샘플을 얻도록 구성된다. 선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치의 외부로 개방된 하나 이상의 출구들의 제2 단부는 손상된 생체 물질(세포 또는 조직)에 피분석물 또는 유사하거나 상이한 유형의 생체 물질(세포 또는 조직)을 첨가하도록 구성된다. 유연성 비다공성 멤브레인을 작동시킬 목적으로 제2 미세유체 챔버에 압력이 가해질 때, 제1 미세유체 챔버와 제2 미세유체 챔버 사이에서 가스 또는 유체가 흐르는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 출구들의 제2 단부는 제2 미세유체 챔버 외부로 개방된다는 것을 이해할 것이다. 대안으로서, 하나 이상의 미세유체 채널과 액체 배지 내에서의 움직임은 미세유체 세포 배양 장치를 기울임으로써 수동으로 달성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 출구들의 제2 단부는 배양된 세포들의 수확, 사용된 액체 배지의 제거, 및 세포 배양물로부터 죽은 세포들과 파편의 제거를 가능하게 한다. 또한, 압력에 의해 조직이 손상되거나 스트레스를 받았을 때, 추가 세포들이 세포 배양물에 추가될 수 있다. 상기 추가 세포들은 단핵구, 대식세포, 림프구 또는 임의의 다른 유형의 조직에 적합한 면역 세포와 같은 면역 세포들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 유연성 비다공성 멤브레인 내의 하나 이상의 미세유체 채널들의 하나 이상의 출구들은 압력을 받는 동안에도 분석될 손상된 세포들로부터 유출물 샘플들을 획득하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 출구들은 화학적 또는 생물학적 작용제를 세포 배양물 상으로 또는 조직 내부로 도입하는 데 사용된다.
선택적으로, 하나 이상의 특징부들과 하나 이상의 피트들은, 액체 매체와 비교하여 재료 밀도의 차이로 인해 빛이 이미지 필드에 걸쳐 불규칙하게 휘어지기 때문에, 이미지의 특정 영역에서 이미지 흐려짐(blur)을 유발할 수 있다.
선택적으로, 성장된, 상처 입은 또는 치유된 세포들은 외부 출구로부터 수확될 수 있다. 대안으로서, 세포들의 수확은 세포들을 회수하기 위해 제1 미세유체 챔버 내부에 바늘 또는 주사기를 도입함으로써 달성될 수 있다.
선택적으로, 2개 이상의 배지 저장소들 또는 하나 이상의 생체 물질 저장소들은 압력 액추에이터에 연결된다. 선택적으로, 2개 이상의 배지 저장소들 또는 하나 이상의 생체 물질 저장소와 연결된 상기 압력 액추에이터는 제2 미세유체 챔버에 결합된 것과 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 압력 액추에이터들은 2개 이상의 배지 저장소들 또는 하나 이상의 생체 물질 저장소들 내에서 순환될 생체 물질을 함유하는 완충 용액 및 액체 배지 내에서의 움직임을 각각 가능하게 한다. 또한, 2개 이상의 배지 저장소들 또는 하나 이상의 생체 물질 저장소들 내에서의 압력 작동은 또한 생체 물질을 함유하는 완충 용액 및 액체 배지를 세포 배양을 위한 제1 미세유체 챔버의 하나 이상의 피트들 내부로 공급하는 결과를 낳는다. 일 예에서, 상기 압력 액추에이터는 매 5시간마다 10㎕의 액체 배지와 생체 물질을 함유한 완충 용액 1㎕를 제1 미세유체 챔버 내부로 분배할 수 있으며, 유출되는 배지는 분석을 위해 외부 출구를 통해 제거될 수 있다.
선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는 다중-웰 세포 배양 플레이트로부터 미세유체 세포 배양 장치의 용이한 핸들링, 배치 및 제거를 위한 안내 요소(또는 탭(tab))를 포함한다. 선택적으로, 상기 미세유체 세포 배양 장치는, 세포들의 성장 및 저장 중에, 미생물의 성장 및/또는 바이러스 오염을 방지하는 미생물 장벽(microbial barrier)을 포함한다.
본 개시는 또한 상술한 바와 같은 방법에 관한 것이다. 전술한 제1 측면과 관련하여 위에서 설명된 다양한 실시예들과 변형예들은 방법에도 적용된다. 상기 개시된 다양한 실시예 및 변형은 필요한 부분만 약간 수정하여 상기 방법에 적용된다.
선택적으로, 세포 배양은 3차원 세포 배양이다.
선택적으로, 3차원 세포 배양은 신경계-모방 세포 배양이다.
선택적으로, 상기 방법은 하나 이상의 특징부들을 포함하는 플런저 영역을 가지는 유연성 비다공성 멤브레인을 비평면 표면을 향하도록 배치하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 비평면 표면은 하나 이상의 피트들을 가진다.
선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 하나 이상의 피트들에 대응된다.
선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 대응되게 배치된 하나 이상의 피트들에 대해 수직이다.
선택적으로, 상기 하나 이상의 특징부들은 대응되게 배치된 하나 이상의 피트들에 상보적이다.
선택적으로, 상기 방법은 상기 하나 이상의 미세유체 채널들을 유연성 비다공성 멤브레인을 통과하도록 배치하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 유연성 비다공성 멤브레인을 통과하는 하나 이상의 미세유체 채널들을 통해 제1 미세유체 챔버에 생체 물질을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 생체 물질은 유연성 비다공성 멤브레인에 대향하는 비평면 표면의 하나 이상의 피트들 내부에 수용된다.
선택적으로, 상기 방법은 상기 유연성 비다공성 멤브레인에 의해 생체 물질에 압력을 가하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 파편은 유연성 비다공성 멤브레인을 통과하는 하나 이상의 미세유체 채널들을 통해 관류된다(perfused).
선택적으로, 상기 방법은 성장 및 재생, 분화, 운동성, 분열, 유착, 분비, 사멸, 유전자형, 표현형, 대사(metabolism) 중 적어도 하나를 수정하기 위해 생체 물질 상에 화학적 제제(chemical agent) 또는 생물학적 제제(biological agent)를 적용하는 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 유연성 비다공성 멤브레인은, 생체 물질을 추가하기 전에, 제2 미세유체 챔버에 압력을 가함으로써 눌러지며(depressed), 생체 물질은 제2 미세유체 챔버 내의 압력을 감소시킴으로써 유연성 비다공성 멤브레인이 다시 중립 상태로 되돌아갈 때까지 미리 정의된 시간 동안 배양된다.
본 개시는 또한 전술한 바와 같은 유연성 비다공성 멤브레인을 제조하는 방법에 관한 것이다. 전술한 제1 측면과 관련하여 위에서 개시된 다양한 실시예들과 변형예들은 필요한 부분만 약간 수정하여 유연성 비다공성 멤브레인을 제조하는 방법에도 적용된다.
하나 이상의 미세유체 채널들이 통과하는 유연성 비다공성 멤브레인을 제조하는 방법.
도면들의 상세한 설명
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(100)의 사시도가 도시되어 있다. 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)는 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs), 예컨대 배지 저장소들(102 및 104); 비평면 표면(108)을 가진 제1 미세유체 챔버(106); 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버(110); 상기 제1 미세유체 챔버(106)와 제2 미세유체 챔버(110)를 분리시키며 상기 제1 미세유체 챔버(106)의 비평면 표면(108)에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane)(112); 및 상기 제1 미세유체 챔버(106)를 상기 2개 이상의 배지 저장소들(102 및 104)에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들, 예컨대 미세 유체 채널들(114 및 116);을 포함한다. 또한, 상기 제2 미세유체 챔버(110)는 압력 액추에이터(미도시)에 결합된 압력 유입구(118)를 포함한다. 또한, 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)의 외측은 유연성 비다공성 멤브레인(112) 내부에서 제2 미세유체 챔버(110)에 평행하게 수직 위쪽으로 연장되는 하나 이상의 미세유체 채널들(124 및 126)의 하나 이상의 출구들, 예컨대 출구들(120 및 122)을 가진다. 또한, 상기 제1 미세유체 챔버(106)는 유연성 비다공성 멤브레인(112) 내부에서 제2 미세유체 챔버(110)에 평행하게 수직 위쪽으로 연장된 하나 이상의 미세유체 채널들, 예컨대 미세유체 채널들(124 및 126)을 통해 상기 하나 이상의 출구들, 예컨대 출구들(120 및 122)에 연결된다.
또한, 상기 제1 미세유체 챔버(106)의 비평면 표면(108)은 하나 이상의 피트들(pits), 예컨대 피트(128)를 포함한다.
상기 미세유체 세포 배양 장치(100)의 단일 유닛이 도시되어 있으며, 이러한 유닛들이 다수 조합되어 높은 처리량의 웰 플레이트 포맷 칩들(well plate format chips) 또는 유닛들의 어레이들(arrays)을 형성할 수 있으며, 여기에서 조직 상처 및 치유 모델들이 다중으로 수행(및 분석)될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 이러한 칩들 또는 유닛들의 어레이들은 자동화 및 로봇 처리를 허용한다. 이와 관련하여, 멤브레인 작동 채널들은 단일 압력 유닛으로 한 번에 다수의 멤브레인들을 작동시킬 수 있도록 더 큰 유닛들을 형성하기 위해 결합될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(100)의 확대도(200)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 미세유체 세포 배양 장치의 다층 아키텍처는 6개의 층들, 즉, 제1 층(202), 제2 층(204), 제3 층(206), 제4 층(208), 제5 층(210), 및 제6 층(212)을 가지며, 각각은 미리 정의된 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 두께를 각각 가진다. 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)의 제1 층(202)은 2개 이상의 저장소들(102, 104)의 개구들, 및 하나 이상의 미세유체 채널들(124, 126)의 하나 이상의 출구들(120, 122)의 개구들을 포함하는 최상층이다. 상기 하나 이상의 미세유체 채널들(124, 126)은 하나 이상의 출구들(120, 122)과 제1 미세유체 챔버(106) 사이에서 그리고 유연성 비다공성 멤브레인(112)을 관통하여 수직으로 연장되며, 상기 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116) 자체는 2개 이상의 저장소들(102, 104)과 제1 미세유체 챔버(106) 사이에서 수평으로 연장된다는 것이 이해될 것이다. 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)의 제2 층(204)은 2개 이상의 저장소들(102, 104), 압력 액추에이터에 결합된 압력 유입구(118)를 포함하는 제2 유체 챔버(110), 및 제2 층(204)을 통과하는 하나 이상의 미세유체 채널들(124, 126)의 하나 이상의 출구들(120, 122)의 부분들을 포함한다. 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)의 제3 층(206)과 제4 층(208)은 유연성 비다공성 멤브레인(112)을 포함하며, 이는 하나 이상의 특징부들(features)(미도시)을 가진 플런저(plunger) 영역(미도시) 및 상기 제1 층(201) 내의 하나 이상의 출구들(120, 122)과 상기 제5 층(210) 내의 제1 미세유체 챔버(106) 사이에서 수직으로 연장되는 하나 이상의 미세유체 채널들(124, 126)의 부분들을 포함한다. 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)의 제5 층(210)은 제1 미세유체 챔버(106)와 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116)을 포함한다. 또한, 상기 제5 층(210)은 미세유체 세포 배양 장치(100) 내에 통합된 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116)을 홀딩한다. 상기 미세유체 세포 배양 장치(100)의 제6 층(212)은 하나 이상의 피트들, 예컨대 제1 미세 유체 챔버(106) 내의 피트(128)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 플런저 영역은, 상기 하나 이상의 피트들, 예컨대 제1 미세 유체 챔버(106) 내의 피트(128)에 상보적으로, 오목한 만입부(indentation)를 가지는 융기된 실린더이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 세포 배양 방법의 단계들의 흐름도(300)가 도시되어 있다. 단계(302)에서, 상기 제1 미세유체 챔버의 비평면 표면상에서 생체 물질(biological material)이 배양된다.
상기 단계(302)는 예시일 뿐이며 여기의 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 하나 이상의 단계들이 추가되는 다른 대안들도 제공될 수 있다.
첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 전술한 본 발명의 실시예들에 대한 변형들이 가능하다. 본 개시를 설명하고 청구하기 위해 사용된 "포함하는", "포함하는", "통합하는", "가지다", "이다"와 같은 표현들은 비배타적인 방식으로 해석되도록 의도되었다. 즉, 명식적으로 설명하지 않은 항목들, 구성요소들 또는 요소들도 존재하도록 허용한다. 단수형에 대한 언급은 또한 복수형과 관련된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (35)

  1. 세포 배양을 위한 미세유체 세포 배양 장치(microfluidic cell culture device)(10)로서, 상기 미세유체 세포 배양 장치는:
    - 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs)(102, 104);
    - 비평면 표면(108)을 가진 제1 미세유체 챔버(106);
    - 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버(110);
    - 상기 제1 미세유체 챔버(106)와 상기 제2 미세유체 챔버(110)를 분리시키며, 상기 제1 미세유체 챔버(106)의 비평면 표면(108)에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane)(112); 및
    - 상기 제1 미세유체 챔버(106)를 상기 2개 이상의 배지 저장소들(102, 104)에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126);을 포함하는 미세유체 세포 배양 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)은 플런저 영역(plunger area)을 가지는, 미세유체 세포 배양 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플런저 영역의 높이는 50-500 마이크로미터인, 미세유체 세포 배양 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플런저 영역은 상기 비평면 표면(108)과 마주보도록 배치된 하나 이상의 특징부들(features)을 포함하는, 미세유체 세포 배양 장치.
  5. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 특징부들은 단면인, 미세유체 세포 배양 장치.
  6. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특징부들의 수는 하나보다 많고, 상기 특징부들은 정사각형 어레이 유닛(array unit), 직사각형 어레이 유닛, 원형 어레이 유닛, 또는 육각형 어레이 유닛 중에서 하나로 선택된 어레이 유닛의 형태로 배치되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  7. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평면 표면(108)은 하나 이상의 피트들(pits)(128)을 가지는, 미세유체 세포 배양 장치.
  8. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 특징부들은 상기 하나 이상의 피트들(128)에 대응되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  9. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 특징부들은 대응되게 배치된 상기 하나 이상의 피트들(128)에 수직인, 미세유체 세포 배양 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 특징부들은 대응되게 배치된 상기 하나 이상의 피트들(128)에 상보적인, 미세유체 세포 배양 장치.
  11. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126)은 상기 유연성 비다공성 멤브레인(108)을 통과하는, 미세유체 세포 배양 장치.
  12. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유연성 멤브레인 내의 상기 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126)은 하나 이상의 출구들(120, 122)을 가지는, 미세유체 세포 배양 장치.
  13. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 출구들(120, 122) 각각은 제1 단부와 제2 단부를 가지며, 상기 제1 단부는 상기 제1 미세유체 챔버(106) 내부로 개방되고,
    상기 제2 단부는:
    - 상기 제2 미세유체 챔버(110)의 상단부에 대응되는 측면;
    - 하나 이상의 생체 물질(biological material) 저장소들(102, 104); 및
    - 외부 출구; 중 적어도 하나의 내부로 개방되어,
    상기 하나 이상의 미세유체 채널들이 상기 제1 미세유체 챔버(106)를 상기 하나 이상의 출구(120, 122)에 연결하도록 하는, 미세유체 세포 배양 장치.
  14. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 미세유체 챔버(110)는 기체 또는 액체로 채워지는, 미세유체 세포배양 장치.
  15. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평면 표면(108)의 제조 재료는, 상기 제2 미세유체 챔버(100)가 미리 정의된 압력에 있을 때, 생체 물질에 가해질 원하는 미리 정의된 압력에 기초하여 선택되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  16. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평면 표면(108)의 제조 재료는, 상기 제2 미세유체 챔버(100)가 미리 정의된 압력에 있을 때, 상기 비평면 표면의 구조적 무결성에 기초하여 선택되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  17. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평면 표면(108)은 실리콘 재료와 하이드로겔(hyfrogel) 재료 중 적어도 하나로 제조되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  18. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 미세유체 챔버(106)는 평면 표면의 상부에 배치된 비평면 표면(108)을 가지며, 상기 평면 표면은 유리 재료와 플라스틱 재료 중 적어도 하나로 제조되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  19. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평면 표면(108)은 그 내부에 내장된 전극들 또는 센서들을 가지는, 미세유체 세포 배양 장치.
  20. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 미세유체 챔버(106)는 접착성 코팅(adhesive coating)을 가지며, 상기 접착성 코팅은 생체 물질을 상기 접착성 코팅 상에 부착시키고 생체 물질을 관류(perfusion)로 배양하도록 구성되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  21. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    생체 물질은 세포, 세포 스페로이드(spheroid), 오가노이드(organoid), 또는 조직 중에서 적어도 하나로 선택되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  22. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    세포들은 신경 세포, 교세포(glia dell), 혈관내피세포, 섬유모세포, 근육 세포, 성상 세포(astrocyte), 혈관주위세포(pericyte), 또는 이들의 임의의 조합 중에서 적어도 하나로 선택되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  23. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 배지 저장소들(102, 104) 또는 하나 이상의 생체 물질 저장소들은 압력 액추에이터에 연결되는, 미세유체 세포 배양 장치.
  24. 제1항 내지 제23항의 미세유체 세포 배양 장치(100)를 사용하는 세포 배양 방법으로서, 상기 미세유체 세포 배양 장치는:
    - 2개 이상의 배지 저장소들(media reservoirs)(102, 104);
    - 비평면 표면(108)을 가진 제1 미세유체 챔버(106);
    - 압력 챔버인 제2 미세유체 챔버(110);
    - 상기 제1 미세유체 챔버(106)와 상기 제2 미세유체 챔버(110)를 분리시키며, 상기 제1 미세유체 챔버(106)의 비평면 표면(108)에 대향하는 유연성 비다공성 멤브레인(flexible non-porous membrane)(112); 및
    - 상기 제1 미세유체 챔버(106)를 상기 2개 이상의 배지 저장소들(102, 104)에 연결하는 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126);을 포함하며,
    상기 방법은 생체 물질(biological material)을 상기 제1 미세유체 챔버(106)의 비평면 표면(108)상에서 배양하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 세포 배양은 3차원 세포 배양인, 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 3차원 세포 배양은 신경계-모방 세포 배양인, 방법.
  27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 하나 이상의 특징부들(features)을 포함하는 플런저 영역(plunger area)을 가지는 상기 유연성 비다공성 멤브레인(12)을 상기 비평면 표면(108)을 향하도록 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평면 표면(108)은 하나 이상의 피트들(pits)(128)을 가지며, 상기 하나 이상의 피트들(128)은 상기 유연성 비다공성 멤브레인(12)에 대향하도록 배치되고 상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)의 플런저 영역의 하나 이상의 특징부들에 대응되는, 방법.
  29. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 하나 이상의 미세유체 채널들을 상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)을 통과하도록 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제24항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)을 통과하는 상기 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126)을 통해 상기 제1 미세유체 챔버에 생체 물질을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 생체 물질은 상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)에 대향하는 상기 비평면 표면(108)의 하나 이상의 피트들(128) 내부에 수용되는, 방법.
  31. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)에 의해 생체 물질에 압력을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제24항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    파편(debris)은 상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)을 통과하는 상기 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126)을 통해 관류되는(perfused), 방법.
  33. 제24항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    성장 및 재생, 분화, 운동성, 분열, 유착, 분비, 사멸, 유전자형, 표현형, 대사(metabolism) 중 적어도 하나를 수정하기 위해 생체 물질 상에 화학적 제제 또는 생물학적 제제를 적용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  34. 제24항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)은, 생체 물질을 추가하기 전에, 상기 제2 미세유체 챔버(110)에 압력을 가함으로써 눌러지며(depressed), 생체 물질은 상기 제2 미세유체 챔버 내의 압력을 감소시킴으로써 상기 유연성 비다공성 멤브레인(112)이 다시 중립 상태로 되돌아갈 때까지 미리 정의된 시간 동안 배양되는, 방법.
  35. 하나 이상의 미세유체 채널들(114, 116, 124, 126)이 통과하는 유연성 비다공성 멤브레인(112)을 제조하는 방법.
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