WO2014181897A1 - 세포 분석 및 세포배양 모니터링 장치 및 이를 이용한 세포 분석 및 세포배양 모니터링 방법 - Google Patents
세포 분석 및 세포배양 모니터링 장치 및 이를 이용한 세포 분석 및 세포배양 모니터링 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 세포를 분석하거나 세포 배양과정을 모니터링 할 수 있는 장치 및 이를 이용한 세포 분석 및 세포배양 모니터링 방법에 대한 것으로, 본 발명에 따른 세포 분석 및 세포배양 모니터링 장치는 세포배양기가 수납되는 지지체 하단부에 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈을 구비함으로써 96 웰 플레이트와 같은 다중 웰 세포배양기를 적용하여 다양한 배양 조건 또는 외부 환경 변화 등에 대한 다양한 세포들의 변화를 동시에 분석할 수 있으며, 특히 목적하는 특정 부위의 카메라 모듈들만을 선택적으로 스위치온(swith-on)함으로써 부분적 관찰이 가능할 수도 있고, 전체 웰을 거시적으로 관찰하거나 하나의 웰의 관심영역을 고배율로 미시적으로 관찰할 수 있는 특징을 가지며, 아울러 실시간으로 세포의 동태 이미지를 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 세포 분석 및 배양을 수행하는 동안 오염의 문제를 해결하고 원격으로 배양상태를 실시간으로 체크하고 필요 시 특정 작동을 하도록 제어할 수 있는 특징 또한 가진다.
Description
본 발명은 세포를 분석하거나 세포 배양과정을 모니터링 할 수 있는 장치 및 이를 이용한 세포 분석 및 세포배양 모니터링 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 세포배양기가 수납되는 지지체 하단부에 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈을 구비함으로써 96 웰 플레이트와 같은 다중 웰 세포배양기를 적용하여 다양한 배양 조건 또는 외부 환경 변화 등에 대한 다양한 세포들의 변화를 동시에 분석할 수 있으며, 특히 목적하는 특정 부위의 카메라 모듈들만을 선택적으로 스위치온(swith-on)함으로써 부분적 관찰이 가능할 수도 있고, 전체 웰을 거시적으로 관찰하거나 하나의 웰의 관심영역을 고배율로 미시적으로 관찰할 수 있는 특징을 가지는 세포 분석 또는 세포 배양 모니터링 장치 및 이를 이용한 세포 분석 및 세포배양 모니터링 방법에 대한 것이다.
배양세포의 산업적 응용분야와 인지 응용분야는 지속적으로 확장되고 있다. 예시로 재조합 단백질들의 생산을 위한 세포들, 약리학적 분자들의 스크리닝을 위한 세포들, 진단 검사 등을 위한 세포들, 독성평가기법을 구성하는 세포들, 복원 치료 및 재생의 세포 치료를 위한 세포들 등에 대한 연구 및 응용이 이루어지고 있다. 특히 줄기세포(stem cell)의 경우 바이오 생명 분야에서 가장 활발히 연구되는 주제인데, 환경과 자극에 따라 특정한 기능을 지닌 세포로 분화되므로, 작용 메커니즘이나 유도방법을 발견하기 위해서 세포 배양과정에서 세포 분화 과정을 분석 추적하는 것이 필수적으로 요청되고 있다.
통상적으로 세포는 플라스틱 재질의 용기 또는 유리 접시(dish) 및 플라스크(flask)등에 파종되어, 인큐베이터 (incubator)내에서 배양된다. 이와 같은 인큐베이터의 내부는 일례로 이산화탄소 농도 5％, 온도 37℃, 습도 60％ 이상에 설정되어 세포의 배양에 적당한 환경으로 유지된다. 또한, 인큐베이터 내부에는 세포에 양분을 주는 것과 동시에 배양에 적당한 산도(pH)를 지키기 위하여 매일 혹은 수일에 한번씩 배양액의 교환이 이루어진다.
이와 같은 방법으로 배양중에 있는 세포의 관찰은 인큐베이터로부터 플라스틱 재질의 용기 또는 유리 접시 및 플라스크 등을 꺼내어 위상차 현미경등의 도립형 현미경을 이용한 방법이 적용된다.
그러나, 이러한 종래의 배양 중에 있는 세포의 관찰 방법은 가능한 신속히 세포의 관찰을 수행하여야 하며, 관찰 종료 후 세포를 인큐베이터내에 되돌려야하므로 세포의 활성이 손상되는 문제점이 있다. 이는 세포의 활성이 불안정하여 정확한 평가를 수행하는 것이 곤란한 문제를 내포하며, 세포를 인큐베이터로부터 꺼낼 경우 기타 유해물질에 의한 오염을 배제할 수 없다. 또한, 배양 세포는 보통 무색투명에 가까워 투과형 현미경에서는 관찰이 곤란하다.
또한, 종래의 인큐베이터는 배양과정 중에 있는 세포를 관찰하거나 이미지화하기 위해서는 인큐베이터 및 세포 배양용기를 모두 개방하여야 하기 때문에 배양조건을 무너지게 하여 실시간 세포의 배양과정을 관찰하거나 이미지화할 수 없는 문제점이 존재하고, 측정자의 전문성에 의존하게 되어 측정자에 따른 편차가 발생한다.
따라서, 세포 분화 과정을 분석 추적하는 것이 필수적으로 요청되는 줄기 세포 등의 세포 배양과정을 실시간으로 관찰하기 위해서는, 기존 장비의 문제점들을 해소하고 용이하게 실시간 세포의 배양과정을 관찰하거나 이미지화할 수 있는 새로운 시스템의 개발이 요청되었다.
이에 본 발명자들은 새로운 구조의 세포 분석 및 세포배양 모니터링 장치를 제작함으로써 다양한 조건에서 많은 다른 종류의 세포들의 동시 분석이 가능하고, 아울러 전체 웰을 거시적으로 관찰하거나 하나의 웰의 관심영역을 고배율로 미시적으로 관찰할 수 있으며, 아울러, 실시간으로 세포의 동태 이미지를 보유줄 수 있으며 분석동안 오염의 문제를 해결하고 원격으로 배양 상태의 체크 역시 가능함을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
<선행기술문헌>
대한민국 공개특허공보 10-2012-0027359
발명의 요약
본 발명의 목적은 종래 장비의 문제점들을 해소하고 용이하게 실시간 세포 분석 및 세포 배양의 모니터링을 가능하게 하는 새로운 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음을 포함하는 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 제공한다:
하측으로 광을 조사하는 광원부;
상기 광원부의 하측에 배치되고, 시료를 포함한 세포배양기가 탑재되어 시료내 세포의 배양이 수행되는 세포배양부;
상기 세포배양부의 하측에 배치되어 상기 세포의 이미지를 관찰하는 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈,
이때 M 및 N은 각각 2 이상의 자연수이다; 및
상기 세포배양부에 탑재된 세포배양기의 세포들을 전체적으로 또는 부분적으로 관찰하도록 상기 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈 전부 또는 그 일부의 구동을 제어하는 제어부.
본 발명은 또한, 상기 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 이용한 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징 및 구현예는 다음의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 더욱 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 세포 분석 및 세포배양 모니터링 장치의 일 구체예에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 장치의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 카메라 모듈의 일 구체예의 모식도이다.
도 4는 96 웰의 세포배양 플레이트 관찰을 위한 96개의 카메라 모듈을 가지는 극히 컴팩트한 이미징 어레이어 배열을 보이는 일 구현예이다.
도 5A는 세포배양 플레이트 중 일부 영역만을 부분적으로 관찰하는 경우 (녹색 부분에 대응되는 일부 카메라 모듈만 선택적으로 스위치온되어 해당 영역의 관찰이 수행됨)를 나타내고, 도 5B는 전체 디시 영역이 관찰되는 경우를 나타낸다.
도 6은 세포배양기의 예시로서, 각각 6/12/24/48/96 웰 플레이트, 35/60/100 Φ 디시와 같은 원형 플레이트 및 T25/75 플라스크와 같은 배양플라스크를 나타낸다.
도 7은 세포배양기 내의 배양물 중 색상의 변화 측정에 의해 pH 감지를 수행하도록, 본 발명에 따른 장치에 셋팅되는 pH 표시 알고리즘이다.
도 8은 본 발명에 따른 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 이용하여 분석대상 세포의 형태상의 변화 (morphological change)와 세포 행동(cell begavior)을 규정된 시간 단위로 관찰한 결과를 나타내는 사진 및 그래프이다.
발명의 상세한 설명 및 바람직한 구현예
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명은 일 관점에서,
하측으로 광을 조사하는 광원부;
상기 광원부의 하측에 배치되고, 시료를 포함한 세포배양기가 탑재되어 시료내 세포의 배양이 수행되는 세포배양부;
상기 세포배양부의 하측에 배치되어 상기 세포의 이미지를 관찰하는 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈 (이때 M 및 N은 각각 2 이상의 자연수이다); 및
상기 세포배양부에 탑재된 세포배양기의 세포들을 전체적으로 또는 부분적으로 관찰하도록 상기 MXN 매트릭스 형태의 카메라 모듈 전부 또는 그 일부의 구동을 제어하는 제어부;
를 포함하는 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치는 배양물로서 예를 들면, 수정란 내에 존재하는 미분화된 줄기세포 (소위 ES 세포)인 배아성 줄기세포나, 이미 완성된 체 내의 각 기관에 존재하는 미분화된 줄기세포, 예를 들면 조혈 줄기세포나 신경관 세포 등의 체성 줄기 세포 등의 재생 의료 등에 이용되는 세포 뿐만 아니라, 분석 및 실시간 모니터링이 필요한 모든 생물학적 물질의 관찰을 위하여 적용될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치는 소형화하여 CO2 인큐베이터 내에 설치되도록 한다. 이때, 본 발명에 따른 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치는 CO2 인큐베이터 내에 일체화되어 제공되거나, 후속적으로 CO2 인큐베이터 내에 도킹(docking)될 수 있다. 혹은 생세포 동태 이미징 분석(live cell kinetic imaging assays)을 목적으로 하지 않는 경우, 인큐베이터 외부에서 두어 기존 광학 현미경처럼 사용가능하며, 이 또한 기존 광학 현미경에 비해 월등한 고속다중검사(HTS)기능을 구현할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1는 본 발명에 따른 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치의 일 구체예의 사시도이며, 도 2는 이의 분해도로서, 하측으로 광을 조사하는 광원부(10); 상기 광원부의 하측에 배치되고, 시료를 포함한 세포배양기가 탑재되어 시료내 세포의 배양이 수행되는 세포배양부(20); 상기 세포배양부의 하측에 배치되어 상기 세포의 이미지를 관찰하는 M×N 개 매트릭스 (예로 96개)의 카메라 모듈(30); 상기 세포배양부에 탑재된 세포배양기의 세포들을 전체적으로 또는 부분적으로 관찰하도록 상기 M×N 개의 카메라 모듈 전부 또는 그 일부의 구동을 제어하는 제어부(40) 및 이를 둘러싸는 하우징 (51, 52)를 포함한다.
상기 광원부(10)의 광원은 유기전계 발광소자, LED, FED, 텅스텐 램프, 할로겐 램프 또는 수은등에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 유기전계 발광소자 또는 LED는 UV 파장을 발생하는 면광원으로 구성되거나, RGB 화소 또는 삼파장을 갖는 백색광 화소가 어레이되어 원하는 파장의 화소를 작동시키는 것도 가능하다. 이때, 광원부는 분석할 시료들의 특성의 작용에 따라 소정의 빛의 타입을 선택하기 위한 필터들을 포함하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 광원의 강도는 분석할 시료의 특성에 따라 소정의 강도를 선택하도록 조절될 수 있다.
상기 광원부(10)의 하측에는 시료를 포함한 세포배양기가 탑재되어 시료내 세포의 배양이 수행되는 세포배양부(20)가 배치되고, 이러한 상기 세포배양부(20)의 하측에는 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈 (이때 M 및 N은 각각 2 이상의 자연수이다)(30)이 설치되어 있다.
카메라 모듈(30)은 시료의 세포(배양물)의 이미지를 촬영하여 임의의 적절한 통신수단 (유선 혹은 무선 방식)를 통해 컴퓨터로 전송한다. 본 발명에 있어서 카메라의 앞단에는 현미경을 장착하여 원하는 크기로 세포를 확대하여 관찰할 수 있으며, 이때, 카메라 모듈은 현미경에 의해 제공된 샘플의 이미지를 디지털로 얻을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카메라 모듈은 자동 초점 렌즈 모듈과 같은 렌즈 혹은 수동 초점 렌즈 및 CMOS 이미지 센서와 같은 이미지 센서를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 다수개의 카메라 모듈을 구비하여, 하나의 카메라 모듈로 하여금 일정한 공간의 이미지 영역, 즉 관심영역의 촬영이 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 카메라 모듈은 M×N 개가 매트릭스 형태로 설치될 수 있다. 이때, M 및 N은 각각 2 이상의 자연수임을 특징으로 하며, 바람직하게는 각각 2 내지 64 중 어느 하나의 자연수일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 각각 2 내지 32 중 어느 하나의 자연수이며, 일예로서 12×8, 즉 96개의 카메라 모듈이 설치될 수 있다.
본 발명에 있어서, “M×N 매트릭스 형태”란 도 4에 도시된 바와 같이, M×N 개의 카메라 모듈이 컴팩트하게 배열되어 매트릭스를 형성하는 것을 의미하는 것으로, 즉, 카메라 모듈이 고집적화 되어 어레이된 것을 의미한다.
이처럼 매트릭스 형태의 카메라 모듈 (30)을 구비함으로써 저비용으로 high throughput 이미징 정보를 얻을 수 있는데, 바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이 통상적으로 널리 사용되는 상업적 세포 배양 플레이트인 96 웰 플레이트에 적합하도록 96개의 카메라 모듈을 가지는 극히 컴팩트한 이미징 어레이어로 제공될 수 있다. 이에 본 발명의 일 구체예에서는 96개의 카메라 모듈이 설치되었다.
본 발명에서 사용되는 카메라로는 예를 들어 다양한 방식의 포토센서가 사용될 수 있는데, 바람직하게는 CMOS 이미지센서, CCD 이미지 센서 등이 사용될 수 있다.
한편, M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈(30)은 별도의 광원부(10)를 구비함 없이 상기 세포배양부(20)의 상단 또는 하단에 설치되어 세포배양부(20) 상의 세포배양기의 세포(배양물)을 관찰하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 상기 세포배양부에 탑재된 세포배양기의 세포들을 전체적으로 또는 부분적으로 관찰하도록 상기 M×N 개 (예로 96개)의 매트릭스 형태로 구비된 카메라 모듈 전부 또는 그 일부의 구동을 제어하는 제어부(40)를 포함함으로써, 거시적(Macro) 관찰 (예로, 96웰 세포배양기 하나의 웰 전체 분석) 및 미시적(Micro) 관찰 (예로, 96웰 세포배양기 하나의 웰의 일 부분 분석)이 가능하다. 즉, 낮은 배율로 전체 웰을 보는 것과, 웰 상의 관심영역을 고배율로 관찰하는 것이 가능하다. 도 5는 본 발명에 따른 일 실시예를 나타낸 것으로서, 선택적으로 도 5A와 같이 전체 플레이트 중 일부 영역 (녹색 부분)만을 관찰하거나, 도 5B와 같이 전체 디시를 관찰하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명은 M×N개 매트릭스로 카메라 모듈들을 배열함으로써 관찰목적에 따라 원하는 부분의 카메라모듈만을 선택적으로 스위치온(switch-on)하여 부분 관찰이 가능하도록 할 수 있다.
시료를 포함한 세포배양기는 세포배양부(20)에 탑재된다. 세포배양기는 분석 또는 모니터링될 시료를 포함하는 것으로 직접적인 세포의 배양이 이루어질 수 있는 것이면 제한되지 않으나, 바람직하게는 O×P개의 웰을 가지는 플레이트, 디시(Dish) 또는 플라스크(Flask)인 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, O 및 P은 각각 2 이상의 자연수로, 바람직하게는 2 내지 64의 자연수, 더욱 바람직하게는 2 내지 32의 자연수이다. 예시적으로 6/12/24/48/96/1024 웰 플레이트가 사용되거나, 35/60/100 φ 디시와 같은 원형 플레이트나 T25/75 플라스크와 같은 배양플라스크가 사용될 수 있다 (도 6). 본 발명의 일 구체예에서는 세포배양기로서 96 웰 플레이트를 사용하였다. 본 발명에서는 멀티-웰 플레이트를 적용하여 다양한 조건에서 많은 다른 종류의 세포들의 동시 분석이 가능하게 하였다.
세포배양기는 적어도 바닥면 및 상면이 투광성을 갖는 용기임이 바람직하며, 예를 들면 투명 유리 또는 수지제로 구성되어 있고 광원부(10)로부터의 조사광을 투과하여, 카메라 모듈(30)의 렌즈에 의해 내용물을 관찰가능하게 구성된다.
본 발명에 있어서, 세포배양부(20)는 시료내 세포의 배양이 수행되는 공간을 구성하는데, 세포배양기가 올려질 수 있는 평활한 플레이트를 포함하며, 추가적으로 진탕배양 (shaking culture)이 가능하도록 shaking하는 수단을 포함할 수 있으며, 이는 제어부에 의하여 구동이 제어될 수 있다. 아울러, 세포배양부(20)는 카메라 모듈에 의하여 세포 분석 또는 세포배양 모니터링이 수행될 때, 원하는 영역의 관찰이 용이하도록 또는 세포의 이동경로의 분석이 가능하도록 상기 세포배양기를 수평방향 또는 수직방향으로 이동시키는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 혹은 본 발명에 따른 장치는 세포배양기를 고정시켜 두고 관찰부(카메라 모듈 어레이)를 수평방향 또는 수직방향으로 이동시키는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 세포배양부(20)에서 적절한 배양환경이 구성되도록, 세포배양부에서의 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 산소 농도, pH 및 유량 중 어느 하나 이상의 배양환경을 감시하기 위한 센서부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 센서부는 별도로 추가로 포함되거나 기존의 센서부, 예를 들면 카메라 모듈의 센서 등을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
특히, 상기 센서부는 세포배양기 내의 pH를 감지하는 pH 측정부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, pH에 따른 색상 차이를 미리 셋팅해 놓고, 배양물 중 색상의 변화를 모니터링할 수 있다. pH 조건은 세포배양환경에 따른 다양한 정보를 제공하는 것으로서, 바람직하게는 실험자가 적절 영역(healthy zone)으로 선택한 영역을 벗어나면 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치 (서버, 퍼스널 컴퓨터, 모바일기기 등)로 알람을 주거나 배지가 교체되도록 설정하여 시료의 외부 노출을 최소화함으로써 오염을 방지할 수 있다. 즉, 바람직하게는 상기 pH 조건 정보에 따라 배양액의 교체 시기를 측정하여 자동으로 세포 배양 기 내의 세포 배양액은 배출하고, 세포배양기 내로 세포 배양액을 공급하는 세포 배양액 교환기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 “프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치”란 프로그램화될 수 있는 컨트롤 장치로, 컴퓨터를 포함하는 것으로서, 예시적으로 서버, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 기기 등으로서 이로 제한됨 없이 프로그램화되어 본 발명에 따른 장치와 쌍방향으로 정보를 주고 받을 수 있는 것이면 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부(40)는 하나 이상의 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치(서버, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 기기 등)과 쌍방향으로 정보를 주고 받게 되는데, 이때 상기 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치와 유선 또는 무선으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 제어부(40)은 상기 카메라 모듈(30)에 의하여 획득된 디지털이미지 정보를 유선 또는 무선으로 연결된 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치(서버, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 기기 등)로 전송하는데, 이러한 제어부(40)는 컴퓨터에 의하여 유선으로 조정되거나 또는 원격으로 조정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또는 자동으로 설정된 바에 따라 카메라 모듈, 광원부 등을 제어할 수 있다.
상기 쌍방향으로 정보를 주고 받는다는 의미는 제어부를 통해 세포 분석 또는 배양 장치 내의 세포에 대한 실시간 정보, 장치 내 또는 인큐베이터 내의 배양 조건 (예를 들어 온도, 습도, 배지 내 pH나 영양성분 등의 농도 등)에 대한 값들이 제공될 뿐만 아니라, 제어부에 연결된 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치를 통해 제어부 등에 본 발명에 따른 세포 분석 또는 배양 장치에 목적하는 동작 (action), 예를 들어 배지 교체, 온도 상승, 배지의 pH 조절 등의 조치를 취할 수 있도록 지시가 내려질 수 있음을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서는 본 발명에 따른 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 이용하여 도 8과 같이 세포급증 (Cell proliferation)과 세포성장 (cell growth)처럼 형태상의 변화 (morphological change)와 세포 행동(cell begavior) 등에 대하여 원하는 시간 단위 또는 기간으로 자동 (schedule) 또는 수동 (capturing)으로 단속 혹은 저속 관찰 (time-laps tracking)이 가능하며, 그 결과, 매우 용이하게 전체적인 세포배양물 관찰 및 실시간 세포분열 등의 분석이 가능함을 확인하였다.
즉, 본 발명에 따른 세포분석 또는 세포배양 모니터링 방법은 암세포 치료약 반응성 검사, 신약개발 등의 분야에서 다양한 실험을 수행한 후 세포의 변화 추이를 분석하는데 용이하게 사용되며, 특히 작용 매커니즘이나 유도방법을 발견하기 위해 세포 배양과정에서 세포분화과정을 분석추적하는 것이 필수적인 줄기세포 배양물 분석에 매우 용이함을 확인할 수 있었다.
이에 본 발명은 다른 관점에서, 상기 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 이용한 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 상기 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치의 세포배양부에서 시료를 배양하는 단계; 및 상기 시료의 적어도 하나의 디지털 이미지를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치는 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치와 쌍방향 커뮤니케이션 하는 방식으로 작동할 수 있다. 예로, 상기 얻어진 적어도 하나의 디지털 이미지를 유선 또는 무선으로 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치(서버, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 기기 등)로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 또한, 본 발명에 따른 방법은 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치 (서버, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 기기 등)을 사용하여 유선 또는 무선으로 세포분석 혹은 배양 모니터링 장치를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 둘 이상의 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 하나의 컴퓨터에서 제어하도록 구성된 멀티 도킹 시스템을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 멀티 도킹 시스템은 기존 전통적 96 웰 플레이트를 기반으로 CLIA 분석과 같은 high throghput 분석을 제공할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 방법은, 바람직하게는 자동 이미지 캡쳐 및 저장이 가능하도록 모니터링 스케줄 프로그램 서비스를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 프로그램된 스케줄로 장기간 텀으로 세포(배양물)의 관찰이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 세포 분석 및 세포배양 모니터링 장치는 세포배양기가 수납되는 지지체 하단부에 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈을 구비함으로써 96 웰 플레이트와 같은 다중 웰 세포배양기를 적용하여 다양한 배양 조건 또는 외부 환경 변화 등에 대한 다양한 세포들의 변화를 동시에 분석할 수 있으며, 특히 목적하는 특정 부위의 카메라 모듈들만을 선택적으로 스위치온(swith-on)함으로써 부분적 관찰이 가능할 수도 있고, 전체 웰을 거시적으로 관찰하거나 하나의 웰의 관심영역을 고배율로 미시적으로 관찰할 수 있는 특징을 가지며, 아울러 실시간으로 세포의 동태 이미지를 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 세포 분석 및 배양을 수행하는 동안 오염의 문제를 해결하고 원격으로 배양상태를 실시간으로 체크하고 필요 시 특정 작동을 하도록 제어할 수 있는 특징 또한 가진다.
이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
<부호의 설명>
10: 광원부
20: 세포배양부
30: 카메라 모듈
40: 제어부
51: 도어 52: 하우징
Claims (18)
- 다음을 포함하는 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치:하측으로 광을 조사하는 광원부;상기 광원부의 하측에 배치되고, 시료를 포함한 세포배양기가 탑재되어 시료내 세포의 배양이 수행되는 세포배양부;상기 세포배양부의 하측에 배치되어 상기 세포의 이미지를 관찰하는 M×N 매트릭스 형태의 카메라 모듈,이때 M 및 N은 각각 2 이상의 자연수이다; 및상기 세포배양부에 탑재된 세포배양기의 세포들을 전체적으로 또는 부분적으로 관찰하도록 상기 MXN 매트릭스 형태의 카메라 모듈 전부 또는 그 일부의 구동을 제어하는 제어부.
- 제1항에 있어서, M 및 N은 각각 2 이상 64인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포배양기는 O×P개의 웰을 가지는 플레이트, 디시(Dish) 또는 플라스크(Flask)인 것을 특징으로 하는 장치,이때, O 및 P는 각각 2 이상의 자연수이다.
- 제3항에 있어서, 상기 세포배양기는 96 웰 플레이트인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포배양부는 진탕배양 (shaking culture) 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포배양기를 수평방향 또는 수직방향으로 이동시키는 수단 또는 세포배양기를 고정시킨 채 상기 카메라 모듈부를 수평방향 또는 수직방향으로 이동시키는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 산소 농도, pH 및 유량 중 어느 하나 이상의 배양환경을 감시하기 위한 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 센서부는 세포배양기 내의 pH를 감지하는 pH 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 센서부로부터 출력되는 감지신호에 의하여 세포 배양 기 내의 세포 배양액은 배출하고, 세포배양기 내로 세포 배양액을 공급하는 세포 배양액 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는 하나 이상의 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치와 유선 또는 무선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 장치는 CO2 인큐베이터 내에 설치되는 사이즈인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 이용한 세포 분석 또는 세포배양 모니터링 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치의 세포배양부에서 시료를 배양하는 단계; 및 상기 시료의 적어도 하나의 디지털 이미지를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 얻어진 적어도 하나의 디지털 이미지를 유선 또는 무선으로 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 하나 이상의 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치에 의하여 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치의 세포배양부의 pH 조건을 측정하여 설정된 영역을 벗어나는 경우 알람하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 둘 이상의 세포분석 또는 세포배양 모니터링 장치를 하나의 프로그램 가능한 컨트롤 시스템 장치에서 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 프로그램된 스케줄로 세포 분석 또는 세포배양 모니터링이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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