WO2017022891A1 - 세포 포집 필터 및 이를 갖는 세포 포집 장치 - Google Patents

세포 포집 필터 및 이를 갖는 세포 포집 장치 Download PDF

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WO2017022891A1
WO2017022891A1 PCT/KR2015/012362 KR2015012362W WO2017022891A1 WO 2017022891 A1 WO2017022891 A1 WO 2017022891A1 KR 2015012362 W KR2015012362 W KR 2015012362W WO 2017022891 A1 WO2017022891 A1 WO 2017022891A1
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filter
pores
cell
ratio
cells
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PCT/KR2015/012362
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전병희
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주식회사 싸이토젠
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    • 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
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/12—Apparatus for enzymology or microbiology with sterilisation, filtration or dialysis means
    • 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
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/26—Inoculator or sampler
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/24—Methods of sampling, or inoculating or spreading a sample; Methods of physically isolating an intact microorganisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples

Definitions

  • the present invention relates to a cell collecting filter and a cell collecting device having the same, and more particularly, to an automated cell separation device, which is capable of collecting metallic cells with high recovery rate to target cells and suppressing damage or modification of cells.
  • a filter and a cell collection device are provided.
  • CTCs Tumor Cells
  • biopsy is performed to clinically confirm the current condition of cancer patients.
  • biopsy is difficult to be repeatedly performed due to time, cost, and patient's condition, and may cause infection or bleeding as a side effect.
  • a technique for collecting tumor tumor cells from cancer cells has been developed.
  • CTCs / CTCs Blood tumor cells
  • a method for capturing blood tumor cells a method using a microfluidic device in which a capture antibody is bound to a resin surface such as a magnetic particle or columnar structure to which an anti-EpCAM (epithelial cell adhesion molecule) antibody is immobilized, and a blood tumor cell and It is known to use a filter using the size difference of blood cells.
  • a resin surface such as a magnetic particle or columnar structure to which an anti-EpCAM (epithelial cell adhesion molecule) antibody is immobilized
  • a parylene membrane filter for filtering cells from a fluid.
  • the membrane filter is mounted in the chamber and has a plurality of pores that are formed to prevent the target cell from passing through.
  • this technique has a problem that it is difficult to collect and collect cancer cells filtered from the membrane filter from the chamber.
  • Filter patches consist of a membrane having a plurality of pores for filtration of cells.
  • this method is also difficult to collect and collect the cells filtered in the filter patch of the microfiltration unit from the central square hole, there is a high risk of damage to the target cells.
  • the present invention has been made in an effort to provide a cell collection filter and a cell collection device including the same, which have a high recovery rate against a target cell and can suppress damage or modification of a cell or a change in cell activity.
  • another technical problem of the present invention is to provide a simple and economical cell collection filter and cell collection device applicable to an automated cell separation device.
  • a cell collection filter as a cell collection filter, a plurality of rectangular pores arranged in a matrix form are provided in a metal filter body, the thickness of the filter body being t, the horizontal length of the pores a, and the pores.
  • the length in the longitudinal direction of b, the distance between the adjacent pores along the transverse direction of the filter l, the distance between the adjacent pores along the longitudinal direction of the filter is m
  • the ratio a / b of a and b is 0.8 to 1.2
  • the ratio of l and m l / m is 0.8 to 1.2
  • the ratio of t and a or the ratio of t and b t / x (where x is a or b) is 0.5 to 1.8
  • a cell collection filter is provided.
  • a cell collection filter having a simple and economical structure and a cell collecting device having the same structure having high recovery rate to a target cell but preventing damage or deformation of the cell and not affecting the activity. have.
  • the recovery rate can be increased without damaging the target cells.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a cell separation device.
  • FIG. 2 is an exploded configuration diagram showing a cell collecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view of the cell collection device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a cell collecting filter of the cell collecting device of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a capture process of target cells.
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view of a portion of the cell collection filter of FIG. 4.
  • an embodiment of the present invention is a cell collection filter, a plurality of rectangular pores arranged in a matrix form is provided in the filter body made of metal, the thickness of the filter body t,
  • a is the length in the horizontal direction
  • b is the length in the longitudinal direction of the pores
  • l is the distance between the pores adjacent in the transverse direction of the filter
  • l is the distance between the pores adjacent in the longitudinal direction of the filter
  • the ratio a / b of and b is 0.8 to 1.2
  • the ratio l / m of l and m is 0.8 to 1.2
  • the ratio of t and a or the ratio t / x of t and b wherein x is a or b) provides a cell collection filter, characterized in that 0.5 to 1.8.
  • the ratio a / l of a and l may be 0.9 to 1.6
  • the ratio b / m of b and m may be 0.9 to 1.6
  • the a or b may have a size of 40 to 70% with respect to the diameter of the target cell.
  • the filter body may be made of nickel or nickel alloy.
  • another embodiment of the present invention is a cell collection device, characterized in that it comprises a tube having a fluid flowable hollow inside and a cell collecting filter provided below the tube and as described above A cell collecting device is provided.
  • first tube 110 and the second tube 120 are fixedly coupled by an interference fit between the coupling part 112 and the second tube body 121, but the coupling method is limited thereto.
  • first tube 110 and the second tube 120 may be coupled to each other by, for example, a thread form or an adhesive or fusion method.
  • a tube 110 of the cell collection device 100 Fluid travels through 120 and the target cells can be collected and recovered by the size selectivity of the cell capture filter 200.
  • the fluid may be supplied to the inside of the cell collecting device 100 by a pipette capable of discharging the quantitative fluid.
  • the fluid may be supplied from a syringe / syringe, a blood collection tube, or a fluid storage device in a pack form. May be
  • the fluid can be, for example, blood or a solution comprising blood, and in addition can be any form of liquid or liquid substance that requires the capture of the target cell or target substance.
  • the fluid may be blood, including tumor cells in the blood, in which case the hematoma tumor cells become target cells, and other blood cells (white blood cells, red blood cells) may become non-target cells.
  • the cell collecting device 100 is illustrated in a cylindrical shape in the drawing, the cell collecting device 100 is not necessarily limited to such a shape.
  • the cell collection filter 200 includes a filter body 210 made of metal and a plurality of square pores 220 arranged in a matrix shape on the filter body 210.
  • the size of the pores 220 is exaggerated, but considering the size of target cells such as blood tumor cells, the pores 220 are smaller in size and much larger than those shown.
  • the x direction is a horizontal direction and the y direction is a vertical direction.
  • the pores 220 are arranged in a matrix shape, the horizontal arrangement and the vertical arrangement of the pores 220 do not necessarily have to be the same, and for example, the pores 220 of the first, third, and fifth rows are not necessarily the same. ) And the second, fourth, and sixth rows of pores 220 may be arranged in a staggered form.
  • the pores 220 formed in the filter body 210 are provided smaller than the diameter of the target cells 2 and larger than the diameter of the non-target cells 3. However, even if the length of the pores 220 is smaller than the diameter of the target cells 2, the difference is too small, that is, when the pores 220 are similar in size to the target cells 2, the target cells at the time of filtering or recovery (2) may be damaged or deformed. Details thereof will be described later.
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view of a portion of the cell collection filter of FIG. 4.
  • the thickness of the filter body 210 of the cell collection filter 200 is t
  • the horizontal length of the pores 220 is a
  • the longitudinal length of the pores 220 is b
  • the cell collection filter 200 is formed.
  • each distance (or thickness) Must satisfy the following relationship: If this relationship is satisfied, it is possible to recover very few target cells, such as blood tumor cells, by 80% or more, and the standard deviation is 10% or less.
  • the ratio l / m of l and m is 0.8 to 1.2
  • the ratio of t and a or the ratio of t and b t / x, where x is a or b, is between 0.5 and 1.8.
  • the ratio a / l of a to l is 0.9 to 1.6
  • the ratio of b and m b / m is 0.9 to 1.6
  • the ratio t / x (where x is a or b) shown in 3 above is important for the recovery of the target cells, and the ratios of a / l and b / m are also the recovery rate and stability of the cell collection filter 200. Important for (non-deformation).
  • the meaning of each numerical range will be described.
  • either of the pores 220 Is a relatively long rectangular shape, which is not suitable for the filtration of target cells which are basically circular in shape, and may cause deformation of the cells.
  • the distance l between two adjacent pores 220 along the transverse direction of the cell collection filter 200 and the distance between two adjacent pores 220 along the longitudinal direction of the cell collection filter 200 are less than 0.8 or more than 1.2, the distribution of the plurality of pores is unevenly arranged in either direction, and thus the variation of the recovery method in the recovery of the target cells is large. .
  • the ratio of the thickness t of the filter main body 210 of the cell collection filter 200 to the transverse or longitudinal length (a; b) of the pores 220, that is, t / x (where x is a Or b) less than 0.5 increases the error that the target cell passes through the filter, and when t / x exceeds 1.8, the error that the non-target cell does not pass through the filter increases, and also damages or modifies the cell. Increases the risk of giving.
  • the filter body 210 is made of metal, for example, may be made of stainless steel, nickel, aluminum, copper, and the like.
  • the metal cell collection filter 200 has a relatively strong resistance to the flow pressure of the fluid, when the thickness of the filter body 210 is less than 50% of the length of the pores 220 by the strong fluid pressure Temporarily deformed and then returned to its original form by the elastic restoring force may damage or deform the target cells collected in the pores 220.
  • changes in cell activity may occur, which may lower the accuracy of cancer diagnosis by, for example, blood tumor cells (target cells).
  • the thickness of the filter body 210 when the thickness of the filter body 210 is greater than 80% of the length of the pores 220, the thickness of the filter body 210 becomes too large so that non-target cells, such as blood cells, do not properly pass through the pores 220. You may not be able to.
  • the thickness t of the filter body 210 should be 2.5 ⁇ m to 9 ⁇ m. If the thickness t is less than 2.5 ⁇ m or more than 9 ⁇ m, the problem as described above occurs.
  • the ratio of the distance l between the horizontal length a of the pores 220 and the two adjacent pores 220 along the horizontal direction of the cell collecting filter 200 that is, a / l is less than 0.9
  • the gap between the pores 220 is increased to reduce the recovery rate of the target cells, and when a / l exceeds 1.6, the total volume of the cavity (pore) becomes too large relative to the total volume of the filter body 210.
  • the rigidity of the filter body 210 is not maintained. In this case, the risk that the filter body 210 is deformed during filtering increases.
  • the ratio of the longitudinal length b of the pores 220 and the distance m between two adjacent pores 220 along the longitudinal direction of the cell collecting filter 200 that is, b / m is also above a /.
  • b / m exceeds 1.6, the total volume of the cavity is too large compared to the total volume of the filter body 210. It becomes large and can not maintain the rigidity of the filter main body.
  • the filter main body 210 of the cell collecting filter 200 is made of polymer, it is difficult to reduce the thickness of the filter.
  • the fluid In order to collect the cells, the fluid must be filtered by applying pressure to the fluid. In this process, the filter body 210 is deformed, such as the filter body is bent due to the pressure, and the deformation of the filter body 210 causes the cells in the pores. May become damaged or damaged.
  • the filter body 210 is made of metal to increase deformation resistance due to fluid pressure. This makes it possible to reduce the thickness of the filter main body 210, so that the size (a; b) of the pores and the size (l; m) between the pores is within a certain ratio with respect to the thickness of the filter main body 210. The recovery rate of the target cell can be greatly increased.
  • the transverse length a of the pores 220 and the longitudinal length b of the pores 220 may have a size of 40 to 70% with respect to the diameter of the target cell. If this ratio is less than 40%, the selectivity for target and non-target cells is lowered. That is, the rate at which non-target cells pass through the pores can be lowered. On the contrary, when the above ratio is 70% or more, the rate at which the target cells pass through the pores becomes high, and the target cells are caught in the pores, thereby reducing the recovery rate of the target cells. On the other hand, when backwashing to increase the recovery rate, a problem arises in that the target cells are damaged or the activity is lowered.
  • blood tumor cells could pass through pores 220 having a diameter of 8 ⁇ m.
  • the distance between the pores 220 also increases.
  • the distance between the pores 220 (l; m) is 5 for blood tumor cells of 7.5 ⁇ m.
  • the thickness is larger than or equal to 1 ⁇ m, blood tumor cells located between the pores 220 may not be dropped from the surface of the filter body 210 by backwashing (ie, may not be recovered).
  • back washing refers to the flow of fluid in a direction opposite to the flow of the fluid at the time of collection after the collection of blood tumor cells. If the pressure is increased during backwashing of the fluid in order to increase the recovery rate of the blood tumor cells, the risk of damage to the blood tumor cells increases.
  • the horizontal / vertical length of the pores 220 is less than 40% of the diameter of the target cells, not only the selectivity for the target cells and the non-target cells is lowered, but also the sizes of the pores 220 become too small. As a result, the distance between adjacent pores 220 is also reduced. In this case, not only the production of the cell collection filter 200 becomes difficult, but also the problem of breaking the cell collection filter 200 during backwashing occurs.
  • the filter body 210 may be made of nickel or a nickel alloy.
  • the effect in the case where the filter main body 210 is made into metal is as above-mentioned.
  • the filter main body 210 can be obtained by plating nickel on a wafer by electroforming and then separating the nickel layer, but the present invention is not limited to this manufacturing method.
  • the fluid can pass through the pores 220 at a relatively low pressure, so that the thickness of the filter body 210 can be reduced, and the risk of damaging or deforming the cell collection filter 200 during filtering is low. You lose.

Abstract

본 발명의 실시예는 세포 포집 필터로서, 금속으로 이루어진 필터 본체에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공이 마련되며, 상기 필터 본체의 두께를 t, 상기 세공의 가로 방향 길이를 a, 상기 세공의 세로 방향 길이를 b, 필터의 가로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 l, 필터의 세로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 m이라고 할 때, 상기 a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2이고, 상기 l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2이며, 상기 t와 a의 비율 또는 상기 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터를 제공한다.

Description

세포 포집 필터 및 이를 갖는 세포 포집 장치
본 발명은 세포 포집 필터 및 이를 갖는 세포 포집 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 자동화된 세포 분리장치에 적용가능하며, 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형은 억제되는 금속성의 세포 포집 필터 및 세포 포집 장치에 관한 것이다.
유전자 해석, 암진단 등 바이오 기술의 발달에 따라 세포를 이용한 다양한 검사 또는 검진 방법이 개발되고 있다. 이러한 세포를 이용한 검사 또는 검진을 위해서는 인간 또는 동물의 혈액으로부터 살아 있는 세포(live cell)를 포집하기 위한 기술이 필요하다.
세포 포집의 예로서 암진단을 위해 혈중 종양세포(CTCs: Circulating Tumor Cells)를 이용하는 방법이 있다.
종래 암환자의 현재 상태에 대한 임상적 확인을 위하여 조직검사가 이루어지고 있으나, 이러한 조직검사는 시간, 비용 및 환자의 상태 등에 의해 반복적으로 실시하기에 어려움이 있고 부작용으로 감염이나 출혈을 일으킬 수 있는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 암환자의 세포로부터 혈중 종양세포를 채집하는 기술이 개발되었다.
혈중 종양세포(CTC/CTCs)는 1차적인 종양조직, 즉 원발암으로부터 떨어져 나와 혈액 속을 돌아다니는 소수의 종양세포로 전이암의 핵심요인으로 알려져 있다. 통계에 따르면 암 환자의 약 90%가 전이암으로 인하여 사망하고 있는 것으로 알려져 있다.
혈중 종양세포는 혈구 성분 108∼109 개당 약 1개 비율로 존재한다고 알려져 있다. 따라서 혈중 종양세포의 검출을 위해서는 안전하고 간편할 뿐만 아니라 높은 회수율을 갖는 세포 포집 방법이 요구된다.
혈중 종양세포의 포집을 위한 방법으로서, 항 EpCAM(상피 세포 접착 분자) 항체를 고정화한 자성 입자 또는 기둥 형상 구조 등의 수지 표면에 캡처 항체를 결합시킨 마이크로 유체 디바이스를 이용하는 방법과, 혈중 종양세포와 혈구 세포의 크기 차이를 이용하여 필터를 사용하는 방법이 알려져 있다.
필터를 사용하는 방법으로서, 유체로부터 세포를 여과하기 위한 파릴렌 멤브레인 필터(Parylene membrane filter)를 사용하는 방법이 있다. 멤브레인 필터는 챔버 내에 장착되어 있으며, 표적 세포가 통과되지 못하도록 형성되어 있는 복수의 세공(pore)들을 갖는다. 그러나 이 기술에서는 멤브레인 필터에 여과되어 있는 암세포를 챔버로부터 회수하여 채집하기 곤란한 문제가 있다. 또한, 주사기에 의하여 챔버에 주입되는 세포가 손상될 우려가 높다.
세포 포집을 위한 필터로서, 정밀여과 장치의 중앙사각구멍(Central square hole)에 복수의 필터패치(Filter patch)들을 설치하는 방법이 있다. 필터패치들은 세포의 여과를 위한 복수의 세공들을 갖는 멤브레인으로 구성되어 있다. 그러나 이 방법 역시 정밀여과 장치의 필터패치에 여과되어 있는 세포를 중앙사각구멍으로부터 회수하여 채집하기 곤란하고, 표적 세포가 손상될 우려가 높았다.
따라서, 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형이 방지되고 활성에 영향을 주지 않는 간단하면서도 경제적인 구조의 세포 포집 필터가 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형, 또는 세포 활성의 변화를 억제할 수 있는 세포 포집 필터 및 이를 구비한 세포 포집 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 자동화된 세포 분리장치에 적용가능한 간단하면서도 경제적인 세포 포집 필터 및 세포 포집 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 세포 포집 필터로서, 금속으로 이루어진 필터 본체에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공이 마련되며, 상기 필터 본체의 두께를 t, 상기 세공의 가로 방향 길이를 a, 상기 세공의 세로 방향 길이를 b, 필터의 가로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 l, 필터의 세로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 m이라고 할 때, 상기 a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2이고, 상기 l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2이며, 상기 t와 a의 비율 또는 상기 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 표적 세포에 대한 회수율이 높으면서도 세포의 손상이나 변형이 방지되고 활성에 영향을 주지 않는 간단하면서도 경제적인 구조의 세포 포집 필터 및 이를 구비한 세포 포집 장치를 제공할 수 있다.
특히, 세포 포집 필터에 형성되는 세공(구멍)이나 두께에 대한 최적화를 통해 표적 세포를 손상시키지 않고 회수율을 높일 수 있게 된다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 세포 분리장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세포 포집 장치를 나타내는 분해 구성도이다.
도 3은 도 2의 세포 포집 장치의 측단면도이다.
도 4는 도 2의 세포 포집 장치의 세포 포집 필터의 개략적인 구성을 나타낸 사시도이다.
도 5는 표적 세포의 포집 프로세스를 설명하는 부분 단면도이다.
도 6은 도 4의 세포 포집 필터의 일부를 나타낸 절단 사시도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는 세포 포집 필터로서, 금속으로 이루어진 필터 본체에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공이 마련되며, 상기 필터 본체의 두께를 t, 상기 세공의 가로 방향 길이를 a, 상기 세공의 세로 방향 길이를 b, 필터의 가로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 l, 필터의 세로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 m이라고 할 때, 상기 a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2이고, 상기 l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2이며, 상기 t와 a의 비율 또는 상기 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a와 l의 비율 a/l은 0.9 내지 1.6이고, 상기 b와 m의 비율 b/m은 0.9 내지 1.6일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a 또는 b는 표적 세포의 직경에 대하여 40 내지 70%의 크기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 필터 본체는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 세포 포집 장치로서, 내측에 유체 유통가능한 중공부를 가진 튜브와, 상기 튜브의 하측에 마련되며 전술한 바와 같은 세포 포집 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 포집 장치를 제공한다.
것이 튜브의 중간부에 세포 포집 필터(200)가 마련된 형태의 세포 포집 장치(100) 구성을 배제하는 것은 아니다.
또한 도면에서는 결합부(112)와 제2 튜브 본체(121) 사이의 억지 끼워맞춤에 의해 제1 튜브(110)와 제2 튜브(120)가 고정 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 이러한 결합 방식으로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 나사산 형태에 의한 결합, 또는 접착, 융착 등의 방식으로 제1 튜브(110)와 제2 튜브(120)가 결합되는 것도 가능하다.
세포 포집 장치(100)의 튜브(110); 120)를 통해 유체가 이동하며, 세포 포집 필터(200)의 사이즈 선택성에 의해 표적 세포가 포집 및 회수될 수 있다. 유체는 정량의 유체를 토출할 수 있는 피펫에 의해 세포 포집 장치(100)의 내측으로 공급될 수 있으며, 그 외에도 주사기/시린지(syringe)나 채혈관, 팩 형태의 유체 저장장치 등으로부터 유체가 공급될 수도 있다.
유체는 예컨대 혈액 또는 혈액을 포함하는 용액일 수 있으며, 그 외에도 표적 세포 또는 표적 물질의 포집이 필요한 여하한 형태의 액체 또는 액상 물질일 수 있다. 그러한 예로서, 유체는 혈중 종양세포를 포함하는 혈액일 수 있으며, 이 경우 혈종 종양세포가 표적세포가 되고, 그 외의 혈구(백혈구, 적혈구)가 비표적 세포가 될 수 있다.
도면에서는 세포 포집 장치(100)가 원통 형태로 도시되어 있으나, 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 사각형 등의 다각형으로 구성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 세포 포집 필터(200)는 금속으로 이루어진 필터 본체(210)와, 이 필터 본체(210)에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공(220)을 포함한다. 이 도면에서는 세공(220)의 크기를 과장하여 표현하였으나, 혈중 종양세포와 같은 표적 세포의 크기를 고려할 때 세공(220)은 도시된 것보다 크기가 작고 그 수는 훨씬 많다. 본 명세서 및 도면에서 x방향은 가로 방향을, y방향은 세로 방향을 각각 나타내는 것으로 한다.
한편, 세공(220)이 매트릭스 형상으로 배치되어 있다고 하여, 세공(220)의 가로방향 배치와 세로방향 배치가 반드시 동일해야 하는 것은 아니며, 또한 예컨대 제1, 3, 5... 열의 세공(220)과 제2, 4, 6열의 세공(220)이 엇갈린 형태로 배치되는 것도 가능하다.
도 5는 표적 세포의 포집 프로세스를 설명하는 부분 단면도이다. 필터 본체(210)에 형성된 세공(220)은 표적 세포(2)의 직경보다는 작고 비표적 세포(3)의 직경보다는 크게 마련된다. 다만, 세공(220)의 길이가 표적 세포(2)의 직경보다 작다 하더라도 그 차이가 너무 작은 경우, 즉 세공(220)이 표적 세포(2)와 비슷한 크기인 경우에는 필터링시 또는 회수시 표적 세포(2)가 손상되거나 변형될 수 있다. 이에 대한 상세는 후술하기로 한다.
도 6은 도 4의 세포 포집 필터의 일부를 나타낸 절단 사시도이다.
도시된 바와 같이 세포 포집 필터(200)의 필터 본체(210)의 두께를 t, 세공(220)의 가로 방향 길이를 a, 세공(220)의 세로 방향 길이를 b, 세포 포집 필터(200)의 가로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리를 l, 세포 포집 필터(200)의 세로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리를 m이라고 할 때, 각 거리(또는 두께)는 다음과 같은 관계를 만족해야 한다. 이러한 관계를 만족할 경우 혈중 종양세포와 같은 극소수 표적 세포를 80% 이상 회수하는 것이 가능하게 되며, 그 표준 편차는 10% 이하가 된다.
1. a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2
2. l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2
3. t와 a의 비율 또는 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8
4. a와 l의 비율 a/l은 0.9 내지 1.6
5. b와 m의 비율 b/m은 0.9 내지 1.6
여기서, 특히 위 3에서 제시한 t/x(x는 a 또는 b) 비율이 표적 세포의 회수율에 있어 중요하며, 또한 a/l 및 b/m의 비율도 회수율 및 세포 포집 필터(200)의 안정성(비변형성)에 중요하다. 이하 각 수치범위의 의미를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 세공(220)의 가로 방향 길이(a)와 세공(220)의 세로 방향 길이(b) 사이의 비율, 즉 a/b가 0.8 미만이거나 1.2 초과인 경우는 세공(220)이 어느 한 쪽의 길이가 상대적으로 긴 직사각 형태가 되는데, 이 경우 기본적으로 원형 형상인 표적 세포의 여과에 적절하지 않으며, 세포의 변형을 유발할 수 있다.
다음으로, 세포 포집 필터(200)의 가로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(l)와, 세포 포집 필터(200)의 세로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(m)의 비율, 즉 1/m이 0.8 미만이거나 1.2 초과인 경우는 다수개의 세공의 분포가 어느 한 쪽 방향으로 불균일하게 배치되며, 따라서 표적 세포의 회수시 회수 방법에 따른 편차가 크게 나오게 된다.
다음으로, 세포 포집 필터(200)의 필터 본체(210)의 두께(t)와, 세공(220)의 가로 방향 또는 세로 방향 길이(a; b)의 비율, 즉 t/x(여기서 x는 a 또는 b)가 0.5 미만이면 표적 세포가 필터를 통과하는 에러가 커지게 되고, t/x가 1.8 초과가 되면 비표적 세포가 필터를 통과하지 못하는 에러가 커지게 되며, 또한 세포에 손상을 주거나 변형을 줄 위험이 커진다.
필터 본체(210)는 금속으로 이루어지는데, 예컨대 스테인리스스틸, 니켈, 알루미늄, 구리 등으로 제조될 수 있다. 이러한 금속제 세포 포집 필터(200)는 유체의 흐름 압력에 대한 저항성이 상대적으로 강하기는 하지만, 필터 본체(210)의 두께가 세공(220)의 길이에 비해 50% 미만으로 작아지면 강한 유체 압력에 의해 일시적으로 변형되었다가 탄성 복원력에 의해 원래 형태로 돌아가면서 세공(220)에 포집되어 있던 표적 세포가 손상되거나 변형될 수 있다. 또한 세포의 활성에 변화가 일어날 수도 있는데, 이로 인해 예컨대 혈중 종양세포(표적 세포)에 의한 암진단의 정확도가 낮아질 수 있다.
한편, 필터 본체(210)의 두께가 세공(220)의 길이에 비해 80% 초과하여 클 경우 필터 본체(210)의 두께가 지나치게 커져서 비표적 세포, 예컨대 혈구 세포가 세공(220)을 제대로 통과하지 못할 수 있다.
예를 들어 세공(220)의 가로 방향 길이(a) 및 세로 방향 길이(b)를 각각 5㎛(마이크로미터)로 하는 경우, 필터 본체(210)의 두께(t)는 2.5㎛ 내지 9㎛ 이어야 하며, 그 두께(t)가 2.5㎛ 미만이 되거나 9㎛ 초과가 되면 전술한 바와 같은 문제가 발생한다.
다음으로, 세공(220)의 가로 방향 길이(a)와 세포 포집 필터(200)의 가로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(l)의 비율, 즉 a/l이 0.9 미만인 경우 세공(220) 사이의 간격이 커지게 되어 표적 세포의 회수율이 작아지게 되며, a/l이 1.6 초과가 되면 필터 본체(210)의 전체 부피에 비해 캐비티(세공)의 전체 부피가 너무 커지게 되어 필터 본체(210)의 강성이 유지되지 못하게 된다. 이 경우 필터링시 필터 본체(210)가 변형될 위험이 커진다.
한편, 세공(220)의 세로 방향 길이(b)와, 세포 포집 필터(200)의 세로 방향을 따라 인접한 2개의 세공(220) 사이의 거리(m)의 비율, 즉 b/m도 위 a/l의 경우와 동일하게 0.9 미만인 경우 세공(220) 사이의 간격이 커지게 되어 회수율이 작아지게 되고, b/m이 1.6 초과가 되면 필터 본체(210)의 전체 부피에 비해 캐비티의 전체 부피가 너무 커지게 되어 필터 본체의 강성을 유지하지 못하게 된다.
세포 포집 필터(200)의 필터 본체(210)를 폴리머로 하면 필터의 두께를 작게 하는 것이 어렵다. 세포의 포집을 위해서는 유체에 압력을 주어 필터링시켜야 하는데, 이 과정에서 압력에 의해 필터 본체가 휘게 되는 등 필터 본체(210)에 변형이 생기게 되고, 이러한 필터 본체(210)의 변형에 의해 세공 내에 세포가 끼거나 손상을 입게 될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 필터 본체(210)를 금속으로 하여 유체 압력에 의한 변형 저항성을 크게 하였다. 이로써 필터 본체(210)의 두께를 작게 하는 것이 가능하게 되고, 이러한 필터 본체(210)의 두께에 대해 세공의 크기(a; b)와 세공 사이의 크기(l; m)를 일정 비율 내가 되도록 하여 표적 세포의 회수율을 크게 높일 수 있게 된다.
한편, 세공(220)의 가로 방향 길이(a)와, 세공(220)의 세로 방향 길이(b)는 표적 세포의 직경에 대하여 40 내지 70%의 크기를 가질 수 있다. 이 비율이 40% 미만이 되면 표적 세포와 비표적 세포에 대한 선택률이 낮아지게 된다. 즉, 비표적 세포가 세공을 통과하는 비율이 낮아질 수 있게 된다. 반대로 위 비율이 70% 이상이 되면 표적 세포가 세공을 통과하는 비율이 높아지게 되고, 또한 표적 세포가 세공에 끼이게 되어 표적 세포의 회수율이 저하된다. 한편 회수율을 높이기 위해 역세척하는 경우 표적 세포가 손상되거나 활성이 저하되는 문제가 발생한다.
구체적으로, 직경 7.5 내지 15㎛의 혈중 종양세포에 대해 100mmHg의 유체 압력이 가한 실험에서는 혈중 종양세포가 직경 8㎛의 세공(220)을 통과할 수 있었다. 또한 세공(220)의 크기를 일정 정도 이상으로 하면 이에 따라 세공(220) 사이의 거리도 커지게 되는데, 예컨대 7.5㎛의 혈중 종양세포에 대해 세공(220) 사이의 거리(l; m)가 5㎛ 이상이 되면, 세공(220)들 사이에 위치하는 혈중 종양세포는 역세척에 의해 필터 본체(210)의 표면으로부터 탈락되지 않을 수 있다(즉, 회수되지 않을 수 있다). 여기서, 역세척(back washing)이란 혈중 종양세포를 포집한 이후에 포집시의 유체의 흐름과 반대 방향으로 유체를 유동시키는 것을 의미한다. 만약 혈중 종양세포의 회수율을 높이기 위하여 유체의 역세척시 압력을 높이게 되면 혈중 종양세포가 손상될 위험이 커지게 된다.
따라서 세공(220)의 가로/세로 방향의 길이를 표적 세포의 직경에 대해 어느 이상의 크기로 하는 것은 부적절하며, 표적 세포의 회수율 80% 이상 및 그 표준 편차 10% 이하를 위해, 위 비율은 70% 이하가 되어야 한다.
한편, 세공(220)의 가로/세로 방향 길이를 표적 세포의 직경에 대해 40% 미만으로 하면 표적 세포와 비표적 세포에 대한 선택률이 낮아지게 될 뿐만 아니라, 세공(220)의 크기가 지나치게 작아지게 되고 이로 인해 인접한 세공(220) 사이의 거리도 작아지게 된다. 이 경우 세포 포집 필터(200)의 제작이 어려워질 뿐만 아니라 역세척시 세포 포집 필터(200)가 파손되는 문제가 발생한다.
필터 본체(210)는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어질 수 있다. 필터 본체(210)를 금속으로 하는 경우의 효과에 대해서는 전술한 바와 같다. 예컨대 필터 본체(210)는 전주법(electroforming)에 의해 웨이퍼 상에 니켈을 도금한 후, 이 니켈층을 분리함으로써 얻을 수 있는데, 본 발명이 이러한 제조방법으로 한정되는 것이 아님은 물론이다. 예컨대, 마이크로미터 크기의 세공(220)을 형성하기 위하여 MEMS 기술을 이용한 에칭 방법을 사용하는 것도 가능하다.
한편 도시하지는 않았으나, 필터 본체(210)의 표면에 친수성 박막층 또는 친수성으로 변환 가능한 박막층을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 비교적 적은 압력으로도 유체가 세공(220)을 통과할 수 있게 되어, 필터 본체(210)의 두께를 작게 할 수 있고, 또한 필터링 시 세포 포집 필터(200)가 손상되거나 변형되는 위험이 낮아지게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 세포 포집 필터로서,
    금속으로 이루어진 필터 본체에 매트릭스 형상으로 배치된 다수개의 사각 형상 세공이 마련되며,
    상기 필터 본체의 두께를 t, 상기 세공의 가로 방향 길이를 a, 상기 세공의 세로 방향 길이를 b, 필터의 가로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 l, 필터의 세로 방향을 따라 인접한 상기 세공 사이의 거리를 m이라고 할 때, 상기 a와 b의 비율 a/b는 0.8 내지 1.2이고, 상기 l과 m의 비율 l/m은 0.8 내지 1.2이며, 상기 t와 a의 비율 또는 상기 t와 b의 비율 t/x(여기서 x는 a 또는 b)는 0.5 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a와 l의 비율 a/l은 0.9 내지 1.6이고, 상기 b와 m의 비율 b/m은 0.9 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 a 또는 b는 표적 세포의 직경에 대하여 40 내지 70%의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 세포 포집 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터 본체는 니켈 또는 니켈합금으로 이루어진 것으로 특징으로 하는 세포 포집 필터.
  5. 세포 포집 장치로서,
    내측에 유체 유통가능한 중공부를 가진 튜브와,
    상기 튜브의 하측에 마련되며, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 세포 포집 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 포집 장치.
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