WO2021230669A1 - 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터 - Google Patents

중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터 Download PDF

Info

Publication number
WO2021230669A1
WO2021230669A1 PCT/KR2021/005990 KR2021005990W WO2021230669A1 WO 2021230669 A1 WO2021230669 A1 WO 2021230669A1 KR 2021005990 W KR2021005990 W KR 2021005990W WO 2021230669 A1 WO2021230669 A1 WO 2021230669A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hollow fibers
culture
nanosheet
nanofibers
nanosheet composite
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/005990
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박인수
Original Assignee
아주대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아주대학교산학협력단 filed Critical 아주대학교산학협력단
Publication of WO2021230669A1 publication Critical patent/WO2021230669A1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/10—Hollow fibers or tubes
    • 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/06—Tubular
    • 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/42—Integrated assemblies, e.g. cassettes or cartridges

Definitions

  • the present invention relates to a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers, wherein a plurality of nanosheet composites made of hollow fibers and nanofibers in which cells are cultured are stacked, or one is rolled into a cylindrical shape inside a chamber
  • a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers By using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers, the cell culture surface area is formed three-dimensionally, allowing for mass culture of cells at a concentration of several tens to thousands of times higher than that of conventional dish culture. It is about bioreactors.
  • Common stem cells are cultured in a 2D or 3D spheroid form in a plate-type 2D (flat) incubator, but mass culture is difficult due to the limitation of the surface area, and long-term use is difficult due to the accumulation of residues from stem cell culture.
  • stem cells when culturing in a centrifugal incubator in the form of 3D (three-dimensional) stem cells for mass culture, the characteristics of stem cells may be lost because they are cultured in a floating environment different from the in vivo environment, and the 3D spheroids are the result of the rotation of the culture medium. It is difficult to maintain a stable shape in a floating environment.
  • a hollow fiber bioreactor is used as the most efficient mass culture method.
  • the hollow fiber bioreactor is a cell culture system based on hollow fibers, which are small semipermeable capillary membranes arranged in a parallel arrangement with a typical molecular weight cutoff (MWCO) range of 10-30 kDa.
  • MWCO molecular weight cutoff
  • These hollow fibers are bundled and housed within a tubular polycarbonate shell to create a bioreactor cartridge.
  • IC intracapillary
  • EC outer capillary
  • Cells are seeded into the EC space of a hollow fiber bioreactor and expanded there.
  • Cell culture medium is pumped through the IC space and delivers oxygen and nutrients to the cells through hollow fiber perfusion.
  • waste and CO2 permeate the hollow fibers and are transported by the pumping of the medium through the IC space.
  • the media flow rate also increases so that cell growth is not inhibited by waste reproductive toxicity.
  • the conventional hollow fiber bioreactor consists of a hollow fiber bundle in one direction in an unarranged manner, so that if the stem cells do not grow by attaching to the fibers, they can be washed out of the chamber by the flow rate.
  • the cells are not cells with excellent adhesion, the cells may be washed away, and the shape of the cells is important for the differentiation and maintenance of stem cell characteristics. Characteristics of the original stem cells can be read out.
  • the present invention stacks a plurality of nanosheet composites made of hollow fibers and nanofibers in which cells are cultured, or rolls one into a cylindrical shape and accommodates them in a chamber, so that the cell culture surface area is formed three-dimensionally, the conventional dish It is possible to mass-culture cells at a concentration of tens to thousands of times higher than that in (dish) culture, and the three-dimensional culture structure enables mass production of stem cell culture medium (conditioned media) and exosomes produced from stem cells, An object of the present invention is to provide a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers capable of commercializing exosomes.
  • a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers according to the present invention is formed on a plurality of hollow fibers arranged in a line at regular intervals and the hollow fibers arranged in a line to form a nanosheet composite
  • the plurality of hollow fibers according to the present invention are arranged horizontally in length.
  • the nanosheet according to the present invention is preferably formed by electrospinning nanofibers on hollow fibers arranged in a line at regular intervals.
  • a plurality of the nanosheet composite according to the present invention are stacked and arranged inside the culture chamber.
  • the nanosheet composite according to the present invention may be provided inside the culture chamber rolled into a cylindrical shape.
  • nanosheet composite according to the present invention is preferably arranged in the same line as the length of the hollow fiber and the length of the culture chamber.
  • a plurality of nanosheet complexes in which cells are cultured are stacked, or one is rolled up into a cylindrical shape and accommodated in a chamber, so that the cell culture surface area is formed three-dimensionally, which is more than several tens of ⁇ It has the effect of enabling cell culture at a high concentration of several thousand times.
  • the characteristics of stem cells may be lost because they are cultured in a floating environment different from the in vivo environment, and the 3D spheroids are the result of the rotation of the culture medium. It can solve the problem that it is difficult to maintain a stable shape in a floating environment.
  • various cells can be cultured layer by layer or by region to be co-cultured like a living body.
  • FIG. 1 is an exemplary view schematically illustrating a process of manufacturing a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating a process of manufacturing a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exemplary view showing an example of use of a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention provides a plurality of hollow fibers arranged in a line at regular intervals, a nanosheet formed on the hollow fibers arranged in a line to form a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers, and a tubular interior Nanosheets made of hollow fibers and nanofibers comprising a culture chamber accommodating the nanosheet complex, and a pair of closing caps coupled to one end and the other end of the culture chamber to close one end and the other end of the culture chamber A bioreactor using the complex is provided.
  • the present invention stacks a plurality of nanosheet complexes in which cells are cultured, or rolls one into a cylindrical shape and accommodates them in a chamber, so that the cell culture surface area is formed three-dimensionally, and cultured in a conventional dish It is possible to mass-culture cells at a high concentration of several tens to thousands of times, and it is possible to mass-produce exosomes produced from stem cells by a three-dimensional culture structure, so that the commercialization of stem cell culture medium (conditioned media) and exosomes is possible. It relates to a bioreactor using a nanosheet composite made of fibers and nanofibers, and will be described with reference to the drawings.
  • a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 1 and 3 includes a nanosheet composite 10, a culture chamber 100, and a closing cap 110.
  • the nanosheet composite 10 includes a hollow fiber 11 and a nanosheet 12 .
  • the hollow fibers 11 are tubular with a hollow inside, and a plurality of them are arranged in a line at regular intervals.
  • the plurality of hollow fibers 11 are arranged horizontally based on their length, and the nanosheet 12 is formed on the hollow fibers 11 arranged horizontally to form a nanosheet composite (10).
  • the nanosheet 12 is preferably formed by an electrospinning method.
  • the electrospinning method uses an electric field to spin a liquid polymer solution as a continuous nanofiber having a diameter of ⁇ m to nm, and by spinning these nanofibers to weave like a spider web, a single nanosheet 12 to form
  • the nanosheet 12 is formed on the hollow fibers 11 arranged in a line by an electrospinning method, and the nanofiber composite 10 is formed by combining the hollow fibers 11 and the nanosheet 12 .
  • the nanofiber composite 10 is accommodated inside the culture chamber 100, wherein the culture chamber 100 is a tubular shape having a hollow space therein, and a plurality of the nanosheet composite 10 therein. accept the
  • the culture chamber 100 forms a chamber port 101 through which fluid (culture solution, etc.) enters and exits on one side and the other side, respectively, and the nanosheet complex 10 accommodated in the culture chamber 100 ) are preferably stacked.
  • the hollow fibers 11 constituting the nanosheet composite 10 are stacked and arranged so that the hollow length of the hollow fiber 11 is aligned with the length of the culture chamber 100 .
  • a cell culture surface area is formed three-dimensionally, and at a concentration of tens to thousands of times higher than that of culturing in a conventional dish (dish).
  • Cell mass culture is possible, and stem cell culture medium (conditioned media), exosomes produced from stem cells by a three-dimensional culture structure can be mass-produced.
  • a plurality of nanofiber composites 10 accommodated in the culture chamber 100 are stacked and arranged to form layers with each other at regular intervals.
  • the plurality of nanofiber composites 10 may be respectively fixed in a plurality of slots formed in multiple stages using a bracket built into the culture chamber 100 to be stacked.
  • a closing cap 110 is coupled to each of one end and the other end of the culture chamber 100, and the closing cap 110 is provided at each of one end and the other end of the culture chamber 100, the culture chamber ( 100), one end and the other end are closed respectively.
  • a cap port 111 through which a fluid such as a culture solution enters and exits is formed on the outer surface of the closing cap 110 .
  • the bioreactor using the nanosheet composite 10 includes a pair of chamber ports 101, a pump 200 for circulating a culture solution through a pair of cap ports 111, and a culture medium containing a medium and a growth factor.
  • the tank 300 containing the , oxygen supply means 400 for supplying oxygen to the culture medium, and a pipe through which the culture solution flows are connected, and the fresh culture solution and oxygen are constantly supplied to the culture chamber 100 in the circulating structure of the culture solution. It can be supplied continuously, and if the generation of cell by-product residues increases, the flow rate naturally increases, and the by-product residues are automatically discharged.
  • various cells can be cultured layer by layer, so that it can be co-cultured in vivo, so it can be used for research on the development of therapeutic agents, development of therapeutic agents, and three-dimensional co-cultured tissue Can be used for culture.
  • a bioreactor using a nanosheet composite made of hollow fibers and nanofibers according to another embodiment of the present invention with reference to FIGS. 2 and 3 includes a nanosheet composite 10, a culture chamber 100, and a closing cap 110.
  • the nanosheet composite 10 includes a hollow fiber 11 and a nanosheet 12 .
  • the hollow fibers 11 are tubular with a hollow inside, and a plurality of them are arranged in a line at regular intervals.
  • the plurality of hollow fibers 11 are arranged horizontally based on their length, and the nanosheet 12 is formed on the hollow fibers 11 arranged horizontally to form a nanosheet composite (10).
  • the nanosheet 12 is preferably formed by an electrospinning method.
  • the electrospinning method uses an electric field to spin a liquid polymer solution as a continuous nanofiber having a diameter of ⁇ m to nm, and by spinning these nanofibers to weave like a spider web, a single nanosheet 12 to form
  • the nanosheet 12 is formed on the hollow fibers 11 arranged in a line by an electrospinning method, and the nanofiber composite 10 is formed by combining the hollow fibers 11 and the nanosheet 12 .
  • the nanofiber composite 10 is accommodated inside the culture chamber 100, the culture chamber 100 is a tubular having a hollow space therein, the nanosheet composite 10 therein is cylindrical. roll up and accept
  • the culture chamber 100 forms a chamber port 101 through which fluid (culture solution, etc.) enters and exits on one side and the other side, respectively, and the nanosheet complex 10 accommodated in the culture chamber 100 ) is preferably rolled and accommodated in a cylindrical shape to correspond to the space shape of the culture chamber 100 .
  • the hollow length of the hollow fiber 11 constituting the nanosheet composite 10 is on the same line as the length of the culture chamber 100 .
  • a cell culture surface area is formed three-dimensionally, tens to thousands of times that of culturing in a conventional dish. It is possible to mass-culture cells with a high concentration of , and it is possible to mass-produce stem cell culture medium (conditioned media) and exosomes produced from stem cells by a three-dimensional culture structure.
  • a closing cap 110 is coupled to each of one end and the other end of the culture chamber 100, and the closing cap 110 is provided at each of one end and the other end of the culture chamber 100, the culture chamber ( 100), one end and the other end are closed respectively.
  • a cap port 111 through which a fluid such as a culture solution enters and exits is formed on the outer surface of the closing cap 110 .
  • the bioreactor using the nanosheet composite 10 includes a pair of chamber ports 101, a pump 200 for circulating a culture solution through a pair of cap ports 111, and a culture medium containing a medium and a growth factor.
  • the tank 300 containing the, oxygen supply means 400 for supplying oxygen to the culture medium, and a pipe through which the culture solution flows are connected, and the fresh culture solution and oxygen are constantly supplied to the culture chamber 100 in the circulating structure of the culture solution. It can be supplied continuously, and if the generation of cell by-product residues increases, the flow rate naturally increases, and the by-product residues are automatically discharged.
  • various cells can be cultured layer by layer, so that it can be co-cultured in vivo, so that it can be used for research on the development of therapeutic agents, development of therapeutic agents, and three-dimensional co-culture It can be used for tissue culture.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 일정한 간격을 두고 일렬로 배열된 복수 개의 중공섬유와, 일렬로 배열된 상기 중공섬유들 상에 형성하여, 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이루는 나노시트와, 관상으로 내부에 상기 나노시트 복합체를 수용하는 배양챔버와, 상기 배양챔버의 일측단과 타측단에 결합하여, 상기 배양챔버의 일측단과 타측단 마감하는 한 쌍의 마감캡을 포함하여, 세포가 배양되는 나노시트 복합체 복수 개를 적층 배열하거나, 또는 하나를 원통형으로 말아 챔버 내부에 수용하여, 세포배양 표면적이 3차원적으로 형성되어, 종래의 접시(dish)에 배양하는 것보다 수십 ~ 수천 배의 고농도로 세포 배양이 가능하고, 3차원적 배양구조에 의해 줄기세포에서 생산되는 줄기세포 배양액(conditioned media), 엑소좀을 대량 생산 가능하여, 엑소좀의 상업화가 가능한 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터를 제공한다.

Description

중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터
본 발명은 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터에 관한 것으로, 세포가 배양되는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체 복수 개를 적층 배열하거나, 또는 하나를 원통형으로 말아 챔버 내부에 수용하여, 세포배양 표면적이 3차원적으로 형성되어, 종래의 접시(dish)에 배양하는 것보다 수십 ~ 수천 배의 고농도로 세포 대량 배양이 가능한 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터에 관한 것이다.
일반적인 줄기세포는 플레이트 형태의 2D(평면) 배양기에서 2D 형태 또는 3D 스페로이드 형태로 배양되는데 표면적의 한계로 대량 배양이 힘들고, 줄기세포 배양에서 나오는 찌꺼기 축적으로 장기적인(Long- term) 사용이 어렵다.
또한, 대량배양을 위해 3D (3차원) 줄기세포 형태로 원심 배양기에서 배양할 때는 생체 내 환경과 다른 부유 환경에서 배양되기 때문에 줄기세포의 특성을 잃어버릴 수 있고, 3D 스페로이드가 배양액이 회전하는 부유환경에서 안정적으로 형태를 유지하기 어렵다.
이러한 이유로 대량 세포 배양을 위해서는 아주 큰 넓은 배양 공간과 엄청난 양의 세포 배양 관련 일회용 쓰레기가 발생하게 된다.
따라서 가장 효율적인 대량 배양방법으로 중공섬유(hollow fiber) 바이오리엑터를 사용하고 있다.
중공섬유(hollow fiber) 바이오 리액터는 10-30 kDa의 전형적인 분자량 컷오프(MWCO) 범위를 갖는 병렬 배열로 배열된 작은 반투과성 모세관 멤브레인인 중공섬유에 기반한 세포 배양 시스템입니다.
이러한 중공섬유는 생물 반응기 카트리지를 생성하기 위해 관형 폴리카보네이트 셸 내에 묶이고 하우징된다.
입구 및 출구 포트가 장착된 카트리지 내에는 섬유 내의 모세관 내(IC) 공간과 섬유를 둘러싸는 외부 모세관(EC) 공간의 두 구획이 있다.
세포는 중공섬유 생물 반응기의 EC공간에 시딩되고 거기서 확장된다.
세포 배양 배지는 IC 공간을 통해 펌핑되고 중공섬유 관류를 통해 세포에 산소 및 영양분을 전달합니다.
세포가 팽창함에 따라, 폐기물 및 CO2는 중공섬유를 투과시키며 IC 공간을 통한 매체의 펌핑에 의해 운반된다.
세포 질량이 증가하여 폐기물이 축적됨에 따라, 배지 흐름 속도도 증가하여 폐기물 생식 독성에 의해 세포 성장이 저해되지 않는다.
또한, 종래의 중공섬유 바이오리엑터는 중공섬유가 무정렬하게 한방향으로 중공섬유 다발로 이루어져 있어, 줄기세포가 섬유에 붙어서 자라지 않으면 유속에 의해 챔버 밖으로 씻겨 내려갈 수 있다.
따라서 접착성이 우수한 세포가 아닌 경우 세포가 씻겨 내려갈 수 있고, 줄기세포의 분화, 특성 유지를 위해서는 세포의 형태가 중요한데 세포 접착 표면이 생체 내 환경과 다르거나 접착이 어려우면 아포토시스(apoptosis)가 오거나 원래 줄기세포의 특성을 읽어 버릴 수 있다.
종래기술로는 공개특허 제10-2014-0089310호(2014.07.14)를 참고할 수 있다.
본 발명은 세포가 배양되는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체 복수 개를 적층 배열하거나, 또는 하나를 원통형으로 말아 챔버 내부에 수용하여, 세포배양 표면적이 3차원적으로 형성되어, 종래의 접시(dish)에 배양하는 것보다 수십 ~ 수천 배의 고농도로 세포 대량 배양이 가능하고, 3차원적 배양구조에 의해 줄기세포에서 생산되는 줄기세포 배양액(conditioned media), 엑소좀을 대량 생산 가능하여, 엑소좀의 상업화가 가능한 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터는 일정한 간격을 두고 일렬로 배열된 복수 개의 중공섬유와, 일렬로 배열된 상기 중공섬유들 상에 형성하여, 나노시트 복합체를 이루는 나노시트와, 관상으로 내부에 상기 나노시트 복합체를 수용하는 배양챔버와, 상기 배양챔버의 일측단과 타측단에 결합하여, 상기 배양챔버의 일측단과 타측단 마감하는 한 쌍의 마감캡을 포함한다.
이때 본 발명에 따른 상기 복수 개의 중공섬유는 길이가 횡대로 배열한 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 상기 나노시트는 일정한 간격을 일렬로 배열된 중공섬유들 상에 나노섬유를 전기방사 방식으로 형성하는 것이 바람직하다.
여기서 본 발명에 따른 상기 나노시트 복합체는 복수 개가 상기 배양챔버의 내부에 적층 배열되는 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 나노시트 복합체는 원통형으로 말아 상기 배양챔버의 내부에 구비될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 나노시트 복합체는 그 중공섬유의 길이가 상기 배양챔버의 길이와 동일 선상으로 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.
세포가 배양되는 나노시트 복합체 복수 개를 적층 배열하거나, 또는 하나를 원통형으로 말아 챔버 내부에 수용하여, 세포배양 표면적이 3차원적으로 형성되어, 종래의 접시(dish)에 배양하는 것보다 수십 ~ 수천 배의 고농도로 세포 배양이 가능한 효과를 가진다.
또한, 대량배양을 위해 3D(3차원) 줄기세포 형태로 원심 배양기에서 배양할 때는 생체 내 환경과 다른 부유 환경에서 배양되기 때문에 줄기세포의 특성을 잃어버릴 수 있고, 3D 스페로이드가 배양액이 회전하는 부유환경에서 안정적으로 형태를 유지하기 어려운 문제를 해결할 수 있다.
나노시트 복합체를 일정한 간격으로 쌓아서 배열하여 수용할 경우 다양한 세포를 층별로, 또는 구역별로 배양하여 생체와 같이 공배양 가능하여, 질병 치료제 개발 연구에 사용할 수 있고, 치료제 개발 및 3차원 공배양에 사용할 수 있다.
종래에는 줄기세포에서 생산되는 줄기세포 배양액(conditioned media), 엑소좀의 양이 작아, 상업화의 한계가 있었나, 본 발명에 따른 바이오리엑터를 이용하면 3차원적 배양구조에 의해 대량 생산이 가능한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터가 제조되는 과정을 간략하게 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터가 제조되는 과정을 간략하게 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터의 사용예시를 보인 예시도이다.
본 발명은 일정한 간격을 두고 일렬로 배열된 복수 개의 중공섬유와, 일렬로 배열된 상기 중공섬유들 상에 형성하여, 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이루는 나노시트와, 관상으로 내부에 상기 나노시트 복합체를 수용하는 배양챔버와, 상기 배양챔버의 일측단과 타측단에 결합하여, 상기 배양챔버의 일측단과 타측단 마감하는 한 쌍의 마감캡을 포함하는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 세포가 배양되는 나노시트 복합체 복수 개를 적층 배열하거나, 또는 하나를 원통형으로 말아 챔버 내부에 수용하여, 세포배양 표면적이 3차원적으로 형성되어, 종래의 접시(dish)에 배양하는 것보다 수십 ~ 수천 배의 고농도로 세포 대량 배양이 가능하고, 3차원적 배양구조에 의해 줄기세포에서 생산되는 엑소좀을 대량 생산 가능하여, 줄기세포 배양액(conditioned media), 엑소좀의 상업화가 가능한 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1 및 도 3을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터는 나노시트 복합체(10)와, 배양챔버(100), 마감캡(110)을 포함하는데, 먼저 상기 나노시트 복합체(10)는 중공섬유(11)와, 나노시트(12)를 포함한다.
상기 중공섬유(11)는 내부가 중공인 관상으로, 복수 개가 일정한 간격을 두고 일렬로 배열된다.
이때 상기 복수 개의 중공섬유(11)는 그 길이를 기준으로 횡대로 배열되는 것이 바람직하고, 횡대로 배열된 상기 중공섬유(11)들 상에는 나노시트(12)를 형성하여, 나노시트 복합체(10)를 이루도록 한다.
여기서 상기 나노시트(12)는 전기방사방식으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 전기방사 방식은 전기장을 이용하여 액체 상태의 고분자용액을 ㎛∼㎚의 직경을 가지는 연속 상의 나노섬유로 구현하면서 방사하는 것으로, 이러한 나노섬유를 거미줄처럼 엮이도록 방사하여 한장의 나노시트(12)를 형성한다.
따라서 일렬로 배열된 상기 중공섬유(11)들 상에 나노시트(12)가 전기방사 방식으로 형성되어, 상기 중공섬유(11)들과 나노시트(12)의 결합으로 나노섬유 복합체(10)를 이룬다.
상기한 나노섬유 복합체(10)는 배양챔버(100)의 내부에 수용하는데, 상기 배양챔버(100)는 내부에 중공 형태의 공간을 갖는 관상으로, 그 내부에 상기 나노시트 복합체(10) 복수 개를 수용한다.
이때 상기 배양챔버(100)는 유체(배양액 등)가 입출하는 챔버포트(101)를 일측편과 타측편에 각각 형성하고, 상기 배양챔버(100)의 내부에 수용되는 상기 나노시트 복합체(10)는 적층 배열되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 나노시트 복합체(10)를 이루는 중공섬유(11)의 중공 길이가 상기 배양챔버(100)의 길이와 동일 선상을 이루도록 적층 배열되는 것이 바람직하다.
이러한 상기 나노시트 복합체(10)는 상기 배양챔버(100) 내부에 적층 배열됨에 따라 세포배양 표면적이 3차원적으로 형성되어, 종래의 접시(dish)에 배양하는 것보다 수십 ~ 수천 배의 고농도로 세포 대량 배양이 가능하고, 3차원적 배양구조에 의해 줄기세포에서 생산되는 줄기세포 배양액(conditioned media), 엑소좀을 대량 생산 가능하다.
일례로 상기 배양챔버(100)의 내부에 수용되는 나노섬유 복합체(10) 복수 개를 일정한 간격을 두고 서로 층을 이루도록 적층 배열한다. 이때 복수 개의 나노섬유 복합체(10)은 상기 배양챔버(100)의 내부에 내장되는 브라켓을 이용하여 다단으로 형성된 복수 개의 슬롯에 각각 고정시켜 적층 배열할 수도 있다.
그리고 상기 배양챔버(100)의 일측단과 타측단 각각에는 마감캡(110)을 결합하는데, 상기 마감캡(110)은 상기 배양챔버(100)의 일측단과 타측단 각각에 구비되어, 상기 배양챔버(100)의 일측단과 타측단을 각각 마감한다.
이때 상기 마감캡(110)의 외측면에는 배양액 등과 같은 유체가 입출하는 캡포트(111)를 형성한다.
상기한 나노시트 복합체(10)를 이용한 바이오리액터는 한 쌍의 챔버포트(101)와, 한 쌍의 캡포트(111)를 배양액을 순환시키는 펌프(200)와, 매체 및 성장인자가 포함된 배양액을 수용한 탱크(300)와, 배양액에 산소를 공급하는 산소공급수단(400)과 배양액이 유동하는 배관으로 연결되어, 상기한 배양액의 순환구조로 신선한 배양액과 산소를 배양챔버(100)에 일정하게 지속적으로 공급가능하고, 세포 부산물 찌꺼기 발생이 늘어나면 자연스럽게 유속이 증가되어, 부산물 찌꺼기는 자동으로 배출된다.
또한, 나노시트 복합체(10)를 일정한 간격으로 적층 배열하여, 사용할 경우 다양한 세포를 층별로 배양 가능하여 생체 내와 같이 공배양 가능해 질병 치료제 개발 연구에 사용할 수 있고, 치료제 개발, 3차원 공배양 조직배양에 사용할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터는 나노시트 복합체(10)와, 배양챔버(100), 마감캡(110)을 포함하는데, 먼저 상기 나노시트 복합체(10)는 중공섬유(11)와, 나노시트(12)를 포함한다.
상기 중공섬유(11)는 내부가 중공인 관상으로, 복수 개가 일정한 간격을 두고 일렬로 배열된다.
이때 상기 복수 개의 중공섬유(11)는 그 길이를 기준으로 횡대로 배열되는 것이 바람직하고, 횡대로 배열된 상기 중공섬유(11)들 상에는 나노시트(12)를 형성하여, 나노시트 복합체(10)를 이루도록 한다.
여기서 상기 나노시트(12)는 전기방사방식으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 전기방사 방식은 전기장을 이용하여 액체 상태의 고분자용액을 ㎛∼㎚의 직경을 가지는 연속 상의 나노섬유로 구현하면서 방사하는 것으로, 이러한 나노섬유를 거미줄처럼 엮이도록 방사하여 한장의 나노시트(12)를 형성한다.
따라서 일렬로 배열된 상기 중공섬유(11)들 상에 나노시트(12)가 전기방사 방식으로 형성되어, 상기 중공섬유(11)들과 나노시트(12)의 결합으로 나노섬유 복합체(10)를 이룬다.
상기한 나노섬유 복합체(10)는 배양챔버(100)의 내부에 수용하는데, 상기 배양챔버(100)는 내부에 중공 형태의 공간을 갖는 관상으로, 그 내부에 상기 나노시트 복합체(10)를 원통형으로 말아 수용한다.
이때 상기 배양챔버(100)는 유체(배양액 등)가 입출하는 챔버포트(101)를 일측편과 타측편에 각각 형성하고, 상기 배양챔버(100)의 내부에 수용되는 상기 나노시트 복합체(10)는 상기 배양챔버(100)의 공간 형태에 대응하게 원통형으로 말아 수용되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 나노시트 복합체(10)를 이루는 중공섬유(11)의 중공 길이가 상기 배양챔버(100)의 길이와 동일 선상을 이루는 것이 바람직하다.
이러한 상기 나노시트 복합체(10)는 상기 배양챔버(100) 내부에 원통형 형태로 말려 수용됨에 따라 세포배양 표면적이 3차원적으로 형성되어, 종래의 접시(dish)에 배양하는 것보다 수십 ~ 수천 배의 고농도로 세포 대량 배양이 가능하고, 3차원적 배양구조에 의해 줄기세포에서 생산되는 줄기세포 배양액(conditioned media), 엑소좀을 대량 생산 가능하다.
그리고 상기 배양챔버(100)의 일측단과 타측단 각각에는 마감캡(110)을 결합하는데, 상기 마감캡(110)은 상기 배양챔버(100)의 일측단과 타측단 각각에 구비되어, 상기 배양챔버(100)의 일측단과 타측단을 각각 마감한다.
이때 상기 마감캡(110)의 외측면에는 배양액 등과 같은 유체가 입출하는 캡포트(111)를 형성한다.
상기한 나노시트 복합체(10)를 이용한 바이오리액터는 한 쌍의 챔버포트(101)와, 한 쌍의 캡포트(111)를 배양액을 순환시키는 펌프(200)와, 매체 및 성장인자가 포함된 배양액을 수용한 탱크(300)와, 배양액에 산소를 공급하는 산소공급수단(400)과 배양액이 유동하는 배관으로 연결되어, 상기한 배양액의 순환구조로 신선한 배양액과 산소를 배양챔버(100)에 일정하게 지속적으로 공급가능하고, 세포 부산물 찌꺼기 발생이 늘어나면 자연스럽게 유속이 증가되어, 부산물 찌꺼기는 자동으로 배출된다.
또한, 상기 나노시트 복합체(10) 한 장을 원통형으로 말아 수용할 경우, 다양한 세포를 층별로 배양 가능하여 생체 내와 같이 공배양 가능해 질병 치료제 개발 연구에 사용할 수 있고, 치료제 개발, 3차원 공배양 조직배양에 사용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 일정한 간격을 두고 일렬로 배열된 복수 개의 중공섬유;
    일렬로 배열된 상기 중공섬유들 상에 형성하여, 나노시트 복합체를 이루는 나노시트;
    관상으로 내부에 상기 나노시트 복합체를 수용하는 배양챔버;
    상기 배양챔버의 일측단과 타측단에 결합하여, 상기 배양챔버의 일측단과 타측단 마감하는 한 쌍의 마감캡;을 포함하는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 중공섬유는
    그 길이를 기준으로 횡대 배열한 것을 특징으로 하는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노시트는
    일정한 간격을 일렬로 배열된 중공섬유들 상에 나노섬유를 전기방사 방식으로 형성하는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노시트 복합체는
    복수 개가 상기 배양챔버의 내부에 적층 배열되는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노시트 복합체는
    원통형으로 말아 상기 배양챔버의 내부에 구비되는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터.
  6. 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노시트 복합체는
    그 중공섬유의 길이가 상기 배양챔버의 길이와 동일 선상으로 배치하는 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터.
PCT/KR2021/005990 2020-05-13 2021-05-13 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터 WO2021230669A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200057134A KR20210138976A (ko) 2020-05-13 2020-05-13 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터
KR10-2020-0057134 2020-05-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021230669A1 true WO2021230669A1 (ko) 2021-11-18

Family

ID=78524654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/005990 WO2021230669A1 (ko) 2020-05-13 2021-05-13 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20210138976A (ko)
WO (1) WO2021230669A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115029306A (zh) * 2022-06-21 2022-09-09 长春科技学院 一种应用三维培养体系高效制备鹿茸干细胞外泌体的方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240056089A (ko) * 2022-10-21 2024-04-30 주식회사 아모그린텍 바이오리액터
KR20240056088A (ko) * 2022-10-21 2024-04-30 주식회사 아모그린텍 바이오리액터 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0541979A (ja) * 1991-08-09 1993-02-23 Toray Ind Inc 中空繊維を用いた培養器
KR970008216A (ko) * 1995-07-31 1997-02-24 신재인 가압경수로용 인양장치의 개구형 안내부싱과 관통식 안내핀
US6372495B1 (en) * 1995-10-06 2002-04-16 Seed Capital Investments-2 (Sci-2) B.V. Bio-artificial organ containing a matrix having hollow fibers for supplying gaseous oxygen
WO2014034146A1 (ja) * 2012-09-03 2014-03-06 三菱レイヨン株式会社 細胞培養用モジュール
KR20140089310A (ko) * 2011-06-06 2014-07-14 리제네시스 비브이비에이 중공 섬유 생물 반응기에서의 줄기 세포의 확장

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0541979A (ja) * 1991-08-09 1993-02-23 Toray Ind Inc 中空繊維を用いた培養器
KR970008216A (ko) * 1995-07-31 1997-02-24 신재인 가압경수로용 인양장치의 개구형 안내부싱과 관통식 안내핀
US6372495B1 (en) * 1995-10-06 2002-04-16 Seed Capital Investments-2 (Sci-2) B.V. Bio-artificial organ containing a matrix having hollow fibers for supplying gaseous oxygen
KR20140089310A (ko) * 2011-06-06 2014-07-14 리제네시스 비브이비에이 중공 섬유 생물 반응기에서의 줄기 세포의 확장
WO2014034146A1 (ja) * 2012-09-03 2014-03-06 三菱レイヨン株式会社 細胞培養用モジュール

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115029306A (zh) * 2022-06-21 2022-09-09 长春科技学院 一种应用三维培养体系高效制备鹿茸干细胞外泌体的方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210138976A (ko) 2021-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021230669A1 (ko) 중공섬유와 나노섬유로 만들어진 나노시트 복합체를 이용한 바이오리액터
US6933144B2 (en) Apparatus for growing cells
CN101199436A (zh) 三维立体式培养肝细胞的生物反应器
US6582955B2 (en) Bioreactor with application as blood therapy device
GB1514906A (en) Cell culture reactor and method
CN101081182A (zh) 新型生物人工肝细胞反应器
US20220389362A1 (en) Cell culture apparatus
US10493195B2 (en) Integrated on-line monitoring and thermostatic heating apparatus for bioartificial liver device
JP2003501078A5 (ko)
CN101549179B (zh) 人工肝用多孔砖式填充支架型反应器
CN101559246B (zh) 配备纳米纤维网片叠加式反应器的混合型人工肝支持系统
CN114703062B (zh) 一种大规模进行贴壁细胞培养的系统
CN201418905Y (zh) 人工肝用纤维网片叠加式生物反应器
CN101549181B (zh) 纳米纤维网片叠加式生物反应器
WO2014092336A1 (en) Filtering apparatus
WO2020156391A1 (zh) 细胞仿生智能化生产系统
CN110734858B (zh) 一种多模式三维灌流式细胞培养仪
JP3026516B2 (ja) 細胞培養器
CN204072913U (zh) 朱氏生物人工肝反应器
CN101294136A (zh) 生物人工肝细胞生长组件、人工肝反应器及其制备方法
CN201180139Y (zh) 一种保持有效层间距的人工肝反应器
JPH06102013B2 (ja) バイオリアクタ−
CN221566192U (zh) 一种免疫细胞培养装置
WO2022231068A1 (ko) 3차원 세포 응집체 배양 장치 및 이를 이용한 3차원 세포 응집체 배양 방법
CN212770687U (zh) 一种人工肝生物反应器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21803735

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21803735

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1