WO2023043260A1 - 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템 - Google Patents

음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템 Download PDF

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WO2023043260A1
WO2023043260A1 PCT/KR2022/013873 KR2022013873W WO2023043260A1 WO 2023043260 A1 WO2023043260 A1 WO 2023043260A1 KR 2022013873 W KR2022013873 W KR 2022013873W WO 2023043260 A1 WO2023043260 A1 WO 2023043260A1
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WO
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single embryo
culture system
substrate
polymer chamber
electrodes
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Application number
PCT/KR2022/013873
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English (en)
French (fr)
Inventor
허윤석
이형석
Original Assignee
계명대학교 산학협력단
연세대학교 산학협력단
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Application filed by 계명대학교 산학협력단, 연세대학교 산학협력단 filed Critical 계명대학교 산학협력단
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    • 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
    • C12M1/42—Apparatus for the treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues

Definitions

  • the present invention relates to a single embryo culture system using sound wave control, and more particularly, to a single embryo culture system using sound wave control that generates sound waves in a single embryo existing in a polymer chamber through one or more pairs of electrodes by applying a voltage. it's about
  • infertile or infertile couples have children through in vitro fertilization (IVF), which is a method of inducing pregnancy by collecting sperm and eggs, fertilizing them outside the body, and implanting them into the uterus. it means.
  • IVF in vitro fertilization
  • the ovulated oocyte undergoes biochemical changes from fertilization to implantation in the uterus by mechanical motion by muscle contraction and microstimulation and by various growth factors generated from mucous membranes in the biological environment. (biochemical stimulation) While growing by stimulation, in vitro fertilized eggs in a petri dish are cultured in a static situation without mechanical or biochemical stimulation.
  • cells of embryos grown in an in vitro culture dish show a differentiation rate that is two times slower than the number of cells of embryos grown in vivo and are in a relatively unhealthy state.
  • embryos for uterine transplantation are selected from superovulated embryos (around 10) for in vitro fertilization, and 3 to 5 embryos are transplanted into the uterus to compensate for the low implantation success rate.
  • a technical problem to be achieved by the present invention is to provide a single embryo culture system using sound wave control that generates sound waves in a single embryo existing in a polymer chamber through one or more pairs of electrodes by applying a voltage.
  • a substrate plated with a conductor and a culture space for culturing a single embryo are formed inside, in the form of an open polygon.
  • the polymer chamber may have a bottom surface in contact with the substrate formed on the lower side of the inside.
  • At least one of cumulus cells, fallopian endothelial cells, and endometrial cells may be attached to the bottom surface.
  • the polymer chamber may be implemented with polydimethylsiloxane (PDMS).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • a culture medium for culturing the single embryo may be injected into the polymer chamber.
  • the pair of electrodes may be attached to the substrate in a form facing each other based on a pair of mutually symmetrical surfaces of the polymer chamber.
  • the sound wave control unit may induce and control translational motion or rotational motion of the single embryo by generating sound waves to the single embryo through the pair of electrodes.
  • the sound wave may include a surface acoustic wave.
  • the success rate of in vitro fertilization can be improved by culturing the embryo in an environment similar to living conditions by controlling the movement of the embryo to be induced using sound waves.
  • the optimal single embryo multiple implantation by multiple embryo transfer can be prevented.
  • FIG. 1 is a view for explaining the configuration of a single embryo culture system using sound wave control according to an embodiment of the present invention.
  • 2A is a diagram for explaining a polymer chamber according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2b is a view for explaining the inside of the polymer chamber according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is an exemplary diagram for explaining a pair of electrodes formed on a substrate.
  • 3B is an exemplary view for explaining a method of generating sound waves through a pair of electrodes.
  • 4A is an exemplary diagram for explaining two pairs of electrodes formed on a substrate.
  • 4B is an exemplary diagram for explaining a method of generating sound waves through two pairs of electrodes.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of controlling the movement of a single embryo.
  • FIG. 1 is a view for explaining a single embryo culture system using sound wave control according to an embodiment of the present invention.
  • the single embryo culture system 100 includes a substrate 110, a polymer chamber 120, one or more pairs of electrodes 130a and 130b, and a sound wave controller 140.
  • the substrate 110 may include a silicon substrate, a glass substrate, or the like, and may be implemented as a plate on which a conductor is plated.
  • the substrate 110 may be an insulating material capable of forming a conductor pattern on its surface, a printed wiring board, or an insulating board.
  • the polymer chamber 120 may have a culture space for culturing a single embryo formed therein, and may be implemented in an open polygonal shape and attached to the substrate 110 .
  • the embryo includes a fertilized egg as a primary cell and a floating cell, and the scope of application is not limited, and the polymer chamber 120 is polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as "PDMS"). naming).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the polymer chamber 120 may be implemented in a quadrangular shape with upper and lower sides open, as shown in FIG. 1 , and attached to the substrate 110 .
  • the polymer chamber 120 may be implemented as a polygon such as a quadrangle, a hexagon, an octagon, etc., and in the embodiment of the present invention, it is implemented and described as a quadrangle.
  • Figure 2a is a view for explaining a polymer chamber according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2b is a view for explaining the inside of the polymer chamber according to an embodiment of the present invention.
  • the polymer chamber 120 may have a bottom surface in contact with the substrate 110 formed on the lower side thereof, and a pair of electrodes 130a attached to the substrate 110, A polymer chamber 120 may be attached between 130b).
  • At least one of cumulus cells, fallopian endothelial cells, and endometrial cells may be attached to the bottom surface of the polymer chamber 120 .
  • the bottom surface inside the polymer chamber 120 may be implemented in a flat shape using PDMS.
  • Cells attached to the bottom surface may include at least one of cumulus cells, fallopian endothelial cells, and endometrial cells, but are not limited thereto.
  • the bottom surface inside the polymer chamber 120 may be implemented as a fine pattern that simulates the repetitive shape of the lumen and curved wrinkles to simulate the microenvironment of the fallopian tube, and the pattern is not limited and can be implemented in various forms. there is.
  • a polymer chamber 120 is attached to the substrate 110, and the polymer chamber 120 may be implemented with PDMS.
  • a gel matrix may be attached to the bottom surface of the polymer chamber 120 in a flat shape, and cumulus cells may be attached thereon.
  • Culture medium is injected into the polymer chamber, and embryos such as fertilized eggs can be cultured.
  • cumulus cells attached to the gel matrix are not limited, and fallopian endothelial cells or endometrial cells may be attached.
  • the embryo may include trophoblast cells and embryonic cells.
  • the endometric epithelial EV from the embryo is received and injected in the culture medium, and the trophoblast EV adheres and invades from the culture medium toward the embryonic EV.
  • At least one of cumulus cells, fallopian tube endothelial cells, and endometrial cells may be attached to the bottom surface of the polymer chamber 120 positioned on the substrate 110, and the culture medium is injected into the polymer chamber 120.
  • An environment capable of culturing a single embryo is formed.
  • one or more pairs of electrodes 130a and 130b may be positioned at symmetrical points around the polymer chamber 120 and attached to the substrate 110 .
  • the sound wave controller 140 controls the single embryo present in the polymer chamber 120 through one or more pairs of electrodes 130a and 130b when a voltage is applied to the single embryo culture system 100 according to an embodiment of the present invention. can generate sound waves.
  • one or more pairs of electrodes 130a and 130b are formed through a lithography technique, and sound waves may include surface acoustic waves.
  • FIGS. 3A and 3B a method of generating sound waves using a pair of electrodes formed on a substrate will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 3A is an exemplary diagram for explaining a pair of electrodes formed on a substrate
  • FIG. 3B is an exemplary diagram for explaining a method of generating sound waves through the pair of electrodes.
  • the pair of electrodes 130a and 130b may be positioned at symmetrical points relative to the polymer chamber 120 and attached to the substrate 110 .
  • the sound wave controller 140 in a state in which voltage is applied to the single embryo culture system 100, the sound wave controller 140 includes a pair of electrodes 130a attached to the substrate 110 at positions symmetrical to each other. , 130b) generates sound waves.
  • the sound wave controller 140 may induce and control the movement of a single embryo through sound waves generated between the pair of electrodes 130a and 130b.
  • FIGS. 4A and 4B a method of generating sound waves through two pairs of electrodes will be described using FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 4A is an exemplary diagram for explaining two pairs of electrodes formed on a substrate
  • FIG. 4B is an exemplary diagram for explaining a method of generating sound waves through the two pairs of electrodes.
  • the polymer chamber 120 is described as being implemented in a rectangular shape, and as shown in FIG. 4a, the two pairs of electrodes 130a, 130b, 130c, and 130d are mutual It is attached on the substrate 110 in a form facing each other based on a pair of symmetrical surfaces.
  • the pair of electrodes 130a and 130b are positioned on a plane symmetrical to each other around the polymer chamber 120, and the other pair of electrodes 130c and 130d are positioned on a plane symmetrical to each other around the polymer chamber 120. can be located in
  • the polymer chamber 120 may be implemented in a polygonal shape such as a hexagon or an octagon as well as a quadrangle.
  • a plurality of pairs of electrodes at positions facing each other based on a pair of mutually symmetrical surfaces of the polymer chamber 120 are formed on the substrate 110. ) can be attached on.
  • the sound wave controller 140 induces and controls translational or rotational motion of a single embryo located inside the polymer chamber 120 through sound waves generated inside the polymer chamber 120 attached to the substrate 110. can do.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of controlling the movement of a single embryo.
  • Figure 5 (a) is a diagram for explaining the control of the position of the embryo
  • Figure 5 (b) is a diagram for explaining the translational motion of the embryo
  • Figure 5 (c) is a diagram for explaining the rotational motion of the embryo It is a drawing for explanation.
  • a single embryo can be repositioned by allowing the embryo to be positioned.
  • the standing wave means a sound wave in which the wave is confined in a limited space and vibrates in place, and a single embryo can change its position by moving while rotating by the sound wave.
  • the sound wave controller 140 can control a single embryo to move in translation by using phase control of two sound waves traveling in opposite directions, and (c) of FIG. As shown in , the sound wave controller 140 may control a single embryo to rotate due to a moment generated when sound waves of different sizes traveling in opposite directions collide with a single spherical embryo.
  • the sound wave controller 140 may selectively control the rotational motion or the translational motion according to the intensity and phase of the sound wave or voltage applied from both sides.
  • the sound wave controller 140 generates sound waves in a single embryo through one or more pairs of electrodes 130a and 130b, and induces and controls the movement of the single embryo using the generated sound waves to enable cultivation.
  • differentiation can occur in a single embryo by receiving physical and dynamic stimuli similar to living conditions.

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Abstract

본 발명은 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템에 있어서, 전도체로 도금된 기판, 단일 배아를 배양시키기 위한 배양 공간이 내부에 형성되며, 개방형의 다각형 형태로 구현되어 상기 기판 상에 부착되는 폴리머 체임버, 상기 폴리머 체임버를 중심으로 대칭되는 지점에 위치하며, 상기 기판 상에 부착되는 한쌍 이상의 전극, 그리고 전압이 인가되면 상기 한쌍 이상의 전극을 통하여 상기 폴리머 체임버 내에 존재하는 단일 배아에 음파를 발생시키는 음파 제어부를 포함한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 음파를 이용하여 배아의 움직임을 유도하도록 제어하여 생체 조건과 유사한 환경에서 배아를 배양함으로, 체외수정시술 성공률을 향상시킬 수 있다.

Description

음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템
본 발명은 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전압을 인가하여 한 쌍 이상의 전극을 통하여 폴리머 체임버 내에 존재하는 단일 배아에 음파를 발생시키는 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템에 관한 것이다.
최근 초고령 사회에 진입함에 따라 저출산에 의한 노동인구 감소는 심각한 국가사회적 문제로 대두되고 있고, 평균 5쌍 중 1쌍의 부부가 불임(또는 난임) 문제를 가지고 있다.
일반적으로, 불임 또는 난임 부부는 체외수정시술 (in vitro fertilization, IVF)을 통해 아이를 가지는데, 체외수정시술은 정자와 난자를 채취하여 체외에서 수정시킨 후 자궁 내에 이식하여 임신을 유도하는 방법을 의미한다.
더욱 자세하게는, 배란된 난자(oocyte)는 수정 후 자궁착상까지 근육 수축 및 미세자극에 의한 기계적 운동(mechanical motion)과, 생체 환경의 점막으로부터 생성되는 여러 가지 성장인자(Growth factor)에 의한 생화학적(biochemical stimulation) 자극에 의해서 성장하는 반면 배양 접시에서 체외수정란은 기계적, 생화학적 자극이 없는 정적인 상황에서 배양되고 있다.
여기서, 체외 배양 접시에서 자란 배아의 세포는 체내에서 자란 배아의 세포 수보다 2배 이상 느린 분화 속도를 나타내며 비교적 건강하지 못한 상태이다.
따라서, 체외수정시술을 위해 과배란된 배아(10개 내외) 중 자궁 이식을 위한 배아를 선택하며, 낮은 착상 성공률을 보상하기 위해 3~5개의 배아를 자궁에 이식하게 된다.
다만, 3~5개 배아를 자궁에 이식하게 되면, 다태아가 착상될 가능성이 있으며, 이러한 다태아 착상으로 인해 출생전 태아사망률(perinatal mortality) 및 다태아 출산의 사회적 부담이 증가하는 문제점이 있다.
그리고, 배아가 자궁에 착상되는 성공률(~30%)이 낮으며, 체외수정시술을 하는 부부에게 경제적(미국의 경우 약 $12,000 /1회 시술 당), 육체적, 심리적 고통을 주는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내공개특허 제10-2015-0036919호(2015.04.08 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전압을 인가하여 한쌍 이상의 전극을 통하여 폴리머 체임버 내에 존재하는 단일 배아에 음파를 발생시키는 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템에 있어서, 전도체로 도금된 기판, 단일 배아를 배양시키기 위한 배양 공간이 내부에 형성되며, 개방형의 다각형 형태로 구현되어 상기 기판 상에 부착되는 폴리머 체임버, 상기 폴리머 체임버를 중심으로 대칭되는 지점에 위치하며, 상기 기판 상에 부착되는 한쌍 이상의 전극, 그리고 전압이 인가되면 상기 한쌍 이상의 전극을 통하여 상기 폴리머 체임버 내에 존재하는 단일 배아에 음파를 발생시키는 음파 제어부를 포함한다.
상기 폴리머 체임버는, 내부의 하측에 상기 기판과 맞닿는 바닥면이 형성되어 있을 수 있다.
상기 바닥면 상에 난구 세포, 난관 내피 세포, 자궁 내막 세포 중에서 적어도 하나가 부착되어 있을 수 있다.
상기 폴리머 체임버는, 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)로 구현될 수 있다.
상기 폴리머 체임버의 내부에는, 상기 단일 배아를 배양시키기 위한 배양액이 주입될 수 있다.
상기 한 쌍의 전극은, 상기 폴리머 체임버의 상호 대칭되는 한 쌍의 면을 기준으로 서로 마주보는 형태로 상기 기판 상에 부착될 수 있다.
상기 음파 제어부는, 상기 한 쌍의 전극을 통해 상기 단일 배아에 음파를 발생시켜, 상기 단일 배아로 하여금 병진 운동 또는 회전 운동을 유도 및 제어할 수 있다.
상기 음파는 표면 탄성파를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 음파를 이용하여 배아의 움직임을 유도하도록 제어하여 생체 조건과 유사한 환경에서 배아를 배양함으로, 체외수정시술 성공률을 향상시킬 수 있다. 그리고, 최적의 단일 배아를 선별함으로써, 다중 배아 이식에 의한 다태아 착상을 방지할 수 있다. 또한, 저체중아, 선천적 장애아 출산 등의 시술에 따른 부작용을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 체임버를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 체임버 내부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 기판에 형성된 한 쌍의 전극을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3b는 한 쌍의 전극을 통해 음파를 발생시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a는 기판에 형성된 2쌍의 전극을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4b는 2쌍의 전극을 통해 음파를 발생시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 단일 배아의 움직임을 제어하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는 도 1을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템(100)를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단일 배아 배양 시스템(100)은 기판(110), 폴리머 체임버(120), 한 쌍 이상의 전극(130a, 130b) 및 음파 제어부(140)를 포함한다.
먼저, 기판(110)은 실리콘 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있으며, 표면에 전도체가 도금된 판으로 구현될 수 있다.
이때, 기판(110)은 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연 재표, 프린트 배선판 및 절연기판일 수 있다.
다음으로, 폴리머 체임버(120)는 단일 배아를 배양시키기 위한 배양 공간이 내부에 형성되어 개방형의 다각형 형태로 구현되어 기판(110) 상에 부착될 수 있다.
여기서, 배아는 1차 세포(Primacy cell), 부유 세포(Floating cell)로서 수정란을 포함하며, 그 적용범위를 한정하지 않으며, 폴리머 체임버(120)는 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, 이하 "PDMS"로 명명)로 구현된다.
그리고, 폴리머 체임버(120)는 도 1과 같이 상측 및 하측이 모두 개방형의 사각형으로 구현되어 기판(110) 상에 부착될 수 있다.
이때, 폴리머 체임버(120)는 사각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 사각형으로 구현하여 기술한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 체임버를 설명하기 위한 도면이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 체임버 내부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b에서 도시한 바와 같이, 폴리머 체임버(120)는 내부의 하측에 기판(110)과 맞닿는 바닥면이 형성될 수 있으며, 기판(110) 상에 부착된 한 쌍의 전극(130a, 130b) 사이에 폴리머 체임버(120)가 부착될 수 있다.
그리고, 폴리머 체임버(120) 내부에 바닥면이 형성되는 경우, 폴리머 체임버(120)의 바닥면은 난구 세포, 난관 내피 세포, 자궁 내막 세포 중에서 적어도 하나가 부착될 수 있다.
이때, 폴리머 체임버(120) 내부의 바닥면은 PDMS을 이용하여 평평한 형태로 구현될 수 있다. 바닥면에 부착된 세포는 난구 세포, 난관 내피 세포, 자궁 내막 세포 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
또한, 폴리머 체임버(120) 내부의 바닥면은 난관의 미세환경을 모사하기 위한 굴곡진 주름 및 내강의 반복적 형상을 모사한 미세 패턴으로 구현될 수도 있으며, 패턴은 한정하지 않고 여러 가지 형태로 구현할 수 있다.
더욱 자세하게는, 도 2b와 같이, 기판(110) 상에 폴리머 체임버(120)가 부착되며, 폴리머 체임버(120)는 PDMS로 구현될 수 있다.
그리고, 폴리머 체임버(120)의 바닥면 상에 젤 메트릭스(Gel Metrix)가 평평한 형태로 부착될 수 있고, 그 위에 난구 세포(Cumulus cells)가 부착될 수 있다. 폴리머 체임버의 내부에는 배양액이 주입되어 수정란과 같은 배아가 배양될 수 있다.
이때, 젤 메트릭스(Gel Metrix) 상에 부착된 난구세포는 한정되지 않으며, 난관 내피 세포 또는 자궁 내막 세포가 부착될 수 있다.
이때, 배아는 영양막 세포(Trophoblast cells)와 배아 세포(Embryonic cells)를 포함할 수 있다.
그러면, 배아로부터 내막 상피(Endometric epithelial EV)가 배양액 내에서 수용 및 주입되며, 영양막(Trophoblast EV)은 배양액으로부터 배아(Embryonic EV)쪽으로 접착 및 침입하게 된다.
즉, 기판(110) 상에 위치된 폴리머 체임버(120)의 바닥면은 난구 세포, 난관 내피 세포, 자궁 내막 세포 중에서 적어도 하나가 부착될 수 있으며, 폴리머 체임버(120)의 내부에는 배양액이 주입되어 하나의 배아를 배양시킬 수 있는 환경이 형성된다.
다음으로, 한 쌍 이상의 전극(130a, 130b)은 폴리머 체임버(120)를 중심으로 대칭되는 지점에 위치하며, 기판(110) 상에 부착될 수 있다.
그리고, 음파 제어부(140)는 본 발명의 실시예에 따른 단일 배아 배양 시스템(100)에 전압이 인가되는 경우에 한 쌍 이상의 전극(130a, 130b)을 통하여 폴리머 체임버(120) 내에 존재하는 단일 배아에 음파를 발생시킬 수 있다.
이때, 한 쌍 이상의 전극(130a, 130b)은 리쏘그래피(Lithography) 기법을 통해 형성되며, 음파는 표면 탄성파를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 3a 및 도 3b를 이용하여 기판에 형성된 한 쌍의 전극을 이용하여 음파를 발생시키는 방법을 설명한다.
도 3a는 기판에 형성된 한 쌍의 전극을 설명하기 위한 예시도이고, 도 3b는 한 쌍의 전극을 통해 음파를 발생시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3a에서 도시한 바와 같이, 한 쌍의 전극(130a, 130b)은 폴리머 체임버(120)를 기준으로 대칭되는 지점에 위치되어 기판(110) 상에 부착될 수 있다.
그리고, 단일 배아 배양 시스템(100)의 하단부에 전압이 인가되면, 기판(110)에서 발생된 음파는 한 쌍의 전극(130a, 130b)으로 각각 전달되며, 음파 제어부(140)는 한 쌍의 전극(130a, 130b)을 통해 단일 배아에 음파를 발생시켜 단일 배아로 하여금 병진 운동 또는 회전 운동을 유도 및 제어할 수 있다.
즉, 도 3b에서 도시한 바와 같이, 전압이 단일 배아 배양 시스템(100)에 인가된 상태에서, 음파 제어부(140)는 기판(110) 상에 서로 대칭되는 위치에 부착된 한 쌍의 전극(130a, 130b) 사이에 음파를 발생시킨다.
그러면, 음파 제어부(140)는 한 쌍의 전극(130a, 130b) 사이에 발생되는 음파를 통해 단일 배아의 움직임을 유도 및 제어할 수 있다.
이하에서는 도 4a 및 도 4b를 이용하여 2쌍의 전극을 통해 음파를 발생시키는 방법을 설명한다.
도 4a는 기판에 형성된 2쌍의 전극을 설명하기 위한 예시도이고, 도 4b는 2쌍의 전극을 통해 음파를 발생시키는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명에 따른 실시예에서는 폴리머 체임버(120)가 사각형으로 구현된 것으로 설명하며, 도 4a에서 도시한 바와 같이, 2쌍의 전극(130a, 130b, 130c, 130d)은 폴리머 체임버(120)의 상호 대칭되는 한 쌍의 면을 기준으로 서로 마주보는 형태로 기판(110) 상에 부착된다.
즉, 한 쌍의 전극(130a, 130b)는 폴리머 체임버(120)를 중심으로 서로 대칭되는 면에 위치하고, 다른 한 쌍의 전극(130c, 130d)는 폴리머 체임버(120)를 중심으로 서로 대칭되는 면에 위치할 수 있다.
그리고, 폴리머 체임버(120)는 사각형뿐만 아니라 육각형, 팔각형 등의 다각형으로 구현될 수 있다. 또한, 폴리머 체임버(120)는 육각형, 팔각형 등의 다각형으로 구현되는 경우, 폴리머 체임버(120)의 상호 대칭되는 한 쌍의 면을 기준으로 서로 마주보는 위치에 복수의 쌍으로 이루어진 전극이 기판(110) 상에 부착될 수 있다.
그러면, 도 4b에서 도시한 바와 같이, 전압이 단일 배아 배양 시스템(100)의 하단부에 인가되면, 기판(110)에서 발생된 음파는 2쌍의 전극(130a, 130b, 130c, 130d)으로 전달되며, 음파 제어부(140)는 기판(110) 상에 서로 대칭되는 위치에 부착된 한 쌍의 전극(130a, 130b) 사이에 음파를 발생시키고, 나머지 한 쌍의 전극(130c, 130d) 사이에 대해서도 음파를 발생시킨다.
그러면, 음파 제어부(140)는 기판(110) 상에 부착된 폴리머 체임버(120)의 내부에 발생된 음파를 통해 폴리머 체임버(120)의 내부에 위치한 단일 배아의 병진 운동 또는 회전 운동을 유도 및 제어할 수 있다.
이와 같이, 도 4a 및 도 4b의 경우, 2쌍의 전극(130a, 130b, 130c, 130d)을 이용하여 단일 배아를 병진 운동 또는 회전 운동을 유도함으로써, 도 3a 및 도 3b에 도시한 한 쌍의 전극(130a, 130b)을 이용하는 경우에 비하여 병진 운동에 대한 자유도를 증가시킬 수 있으며, 회전 운동의 세기를 증가시킬 수 있다.
도 5는 단일 배아의 움직임을 제어하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)는 배아의 위치를 제어하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 5의 (b)는 배아의 병진 운동을 설명하기 위한 도면이고, 도 5의 (c)는 배아의 회전 운동을 설명하기 위한 도면이다.
폴리머 체임버(120) 내부에 위치한 단일 배아에 음파를 발생시키면, 도 5의 (a)에서 도시한 바와 같이, 음파 제어부(140)는 반대 방향으로 진행하는 크기와 위상이 동일한 음파에 의해 형성된 정상파에 배아가 위치하도록 하여 단일 배아의 위치를 변경시킬 수 있다.
이때, 정상파는 파동이 한정된 공간 안에 갇혀서 제자리에서 진동하는 형태의 음파를 의미하며, 단일 배아는 음파에 의해 회전하면서 이동하여 위치를 변경할 수 있다.
그리고, 도 5의 (b)에서 도시한 바와 같이, 음파 제어부(140)는 반대 방향으로 진행하는 두 음파의 위상 제어를 이용하여 단일 배아가 병진 운동하도록 제어할 수 있으며, 도 5의 (c)에서 도시한 바와 같이, 음파 제어부(140)는 반대 방향으로 진행하는 크기가 다른 음파가 구 형태의 단일 배아와 충돌할 경우 발생하는 모멘트로 인해 단일 배아를 회전 운동하도록 제어할 수 있다.
이때, 음파 제어부(140)는 양측에서 인가되는 음파 또는 전압의 세기와 위상에 따라 회전 운동 또는 병진 운동을 선택적으로 제어할 수 있다.
즉, 음파 제어부(140)는 한 쌍 이상의 전극(130a, 130b)을 통하여 단일 배아에 음파를 발생시키고, 발생된 음파를 이용하여 단일 배아의 움직임을 유도 및 제어하여 배양이 가능하도록 한다.
그러면, 단일 배아는 생체 조건과 유사한 물리적, 동적 자극을 받아 분화가 일어날 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 음파제어를 이용한 단일 배아 배양 시스템에 있어서,
    전도체로 도금된 기판,
    단일 배아를 배양시키기 위한 배양 공간이 내부에 형성되며, 개방형의 다각형 형태로 구현되어 상기 기판 상에 부착되는 폴리머 체임버,
    상기 폴리머 체임버를 중심으로 대칭되는 지점에 위치하며, 상기 기판 상에 부착되는 한쌍 이상의 전극, 그리고
    전압이 인가되면 상기 한 쌍 이상의 전극을 통하여 상기 폴리머 체임버 내에 존재하는 단일 배아에 음파를 발생시키는 음파 제어부를 포함하는 단일 배아 배양 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 체임버는,
    내부의 하측에 상기 기판과 맞닿는 바닥면이 형성되어 있는 단일 배아 배양 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바닥면 상에 난구 세포, 난관 내피 세포, 자궁 내막 세포 중에서 적어도 하나가 부착되어 있는 단일 배아 배양 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 체임버는,
    폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)로 구현되는 단일 배아 배양 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 체임버의 내부에는,
    상기 단일 배아를 배양시키기 위한 배양액이 주입되는 단일 배아 배양 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍 이상의 전극은,
    상기 폴리머 체임버의 상호 대칭되는 한 쌍의 면을 기준으로 서로 마주보는 형태로 상기 기판 상에 부착되는 단일 배아 배양 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 음파 제어부는,
    상기 한 쌍 이상의 전극을 통해 상기 단일 배아에 음파를 발생시켜, 상기 단일 배아로 하여금 병진 운동 또는 회전 운동을 유도 및 제어하는 단일 배아 배양 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 음파는 표면 탄성파를 포함하는 단일 배아 배양 시스템.
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