KR101103693B1 - 실린지 형상의 배양관 및 이를 이용한 세포배양기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대면적이 넓고 작업자가 원하는 크기로 변경 가능한 실린지 형상의 배양관과, 이러한 배양관을 다수 장착가능하도록 되어 있으며, 회동유닛에 의해 배양관 내에 배양액가 일정부분 채워진 상태에서 배양관 내주면 전체에 걸쳐 배양액이 미리 지정된 속도로 지속적이고 부드럽게 접촉하면서 회전하도록 하여 교반 및 가스 공급과 가스교환비율을 증가시킬 수 있으며 배양액의 소모량을 감소시킬 수 있는 세포배양기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 세포배양기는, 내부에 배양공간이 형성되어 있으며 배양공간으로 배양액이 유출입되는 유출홀이 양단부 중 적어도 어느 하나의 일단부에 형성되어 있으며, 일단부는 외측으로 갈수록 내경이 좁아지는 형상으로 형성된 배양관; 배양관 다수가 길이방향으로 수평하게 장착되며, 중앙에 형성된 회전축을 중심으로 회전가능한 회전지지부재; 및 회전지지부재를 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 회동유닛을 포함한다.

배양관, 세포배양기, 회동유닛, 원통형, 각도조절장치

Description

실린지 형상의 배양관 및 이를 이용한 세포배양기{Cell Culture Tube of Syringe Shape and Multiple Cell Culture Device Using the same}

본 발명은 실린지 형상의 배양관 및 이를 이용한 세포배양기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적이 넓은 배양관을 통해 효과적인 세포 배양이 가능하며, 상기 배양관을 다수 장착가능하도록 하고 다수의 배양관을 미리 지정된 속도로 회전시킴으로써, 세포의 대량 배양이 가능하고 배양관 내의 배양액이 고르게 분배되어 산소공급이 충분히 이루어져 양질의 세포가 균일하게 성장할 수 있는 세포배양기에 관한 것이다.

일반적으로, 세포배양이라 함은 다세포 개체로부터 무균적으로 조직편을 떼내어 여기에 영양을 주고 용기 내에서 배양, 증식시키는 일로서, 배양관 내에서의 살아있는 세포의 배양은 세포 신진대사의 부가적인 부산물의 회수, 바이러스 백신의 제조, 인공기관을 만들기 위한 의도적인 세포의 배양, 동물세포의 유전자 조작에 의한 의약품 생산이나 식물의 세포 융합에 의한 육종 등의 공업화를 포함한 다 양한 목적을 위하여 행하여진다.

이러한 세포배양에 있어서, 배양되는 세포가 동물세포인 경우 아미노산, 당류, 무기 염류, 비타민 등의 영양분을 함유한 배양지가 필요하여 배양조건이 어려운 반면, 식물세포 배양의 경우에는 증식속도는 늦지만 동물세포 배양과는 달리 광합성을 하기 때문에 생존능력이 높아 배양이 쉬운 장점이 있다.

하지만, 1980년대 이후 생명공학분야가 급속하게 발전을 거듭하면서 특히, 생물의약품의 산업화와 관련하여 동물세포배양기술이 중요한 역할을 차지하면서 1980년대 중반부터 동물세포 대량 배양 기술의 중요성이 부각되기 시작하였다.

이에, 상기한 동물세포 배양에 대하여 상세히 살펴보면, 우선 동물세포 배양을 위해서는 세포가 배양될 수 있는 일정한 배양 공간과 세포에 영양분을 공급하는 배양액 및 각종 가스 등이 필요하며, 배양 공간에 주입된 배양액과 가스들은 세포 배양에 사용된 후에는 세포 조직을 신선한 상태로 유지하기 위하여 적절한 주기로 교환되어야 한다. 최근에는 효과적인 동물세포 배양을 위하여, 상기한 세포배양 조건과 더불어, 하이브리도마(hybridomas), 배아줄기세포(embryonic stem cell) 등 각각의 배양하고자 하는 세포의 특성에 따른 배양법이 연구개발되고 있다.

특히, 인간 혹은 동물의 조직으로부터 유래된 동물세포들은 배양액 내에서 부유시키거나 또는 담체에 부착시켜 배양시킬 수 있는데, 주로 조혈줄기세포를 포함하는 혈구유래의 세포들이 부유성 세포이고, 피부, 간 또는 폐 같은 조직 유래의 세포들과 배아줄기세포, 중간엽줄기세포 또는 섬유아세포(fibroblastoid)나 상피세 포(epithelial-like cell) 등이 부착성 세포이다.

이때, 상기 부착성 세포는, 상기 부유성 세포는 세포가 단독으로 배양액 중에 부유한 상태에서 증식할 수 있는 것에 반해, 고체 표면에 부착되어야만 증식이 가능한 것으로 세포가 부착하여 성장할 수 있는 공간이 한정되어 있고 세포생존(cell viability)을 유지하기 위해서는 많은 양의 배양액과 산소공급 및 접촉 면적이 제공되어야 하기 때문에, 세포배양에 있어서 스케일업(scale-up)을 하고자 할 때는 부유성 세포에 비하여 불리하였다.

따라서, 세포를 대량으로 배양하고자 할 경우 주로 부유성 세포를 대상으로 이루어지는 것이 현실이며 부착성 세포의 대량 배양을 위한 효율적인 방법이나 시스템 개발이 미비한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세포가 배양되는 배양관의 접촉 대면적을 넓힘으로써 많은 양의 세포배양이 가능함은 물론 배양관의 크기를 작업자가 원하는 크기로 변경할 수 있는 실린지 형상의 배양관을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 배양관 다수가 장착될 수 있는 구조로서 동시에 대량의 세포 배양이 용이하고, 배양관 내에 배양액이 일정부분 채워진 상태에서 회동유닛에 의해 배양관이 일정 속도로 지속적이고 부드럽게 회전하도록 하여 양질의 세포를 배양할 수 있으며 산소 공급과 가스교환비율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 배양액의 소모량을 감소시킬 수 있는 세포배양기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은 내부에 배양공간이 형성되어 있으며 상기 배양공간으로 배양액이 유출입되는 유출홀이 형성된 배양관으로서, 상기 유출홀은 상기 배양관의 양단부 중 적어도 어느 하나의 일단부에 형성되어 있으며, 상기 유출홀이 형성된 상기 일단부는 외측으로 갈수록 내경이 좁아지는 형상으로 형성된 배양관을 제공한다.

여기서, 상기 배양관의 단면형상은 원형 또는 타원형 또는 다각형 중에서 선택된 어느 하나인 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 유출홀은 상기 배양관 일단부의 중앙부분에 형성된 것이 좋다.

또한, 상기 배양관은 투명한 재질로 형성된 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 세포배양기는, 내부에 배양공간이 형성되어 있으며 상기 배양공간으로 배양액이 유출입되는 유출홀이 양단부 중 적어도 어느 하나의 일단부에 형성되어 있으며, 상기 일단부는 외측으로 갈수록 내경이 좁아지는 형상으로 형성된 배양관; 상기 배양관 다수가 길이방향으로 수평하게 장착되며, 중앙에 형성된 회전축을 중심으로 회전가능한 회전지지부재; 및 상기 상기 회전지지부재를 상기 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 회동유닛을 포함한다.

더불어, 본 발명은 상기 다수의 배양관이 장착된 회전지지부재를 수용하고, 일측에는 상기 배양관의 입출이 용이하도록 개폐가능한 커버 또는 개방홀이 형성된 드럼형 몸체를 더 포함한다.

여기서, 상기 회동유닛은, 자기커플러를 통한 자기회전방식 또는 모터구동방식에 의하여 상기 회전지지부재를 회전시킬 수 있다.

또한, 상기 배양관의 내부 온도를 미리 지정된 온도로 유지하기 위하여 상기 회전지지부재 또는 상기 드럼형 몸체의 외측에 설치되는 히팅유닛을 구비할 수 있다.

이때, 상기 히팅유닛은, 상기 내부에 공간이 형성된 히팅재킷과, 상기 히팅재킷에 수용되는 열매체에 열을 공급하는 히팅부재를 포함한다.

부가하여, 상기 드럼형 몸체에는 온도센서, 습도센서 및 가스센서 중 선택된 적어도 어느 하나가 설치될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 다수의 배양관에서 배양액을 동시에 회수하기 위하여, 상기 드럼형 몸체의 일측에 설치되어, 상기 드럼형 몸체를 타측으로 기울임으로써 상기 배양액이 상기 출입홀로 흘러나오게 하는 각도조정유닛이 구비되며, 상기 드럼형 몸체의 타측에는 상기 각도조정유닛에 의해 흘러나오는 배양액을 담기 위한 회수부재가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 회수부재는, 일단부가 상기 드럼형 몸체의 타측과 연결되어 외측으로 갈수록 외경이 좁아지는 형상의 깔데기부와, 상기 깔데기부의 타단부와 연결되어 상기 깔데기부를 통과하는 배양액을 수용하는 회수버킷을 포함한다.

나아가, 상기 각도조정유닛은 유압에 의해 가변하는 실린더 로드를 이용할 수 있다.

또한, 상기 배양관에는 상기 각도조정유닛에 의해 기울어졌을때 상기 회전지지부재에서 빠지지 않도록 외주면에 걸림턱이 돌출형성된 것이 좋다.

한편, 상기 회전지지부재는, 상기 회전축을 기준으로 대략 수직방향으로 설치되며, 상기 다수의 배양관이 길이방향으로 수평으로 삽입되어 장착될 수 있는 다수의 장착홀이 관통형성된 적어도 하나의 회전지지판으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 세포배양기는 부착성세포가 배양되는 것이 좋다.

또한, 상기 회전지지부재 또는 상기 드럼형 몸체는 투명한 재질로 형성된 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명에 따른 실린지 형상의 배양관 및 이를 이용한 배양기는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 배양관의 접촉 대면적이 넓어 많은 양의 부착성 세포배양이 가능하며, 배양관의 크기를 작업자가 원하는 크기로 변경할 수 있어 세포배양에 대한 대면적의 효용가치를 넓힐 수 있다.

둘째, 배양관 다수를 동시에 배양할 수 있도록 배양기의 구조를 개선하여 세포를 대량으로 배양할 수 있으며, 다수의 배양관을 개별적으로 장착하여 배양하기 때문에 하나의 배양기에 다양한 종류의 세포 배양이 가능하다.

셋째, 회동유닛에 의해 배양관 내의 배양액을 일정 속도로 지속적이고 부드럽게 교반하기 때문에 산소 공급이 충분히 이루어져 에너지 대사 효율을 향상시킬 수 있다.

넷째, 배양관 내에 배양액가 일정부분 채워진 상태에서 배양관이 회전함에 따라 배양액가 병의 내주면을 돌면서 흐르는 구조로 되어 있기 때문에, 배양액에 잠겨 있지 않은 부분의 세포를 덮고 있는 얇은 배양액 막(the thin film of medium)이 형성, 이러한 배양액 막을 통한 배양액의 부피 대비 접촉 면적의 증가로 인하여 산소 공급 및 이산화탄소의 배출이 원활해져 산소 공급과 가스교환비율을 증가시킬 수 있다.

다섯째, 배양관 내에 배양액이 일정부분 채워진 상태에서 배양관이 회전하기 때문에, 배양관에 부착된 세포의 일부는 배양액에 잠겨 있고 일부는 배양관의 배양공간에 노출되어 세포 전체 면적이 배양액 내에 배양되는 종래의 일반적인 플라스 크(flask) 배양에 비하여 배양액의 소모량을 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배양관 및 이를 이용한 세포배양기를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배양관을 나타내는 사시도이고, 도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배양관을 나타내는 사시도이며, 도 2b는 도 2b에 도시된 배양관에 배양액이 담겨있는 상태를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배양관(10)은, 내부에 배양공간(12)이 형성되고 배양공간(12)으로 배양액이 유출입 될 수 있도록 유출홀(14)이 형성되어 있는 실린지 형상 즉, 원통형으로 형성되어 있으며, 상기 유출홀(14)이 형성된 단부는 외측으로 갈수록 내경이 좁아지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

여기서, 상기 유출홀(14)은 상기 배양관(10)의 길이방향의 양단부 중 적어도 어느 하나의 단부에 형성될 수 있는데, 도 1에 나타난 바와 같이 양단부 중 일단부는 유출홀(14)이 형성되며 타단부는 밀폐되도록 할 수 있으며, 도 2에 나타난 바와 같이 양단부 모두 유출홀(24a,24b)을 형성시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배양관(10,20)은 상기 유출홀(14,24a,24b)이 형성된 단부를 외측으로 갈수록 내경이 좁아지는 테이퍼 형상의 경사부(16,26a,26b)로 형성되어 있는데, 이에 따라 배양액의 배출을 원활하게 할 수 있다.

또한, 상기 배양관(10,20)은 단명형상이 원형 또는 타원형 또는 다각형 중에서 선택된 어느 하나로 할 수 있지만, 바람직하게는 배양공간(12,22)이 굴곡이 없고 넓으며 접촉 대면적이 좋은 원형이 더 바람직하다.

그리고, 상기 배양관(10,20)은 배양 공간의 세포 성장상태 및 샘플을 용이하게 확인할 수 있도록 투명한 재질로 하는 것이 좋으며, 이러한 재질로는 강화유리나 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 플라스틱과 같은 재질을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배양관(10,20)은 길이방향에 대하여 수평상태로 세포배양기(100)에 장착되어 세포가 배양되기 때문에, 배양관(20) 내의 배양액은 도 2a에 나타난 바와 같이 양단부 또는 양단부 중 어느 하나의 일단부에 형성된 유출홀(24a,24b)의 최저높이까지 채워지게 되는데, 이렇게 되면 본 발명에 따른 배양관(20)은 배양액이 모두 채워지는 구조가 아니라 배양액이 배양관(20)의 대략 15%~20% 정도만 채워지는 구조로 되어 배양액의 소모율을 감소시킬 수 있다. 여기서, 상기 배양관(20)은 유출홀(24a,24b)의 크기 및 위치에 따라 배양관(20)에 대한 배양액의 양을 조절할 수 있으며, 상기 유출홀(24a,24b)은 배양관(20)의 단부에 대하여 배양관(20) 길이방향 중심축에 대하여 편심되지 않고 대략 중앙부분에 형성시키는 것이 좋다.

상기 배양관(10,20)의 일단부 외측에는 배양관(10,20)의 외주면에 돌출부(18,28)가 돌출형성되어 있으며, 상기 돌출부에 대한 것은 후술하기로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 세포배양기를 나타내는 사시도 및 측면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 세포배양기에서 회전지지부재에 다수의 배양관이 장착된 것을 나타내는 사시도이며, 도 6은 도 3에 도시된 세포배양기에서 각도조정유닛과 회수유닛에 의해 다수의 배양관에서 배양액이 동시에 회수되는 것을 나타내는 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 도 3에 도시된 세포배양기에서 회동유닛에 의한 배양관 내 배양액의 흐름을 보여주는 도면이고, 도 9a 및 도 9b는 도 3에 도시된 세포배양기와 종래의 세포배양기의 비교실험에 따른 그래프이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포배양기(100)는, 세포가 배양되는 배양관(10)과, 배양관(10) 다수가 장착되며 중앙에 형성된 회전축(112)을 중심으로 회전하는 회전지지부재(110)와, 회전지지부재(110)를 회전시키기 위한 회동유닛(120;도 4참조)을 포함한다.

더불어, 본 발명은 상기 다수의 배양관(10)이 장착된 회전지지부재(110)를 수용하고, 일측에는 배양관(10)의 입출이 용이하도록 개폐가능한 커버(145) 또는 개방홀(132)이 형성된 드럼형 몸체(130)를 더 포함한다.

여기서, 상기 배양관(10)은 도 1에 도시된 배양관(10)과 실질적으로 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 회전지지부재(110)는 배양관(10) 다수가 길이방향으로 수평하게 장착될 수 있는 구조로, 회전축(112)을 기준으로 대략 수직방향으로 설치되며 배양관(10)이 삽입되는 다수의 장착홀(116)이 관통형성된 적어도 하나의 회전지지판(118)으로 이루어질 수 있다.

상세하게는, 상기 회전지지부재(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 일정 두께를 가지는 한쌍의 회전지지판(118)을 회전축(112)에 대하여 이격되게 배치시키고 다수의 배양관(10)이 동시에 관통삽입되어 장착되는 구조로 하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하는 것은 아니며 상기한 회전지지부재(110)의 구조는 바람직한 일 실시예로서, 배양관(10)이 길이방향으로 수평하게 안정적으로 장착될 수 있는 구조라면 모두 가능하다.

한편, 상기 회전지지부재(110)에 삽입 장착되는 배양관(10)은 후술되는 회동유닛(120)에 의해 회전지지부재(110)가 회전할 시 배양관(10)이 회전지지부재(110)에 대하여 자전하지 않는 즉, 슬립이 일어나지 않도록 삽입장착되어야 한다. 이는 배양관(10)이 회전지지부재(110)의 회전에 따라 자전을 해버리면 배양관(10) 내의 배양액이 배양관(10) 내주면의 전체에 걸쳐서 골고루 접촉되지 않기 때문이다.

상기 회동유닛(120)은 상기 회전지지부재(110)를 회전시킴으로서, 회전지지부재(110)에 장착된 배양관(10)의 배양액이 배양관(10)의 내주면을 돌면서 흐르도록 하기 위한 것으로, 자기커플러(114)를 통한 자기회전방식으로 회전시키는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 자기커플러(114)를 이용한 자기회전방식의 회동유닛(120)은 도시된 바와 같이 회전축(112)과 회전축(112)의 말단부와 이격되어 대면되는 각각의 자기커플러(114)를 장착하고 이에 발생하는 자기마찰을 이용하여 회전시키는 것으로 상세하게는 대향하는 두개의 자석들(opposing magnets)이 이극성(opposite polarity)으로 이루어지도록 배열된 영구자석을 포함하는 두개의 자기 커플러(114;자기 디스크)를 이용하며 이에 대한 상세한 설명은 당업계에서 통상적인 것이므로 생략하기로 한다.

덧붙여, 상기 회동유닛(120)은 회전축(112)과 연결되어 회전축(112)을 회전시킬 수 있는 모터와 이와 연결된 풀리 등을 통한 모터구동 방식을 이용할 수 있음은 물론이며, 상기한 회전지지부재(110)를 회전시킬 수 있는 것이라면 모두 사용가능하다.

상기한 바와 같이, 회동유닛(120)은 미리 지정된 양의 배양액(1)이 담긴 배양관(10)을 일정한 속도하에 지속적으로 회전시켜, 배양액(1)이 원통형의 배양관(10) 내주면 전체를 타면서 흐르기 때문에 세포에 산소공급이 원활하여 세포생육을 원활히 할 수 있다.

다음으로, 상기 드럼형 몸체(130)는 원통형으로 내부에 공간이 형성되어 상기 회전지지부재(110)를 수용할 수 있다.

또한, 상기 드럼형 몸체(130)는 회전지지부재(110)의 회전축(112) 양단부가 슬라이딩 가능하게 관통설치될 수 있는 구조로 할 수 있으며, 이렇게 되면 상기 회전지지부재(110)가 회동유닛에 의해 회전하여도 드럼형 몸체(130)는 회전하지 않게 된다. 물론, 경우에 따라 상기 드럼형 몸체(130)와 회전지지부재(110)가 회전축(112)을 동축으로 하여 회전할 수 있는 구조로 할 도 있다.

그리고, 상기 드럼형 몸체(130)에는 배양관(10)의 입출입이 용이하게 개방홀(132)이 형성되는 것이 바람직하며, 그외에도 도어식의 개폐가능한 구조로 할 수 있다.

또한, 상기 드럼형 몸체(130)에는 몸체(130) 내부의 가스 상태를 확인할 수 있도록 CO2센서와 O2센서(미도시)를 포함한 가스센서와, 온도센서, 습도센서 등을 더 장착할 수 있다.

나아가, 상기 드럼형 몸체(130)의 외측에는 세포의 배양을 촉진시키고 안정 적으로 하기 위한 배양관(10)의 내부 온도를 미리 지정된 온도로 유지하기 위한 히팅유닛(160)을 설치할 수 있다.

상기 히팅유닛(160)은, 드럼형 몸체(130)의 하부에 설치되고 내부에 공간이 형성된 히팅재킷(162)과, 상기 히팅재킷(162)에 수용되는 열매체(164)에 열을 공급하는 히팅부재(166)를 포함한다. 이때, 상기 히팅부재(166)는 전기 등을 이용하여 온도를 높일 수 있는 히팅코일 등을 적용할 수 있다.

한편, 상기 히팅유닛(160)은 열이 드럼형몸체(130)로 효과적으로 공급되도록 드럼형몸체(130)에 대면하는 상부를 반아치 형상으로 하는 것이 좋으며, 드럼형 몸체(130)와 고정결합 또는 분리되어 대면접촉되도록 설치할 수 있다.

또한, 상기 히팅재킷(162)에는 히팅재킷(162) 내의 열매체(164)의 온도를 감지할 수 있는 써모스코프와 같은 온도센서(170)가 설치될 수 있다.

본 발명은 상기 다수의 배양관(10)에서 배양액을 동시에 용이하게 회수하기 위하여, 상기 드럼형 몸체(130)를 타측으로 기울임으로써 상기 배양액이 상기 출입홀로 흘러나오게 하도록 드럼형 몸체(130)의 일측에 설치되는 각도조정유닛(150)이 구비될 수 있다.

상기 각도조정유닛(150)은 도 6에 나타난 바와 같이, 회전지지부재(110) 및 드럼형 몸체(130)를 타측으로 기울어지게 하여 배양관(10)의 배양액을 동시에 흘러내리게 하는 것으로, 본 발명에서는 드럼형 몸체(130)의 일측 하단부에 유압에 의 해 로드(152)의 길이가 가변하는 실린더 로드(152)를 설치하여, 실린더 로드(152)가 유압에 의하여 신장하면 이에 따라 드럼형 몸체(130)의 일측이 상향으로 이동, 상대적으로 드럼형 몸체(130)의 타측이 일측보다 낮아지게 되고 따라서 배양관(10)이 타측으로 기울어지게 되어 배양액이 타측 유출홀(14,23a,23b)로 동시에 모두 흘러나오게 할 수 있다.

여기서, 본 발명에서는 상기 각도조정유닛(150)으로 실린더 로드(152)를 이용하였으나, 엑츄에이터를 이용하는 것을 포함한 상기한 드럼형 몸체(130)를 타측으로 기울여 배양관(10)의 배양액을 동시에 흘러내리게 하는 구조라면 어느 것이든 사용가능하다.

이때, 상기 배양관(10)의 일측 외주면에는 배양관(10)이 회전지지부재(110)의 장착홀(116)에 삽입될 때 일정한 위치에 삽입장착될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있으며, 각도조정유닛(150)에 의해 회전지지부재(110)가 기울어졌을 때 배양관(10)이 빠지지 않도록 걸림턱으로서의 돌출부(18,28)가 돌출형성되어 있다.

더불어, 상기 드럼형 몸체(130)의 타측에는 각도조정유닛(150)에 의해 드럼형 몸체(130)와 회전지지부재(110)가 타측으로 기울어질 때 다수의 배양관(10)에서 흘러나오는 배양액을 담기 위한 회수부재(140)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 회수부재(140)는, 일단부가 상기 드럼형 몸체(130)의 타측과 연결되어 외측으로 갈수록 외경이 좁아지는 형상의 깔데기부(142)와, 상기 깔데기부(142)의 타단부와 연결되어 상기 깔데기부(142)에 형성된 배출홀(143a)을 통해 통과하는 배양액을 수용하는 회수버킷(144)을 포함한다.

여기서, 상기 깔데기부(142)와 회수버킷(144)은 작업환경과 작업공간에 따라 배출라인(143)을 통해 연결시킬 수 있으며, 또한 배출라인(143)과 연결되는 깔데기부(142)의 배출홀은 드럼형 몸체(130)의 중앙부 또는 하향으로 설치할 수 있다.

또한, 상기 회수버킷(144)에는 배양액을 용이하게 배출시키기 위하여 커버(145)를 형성시킬 수 있으며, 이와 다르게 회수버킷(144)이 분리될 수 있는 구조로 하여 한번에 배양액을 흘러버릴 수 있는 구조로 할 수 있다.

또한, 본 발명은 배양관(10)의 크기를 작업자가 선택적으로 변경할 수 있어 이용가능한 면적을 증가시킬 수 있으며, 다수의 배양관(10)을 개별적으로 세포배양기(100)에 장착하여 배양할 수 있기 때문에 하나의 세포배양기(100)에 다양한 종류의 동시 세포 배양이 가능하며 분리정제가 가능하다.

한편, 본 발명에서 상기 배양관(10)을 포함한 회전지지부재(110) 또는 드럼형 몸체(130)를 세포배양 상태를 확인하고 샘플을 확인할 수 있는 투명한 강화 아크릴과 같은 투명한 재질로 하는 것이 좋다.

상기한 구조의 본 발명에 따른 세포배양기(100)는, 배양관(10) 내주면 전체 에 걸쳐 배양액이 접촉하면서 흐르는 구조이기 때문에 부착성세포를 배양하는 것이 좋다.

이러한 이유는, 부유성 세포의 경우에는 회전에 따라 교반이 되지만 배양액 내에 머물러 있게 되고, 부착성 세포는 배양관(10) 내주면에 부착되어 단일세포층(monolayer)을 형성하면서 생장하는 특성상, 본 발명과 같은 관형상의 배양관(10)에 세포를 씨딩(seeding)한 후 배양관(10)의 길이방향 축을 중심으로 회전시켜 배양관(10)이 회전함에 따라 세포가 들어있는 배양액이 병의 내부면을 돌면서 흐르도록 다시 말해, 일정한 속도(대략 1rpm~2rpm)로 지속적이며 부드럽게 배양액을 교반하여 배양액의 부피 대비 접촉 면적의 증가로 인해 산소 공급 및 이산화탄소의 배출이 원활해져서 배양액에 잠겨 있지 않은 부분의 세포를 덮고 있는 얇은 배양액 막(the thin film of medium)을 통한 산소 공급과 가스교환(gas exchange) 비율을 향상시킬 수 있기 때문이다.

즉, 부착성 세포 배양의 경우에는 세포가 부착하여 성장할 수 있는 공간이 한정되어 있고 세포생존(cell viability)을 유지하기 위해서는 많은 양의 배양액와 산소 및 접촉 면적이 제공되어야 하는데, 본 발명과 같이 배양관(10)에 배양액의 15% 내지 20%로 유지한 뒤 배양관(10)을 회전시키면 종래의 티-플라스크(T-flask)와 비교하여 세포 부착 면적을 향상시킬 수 있다.

이때, 배양관(10)을 회전시킬 때 세포는 배양액과 공기를 번갈아 접촉할 수 있기 때문에 원활히 산소를 공급받을 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에서 회동유닛에 의한 배양관(10) 내의 배양액의 흐름을 보여주는 도면으로서, 도면을 참조하면, 다수의 배양관(10)이 회전지지부재(110)에 길이방향으로 수평하게 삽입되어 있는 상태에서 회전지지부재(110)를 회전시키면, 배양관(10) 내부에 담겨있는 배양액이 도시된 바와 같이 배양관(10) 내주면을 따라 천천히 돌면서 흐르게 된다.

이렇게 되면, 배양관(10) 내에 배양액을 모두 채우지 않고 15% 내지 20%정도로만 채워도 배양관(10)의 내주면 전체를 번갈아 접촉할 수 있기 때문에, 배양액의 부피 대비 접촉 면적의 증가시켜 배양액의 소모율을 낮다.

다시 말해, 본 발명에 따른 세포배양기(100)는, 배양관(10) 내주면에 부착된 세포의 일부가 배양액 내에 잠겨있고 나머지는 배양 공간에 노출되어 회동유닛에 의해 순차적으로 배양액에 접촉되는 구조이기 때문에, 종래의 배양관(10) 전체 면적이 배양액 내에 잠겨져서 배양되는 배양플라스크를 통한 세포배양기(100)에 비하여 배양액의 소모량을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 회동유닛에 의해 배양관(10) 내의 배양액이 배양관(10) 내주면 전체를 순차적으로 접촉 회전하면서 흐르는 방식이기 때문에, 공기 또는 산소와 배양액의 용해도를 높일 수 있으며, 산소 공급이 충분히 이루어지게 되어 종래의 세포배양기(100)에 비하여 배양 세포의 포도당 대사에 있어서 안정성이 좋다.

더불어, 상기 드럼형 몸체(130)의 타측에는 상기 각도조정유닛(150)에 의해 드럼형 몸체(130)와 회전지지부재(110)가 타측으로 기울어질 때 다수의 배양관(10) 에서 흘러나오는 배양액을 담기위한 회수부재(140)가 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 세포배양기(100)의 배양 세포의 포도당 대사를 실시예를 통하여 증명하였으며, 상세한 내용은 다음과 같다.

(실시예)

먼저, 본 발명에 따른 세포배양기를 실시함에 있어 시험 세포로는 사람의 무릎 연골로부터 채취된 세포(Articular cartilage cells; AC cells)를 사용하였다.

냉동보존(cryopreservation)된 8번째 패시지(passage)의 무릎 연골세포를 해동한 후 850 cells/㎠의 low density로 세포배양관에 seeding 하여 배양액 교환을 하지 않고 9일간 배양하였다.

세포를 배양하는 동안 세포배양장치 내의 CO2 농도는 6.5%, 온도는 37℃, 배양관 회전 속도는 1rpm으로 유지되도록 하였다.

이에 대한 비교예로서, 상기한 동일한 세포를 T-25 플라스크(flask)에 본 발명의 배양관의 면적 대비 동일한 수로 seeding하고 마찬가지로 동일한 배양 조건인 CO2 농도는 6.5%, 온도 37℃를 동일하게 유지하면서 CO2 incubator(Heraus)에서 정치 배양하였다.

한편, 상기한 seeding한 무릎 연골세포는 9일간 배양하면서 매 1일마다 세포 수를 측정하여 증가배수를 계산하고, 매 1일마다 혈당측정기(glucometer)를 이용하여 글루코스 레벨(glucose level)을 측정하였다.

그 결과, 세포의 증가 배수는 두 개의 군이 비슷하였으나 글루코스 레벨은 종래의 T-25 플라스크에 비해 본 발명의 세포배양관에서 그래프 8a에 나타난 바와 같이 더 높게 나타났다.

또한, 그래프 8b에 나타난 바와 같이 세포배양관에서 회전구동에 의해 산소 공급이 충분히 이루어지게 되므로 세포 배양 과정 상의 글루코스의 감소폭이 줄어 기존의 플라스크를 이용한 정치 배양보다 에너지 대사 효율이 더 좋은 것을 증명한다.

상기한 결과에 대해 상세히 살펴보면, 글루코스는 배양액 내에 일반적으로 포함되어 있는 세포의 에너지원으로서 산소 공급이 충분할 경우, 체내에서 해당과정(glycolysis)을 통해 피루브산(pyruvate)으로 대사된 후 시트르산회로(citric acid cycle)로 들어가서 산화되어 이산화탄소와 물이 된다.

그러나, 산소호흡에서 필요한 산소가 빨리 공급되지 못하면 세포는 에너지를 생산하기 위해 해당과정을 거친 피루브산이 시트르산 회로로 정상적으로 들어가지 못하고 젖산 발효(lactate fermentation) 과정을 거친다.

이 경우 글루코스의 대사를 위해 해당과정만 반복되며 시트르산 회로가 정상적으로 작동하지 못하게 되며, 젖산(lactate; lactic acid)이 축적된다.

그리고, 동일한 세포의 증가율에 비해 글루코스 레벨이 감소하는 현상은, 산소의 부족으로 인해 배양 중인 세포 내의 시트르산회로가 체내에서와 같이 잘 기능하지 못하고 있다는 것을 의미한다. 즉 회전 구동에 의한 본 발명의 배양 방법이 기존의 플라스크를 사용한 정치 배양보다 정상적인 글루코스 대사가 일어날 수 있 는 유리한 방법임을 알 수 있다.

즉, 본 발명은 상기한 실시예를 통해 원통관 형상의 배양관 내주면 전체에 걸쳐 세포가 부착될 수 있으므로 세포가 부착하여 성잘할 수 있는 공간이 극대화 되고, 회전유닛에 의해 배양관에 부착된 세포의 일부는 배양액 내에 잠겨 있고 일부는 배양관의 내부 공간 중에 노출되므로 세포는 배양액과 공기를 번갈아 접촉할 수 있어서 원활히 산소를 공급받을 수 있다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 또한, 상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배양관을 나타내는 사시도,

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배양관을 나타내는 사시도,

도 2b는 도 2b에 도시된 배양관에 배양액이 담겨있는 상태를 나타내는 도면,

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 세포배양기를 나타내는 사시도 및 측면도,

도 5는 도 3에 도시된 세포배양기에서 회전지지부재에 다수의 배양관이 장착된 것을 나타내는 사시도,

도 6은 도 3에 도시된 세포배양기에서 각도조정유닛과 회수유닛에 의해 다수의 배양관에서 배양액이 동시에 회수되는 것을 나타내는 도면,

도 7a 및 도 7b는 도 3에 도시된 세포배양기에서 회동유닛에 의한 배양관 내 배양액의 흐름을 보여주는 도면,

도 8a 및 도 8b는 도 3에 도시된 세포배양기와 종래의 세포배양기의 비교실험에 따른 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10, 20... 배양관 12, 22... 배양공간

14, 24a, 24b... 유출홀 16, 26a, 26b... 경사부

18, 28... 돌출부 100... 세포배양기

110... 회전지지부재 112... 회전축

114... 자기 커플러 116... 장착홀

118... 회전지지판 130... 드럼형 몸체

132... 개방홀 140... 회수부재

142... 깔데기부 143... 배출라인

144... 회수버킷 145... 커버

150... 각도조정유닛 152... 실린더 로드

160... 히팅유닛 162... 히팅재킷

164... 열매체 166... 히팅부재

170... 온도센서

Claims (17)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 내부에 배양공간이 형성되어 있으며 상기 배양공간으로 배양액이 유출입되는 유출홀이 양단부 중 적어도 어느 하나의 일단부에 형성되어 있으며, 상기 일단부는 외측으로 갈수록 내경이 좁아지는 형상으로 형성된 배양관;

   상기 배양관 다수가 길이방향으로 수평하게 장착되며, 회전축을 중심으로 회전가능한 회전지지부재;

   상기 회전지지부재를 상기 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 회동유닛; 및

   상기 다수의 배양관이 장착된 회전지지부재를 수용하고 일측에는 상기 배양관의 입출이 용이하도록 개폐가능한 커버 또는 개방홀이 형성된 드럼형 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서, 상기 회동유닛은, 자기커플러를 통한 자기회전방식 또는 모터구동방식에 의하여 상기 회전지지부재를 회전시키는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 배양관의 내부 온도를 미리 지정된 온도로 유지하기 위하여 상기 회전지지부재 또는 상기 드럼형 몸체의 외측에 설치되는 히팅유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
9. 제8항에 있어서, 상기 히팅유닛은, 상기 내부에 공간이 형성된 히팅재킷과, 상기 히팅재킷에 수용되는 열매체에 열을 공급하는 히팅부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 드럼형 몸체에는 온도센서, 습도센서 및 가스센서 중 선택된 적어도 어느 하나가 설치되는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
11. 제 5 항에 있어서, 상기 다수의 배양관에서 배양액을 동시에 회수하기 위하여, 상기 드럼형 몸체의 일측에 설치되어, 상기 드럼형 몸체를 타측으로 기울임으로써 상기 배양액이 상기 유출홀로 흘러나오게 하는 각도조정유닛이 구비되며, 상기 드럼형 몸체의 타측에는 상기 각도조정유닛에 의해 흘러나오는 배양액을 담기 위한 회수부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
12. 제11항에 있어서, 상기 회수부재는, 일단부가 상기 드럼형 몸체의 타측과 연결되어 외측으로 갈수록 외경이 좁아지는 형상의 깔데기부와, 상기 깔데기부의 타단부와 연결되어 상기 깔데기부를 통과하는 배양액을 수용하는 회수버킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
13. 제11항에 있어서, 상기 각도조정유닛은 유압에 의해 가변하는 실린더 로드인 것을 특징으로 하는 세포배양기.
14. 제11항에 있어서, 상기 배양관에는 상기 각도조정유닛에 의해 기울어졌을때 상기 회전지지부재에서 빠지지 않도록 외주면에 걸림턱이 돌출형성된 것을 특징으로 하는 세포배양기.
15. 제5항에 있어서, 상기 회전지지부재는, 상기 회전축을 기준으로 수직방향으로 설치되며, 상기 다수의 배양관이 길이방향으로 수평으로 삽입되어 장착될 수 있는 다수의 장착홀이 관통형성된 적어도 하나의 회전지지판인 것을 특징으로 하는 세포배양기.
16. 제 5 항에 있어서, 상기 세포배양기는 부착성세포가 배양되는 것을 특징으로 하는 세포배양기.
17. 제 5 항에 있어서, 상기 회전지지부재 또는 상기 드럼형 몸체는 투명한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 세포배양기.

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