KR101772151B1 - 타임랩스 세포배양기 - Google Patents

타임랩스 세포배양기 Download PDF

Info

Publication number
KR101772151B1
KR101772151B1 KR1020150112899A KR20150112899A KR101772151B1 KR 101772151 B1 KR101772151 B1 KR 101772151B1 KR 1020150112899 A KR1020150112899 A KR 1020150112899A KR 20150112899 A KR20150112899 A KR 20150112899A KR 101772151 B1 KR101772151 B1 KR 101772151B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
culture
chamber
time
gas
culture chamber
Prior art date
Application number
KR1020150112899A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170019049A (ko
Inventor
최규완
서호철
전진현
양윤석
서용수
Original Assignee
을지대학교 산학협력단
주식회사 씨엔씨바이오텍
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 을지대학교 산학협력단, 주식회사 씨엔씨바이오텍 filed Critical 을지대학교 산학협력단
Priority to KR1020150112899A priority Critical patent/KR101772151B1/ko
Publication of KR20170019049A publication Critical patent/KR20170019049A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101772151B1 publication Critical patent/KR101772151B1/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
    • C12M3/00—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48—Automatic or computerized control

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

배양물의 적합한 배양환경을 제공하는 배양실; 상기 배양실 내부의 배양용기를 수용하는 배양 챔버; 상기 배양실 내부의 배양물을 촬영하는 이미징 시스템; 상기 배양실 내부의 온도를 조절하기 위한 온도 조절장치; 상기 배양실의 주입되는 가스의 농도를 조절하기 위해 적어도 둘 이상의 가스 혼합 챔버를 포함하는 가스 혼합 시스템; 및 상기 이미징 시스템, 온도 조절장치 및 상기 가스 혼합 시스템의 작동을 제어하기 위한 컴퓨터;를 포함하는, 타임랩스 세포배양기를 제공한다.

Description

타임랩스 세포배양기{Time lapse incubator}
본 발명은 타임랩스 세포배양기에 관한 것이다.
현재 우리나라 부부의 7쌍 가운데 1쌍이 불임이고, 이들 중 95%는 스트레스로 인한 우울증은 안고 있을 정도로 불임은 사회적으로 큰 문제로 인식되어 불임을 극복하고자하는 노력은 의료, 정책, 제도 및 연구 등 다각도로 시도되고 있다. 일반적으로 불임은 시험관아기, 인공수정과 같은 인공시술로 극복될 수 있으나 임신율 향상을 위해서 많은 수의 배아를 이식하는 것은 다태아 임신을 초래하여 인공유산에 따른 사회적 비용 증가와 윤리적 문제 등을 야기하고 있다. 따라서 가장 건강한 배아를 선별하는 것이 중요한데 일반적으로 이식 배아의 선별은 전핵(pronucleus)시기부터 2~8세포기까지 난할 시기, 할구(blastomere)의 모양, 배아의 단편(fragmentation) 정도 또는 배반포(blastocyst)까지의 난할시기, 배반포의 모양 등 다양한 선별 기준이 적용되었다. 그러나 난할 시기가 너무 빠르게 진행되거나 단편이 발생하다가 사라지기도 하고 포배기의 확장이 증가하다 축소되는 등 육안으로 관찰할 수 없는 배아선별의 한계가 여전히 존재한다.
대한민국 공개특허 제2009-0020614호는 배양물의 배양 상황을 현미경 화상으로 관찰하는 것을 가능하게 하는 배양물 관찰 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 상기 선행기술의 경우, 배양 상황을 실시간 관찰하는 것일 뿐 배양에 적합한 환경 조건은 고려하지 않고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 세포배양에 적합한 환경이 조절되는 타임랩스 세포배양기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 배양물의 적합한 배양환경을 제공하는 배양실; 상기 배양실 내부의 배양용기를 수용하는 배양 챔버; 상기 배양실 내부의 배양물을 촬영하는 이미징 시스템; 상기 배양실 내부의 온도를 조절하기 위한 온도 조절장치; 상기 배양실의 주입되는 가스의 농도를 조절하기 위해 적어도 둘 이상의 가스 혼합 챔버를 포함하는 가스 혼합 시스템; 및 상기 이미징 시스템, 온도 조절장치 및 상기 가스 혼합 시스템의 작동을 제어하기 위한 컴퓨터;를 포함하는, 타임랩스 세포배양기를 제공한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적합한 배양 환경과 실시간 배아 관찰을 통해 최적의 배아 선별효과를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타임랩스 세포배양기(100)의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임랩스 세포배양기(100)의 투시도이다.
도 3은 타임랩스 세포배양기의 배양실(130)을 구성하는 배양 챔버(140)의 내부 구조를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임랩스 세포배양기(100)의 배양실(130) 내부를 구성하고 있는 A 타입 타임랩스 촬영장치(180)를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임랩스 세포배양기(100)의 배양실(130) 내부를 구성하고 있는 B 타입 타임랩스 촬영장치(180')를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 타임랩스 세포배양기(100)의 배양실에 가스를 공급하는 가스 혼합 시스템(160)의 사시도이다.
도 7은 가스 혼합 시스템(160)에 의해 가스가 혼합되고 필터를 거쳐 주입되는 과정을 개략적으로 도시하는 전개도이다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 배양물의 적합한 배양환경을 제공하는 배양실; 상기 배양실 내부의 배양용기를 수용하는 배양 챔버; 상기 배양실 내부의 배양물을 촬영하는 이미징 시스템; 상기 배양실 내부의 온도를 조절하기 위한 온도 조절장치; 상기 배양실의 주입되는 가스의 농도를 조절하기 위해 적어도 둘 이상의 가스 혼합 챔버를 포함하는 가스 혼합 시스템; 및 상기 이미징 시스템, 상기 온도 조절장치 및 상기 가스 혼합 시스템의 작동을 제어하기 위한 컴퓨터;를 포함하는, 타임랩스 세포배양기가 제공된다.
상기 세포배양기는 테이블탑(tabletop) 형태를 갖춘 세포배양기 일 수 있다.
상기 세포배양기에 있어서, 상기 온도 조절장치는 발열장치, 냉각장치 및 온도센서로 구성될 수 있고 상기 발열장치는 상기 배양 챔버의 덮개에 장착될 수 있다.
상기 세포배양기에 있어서, 상기 이미징 시스템은 광원장치로부터 조사된 광원이 배양용기에 투과 되고 상기 투과된 이미지를 카메라 렌즈로 촬영하여 컴퓨터와 연결된 디스플레이로 출력될 수 있다. 상기 광원은 LED 조명, 수은 램프, 광 섬유, 명시야 조명, 암시야 조명, 위상차(phase contrast), 호프만 조절 조영(hoffman modulation contrast), 차등 간섭 대비(differential interference contrast), 형광, 적외선 및 근적외선으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 상기 디스플레이는 CRT 모니터, LCD 모니터, LED 모니터, PDP 또는 태블릿 PC일 수 있고 상기 렌즈는 대물렌즈 또는 배율변경렌즈일 수 있으며 상기 카메라는 ccd 카메라, cmos 카메라 또는 nmos 카메라일 수 있다.
상기 세포배양기에 있어서, 상기 가스 혼합 시스템은 복수의 가스 혼합 챔버로 구성될 수 있고 상기 가스 혼합 챔버는 내부에 타이머가 설치되어 처음 배양시 제1챔버의 혼합가스가 배양실로 주입되고 설정된 시간이 경과하면 제2챔버의 혼합가스가 주입될 수 있다. 상기 타이머는 배양용기를 배치한 시점부터 시간을 측정하여 설정된 시점이 경과되면 가스상(gas phase)이 조절되어 주입될 수 있고 상기 가스상은 CO2 3 내지 7%, O2 2 내지 5% 및 N2 75 내지 90%로 조절될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 균일한 부호는 균일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 타임랩스 세포배양기(100)의 개략 구성도를 도시하고 있다. 본 발명의 타임랩스 세포배양기(100)는 세포배양에 관련업무를 수월하게 수행할 수 있도록 이동과 작동이 편리한 테이블탑(tabletop) 형태의 본체 모형을 갖추고 있다. 구체적인 형태는 도 1에 도시한 바와 같이, 세포배양기 본체(110)는 캐비닛 형태로 정면에 개폐가 가능하도록 도어(120)가 구성되어 있고 본체 상단에 배양실(130)이 형성되어 있으며 배양실(130)은 총 6개의 배양 챔버(140)로 구성되어 있다. 본체 상단 중앙에는 컴퓨터 자판(150)이 설치되어 있고 우측 상단에는 모니터(112)가 설치되어 있어 배양조건을 입력하고 배양공간의 상황을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 예컨대, 상기 배양실(130)내에 설치된 타임랩스 카메라(미도시)를 통해 촬영된 이미지는 컴퓨터(미도시)에 수집되고 상기 컴퓨터에 접속되는 디스플레이(112)에서 실시간으로 표시된다. 상기 디스플레이(112)는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양기(100)의 동작 상태를 확인할 수 있는 정보를 제공하고 사용자가 세포배양기(100)의 배양조건 및 카메라의 촬영 간격 등 각종 변수를 자판(150)을 통해 입력할 수 있는 입력창을 제공하는데, 손가락의 터치 또는 드래그를 인식하여 화면상에서 직접 상기 변수의 입력이 가능한 경우 자판(150)은 생략이 가능하다. 디스플레이(112)는 CRT 모니터, LCD 모니터, LED 모니터, OLED 모니터 또는 PDP 모니터일 수 있고, 컴퓨터 본체와 일체형으로 구성된 일체형 PC 또는 태블릿 PC일 수 있으며, 이 경우 본체(110) 내부의 컴퓨터는 생략이 가능하다.
도 2는 상기 타임랩스 세포배양기(100)의 내부 구성 장치를 파악할 수 있도록 투시도를 도시하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 본체(110)의 도어(120)를 열면 내부는 상단과 하단으로 구성되어 있고 하단에는 배양과 관련된 기록문서 등을 수납할 수 있는 수납공간(A)이 있으며 본체 내부의 좌측 상단에는 가스 혼합 시스템(160)이 설치되어 있다. 가스 혼합 시스템(160)의 우측면에는 휘발성 유기화합물 필터(VOC filter, 165)가 설치되어 있다. 후면에는 배양실(130) 내부와 연통하도록 가스 공급구(미도시)가 설치되어 있고 가스 공급구에는 도시하지 않은 가스 공급관이 접속되어 있다. 가스 혼합 시스템(160) 외부에서 유입된 가스(CO2, O2 및 N2)를 미리 세팅한 농도에 따라 혼합하여 VOC 필터(165)를 거쳐 챔버의 후면부에 설치되어 있는 제 1 가스 호스로부터 배양실(130)의 가스 주입구(미도시)를 통하여 배양 챔버에 각각 균일하게 가스를 공급한다. 이때 가스의 공급은 상기 가스를 혼합하여 공급할 수도 있고 필요에 따라서는 한 가스만 선택적으로 공급할 수도 있다. 한편 본체 내부 우측 상단에는 컴퓨터(155) 본체가 설치되어 있어 컴퓨터 자판(150)을 이용하여 상기 가스 혼합 시스템(160)의 값을 조정하여 가스의 농도 및 주입 시간 등을 조정할 수 있다. 물론 디스플레이(112)를 통해 상기 설정조건을 입력할 수도 있다.
또한, 컴퓨터(155)는 배양실(130) 내 설치된 타임랩스 카메라로 촬영한 이미지를 촬영 날짜(촬영 시각), 배양기 제어 장치로부터 출력되는 각 온도 데이터(배양기 내 온도, 스테이지 온도) 및 각 가스 농도 데이터(CO2, O2 및 N2 가스 농도)등의 배양 환경에 관한 정보와 대응시켜 컴퓨터(155)의 보조기억장치(미도시)에 보존한다. 상기 보조기억장치는 하드디스크, CD-RW, CD-R, DVD-RW, DVD-R, DVD-RAM, 플래시메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)일 수 있다. 상기 보조기억장치에 보존된 카메라 이미지, 촬영 날짜 및 배양 환경에 관한 정보는 세포 관찰 시스템 디스플레이에서 각 카메라 이미지에 대응시켜 표시된다. 촬영된 카메라 이미지 배양 환경에 관한 정보와 함께 표시하여 배양 정보를 적절하게 확인할 수 있어 관찰 자료로서의 신뢰성을 도모할 수 있다.
도 3은 상기 타임랩스 세포배양기(100)에 있어서, 본체 상단에 배양실(130)을 구성하고 있는 배양 챔버(140)의 사시도를 도시하고 있다. 상기 배양 챔버는 전술한 바와 같이 배양실(130) 내에 6개의 챔버로 구성되어 있으므로 최대 6개체의 시료를 각각 분리하여 배양할 수 있으며 상기 시료가 인간의 생식세포인 경우 최대 6명의 환자의 배아를 배양할 수 있고 각 챔버당 12개씩 최대 72개의 배아를 한번에 배양할 수 있어 배양시료 수용량의 확대를 도모할 수 있으며 배양 챔버(140)의 수는 필요에 따라 감소 또는 증가될 수 있다.
배양 챔버(140)의 구성을 살펴보면, 배양용기(미도시)를 챔버(140)에 배치할때 용기의 모양과 크기에 맞게 홈이 형성되어 있는 챔버 하부(144)와 사각형의 챔버 본체(142) 및 챔버 덮개(146)로 구성되어 있다. 상기 배양용기는 적어도 바닥면과 상면이 투광성을 갖는 용기 예컨대, 유리 또는 수지제로 구성될 수 있다. 챔버 하부(144)에는 배양실(130)로부터 공급된 가스와 온도가 주입되는 주입구(미도시)가 설치되어 배양에 적합한 환경을 유지가능하게 한다.
세포의 배양환경에 있어서 주요 스트레스의 원인은 크게 온도 변화, 가스 농도의 변화, pH의 비-최적화 및 휘발성 유기용매(VOCs) 유입 등을 들 수 있는데 상기 문제점들은 배양 중간에 도어의 개폐로 인하여 외부 공기가 내부로 들어가고 내부의 가스가 외부로 누출되어 발생하게 된다. 배양 챔버(140)는 배양을 위한 최소한의 공간으로 구성되었기 때문에 샘플의 추가 또는 제거 시 종래의 세포배양기에서 발생하는 개폐에 따른 온도 및 가스 농도의 변화의 문제점을 최소화 할 수 있다. 예컨대, 도어의 개폐 후 CO2 농도는 5분, 02의 농도는 15분 내 회복이 가능하고 상기 챔버 덮개(146)에도 발열 시스템을 갖추고 있으므로 개폐를 하더라도 빠른 온도 회복(< 0.2 ℃)이 가능하다.
도 4 내지 도 5는 상기 타임랩스 세포배양기(100)에 있어서, 배양실 내부(130)에 설치된 타임랩스 장치(180)의 개략 구성도를 도시하고 있다. 상기 타임랩스 장치의 분류는 광원장치의 위치와 미러의 수에서 차이가 존재하며 그 외 타임랩스 장치의 구성은 동일하다.
도 4에 도시한 바와 같이, A 타입 타임랩스 장치(180)를 이용한 촬영은 배양실(130) 후면에 설치된 광원장치(183)로부터 조사된 광원이 배양챔버(140) 내부에 설치된 제1 미러(181)에 의해 배양용기에 투과되고 투과된 이미지는 배양실(130) 하부에 설치된 제2 미러(182)로 입사된다. 이를 렌즈에 의해 세포의 이미지가 획득되어 카메라로 이미지를 촬영하고 디스플레이로 표시된다. 이때 상기 광원은 LED 조명, 수은 램프, 광 섬유, 명시야 조명, 암시야 조명, 위상차(phase contrast), 호프만 조절 조영(hoffman modulation contrast), 차등 간섭 대비(differential interference contrast) 또는 형광을 이용할 수 있다. 또한 광독성(phototoxicity)을 감소시키고 세포 막 및 세포의 내부 부분 사이에 대비율(contrast ratio)을 향상시키기 위하여 적외선 또는 근적외선 광원이 이용될 수 있다. 상기 렌즈는 대물렌즈 또는 배율변경렌즈 일 수 있으며 상기 카메라는 촬상소자로 CCD, CMOS 또는 NMOS를 사용하는 카메라일 수 있다. 여기서 촬영장치의 구성을 살펴보면 렌즈(184)와 결합된 카메라 본체(185)와 이를 구동가능하게 하는 볼 스크류 장치(187)가 설치되어 모터구동에 의해 수평 방향으로 이동이 가능하다. 따라서 배양챔버를 구성하는 제1 챔버부터 제6 챔버까지 차례대로 설정된 날짜, 시간에 맞게 촬영이 가능하며 설정된 챔버의 순서대로 촬영이 가능하다. 상기 배양실(130)과 촬영장치(182, 184, 155, 187) 사이는 칸막이(186)로 구획되어 있고 배양실 내의 조절된 공기와 온도가 촬영장치내로 진입하지 않도록 밀폐 구조로 되어 있다.
상기 타임랩스 장치(180)는 컴퓨터와 데이터 통신을 위한 통신선으로 연결되어 있어(미도시) 컴퓨터 설정에 따라 관찰되는 좌표 이동, 광원의 조사 여부, 카메라에 의한 화상 취입이 제어되고 컴퓨터로 출력된다.
상기 이미징 시스템에 의해 수용되는 광(光)의 총량은 예컨대 5일간 이미징의 경우에 대략 24분의 연속적인 낮은-수준 광 노출에 상당하는 것으로 추정된다. 타임랩스 이미징 시스템을 위한 광도(light intensity)는 LED의 낮은 전력(가령, 전형적인 100W 할로겐 전구와 비교하여 1W LED 이용) 및 카메라 센서의 높은 감광도(sensitivity)로 인하여, 보조 생식 현미경에서 전형적으로 이용되는 광도보다 훨씬 낮다. 따라서 타임 랩스 이미징 시스템을 이용할 때 배아에 의해 수용되는 광 에너지의 총량은 IVF 클리닉에서 일과적인 취급 동안 수용되는 에너지의 양에 필적하거나 이보다 적다. 아울러, 노출 시간은 배아/줄기 세포에 대한 광 노출의 총량을 감소시키기 위하여 유의미하게 단축될 수 있다. 2일간 이미징의 경우에, 이미지는 이미지당 0.5초의 광 노출에서 5분마다 캡처되고, 그리고 낮은 수준 광 노출의 총량은 5분 이하이다.
도 5에 도시한 바와 같이, B 타입 타임랩스 장치(180')를 이용한 촬영은 광원장치(183)가 배양챔버(140) 상면에 위치하여 배양용기를 투과한 광원이 제2 미러(182)로 바로 입사되는 구조이다. 그 외 촬영장치의 구성은 A 타입 타임랩스 장치와 동일하다.
타임랩스(time-lapse) 촬영이란, 소정 시간 간격을 설정하여 자동적으로 촬영하고, 촬영한 카메라 이미지를 컴퓨터의 메모리에 기록하는 기능이고, 살아있는 세포의 시간적인 변화를 관찰하기 위해 적합한 것으로 상기 설정된 각 촬영 포인트 마다 복수 개 또는 단수 개의 촬영시간을 설정하는 것이 가능하다. 특히 복수 개의 촬영 포인트가 동시에 설정되는 다점 타임-랩스에서는, 촬영 후에 있어서의 스테이지 이동 시간이나, 촬영 시간, 카메라의 노출 시간이 영향을 주기 때문에, 타임-랩스의 인터벌 시간을 고려하여 설정할 수 있다. 상기 인터벌 시간은 초단위, 분단위 및 시간단위로 조절할 수 있으며 유의미한 형태학적 사건을 캡처하기 위해서는 1분 내지 30분이 바람직하다. 또한 촬영한 이미지 간에 시간 간격은 세포 활성의 양에 따라 변할 수 있다. 가령, 활동 기간 동안 이미지는 수초마다 또는 1분마다 빈번하게 촬영될 수 있고, 반면 비활동 기간 동안 이미지는 10 또는 15분마다 또는 더 긴 간격에서 촬영될 수 있다. 캡처된 이미지 상에서 실시간 이미지 분석은 시간 간격을 언제 어떻게 변경할 지를 감지하는데 이용될 수 있다.
상기 타임랩스 장치에 있어서, 상기 세포는 수정란 내에 존재하는 미분화된 줄기세포(소위 ES 세포)인 배아줄기세포(embryonic stem cell)나 이미 완성된 체 내의 각 기관에 존재하는 미분화된 줄기 세포, 예를 들면 조혈 줄기 세포나 신경관 세포 등의 성체줄기세포(adult stem cell) 등의 재생 의료 등에 이용되는 세포뿐만 아니라, 동물과 인간의 생식세포를 포함한다. 상기 생식세포는 정모세포(spermatocyte), 정자(sperm), 난자(oocyte), 수정란(fertilized egg), 배아(embryo), 상실배(morular), 배반포(blastocyst)일 수 있다.
타임랩스 배양기의 기능은 배양세포의 배양상황을 촬영하고 이미지로 출력하여 연구자로 하여금 배양상황에 따라서 배양조건을 조절하고 세포를 선별하여 세포의 배양효율을 극대화하는데 그 목적이 있다. 본 명세서의 배경기술에 전술한 바와 같이 최적의 배아의 선별이 배아이식에 있어 매우 중요하고 배아 선별방법은 수정 여부, 난할의 정확한 타이밍, 상실배, 배반포 단계의 정확한 타이밍, 분할의 동시성(synchrony), 다핵화(multinucleation)의 발생 및 단편(fragmentation)의 이력 등 형태학적(morphological) 또는 형태역학적(morphokinetic) 선별기준이 고려되었다. 전통적으로, IVF 클리닉에서, 인간 배아 생존능은 단일 형태학적 관찰, 예를 들면, 균일한 크기의 단핵 할구(mononucleate blastomere) 존재 및 세포 파편화의 정도에 의해 평가되었다(Rijinders PM et al.,Hum Reprod, 13:2869-73, 1998). 최근에는 배아를 배반포 단계(5일 배양)까지 배양하고 착상전 유전적 진단 (preimplantation genetic diagnosis, PGD)을 통한 염색체 상태의 분석도 배아 품질을 평가하는데 이용되었다(Milki A et al., Fertil Steril 73:126-9, 2000; Toukhy T et al., Hum Reprod, 6:20, 2009). 하지만, 이들 방법은 배양 기간을 연장시키고 배아 완전성(embryo integrity)을 파괴한다는 점에서, 잠재적 위험 역시 존재 한다(Manipalviratn S et al., Fertil Steril, 91:305-15, 2009) 따라서 배아 품질에 대한 여러 연구가 진행되었는데 타임 랩스 이미징 (time-lapse imaging)이 초기 배아 발달을 관찰하는데 유용한 도구일 수 있는 것으로 밝혀졌고 일부 방법은 세포질내 정자 주입 (intracytoplasmic sperm injection, ICSI) 이후에, 인간 배아발달을 모니터링하기 위하여 타임 랩스 이미징을 이용하였다(Nagy et al. Human Reproduction. 9(9):1743-1748, 1994; Payne et al. Human Reproduction. 12:532- 541, 1997).
도 6은 상기 타임랩스 세포배양기(100)에 내부에 설치되는 가스 혼합 시스템(160)의 외관을 도시한 사시도이다. 외부에 별도로 장착된 가스탱크(미도시)의 가스(CO2, O2 및 N2)는 가스 혼합 시스템(160) 내에 포함된 가스 혼합 챔버(도 7에 도시됨)로 유입되어 컴퓨터(155)에 입력된 값에 따라 배양 환경에 맞게 적절한 농도로 혼합된 후, 우측면에 설치된 VOC 필터(165)를 통해 휘발성 유기용매가 여과되고 세포배양기 본체(110) 후면에 설치된 가스 이송관(미도시)을 따라 배양실(130) 내로 주입되며 배양실(130) 내부에 설치되어 있는 분배기(미도시)를 통해 각 배양 챔버(140)로 균일하게 분배된다. 또한 가스 혼합 시스템(160) 내부에는 배양실로 주입되는 가스 온도를 검출하기 위한 온도 센서(미도시)가 배양실내 제어 장치와 접속되어 배양실 및 배양 챔버 내부의 온도는 설정한 온도로 균일하게 유지된다. VOC 필터(165)는 가스 혼합 시스템(160) 외부에 설치되어 있으므로 적정 사용기간이 경과 후 교체가 용이하다. 상기 VOC 필터(165)의 사용기간은 배양챔버(140)의 시료의 수, 가스 혼합 시스템(160)의 작동 시간에 따라 조절될 수 있으나 3개월 내지 6개월이 바람직하다.
도 7은 복수의 가스 혼합 챔버(168 및 169)를 포함하는 가스 혼합 시스템(160)을 개략적으로 도시화한 구성도이다. 이하 상기 가스 혼합 시스템을 상세히 설명한다. 상기 가스 혼합 시스템(160) 후면에 설치된 가스관으로부터 유입된 가스(CO2, O2 및 N2)는 먼저, 컴퓨터 자판(150)을 이용하여 입력된 배양조건으로 제1챔버(168)에 접속된 제1가스농도 센서(166)에 의해 가스농도가 조절되고 혼합된다. 상기 가스의 농도조건은 예컨대 생식세포의 배양의 경우, CO2 3~7%, O2 2~5% 및 N2 75~90%일 수 있다. 제1챔버(168)에서 혼합된 가스는 VOC 필터(165)를 통해 휘발성 유기용매가 여과되어 가스 혼합 시스템(160) 후면으로부터 배양실(130)로 연결된 제1가스 호스관(195)을 따라 배양실(130)로 전달된다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 가스 혼합 시스템(160)은 제2챔버(169)가 구성되어 있어 챔버 내부에 설치된 타이머가 배양용기의 배치시점부터 측정을 시작하여 상기 제1챔버(168)를 통해 주입되었던 혼합가스의 조건이 설정한 시간이 경과하면 자동으로 제2챔버(169)에 설치된 제2가스농도 센서(167)에 의해서 재조정되고 상기 재조정된 가스상(gas phase)으로 VOC 필터(165)를 거쳐서 제2가스 호스관(198)을 따라 배양실(130)로 가스가 전달된다. 상기 재조정된 가스의 농도조건은 예컨대 생식세포의 배양의 경우, CO2 3~7%, O2 1~3% 및 N2 75~95%일 수 있다. 여기서 상기 재조정되는 시간은 생식세포의 경우 수정을 확인한 최초 배양시점에서 48 내지 96 시간일 수 있고 바람직하게는 72시간일 수 있다.
또한 가스 혼합 시스템(160)은 상술한 바와 같이 제1챔버(168) 및 제2챔버(169) 작동으로 두 가지 조건의 혼합가스가 배양기간 동안 일정 시점에서 순차적으로 주입될 수 있으나 배양조건, 배양세포 및 작업자에 따라서 제1챔버(168) 또는 제2챔버(169)의 혼합 가스가 선택적으로 배양기간 동안 배양실(130)로 주입되어 배양의 효율성을 도모할 수 있다.
본 발명자들은 최적의 배아선별에 있어서 종래의 형태학적(morphological) 또는 형태역학적(morphokinetic) 선별기준의 한계점을 극복하고자 수정란이 소비하는 대사산물(metabolite)에 주목하였다. 일반적으로 정자와 난자가 만나 수정란(fertilized egg)이 되면 수정이후 3일까지 수란관(fallopian tube)에 머물다가 자궁(uterus)으로 이동하게 되는데 상기 수란관과 자궁의 환경이 다르고 수정란이 그때마다 사용하는 영양분(nutriments)이 다르다. 즉 수란관에 머물러있는 전핵(pronucleus) 시기부터 8세포기 까지는 파이루베이트(pyruvate)나 락테이트(lactate)를 주 에너지원으로 소비하다가 8세포기 이후 부터는 글루코스(glucose)를 주로 소비한다. 이렇게 영양분의 조건이 달라지면서 이에 따른 산소소모량(oxygen consumption)도 달라진다. 수란관은 자궁과 다르게 실제로는 거의 무산소(anaerobic) 상태이다. 그러나 종래의 세포배양기는 이러한 조건을 고려하지 않고 동일한 농도의 가스를 공급하고 있으므로 배아선별에 있어서 초기의 배양조건은 매우 중요한 만큼 현재의 배양 시스템은 비-최적(suboptimal)이라 할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 타임랩스 세포배양기는 이러한 배양조건을 고려하여 믹싱 챔버에 설치된 타이머 작동에 따라 수정 후 3일 이전 배아와 이후의 배아의 가스 페이즈(gas phase)를 달리하여 가스를 공급하고 이에 따른 배양 상황을 실시간으로 확인하여 가장 건강한 배아를 선별하여 단일배아이식(single embryo transfer)을 통해 높은 임신율을 나타내는 최적의 배양시스템을 제공하고자 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 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.
100: 타임랩스 세포배양기
130: 배양실
140: 배양챔버
160: 가스 혼합 시스템
155: 컴퓨터
112: 디스플레이

Claims (13)

  1. 배양물의 적합한 배양환경을 제공하는 배양실;
    상기 배양실 내부의 배양용기를 수용하는 배양 챔버;
    상기 배양실 내부의 배양물을 촬영하는 이미징 시스템;
    상기 배양실 내부의 온도를 조절하기 위한 온도 조절장치;
    상기 배양실의 주입되는 가스의 농도를 조절하기 위해 적어도 둘 이상의 가스 혼합 챔버를 포함하고 상기 가스 혼합 챔버는 내부에 타이머가 설치되어 배양용기를 배치한 시점부터 시간을 측정하여 처음 배양시 제1챔버의 혼합가스가 배양실로 주입되고 설정된 시간이 경과하면 가스상이 조절된 제2챔버의 혼합가스가 주입되는 가스 혼합 시스템; 및
    상기 이미징 시스템, 온도 조절장치 및 상기 가스 혼합 시스템의 작동을 제어하기 위한 컴퓨터;를 포함하는, 타임랩스 수정란 배양기.
  2. 제1항에 있어서,상기 수정란 배양기는 테이블탑(tabletop) 형태를 갖춘, 타임랩스 수정란 배양기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절장치는 발열장치, 냉각장치 및 온도센서로 구성되는, 타임랩스 수정란 배양기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발열장치는 상기 배양 챔버의 덮개에 장착되는, 타임랩스 수정란 배양기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은 광원장치로부터 조사된 광원이 배양용기에 투과 되고 상기 투과된 이미지를 카메라 렌즈로 촬영하여 컴퓨터와 연결된 디스플레이로 출력되는, 타임랩스 수정란 배양기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원은 LED 조명, 수은 램프, 광 섬유, 명시야 조명, 암시야 조명, 위상차(phase contrast), 호프만 조절 조영(hoffman modulation contrast), 차등 간섭 대비(differential interference contrast), 형광, 적외선 및 근적외선으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인, 타임랩스 수정란 배양기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 디스플레이는 CRT 모니터, LCD 모니터, LED 모니터, PDP 또는 태블릿 PC인, 타임랩스 수정란 배양기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 렌즈는 대물렌즈 또는 배율변경렌즈인, 타임랩스 수정란 배양기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 카메라는 CCD 카메라, CMOS 카메라 또는 NMOS 카메라인, 타임랩스 수정란 배양기.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가스상은 CO2 3 내지 7%, O2 2 내지 5% 및 N2 75 내지 90%로 조절되는 것을 특징으로 하는, 타임랩스 수정란 배양기.
KR1020150112899A 2015-08-11 2015-08-11 타임랩스 세포배양기 KR101772151B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150112899A KR101772151B1 (ko) 2015-08-11 2015-08-11 타임랩스 세포배양기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150112899A KR101772151B1 (ko) 2015-08-11 2015-08-11 타임랩스 세포배양기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170019049A KR20170019049A (ko) 2017-02-21
KR101772151B1 true KR101772151B1 (ko) 2017-09-12

Family

ID=58313848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150112899A KR101772151B1 (ko) 2015-08-11 2015-08-11 타임랩스 세포배양기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101772151B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107058099B (zh) * 2017-04-24 2023-06-27 中国农业科学院特产研究所 一种胚胎培养及运输装置
CN108823095A (zh) * 2018-06-08 2018-11-16 上海柏慧康生物科技有限公司 一种用于活细胞培养过程中的环境控制及观察分析***

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002506356A (ja) * 1998-04-20 2002-02-26 グレイン・プロセッシング・コーポレーション 培養装置および培養方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002506356A (ja) * 1998-04-20 2002-02-26 グレイン・プロセッシング・コーポレーション 培養装置および培養方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J Assist Reprod Genet (2013), Vol.30, pp.1073-1079.

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170019049A (ko) 2017-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ESHRE Working Group on Time-Lapse Technology et al. Good practice recommendations for the use of time-lapse technology
AU2018226468B2 (en) Apparatus, method and system for cultured sample development monitoring
AU2013393544B2 (en) A device for monitoring the development of a biological material
ES2717478T3 (es) Métodos de predicción de blastocistos embrionarios in vitro
Montag et al. Spindle imaging in human oocytes: the impact of the meiotic cell cycle
JP2024028759A (ja) 生物学的試料を動的に培養するための方法および装置
CN108795762A (zh) 一种时差成像培养***及其方法
KR101772151B1 (ko) 타임랩스 세포배양기
EP2950726B1 (en) Abnormal syngamy phenotypes observed with time lapse imaging for early identification of embryos with lower developmental potential
KR101855191B1 (ko) 난자 및 초기 배아 배양용기
CN208883902U (zh) 一种时差成像培养***
CN109790509A (zh) 用于胚胎活检的装置
US20170146460A1 (en) Controlled environment observation device
Chavare et al. Automated Diagnosis of Early Stages of the Human Embryo Development
Munevver et al. New Horizons/Developments in Time‐Lapse Morphokinetic Analysis of Mammalian Embryos
Serdarogullari et al. New horizons/developments in time-lapse Morphokinetic analysis of mammalian embryos
Chavare et al. Automated Grading Of Early Stages Of The Human Embryo Development
Eastick Cytoplasmic strings as potential markers of embryo development and clinical outcome.
Kikuchi et al. Live-cell imaging of mouse preimplantation embryos using a simple closed glass capillary method
Wirka et al. Sealed culture systems with time-lapse video monitoring
Albani et al. Comparison among different Time-Lapse systems: what has changed in the laboratory?

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant