KR101849737B1 - 인공 장 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공 장 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 막 형태의 관형으로 형성된 제1세포층; 상기 제1세포층의 외측에 형성되어 상기 제1세포층을 감싸도록 형성되며, 막 형태의 관형으로 형성된 제2세포층; 및 상기 제1세포층의 내측, 및 상기 제1세포층과 제2세포층 사이, 중 어느 하나 이상의 위치에 형성되어 상기 세포층들 중 하나 이상에 결합되며, 다수의 공극이 형성된 폴리머층; 을 포함하여 이루어져, 조직에 독성 및 면역 반응이 적어 생체에 적합하며 뒤틀리거나 꺾이고 터지지 않도록 구조적인 강성이 향상되어 내구성이 우수한 인공 장 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

인공 장 및 그 제조 방법{Artificial intestine and manufacturing method thereof}

본 발명은 인공 장 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 생체에 적합하고 장과 잘 결합될 수 있으며 구조적인 강성이 향상되어 내구성이 우수한 인공 장 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

인공 장은 소장 및 대장의 인조 대용품으로, 합성 혹은 생체 고분자를 사용하여 인공적으로 만든 장을 지칭한다.

상기 인공 장을 형성하기 위해서는 몇 가지 사항을 고려해야 하는데, 체내의 장과 봉합되기 위해 봉합이 쉬어야 하며, 적절한 유연성뿐만 아니라, 일정 기준 이상의 내구성도 갖추어야 한다.

무엇보다도 인공 장은 체내에 오랫동안 존재해야 하기 때문에 독성 및 면역 반응이 적고, 뒤틀리거나 꺾이고 터지지 않도록 구조적인 강성 및 내구성이 있어야 한다.

Biotechnology&Bioengineering의 논문 'Synthetic Small Intestinal Scaffolds for Improved Studies of Intestinal Differentiation'에 PMMA, PDMS, agarose, PLGA/Porogen 를 사용하여 제작한 몰드를 사용해 소장의 융털 모양 구조의 코팅용 조성물과 이것을 이용한 인공 장의 제조 방법이 제시되었다.

그러나 상기에 기재된 PMMA, PDMS, agarose, PLGA/Porogen 등으로 형성된 인공 장은 체내에 유치되었을 때, 외부물질이 체내에 유치되어 이질감을 느끼게 할 뿐만 아니라, 조직 적합성 또한 완벽하지 않아 감염 또는 이에 따른 염증 반응을 일으킬 수 있으며 각각 다른 종류의 세포 사용이 어렵다는 단점이 있다.

상기의 문제를 해결하기 위해 환자의 피부와 정맥의 생검 표본에서 채취한 자가 근육층세포, 장막세포와 장점막세포를 이용하여 인공 장을 형성할 수 있다.

KR 10-1438320 B1 (2014.08.29.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 조직에 독성 및 면역 반응이 적어 생체에 적합하며 뒤틀리거나 꺾이고 터지지 않도록 구조적인 강성이 향상되어 내구성이 우수한 인공 장 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인공 장은, 막 형태의 관형으로 형성된 제1세포층; 상기 제1세포층의 외측에 형성되어 상기 제1세포층을 감싸도록 형성되며, 막 형태의 관형으로 형성된 제2세포층; 및 상기 제1세포층의 내측, 및 상기 제1세포층과 제2세포층 사이, 중 어느 하나 이상의 위치에 형성되어 상기 세포층들 중 하나 이상에 결합되며, 다수의 공극이 형성된 폴리머층; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1세포층은 장점막세포층이며, 배양된 장점막세포와 젤이 혼합된 용액인 장점막세포용액이 분사되어 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2세포층은 근육층세포층이며, 배양된 근육층세포와 젤이 혼합된 용액인 근육층세포용액이 분사되어 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2세포층의 외측에 형성되어 상기 제2세포층을 감싸도록 형성되며, 막 형태의 관형으로 형성된 제3세포층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3세포층은 장막세포층이며, 배양된 장막세포와 젤이 혼합된 용액인 장막세포용액이 분사되어 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2세포층과 상기 제3세포층의 사이에 형성되어 상기 제2세포층을 감싸도록 형성되며, 다수의 공극이 형성된 폴리머층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리머층은, 길이방향을 따라 직선 또는 곡선으로 형성되며 원주방향을 따라 이격되어 배열된 선형 구조; 나선형 구조; 링 형태로 형성되어 길이방향을 따라 이격되어 배열된 링형 구조; 및 격자형으로 형성된 메쉬형 구조; 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리머층은, 제1층; 및 상기 제1층의 외측을 감싸도록 형성된 제2층; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 인공 장을 제조하는 방법은, 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성된 관 또는 봉 형태의 수집부의 상측에서 각 세포층 및 폴리머층의 원료가 각각 담긴 수용부를 포함한 분사부들을 통해 원료를 순차적으로 수집부로 분사하면서, 동시에 상기 수집부의 회전 및 상기 수집부와 분사부들의 상대 이동을 통해 세포층 및 폴리머층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 폴리머층은, 상기 수집부의 길이방향을 따라 직선 또는 곡선으로 형성되며 원주방향을 따라 이격되어 배열된 선형 구조; 나선형 구조; 링 형태로 형성되어 길이방향을 따라 이격되어 배열된 링형 구조; 및 격자형으로 형성된 메쉬형 구조; 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 형태를 이루도록 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각각의 수용부에 담긴 세포층 및 폴리머층의 원료는 설정된 온도로 조절된 후 수집부로 용액을 분사하여 각 세포층 및 폴리머층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리머층의 원료가 담긴 수용부는 폴리머층의 원료가 용융될 수 있는 온도 이상으로 가열되어 온도가 유지되며, 상기 각 세포층의 원료가 담긴 수용부들은 －4℃ 내지 40℃ 로 온도가 유지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인공 장 및 그 제조 방법은, 독성 및 면역 반응이 적어 생체에 적합하며 뒤틀리거나 꺾이고 터지지 않도록 구조적인 강성이 향상되어 내구성이 우수한 장점이 있다.

또한, 인공 실험체 제작을 통해 실험동물을 사용하여 행하는 신약의 유효성 및 독성 평가 등의 대체가 가능한 장점이 있다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 인공 장을 나타낸 단면도 및 부분 절개 사시도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 인공 장을 나타낸 단면도 및 부분 절개 사시도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 인공 장을 나타낸 단면도 및 부분 절개 사시도.
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 폴리머층 1층, 2층 구조 및 선형 구조, 링형 구조, 나선형 구조, 메쉬형 구조를 나타낸 사시도 및 평면도.
도 15는 본 발명에 따른 인공 장 제조 장치의 일 실시예를 나타낸 사시도.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 인공 장 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 인공 장을 나타낸 단면도 및 부분 절개 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 인공 장(1000)은, 막 형태의 관형으로 형성된 제1세포층(100); 상기 제1세포층(100)의 외측에 형성되어 상기 제1세포층(100)을 감싸도록 형성되며, 막 형태의 관형으로 형성된 제2세포층(200); 및 상기 제1세포층(100)의 내측, 및 상기 제1세포층(100)과 제2세포층(200) 사이, 중 어느 하나 이상의 위치에 형성되어 상기 세포층들(100,200) 중 하나 이상에 결합되며, 다수의 공극(400a)이 형성된 폴리머층(400); 을 포함하여 이루어질 수 있다.

우선, 제1세포층(100)은 막 형태의 관형으로 형성되며, 장의 내강을 둘러싸는 장 내벽과 같이 원통형상의 관으로 형성될 수 있다. 이때, 제1세포층(100)은 원통형상으로 형성되는 것이 바람직하나, 원통형상에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 제1세포층(100)은 양단이 개방되고 둘레면은 막혀있는 형태의 관으로 형성될 수 있다. 그리고 제1세포층(100)은 대응되는 장 조직에 독성 및 면역 반응이 적은 생체에 적합한 물질로 형성될 수 있다.

제2세포층(200)은 막 형태의 관형으로 형성되며, 원통형상의 관으로 형성될 수 있다. 이때, 제2세포층(200)도 원통형상으로 형성되는 것이 바람직하나, 원통형상에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 제2세포층(200)은 양단이 개방되고 둘레면은 막혀있는 형태의 관으로 형성될 수 있고, 제1세포층(100)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다. 그리고 제2세포층(200)은 대응되는 장 조직에 독성 및 면역 반응이 적은 생체에 적합한 물질로 형성될 수 있다.

폴리머층(400)은 내측과 외측을 관통하는 다수의 공극(400a)을 갖는 관형으로 형성될 수 있다. 그리고 폴리머층(400)은 제1세포층(100)의 내측, 및 상기 제1세포층(100)과 제2세포층(200) 사이, 중 어느 하나 이상의 위치에 형성되어 상기 세포층들(100,200) 중 하나 이상에 결합될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2와 같이 가장 안쪽에 제1폴리머층(401)이 형성되고 그 바깥에 차례로 제1세포층(100) 및 제2세포층(200)이 차례로 배치되도록 형성되어 각 층들이 결합될 수 있다. 또는 도 3 및 4와 같이 가장 안쪽에 제1세포층(100)이 형성되고 그 바깥에 차례로 제2폴리머층(402) 및 제2세포층(200)이 배치되도록 형성되어 각 층들이 결합될 수 있다. 또는 도 5 및 도 6과 같이 가장 안쪽에 제1폴리머층(401)이 형성되고 그 바깥에 차례로 제1세포층(100), 제2폴리머층(402) 및 제2세포층(200)이 차례로 배치되도록 형성되어 각 층들이 결합될 수 있다. 이때, 공극(400a)은 폴리머층(400)이 구조적인 강성을 유지하면서 탄력을 가질 수 있도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.

그리하여 제1세포층(100) 및 제2세포층(200)이 각각 장의 장점막세포 및 근육층세포에 대응되는 역할을 할 수 있으며, 각각 대응되는 장 조직에 결합되어 인공 장 역할을 할 수 있다. 이때, 공극(400a)이 형성된 폴리머층(400)에 의해 탄력이 있고 구조적인 강성이 유지될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 인공 장은, 독성 및 면역 반응이 적어 생체에 적합하며 뒤틀리거나 꺾이고 터지지 않도록 구조적인 강성이 향상되어 내구성이 우수한 장점이 있다.

여기에서 상기 제1세포층(100) 장점막세포층이며, 배양된 장점막세포와 젤이 혼합된 용액인 장점막세포용액이 분사되어 형성될 수 있다.

즉, 실제 체내 장의 세포층과 유사하도록 형성하기 위함이며, 장의 가장 내측에 존재하는 장점막세포층과 유사하도록 배양된 장점막세포와 젤이 혼합된 장점막세포용액을 분사하여 제1세포층(100)이 형성될 수 있다. 이때, 제1세포층(100)은 환봉 또는 파이프 형태의 수집부에 상기 장점막세포용액을 분사 또는 도포하여 제1세포층(100)이 막 형태의 관형으로 형성될 수 있으며, 수집부를 장점막세포용액에 담갔다 꺼내어 수집부에 장점막세포용액이 코팅되도록 하여 제1세포층(100)이 형성되도록 할 수도 있다. 즉, 배양된 장점막세포와 젤이 혼합된 장점막세포용액을 이용해 제1세포층(100)이 장점막세포층으로 형성될 수 있다. 이때, 장점막세포는 Caco-2 세포가 사용될 수 있다.

그리고 상기 제2세포층(200)은 근육층세포층이며, 배양된 근육층세포와 젤이 혼합된 용액인 근육층세포용액이 분사되어 형성될 수 있다.

즉, 실제 체내 장의 세포층과 유사하도록 형성하기 위함이며, 장의 장점막세포 외측에 존재하는 근육층세포와 유사하도록 배양된 근육층세포와 젤이 혼합된 근육층세포용액을 분사하여 제2세포층(200)이 형성될 수 있다. 이때, 제2세포층(200)은 제1세포층(100)의 외측에 형성된 폴리머층(400)의 외측에 근육층세포용액을 분사 또는 도포하여 막 형태의 관형으로 형성될 수 있으며, 제1세포층(100)의 외측에 폴리머층(400)이 형성된 상태에서 이를 근육층세포용액에 담갔다 꺼내어 폴리머층(400)의 외측에 근육층세포용액이 코팅되도록 하여 제2세포층(200)이 형성되도록 할 수도 있다. 또는 제1세포층(100)의 외측에 근육층세포용액을 분사 또는 도포하여 막 형태의 관형으로 형성될 수 있으며, 제1세포층(100)이 형성된 상태에서 이를 근육층세포용액에 담갔다 꺼내어 제1세포층(100)의 외측에 근육층세포용액이 코팅되도록 하여 제2세포층(200)이 형성되도록 할 수도 있다. 이때, 근육층세포는 Myo-fibroblasts 세포가 사용될 수 있다.

즉, 배양된 근육층세포와 젤이 혼합된 근육층세포용액을 이용해 제2세포층(200)이 근육층세포층으로 형성될 수 있다.

[실시예 2]

도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 인공 장을 나타낸 단면도 및 부분 절개 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 인공 장(1000)은, 상기 제2세포층(200)의 외측에 형성되어 상기 제2세포층(200)을 감싸도록 형성되며, 막 형태의 관형으로 형성된 제3세포층(300)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 제2세포층(200)을 감싸도록 제2세포층(200)의 외측에 제3세포층(300)이 더 형성될 수 있으며, 제3세포층(300)은 막 형태의 관형으로 형성될 수 있다. 이때, 제3세포층(300)은 원통형상의 관으로 형성될 수 있으며, 제3세포층(300)도 원통형상으로 형성되는 것이 바람직하나 원통형상에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 제3세포층(300)은 양단이 개방되고 둘레면은 막혀있는 형태의 관으로 형성되어 제2세포층(200)의 외측을 감싸도록 형성되어, 제2세포층(200)의 외주면에 제3세포층(300)의 내주면이 결합될 수 있다. 그리고 제3세포층(300)은 대응되는 장 조직에 독성 및 면역 반응이 적은 생체에 적합한 물질로 형성될 수 있다. 그리고 제3세포층(300)의 외측에는 폴리머층(400)이 한층 더 형성될 수도 있다.

여기에서 상기 제3세포층(300)은 장막세포층이며, 배양된 장막세포와 젤이 혼합된 용액인 장막세포용액이 분사되어 형성될 수 있다.

즉, 실제 체내 장의 세포층과 유사하도록 형성하기 위함이며, 장의 근육층세포 외측에 존재하는 장막과 유사하도록 배양된 장막세포와 젤이 혼합된 장막세포용액을 분사하여 제3세포층(300)이 형성될 수 있다. 이때, 제3세포층(300)은 제2세포층(200)의 외측에 장막세포용액을 분사하거나 도포하여 막 형태의 관형으로 형성될 수 있으며, 제1세포층(100), 폴리머층(400) 및 제2세포층(200)이 형성된 상태에서 이를 장막세포용액에 담갔다 꺼내어 제2세포층(200) 외측에 장막세포용액이 코팅되도록 하여 제3세포층(300)이 형성되도록 할 수도 있다. 즉, 배양된 장막세포와 젤이 혼합된 장막세포용액을 이용해 제3세포층(300)이 장막세포층으로 형성될 수 있다. 또한, 장막세포용액에는 배양된 장막세포와 젤 이외에 콜라겐 물질이 함께 섞여 분사되어 제3세포층(300)을 형성할 수 있다.

이때, 상기 세포층들을 형성하기 위한 용액은 각 세포층마다의 배양된 세포와 젤(gel)이 섞인 것을 말한다. 그리고 상기 젤은 배양된 세포들을 분사하기 위해 또는 분사된 세포들 간의 결합을 위해 점성을 가하는 다양한 물질들이 사용될 수 있으며, 일례로 용액 성분이 대부분인 하이드로젤(hydrogel)이 권장되나 이에 한정하지 않고 다양한 젤 타입의 물질이 사용될 수 있다.

[실시예 3]

도 9 및 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 인공 장을 나타낸 단면도 및 부분 절개 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 인공 장(1000)은, 상기 제2세포층(200)과 상기 제3세포층(300)의 사이에 형성되어 상기 제2세포층(200)을 감싸도록 형성되며, 다수의 공극(400a)이 형성되는 폴리머층(400)을 포함하여 이루어질 수 있다.

이는 폴리머층(400)이 제2세포층(200)과 제3세포층(300) 사이에 더 형성되어, 제2세포층(200)과 제3세포층(300) 사이에 폴리머층(400)이 개재된 형태로 형성되는 것이다. 즉, 제2세포층(200)의 외측에 제2세포층(200)을 감싸도록 폴리머층(400)이 더 형성되어 폴리머층(400)의 내측이 제2세포층(200)의 외측에 결합되고, 폴리머층(400)의 외측에 폴리머층(400)을 감싸도록 제3세포층(300)이 형성되어 제3세포층(300)의 내측이 폴리머층(400)의 외측에 결합될 수 있다. 이때, 제1세포층(100)과 제2세포층(200) 사이에 형성되는 폴리머층(400)이 제2폴리머층(402)이 되고, 제2세포층(200)과 제3세포층(300) 사이에 형성되는 폴리머층(400)이 제3폴리머층(402)이 될 수 있다. 그리하여 일례로 반경방향 외측으로 제1세포층(100), 제2폴리머층(402), 제2세포층(200), 제3폴리머층(403) 및 제3세포층(300)이 차례로 형성된 구조가 될 수 있다. 그리고 제3세포층(300)의 외측에는 폴리머층(400)이 한층 더 형성될 수도 있다. 또한, 도시된 바와 같이 제2폴리머층(402)이 없고 제1폴리머층(401) 및 제3폴리머층(403)이 있는 형태로 형성될 수도 있으며, 제1폴리머층(401)과 제2폴리머층(402)과 제3폴리머층(403)이 모두 있는 형태로 형성될 수도 있다. 이때, 제2폴리머층(402)이 없는 경우에는 제1세포층(100)에 제2세포층(200)이 직접 결합되어 있는 형태가 될 수 있으며, 제3폴리머층(403)이 없는 경우에는 제2세포층(200)이 제3세포층(300)과 직접 결합되어 있는 형태가 될 수 있다.

[폴리머층의 실시예]

도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 폴리머층의 1층, 2층 구조 및 선형 구조, 링형 구조, 나선형 구조, 메쉬형 구조를 나타낸 사시도 및 평면도이다.

도시된 바와 같이 상기 폴리머층(400)은, 길이방향을 따라 직선 또는 곡선으로 형성되며 원주방향을 따라 이격되어 배열된 선형 구조; 나선형 구조; 링 형태로 형성되어 길이방향을 따라 이격되어 배열된 링형 구조; 및 격자형으로 형성된 메쉬형 구조; 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 형태로 형성될 수 있다.

즉, 폴리머층(400)은 다수의 공극(400a)을 갖는 관형으로 형성되되, 도시된 바와 같이 다양한 형태로 공극(400a)이 형성될 수 있도록 선형 구조, 나선형 구조, 링형 구조 및 메쉬형 구조 등으로 형성될 수 있으며, 상기한 형태들 중 둘 이상의 형태가 조합된 형태로 형성될 수도 있다. 그리하여 폴리머층(400)에 의해 구조적이 강성이 향상되어 인공 장이 쉽게 뒤틀리거나 꺾이고 터지지 않을 수 있으며, 폴리머층(400)을 사이에 두고 결합된 제1세포층(100), 제2세포층(200) 및 제3세포층(300)들이 서로 용이하고 견고하게 결합될 수 있다. 그리고 폴리머층(400)은 상기한 구조 이외에도 다양한 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 폴리머층(400)은 2층 구조로 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 선형 구조, 나선형 구조, 링형 구조 및 메쉬형 등이 2층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있으며, 2가지 이상의 구조를 조합하여 2층으로 적층된 형태로 형성될 수 있다.

여기에서 상기 폴리머층(400)은, 제1층(410); 및 상기 제1층(410)의 외측을 감싸도록 형성된 제2층(420); 을 포함하여 이루어질 수 있다.

이는 도 12 및 도 13과 같이 선형 구조와 링형 구조 또는 선형 구조와 나선형 구조를 조합하여 2층으로 형성되는 것이며, 이와 같이 둘 이상의 구조를 조합하여 2층으로 폴리머층(400)이 형성됨으로써 인공 장의 반경방향으로 작용하는 내압성, 길이방향에 수직인 방향으로 작용하는 굽힘 강성 및 뒤틀림에 대한 강성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 이때, 제1층(410)과 제2층(420)은 상기한 형태와 반대의 구조로 형성되어 제1층(410)에 링형 구조 또는 나선형 구조가 형성되고, 그 위에 선형 구조로 제2층(420)이 형성될 수도 있다. 또한, 여기에서 선형 구조는 도 14와 같은 메쉬형 구조로 대체될 수도 있다. 또한, 상기한 바와 같이 2층 구조로 폴리머층이 형성될 수 있으며, 층의 구분이 없이 복잡하게 얽혀 있는 섬유다발 형태나 메쉬형 구조가 2층으로 적층된 형태 등 다양하게 변형 실시될 수 있다.

그리고 본 발명의 인공 장에서 특히 폴리머층(400)은 도 15와 같은 인공 장 제조 장치(1)를 이용해 제조될 수 있다. 여기에서 인공 장 제조 장치(1)는 크게 분사부(10), 가열부(13), 수집부(20), 분사위치조절부(30) 및 수집위치조절부(40)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 폴리머 용액을 분사하여 폴리머층(400)을 이루는 각각의 층이 형성되도록 할 수 있다. 보다 상세하게, 분사부(10)의 수용부(11)로부터 폴리머 용액을 공급받아 노즐부(12)를 통해 분사할 수 있으며, 수용부(11)는 가열부(13)에 의해 가열됨으로써 수용부(11) 내부에 저장된 폴리머를 용융시킬 수 있으며 수용부(11)를 적정 온도로 유지시킬 수 있다. 즉, 수용부(11) 내에 고체 상태의 폴리머를 투입한 후 가열부(13)를 이용해 가열하면 고체 상태의 폴리머가 용융되어 액체 상태의 폴리머가 될 수 있으며, 폴리머 용액이 된 상태에서 적정 온도로 유지되어 노즐부(12)를 통해 폴리머 용액을 분사할 수 있다. 그리고 수집부(20)는 분사부(10)의 노즐부(12)를 통해 분사되는 폴리머 용액이 수집되도록 분사부(10)의 하부에 구비될 수 있으며, 수집부(20)의 외주면에 제1세포층(100)이 형성된 상태에서 노즐부(12)를 통해 폴리머 용액을 분사하여 제1세포층(100)의 외측에 폴리머층(400)이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 분사위치조절부(30)는 분사부(10) 또는 수집부(20)를 x, y, z 방향으로 이동시켜 분사되는 폴리머 용액의 분사 위치가 조절되도록 할 수 있다. 또한, 수집위치조절부(40)는 수집부(20)의 양측 단부에 결합 고정되는 고정축(41)과 상기 고정축(41)을 회전시키는 구동부(42)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 제어부(50)가 구동부(42) 및 수집위치조절부(40)에 연결되어 분사부(10)의 이동 및 수집부(20)의 회전을 제어할 수 있다. 그리하여 분사위치조절부(30)에 의해 분사부(10)가 이동할 수 있고, 수집위치조절부(40)에 의해 수집부(20)가 회전될 수 있어, 다양한 구조로 폴리머층(400)이 형성될 수 있다. 그리고 분사위치조절부(30) 및 수집위치조절부(40)는 분사부(10)와 수집부(20)가 상대적으로 x, y, z 방향으로 이동될 수 있도록 형성될 수 있으며, 수집부(20)가 회전될 수 있도록 형성되어, 분사되는 폴리머 용액의 분사 위치가 용이하게 조절되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(50)에 의해 구동부(42)의 회전속도가 제어되어 다양한 형태의 폴리머층이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(50)에 의해 노즐부(12)의 개폐를 제어하여

또한, 분사부(10)는 다수개 형성되어 다수의 분사부(10)가 제어되어 다양한 형태의 폴리머층을 형성할 수 있으며, 다수의 분사부에 재질이 다른 폴리머가 수용되어, 2종류 이상의 폴리머로 폴리머층이 형성될 수도 있다. 또한, 인공 장 제조 장치(1)에는 제1세포층(100), 제2세포층(200) 및 제3세포층(300)을 형성하기 위한 각각의 분사부 및 수용부가 형성될 수 있다. 또한, 제어부(50)를 통해 노즐부들의 개폐를 제어하여 폴리머층을 형성하기 위한 원료 및 각각의 세포층을 형성하기 위한 원료가 분사되거나 분사되지 않도록 제어될 수 있다.

그리고 상기 인공 장을 제조하는 방법은, 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성된 관 또는 봉 형태의 수집부(20)의 상측에서 각 세포층 및 폴리머층의 원료가 각각 담긴 수용부를 포함한 분사부들을 통해 원료를 순차적으로 수집부로 분사하면서, 동시에 상기 수집부(20)의 회전 및 상기 수집부와 분사부들의 상대 이동을 통해 세포층 및 폴리머층이 형성되도록 할 수 있다.

즉, 다양한 방법으로 인공 장을 제조할 수 있으나, 본 발명에서는 각 세포층 및 폴리머층의 원료가 각각 담긴 수용부를 포함한 분사부들과 관 또는 봉 형태의 수집부(20)의 상대 이동되면서 수집부(20)가 회전되어 세포층 및 폴리머층이 형성될 수 있으며, 이를 통해 인공 장을 제조할 수 있다. 일례로 수집부(20)는 구동부(42)에 연결되어 회전 가능하도록 형성되며, 분사부(10)는 다수개로 형성되어 제1세포층(100), 제2세포층(200) 및 제3세포층(300)을 형성하기 위한 원료가 각각 담겨있는 3개의 분사부와 폴리머층을 형성하기 위한 원료가 담겨있는 1개의 분사부를 포함해 총 4개의 분사부로 형성될 수 있다. 이때, 제3세포층(300)이 필요하지 않은 경우에는 총 3개의 분사부로 형성될 수 있다. 그리하여 제1세포층(100)의 외측에 폴리머층(400)이 형성되고 그 외측에 제2세포층(200)이 형성되도록 인공 장(1000)을 제조하는 경우에 대해 설명하면, 구동부(42)의 작동에 의해 관형의 수집부(20)가 회전되면서 제1세포층(100)의 재료인 장점막세포용액이 담겨있는 분사부에서 장점막세포용액을 수집부(20)로 연속 또는 불연속적으로 분사하면서 분사부(10)가 수집부(20)의 중심축 방향(x축 방향) 일측으로 점차 이동하여 관형의 제1세포층(100)이 만들어질 수 있다. 제1세포층(100)이 경화된 후에는 폴리머층(400)의 재료인 용융된 폴리머용액을 저장된 분사부에서 폴리머용액을 수집부(20)로 연속 또는 불연속적으로 분사하면서 수집부(20)의 회전 및 수집부(20)와 분사부와의 상대 이동을 통해 공극(400a)이 있는 다양한 형태의 폴리머층(400)이 형성될 수 있다. 폴리머층(400)이 경화되고 난 후에는 수집부(20)가 회전되면서 제2세포층(200)의 재료인 근육층세포용액이 담겨있는 분사부에서 근육층세포용액을 수집부(20)로 연속 또는 불연속적으로 분사하면서 분사부가 수집부(20)의 중심축 방향 일측으로 점차 이동하여 관형의 제2세포층(200)이 만들어질 수 있다. 이때, 제1세포층(100)과 제2세포층(200)을 형성함에 있어서, 분사부는 x축 방향으로 움직이지 않도록 고정된 상태에서 수집부(20)가 x축 방향으로 이동될 수도 있다. 이외에도 인공 장의 형태나 각 층을 이루는 재료의 배치에 따라 분사부의 이동속도, 이동방향 및 수집부의 회전속도, 분사부들의 개폐 순서 등이 변경되어 다양한 인공 장을 제조할 수 있다. 이때, 세포층들(100,200,300)은 모두 상기한 제1세포층(100)을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있으며, 폴리머층들(401,402,403)은 각각 상기한 폴리머층의 실시예에서 설명한 바와 같이 길이방향(수집부의 중심축 방향; x축 방향)을 따라 직선 또는 곡선으로 형성되며 원주방향을 따라 이격되어 배열된 선형 구조; 나선형 구조; 링 형태로 형성되어 길이방향을 따라 이격되어 배열된 링형 구조; 및 격자형으로 형성된 메쉬형 구조; 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 폴리머층(400)은 선형 구조, 나선형 구조, 링형 구조 및 메쉬형 등이 2층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있으며, 2가지 이상의 구조를 조합하여 2층으로 적층된 형태를 이루도록 제조될 수 있다.

또한, 상기 각각의 수용부(11)에 담긴 세포층 및 폴리머층의 원료는 설정된 온도로 조절된 후 수집부(20)로 용액을 분사하여 각 세포층 및 폴리머층이 형성될 수 있다.

즉, 폴리머층의 원료가 되는 고체 상태의 폴리머를 용융시킬 수 있도록 폴리머층의 원료가 담긴 수용부의 온도가 조절될 수 있다. 그리고 폴리머층의 원료가 담긴 수용부는 최대 300℃ 까지 가열이 가능할 수 있다. 또한, 각 세포층의 원료가 담긴 수용부들도 미리 설정된 온도로 냉각 및 가열되어 온도가 조절될 수 있다.

이때, 상기 폴리머층의 원료가 담긴 수용부는 폴리머층의 원료가 용융될 수 있는 온도 이상으로 가열되어 온도가 유지될 수 있으며, 상기 각 세포층의 원료가 담긴 수용부들은 －4℃ 내지 40℃ 범위의 저온 또는 상온 온도로 유지될 수 있다.

그리하여 폴리머층을 형성하기 적합한 온도로 폴리머가 용융되어 온도를 유지한 상태에서 폴리머가 분사될 수 있어 폴리머층의 형성이 용이할 수 있다. 또한, 각 세포층의 원료가 담긴 수용부들은 상기한 온도 범위로 냉각되거나 가열되어 온도가 유지될 수 있으며, 이에 따라 세포층의 원료에 따라 체온 정도의 온도를 유지하여 세포 특성이 향상되도록 하거나, 냉각을 하면서 분사되도록 하여 세포와 섞는 하이드로젤(hydrogel)의 특성이 향상되도록 할 수도 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 인공 장
100 : 제1세포층 (장점막세포층)
200 : 제2세포층 (근육층세포층)
300 : 제3세포층 (장막세포층)
400 : 폴리머층 400a : 공극
401 : 제1폴리머층 402 : 제2폴리머층
403 : 제3폴리머층
410 : 제1층 420 : 제2층
1 : 인공 장 제조 장치
10 : 분사부
11 : 수용부 12 : 노즐부
13 : 가열부
20 ; 수집부
30 : 분사위치조절부
40 : 수집위치조절부
41 : 고정축 42 : 구동부
50 : 제어부

Claims (12)

1. 배양된 장점막세포와 젤이 혼합된 용액인 장점막세포용액이 분사되어 형성된 장점막세포층이며, 인접부분과 분리되어 막 형태의 관형으로 형성된 제1세포층;
   배양된 근육층세포와 젤이 혼합된 용액인 근육층세포용액이 분사되어 형성된 근육층세포층이며, 상기 제1세포층의 외측에 형성되어 상기 제1세포층을 감싸도록 형성되며, 인접부분과 분리되어 막 형태의 관형으로 형성된 제2세포층; 및
   상기 제1세포층의 내측, 및 상기 제1세포층과 제2세포층 사이, 중 어느 하나 이상의 위치에 배치되며, 다수의 공극이 형성된 폴리머층; 을 포함하여 이루어지며,
   상기 제1세포층, 제2세포층 및 폴리머층이 서로 결합된 것을 특징으로 하는 인공 장.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2세포층의 외측에 형성되어 상기 제2세포층을 감싸도록 형성되며, 막 형태의 관형으로 형성된 제3세포층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공 장.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제3세포층은 장막세포층이며,
   배양된 장막세포와 젤이 혼합된 용액인 장막세포용액이 분사되어 형성된 것을 특징으로 하는 인공 장.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2세포층과 상기 제3세포층의 사이에 형성되어 상기 제2세포층을 감싸도록 형성되며, 다수의 공극이 형성된 폴리머층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공 장.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 폴리머층은,
   길이방향을 따라 직선 또는 곡선으로 형성되며 원주방향을 따라 이격되어 배열된 선형 구조; 나선형 구조; 링 형태로 형성되어 길이방향을 따라 이격되어 배열된 링형 구조; 및 격자형으로 형성된 메쉬형 구조; 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 인공 장.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 폴리머층은,
   제1층; 및 상기 제1층의 외측을 감싸도록 형성된 제2층; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공 장.
   
9. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항의 인공 장을 제조하는 방법에 있어서,
   중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성된 관 또는 봉 형태의 수집부의 상측에서 각 세포층 및 폴리머층의 원료가 각각 담긴 수용부를 포함한 분사부들을 통해 원료를 순차적으로 수집부로 분사하면서,
   동시에 상기 수집부의 회전 및 상기 수집부와 분사부들의 상대 이동을 통해 세포층 및 폴리머층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공 장 제조 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 폴리머층은,
    상기 수집부의 길이방향을 따라 직선 또는 곡선으로 형성되며 원주방향을 따라 이격되어 배열된 선형 구조; 나선형 구조; 링 형태로 형성되어 길이방향을 따라 이격되어 배열된 링형 구조; 및 격자형으로 형성된 메쉬형 구조; 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 조합된 형태를 이루도록 제조되는 것을 특징으로 하는 인공 장 제조 방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 각각의 수용부에 담긴 세포층 및 폴리머층의 원료는 설정된 온도로 조절된 후 수집부로 용액을 분사하여 각 세포층 및 폴리머층이 형성되는 것을 특징으로 하는 인공 장 제조 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리머층의 원료가 담긴 수용부는 폴리머층의 원료가 용융될 수 있는 온도 이상으로 가열되어 온도가 유지되며, 상기 각 세포층의 원료가 담긴 수용부들은 －4℃ 내지 40℃ 로 온도가 유지되는 것을 특징으로 하는 인공 장 제조 방법.

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