KR101974716B1 - 혈관 모사체 및 혈관 모사체 배양 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법은 챔버의 하부 구조를 프린팅하는 단계, 상기 하부 구조 상에 혈관 모사체를 프린팅하는 단계, 상기 하부 구조 및 상기 혈관 모사체 상에 상기 챔버의 상부 구조를 프린팅하는 단계, 상기 혈관 모사체의 양단에 순환 펌프와 연결된 배관을 연결하는 단계 및 상기 순환 펌프를 작동시켜 상기 혈관 모사체의 내부로 유체를 순환시키는 단계를 포함한다.

Description

혈관 모사체 및 혈관 모사체 배양 방법{Blood vessel mimetics and method for culturing blood vessel mimetics}
본 발명은 혈관 모사체 및 혈관 모사체 배양 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3차원 프린팅을 이용한 혈관 모사체 및 혈관 모사체 배양 방법에 관한 것이다.
심혈관 질환을 치료하기 위해서 혈관우회수술에 사용할 수 있는 혈관 대체 제 제작에 대한 연구들이 진행되고 있다.
최근에는 polyethylene terephthalate(Dacron)과 polytethrafluoroethylene (Teflon) 등의 물질로 만들어진 인공 혈관이 사용되고 있지만, 이들 인공 혈관은 지름이 작아질수록 혈류속도가 낮아지는 단점이 있다.
직경 6mm 이하의 혈관 대체제를 만들기 위하여 최근에는 세포판 기술, 기관 탈세포화 기술 등을 이용하여 조직공학적 혈관 모사체를 제작하는 방법들이 연구되고 있다.
한국공개특허공보 제2016-0090828호(2016.08.01.) 한국등록특허공보 제10-1569680호(2015.11.17.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 실제 혈관과 거의 유사한 혈관 모사체와 이를 배양할 수 있는 혈관 모사체 배양 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법은 챔버의 하부 구조를 프린팅하는 단계, 상기 하부 구조 상에 혈관 모사체를 프린팅하는 단계, 상기 하부 구조 및 상기 혈관 모사체 상에 상기 챔버의 상부 구조를 프린팅하는 단계, 상기 혈관 모사체의 양단에 순환 펌프와 연결된 배관을 연결하는 단계 및 상기 순환 펌프를 작동시켜 상기 혈관 모사체의 내부로 유체를 순환시키는 단계를 포함한다.
상기 하부 구조는 상기 혈관 모사체가 안착되는 안착부를 포함할 수 있다.
상기 혈관 모사체를 프린팅하는 단계에서, 상기 혈관 모사체는 양단이 상기 안착부의 외측으로 돌출되도록 프린팅될 수 있다.
상기 상부 구조는 상기 혈관 모사체의 양측이 상기 안착부에 고정되도록 상기 안착부로부터 연장되는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 챔버의 상부 구조를 프린팅하는 단계에서 상기 고정부는 상기 혈관 모사체의 양단이 상기 고정부의 외측으로 돌출되도록 프린팅될 수 있다.
상기 하부 구조는 상기 안착부와 함께 상기 혈관 모사체의 양단을 둘러싸는 하부 프레임을 더 포함하고, 상기 상부 구조는 상기 하부 프레임으로부터 연장되어 상기 고정부와 함께 상기 혈관 모사체의 양단을 둘러싸는 상부 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 하부 프레임, 상기 상부 프레임, 상기 안착부 및 상기 고정부에 의해 둘러싸인 공간으로 상기 혈관 모사체를 고정하기 위한 충진재를 충진하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 충진재는 실리콘 오일일 수 있다.
상기 충진재가 충진된 이후, 상기 충진재를 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 경화된 충진재에 상기 혈관 모사체의 양단과 연결되는 천공을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 배관을 연결하는 단계에서 상기 배관은 상기 천공으로 삽입되어 상기 혈관 모사체의 양단과 연결될 수 있다.
상기 혈관 모사체를 프린팅하는 단계에서 프린팅되는 상기 혈관 모사체는, 칼슘이온이 용해된 용액, 상기 혈관 모사체의 길이 방향을 따라 상기 용액을 둘러싸며 상기 칼슘이온과 반응하며 가교되는 제1 레이어 및 상기 혈관 모사체의 길이 방향을 따라 상기 제1 레이어를 둘러싸며 상기 칼슘이온와 반응하며 가교되는 제2 레이어를 포함할 수 있다.
상기 제1 레이어는 혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 혈관 내피 세포 및 알지네이트염을 혼합한 제1 바이오 잉크를 포함하고, 상기 제2 레이어는 혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 평활근 세포 및 알지네이트염을 혼합한 제2 바이오 잉크를 포함할 수 있다.
상기 순환 펌프를 제어하여 상기 유체의 관류 압력을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 레이어는 혈관 내피 세포로 배양되고, 상기 제2 레이어는 평활근 세포로 배양되며, 상기 혈관 내피 세포는 상기 유체의 유동 방향이 장축이 되도록 배열되고, 상기 평활근 세포는 상기 유체의 유동 방향의 수직 방향이 장축이 되도록 배열될 수 있다.
상기 유체를 순환시키는 단계에서, 상기 유체는 상기 순환 펌프에 의해 상기 혈관 모사체의 내부로 유입되어 상기 용액과 함께 상기 혈관 모사체로부터 배출될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체는, 혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 혈관 내피 세포를 혼합한 제1 바이오 잉크를 이용해 관형의 형상을 갖도록 프린팅된 제1 레이어 및 혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 평활근 세포를 혼합한 제2 바이오 잉크를 이용해 상기 제1 레이어의 측면을 둘러싸며 관형의 형상을 갖도록 프린팅된 제2 레이어를 포함한다.
상기 제1 레이어의 내부에 형성되며, 칼슘이온이 용해된 용액을 이용해 프린팅된 코어 레이어를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 바이오 잉크 및 상기 제2 바이오 잉크는 알지네이트염을 더 포함하며, 상기 코어 레이어, 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어가 프린팅되면서 상기 칼슘이온과 상기 알지네이트염이 반응하여 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어가 가교될 수 있다.
상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어가 가교된 이후, 상기 코어 레이어는 상기 제1 레이어의 내부를 통해 흐르는 유체에 의해 제거될 수 있다.
상기 코어 레이어, 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어는 다중 동축 노즐을 통해 프린팅되며, 상기 다중 동축 노즐은, 상기 칼슘이온이 용해된 용액이 압출되는 제1 노즐, 상기 제1 노즐을 둘러싸도록 동심 배치되며 상기 제1 바이오 잉크가 압출되는 제2 노즐 및 상기 제2 노즐을 둘러싸도록 동심 배치되며 상기 제2 바이오 잉크가 압출되는 제3 노즐을 포함할 수 있다. 본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
실제 혈관과 거의 유사한 혈관 모사체의 제작이 가능하다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 S11 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 S12 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 S12 단계에서 사용되는 다중 동축 노즐을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 다중 동축 노즐의 개략적인 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 다중 동축 노즐에 의해 프린팅된 혈관 모사체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 1의 S13 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 S14 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 S16 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1의 S17 단계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체와 혈관 모사체의 배양 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법을 도시한 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법은
하부 구조를 프린팅하는 단계(S11), 혈관 모사체를 프린팅하는 단계(S12), 상부 구조를 프린팅하는 단계(S13), 충진재를 충진하는 단계(S14), 충진재 등을 경화하는 단계(S15), 경화된 충진재에 천공을 형성하는 단계(S16), 천공을 통해 혈관 모사체에 배관을 연결하는 단계(S17) 및 배관을 통해 유체를 순환시키고 유체의 관류 압력을 제어하는 단계(S18)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법은 3차원 프린팅 시스템을 이용해 수행된다. 3차원 프린팅 시스템은 XYZ 방향으로 제어되는 복수의 프린팅 헤드가 장착된 3차원 프린터를 포함하며, 각 프린팅 헤드는 합성 고분자와 자연 유래 고분자 등을 압출 방식으로 분사할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 10의 도면을 참고하여 각 단계들에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 S11 단계를 설명하기 위한 도면이다.
하부 구조를 프린팅하는 단계(S11)에서는 혈관 모사체(60, 도 3 참고)를 고정하는 챔버의 하부 구조(10)를 형성한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하부 구조(10)는 대략 사각틀 형상을 갖는 하부 프레임(13), 하부 프레임(13)을 나란히 가로지르는 제1 안착부(11) 및 제2 안착부(12)를 포함한다.
제1 안착부(11)는 하부 프레임(13) 내의 일측을 구획하여 제1 충진 공간(31)을 형성하고, 제2 안착부(12)는 하부 프레임(13) 내의 타측을 구획하여 제2 충진 공간(32)을 형성한다.
제1 안착부(11)의 중앙부에는 혈관 모사체(60, 도 3 참고)의 일측이 안착 및 고정되는 제1 안착홈(11a)이 형성되고, 제2 안착부(12)의 중앙부에는 혈관 모사체(60, 도 3 참고)의 타측이 안착 및 고정되는 제2 안착홈(12a)이 형성될 수 있다.
S11 단계에서 3차원 프린팅 시스템은 합성 고분자가 충진된 프린팅 헤드를 이동시키며 합성 고분자를 압출하여 제1 안착부(11), 제2 안착부(12) 및 하부 프레임(13)을 적층하며 프린팅한다. 합성 고분자로는 PCL(polycarprolactone)이 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 하부 프레임(13), 제1 충진 공간(31) 및 제2 충진 공간(32)이 대략 사각형으로 형성되는 예를 도시하였으나, 실시예에 따라 그 형상은 달라질 수 있다.
도 3은 도 1의 S12 단계를 설명하기 위한 도면이다.
혈관 모사체를 프린팅하는 단계(S12)에서는 혈관 모사체(60)를 하부 구조(10) 상에 프린팅한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 혈관 모사체(60)는 일측이 제1 안착부(11)의 제1 안착홈(11a)에 위치하고, 타측이 제1 안착부(12)의 제2 안착홈(12a)에 위치하도록 프린팅된다. 혈관 모사체(60)의 일단은 제1 안착부(11)의 외측으로 돌출되어 제1 충진 공간(31) 내에 위치하고, 혈관 모사체(60)의 타단은 제1 안착부(12)의 외측으로 돌출되어 제2 충진 공간(32) 내에 위치한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 혈관 모사체(60)는 3개의 레이어(61, 62, 63)을 갖도록 형성되며, 이를 위해 혈관 모사체(60)는 다중 동축 노즐(50, 도 4 참고)에 의해 프린팅된다.
도 4는 S12 단계에서 사용되는 다중 동축 노즐을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 다중 동축 노즐의 개략적인 단면을 도시한 도면이며, 도 6은 다중 동축 노즐에 의해 프린팅된 혈관 모사체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다중 동축 노즐(50)은 하단에 노즐부(51)가 형성되고, 노즐부(51)의 상부에는 제1 수용부(52)가 구비되고, 제1 수용부(52)의 상부에는 제2 수용부(53)가 구비되며, 제2 수용부(53)의 상부에는 제3 수용부(54)가 구비된다.
제1 수용부(52)는 측방으로 개방된 제1 유입구(52a)를 포함하고, 제2 수용부(53)는 측방으로 개방된 제2 유입구(53a)를 포함하며, 제3 수용부(54)는 상단으로 개방된 제3 유입구(54a)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 노즐부(51)는 동심 배치되는 3개의 노즐(51a, 51b, 51c)을 포함한다. 3개의 노즐(51a, 51b, 51c)은 중심으로부터 제1 노즐(51a), 제2 노즐(51b), 제3 노즐(51c)로 지칭한다.
제1 노즐(51a)은 제3 유입구(54a) 및 제3 수용부(54)와 유체적으로 연결된다. 따라서, 제3 유입구(54a)를 통해 유입된 재료는 제1 노즐(51a)을 통해 압출된다.
제2 노즐(51b)은 제2 유입구(53a) 및 제2 수용부(53)와 유체적으로 연결된다. 따라서, 제2 유입구(53a)를 통해 유입된 재료는 제2 노즐(51b)을 통해 압출된다.
제3 노즐(51c)은 제3 유입구(54a) 및 제3 수용부(54)와 유체적으로 연결된다. 따라서, 제3 유입구(54a)를 통해 유입된 재료는 제3 노즐(51c)을 통해 압출된다.
따라서, 제1 유입구(52a), 제2 유입구(53a) 및 제3 유입구(54a)로 서로 다른 재료를 유입시킨 후, 노즐부(51)를 통해 압출시키면 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 노즐(51a)로부터 토출된 재료로 형성된 코어 레이어(61), 제2 노즐(51b)로부터 토출된 재료로 코어 레이어(61)를 둘러싸도록 관형의 형상을 갖도록 형성된 제1 레이어(62), 제3 노즐(51c)로부터 토출된 재료로 제1 레이어(62)를 둘러싸도록 관형의 형상을 갖도록 형성된 제2 레이어(63)로 구성된 혈관 모사체(60)가 프린팅된다.
혈관 모사체(60)가 혈관 조직으로 배양되도록 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법은, 제3 유입구(54a)로 유입되는 재료로서, 칼슘 이온이 용해된 용액(C)을 사용하고, 제1 유입구(52a)와 제2 유입구(53a)로 유입되는 재료로서, 서로 다른 종류의 바이오 잉크(B1, B2)를 사용한다.
코어 레이어(61)를 형성하는 칼슘 이온이 용해된 용액(C)의 일례로서, 염화칼슘용액에 40%의 Pluronic F127이 포함된 CPF127이 사용될 수 있다.
제1 레이어(62)를 형성하는 제1 바이오 잉크(B1)는 탈세포화된 세포외 기질 에 혈관 내피 세포 및 알지네이트염을 혼합한 것이 사용될 수 있으며, 제2 레이어(63)를 형성하는 제2 바이오 잉크(B2)는 탈세포화된 세포외 기질에 평활근 세포 및 알지네이트염을 혼합한 것이 사용될 수 있다.
제1 바이오 잉크(B1)와 제2 바이오 잉크(B2)의 제작에 사용되는 탈세포화된 세포외 기질은 혈관 조직으로부터 유래한 것일 수 있다. 본 실시예에서는 돼지의 대동맥에 물리적, 화화적, 효소적 처리를 통해 콜라겐, GAGs, 엘라스틴 등의 혈관조직의 세포외 기질들은 보존되고 유전 인자(gene)은 제거된 혈관 유래 세포외 기질(VdECM, Vascular decellularized extracellular matrix)을 제작하였다.
혈관 유래 세포외 기질(VdECM)의 제작 과정은 다음과 같다.
돼지의 대동맥 조직을 대략 2*2*2 mm 크기로 잘게 썬 후, 0.3% SDS(sodium dodecyl sulfate), 3% Triton 및 25U/ml DNas 등을 이용해 세척하여 조직 내 세포를 제거한다.
이후, 0.5 M 아세트산(acetic acid)과 0.6 wt% 펩신(pepsin)의 혼합된 산성용액에 녹여 동결 건조시켜 60mg/ml VdECM pre-gel을 얻을 수 있다.
이후, 10M 수산화나트륨(NaOH)을 이용해 VdECM pre-gel을 중화시키면 혈관조직특이적 VdECM 바이오 잉크가 제작된다.
제1 바이오 잉크(B1)와 제2 바이오 잉크(B2)에 알지네이트염이 포함되어 있고, 코어 레이어(61)를 형성하는 용액(C)에 칼슘이온이 포함되어 있으므로, 제1 레이어(62)와 제2 레이어(63)는 노즐부(51)로부터 압출됨과 동시에 제1 레이어(62)와 제2 레이어(63)에 포함된 알지네이트염은 코어 레이어(61)에 포함된 칼슘이온과 반응하여 1차적으로 가교된다.
도 7은 도 1의 S13 단계를 설명하기 위한 도면이다.
상부 구조를 프린팅하는 단계(S13)에서는 챔버의 상부 구조(20)를 형성한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상부 구조(20)는 하부 구조(10)를 상방으로 연장시키는 방식으로 프린팅된다.
보다 구체적으로, 상부 구조(20)는 하부 프레임(13)으로부터 상방으로 연장 형성되는 상부 프레임(23), 제1 안착부(11)로부터 상방으로 연장 형성되는 제1 고정부(21) 및 제1 안착부(12)로부터 상방으로 연장 형성되는 제2 고정부(22)를 포함한다.
제1 고정부(21)와 제2 고정부(22)는 혈관 모사체(60)의 일단이 제1 고정부(21)의 외측으로 돌출되고, 타단이 제2 고정부(22)의 외측에 돌출될 수 있도록 형성된다.
제1 고정부(21)는 혈관 모사체(60)의 일측을 덮도록 형성되고, 제2 고정부(22)는 혈관 모사체(60)의 타측을 덮도록 형성된다. 따라서, 혈관 모사체(60)의 일측은 제1 고정부(21)와 제1 안착부(11) 사이에 고정되고, 타측은 제2 고정부(22)와 제1 안착부(12) 사이에 고정된다.
S13 단계에서 차원 프린팅 시스템은 합성 고분자가 충진된 프린팅 헤드를 이동시키며 합성 고분자를 압출하여 제1 고정부(21), 제2 고정부(22) 및 상부 프레임(23)을 적층하며 프린팅한다. 합성 고분자로는 PCL(polycarprolactone)이 사용될 수 있다.
도 8은 도 1의 S14 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 충진재를 충진하는 단계(S14)에서는 충진재를 제1 충진 공간(31)과 제2 충진 공간(32)에 충진시킨다.
충진재로는 외부에서 혈관 모사체(60)의 양단에 관측될 수 있을 정도로 투명하게 경화될 수 있는 재료가 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 실리콘 오일인 PDMS를 사용하였다.
충진재는 주사기, 피펫 등의 별도의 주입 도구(A)를 사용해 제1 충진 공간(31) 및 제2 충진 공간(32)에 충진될 수 있다.
충진재 등을 경화하는 단계(S15)에서는 챔버(10, 20), 혈관 모사체(60) 및 충진재를 경화시킨다. 본 실시예에서는 약 37℃ 분위기에서 챔버를 경화시켰다.
S15 단계를 진행하는 동안, 제1 충진 공간(31) 및 제2 충진 공간(32)에 충진된 충진재는 경화되며 혈관 모사체(60)의 양단을 제1 충진 공간(31)과 제2 충진 공간(32) 내에 고정시킨다.
그리고, 혈관 모사체(60)의 제1 레이어(62)와 제2 레이어(63)가 2차적으로 가교된다.
도 9는 도 1의 S16 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 경화된 충진재에 천공을 형성하는 단계(S16)에서는 경화된 충진재에 혈관 모사체(60)의 양단과 연결되는 천공(41, 42)을 형성한다. 혈관 모사체(60)의 양단은 제1 충진 공간(31)과 제2 충진 공간(32)에 각각 위치하므로, 제1 충진 공간(31)과 제2 충진 공간(32)의 상부로부터 혈관 모사체(60)의 양단을 향해 천공(41, 42)을 형성할 수 있다.
도 10은 도 1의 S17 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 천공을 통해 혈관 모사체에 배관을 연결하는 단계(S17)에서는 천공(41, 42)에 펌프(70)와 연결된 배관(71)을 연결한다. 배관(51), 혈관 모사체(60) 및 펌프(70)는 하나의 폐루프를 형성하게 된다.
배관을 통해 유체를 순환시키고 유체의 관류 압력을 제어하는 단계(S18)에서는 펌프(70)를 작동시켜 배관(71)을 통해 혈관 모사체(60)로 공급한다. 즉, 펌프(70)는 혈관 모사체(60)의 일단(또는 타단)과 연결된 배관(71)로 유체를 흘려 혈관 모사체(60)로 유체를 공급하고, 혈관 모사체(60)의 타단(또는 일단)으로 배출되는 유체를 혈관 모사체(60)의 타단(또는 일단)과 연결된 배관(71)을 통해 회수하는 방식으로 유체를 순환시킬 수 있다.
배관(71)을 통해 혈관 모사체(60)로 공급되는 유체는 칼슘 이온이 용해된 용액(C)으로 형성된 코어 레이어(61)를 용해시키며 혈관 모사체(60)를 빠져나간다. 이후 유체를 지속적으로 흘려주면 제1 레이어(62)는 혈관 내피 세포로 배양되고, 제2 레이어(63)는 평활근 세포로 배양된다.
순환되는 유체는 혈관 내피 세포 및 평활근 세포의 배양에 적합한 배양액으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 배양액으로는 C-22022, C-22062 또는 C-22022와 C-22062가 혼합된 것이 사용될 수 있다. C-22022와 C-22062을 혼합하는 경우 혼합 비율은 1:1이 될 수 있다.
한편, 펌프(70)를 이용해 유체의 관류 압력을 제어하여 제1 레이어(62)에서 배양되는 혈관 내피 세포는 유체의 유동 방향(즉, 혈관 모사체(60)의 길이 방향)이 장축이 되도록 배양되고, 제2 레이어(63)에서 배양되는 평활근 세포는 유체의 유동 방향의 수직 방향이 장축이 되도록 배양되게 할 수 있다. 이는 실제 혈관에서 혈관 내피 세포와 평활근 세포의 배열 방향과 동일한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체는 실제 혈관과 거의 동일하게 혈관 내피 세포가 내강을 형성하고 평활근 세포가 혈관 내피 세포를 둘러싸도록 형성되며, 또한, 혈관 내피 세포와 평활근 세포의 세포 배열 방향까지 실제 혈관과 거의 동일하게 모사할 수 있다.
또한, 다중 동축 노즐의 노즐의 형상에 따라 수 밀리미터에서 마이크로미터의 직경을 갖는 혈관 모사체의 제작이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 모사체 배양 방법은 3차원 프린팅 시스템을 통해 혈관 모사체와 혈관 모사체에 배양액을 안정적으로 공급할 수 있는 챔버를 제작하여 혈관 모사체를 안정적으로 고정한 상태로 배양시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 하부 구조 11: 제1 안착부
11a: 제1 안착홈 12: 제2 안착부
12a: 제2 안착홈 13: 하부 프레임
20: 상부 구조 21: 제1 고정부
22: 제2 고정부 23: 상부 프레임
31: 제1 충진 공간 32: 제2 충진 공간
50: 다중 동축 노즐 51: 노즐부
51a: 제1 노즐 51b: 제2 노즐
51c: 제3 노즐 52: 제1 수용부
52a: 제1 유입구 53: 제2 수용부
53a: 제2 유입구 54: 제3 수용부
54a: 제3 유입구 60: 혈관 모사체
61: 코어 레이어 62: 제1 레이어
63: 제2 레이어 70: 펌프
71: 배관 B1: 제1 바이오 잉크
B2: 제2 바이오 잉크

Claims (20)

  1. 칼슘이온이 용해된 용액이 코어 레이어를 형성하고, 혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 혈관 내피 세포 및 알지네이트염을 혼합한 제1 바이오 잉크를 이용해 상기 코어 레이어를 둘러싸는 관형의 제1 레이어를 형성하고, 혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 평활근 세포 및 알지네이트염을 혼합한 제2 바이오 잉크를 이용해 상기 제1 레이어를 둘러싸는 관형의 제2 레이어를 형성하도록 혈관 모사체를 프린팅하는 단계;
    상기 혈관 모사체의 양단에 순환 펌프와 연결된 배관을 연결하는 단계; 및
    상기 순환 펌프를 작동시켜 상기 코어 레이어를 통해 상기 혈관 모사체의 내부로 유체를 순환시키는 단계;를 포함하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혈관 모사체를 프린팅하는 단계에서,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어는 상기 칼슘이온과 반응하여 가교되는, 혈관 모사체 배양 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어는 혈관 내피 세포로 배양되고, 상기 제2 레이어는 평활근 세포로 배양되며,
    상기 혈관 내피 세포는 상기 유체의 유동 방향이 장축이 되도록 배열되고, 상기 평활근 세포는 상기 유체의 유동 방향의 수직 방향이 장축이 되도록 배열되도록, 상기 순환 펌프를 제어하여 상기 유체의 관류 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체를 순환시키는 단계에서,
    상기 코어 레이어의 상기 용액은 상기 유체과 함께 상기 혈관 모사체로부터 배출되어 상기 혈관 모사체가 관형의 혈관 모사체가 되도록 하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혈관 모사체를 프린팅하는 단계 이전에, 상기 혈관 모사체가 수용되는 챔버의 하부 구조를 프린팅 하는 단계를 더 포함하고,
    상기 혈관 모사체를 프린팅하는 단계에서 상기 하부 구조 상에 상기 혈관 모사체를 프린팅하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 구조는 상기 혈관 모사체가 안착되는 안착부를 포함하고,
    상기 혈관 모사체를 프린팅하는 단계에서, 상기 혈관 모사체는 양단이 상기 안착부의 외측으로 돌출되도록 프린팅되는, 혈관 모사체 배양 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 혈관 모사체의 양측이 상기 안착부에 고정되도록 상기 안착부로부터 연장되는 고정부를 포함하는 상기 챔버의 상부 구조를 상기 하부 구조 및 상기 혈관 모사체 상에 프린팅하는 단계를 더 포함하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 챔버의 상부 구조를 프린팅하는 단계에서 상기 고정부는 상기 혈관 모사체의 양단이 상기 고정부의 외측으로 돌출되도록 프린팅되는, 혈관 모사체 배양 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 구조는 상기 안착부와 함께 상기 혈관 모사체의 양단을 둘러싸는 하부 프레임을 더 포함하고,
    상기 상부 구조는 상기 하부 프레임으로부터 연장되어 상기 고정부와 함께 상기 혈관 모사체의 양단을 둘러싸는 상부 프레임을 더 포함하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 프레임, 상기 상부 프레임, 상기 안착부 및 상기 고정부에 의해 둘러싸인 공간으로 상기 혈관 모사체를 고정하기 위한 충진재를 충진하는 단계를 더 포함하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충진재는 실리콘 오일인, 혈관 모사체 배양 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 충진재가 충진된 이후, 상기 충진재를 경화시키는 단계를 더 포함하는, 혈관 모사체 배양 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 경화된 충진재에 상기 혈관 모사체의 양단과 연결되는 천공을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 배관을 연결하는 단계에서 상기 배관은 상기 천공으로 삽입되어 상기 혈관 모사체의 양단과 연결되는, 혈관 모사체 배양 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 혈관 내피 세포를 혼합한 제1 바이오 잉크를 이용해 관형의 형상을 갖도록 프린팅된 제1 레이어 및
    혈관 조직으로부터 분리한 탈세포화된 세포외 기질에 평활근 세포를 혼합한 제2 바이오 잉크를 이용해 상기 제1 레이어의 측면을 둘러싸며 관형의 형상을 갖도록 프린팅된 제2 레이어를 포함하며,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어는 상기 제1 레이어에 의해 둘러싸이는 공간 내로 함께 프린팅된 용액에 포함된 칼슘이온에 의해 가교되는 혈관 모사체.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 바이오 잉크 및 상기 제2 바이오 잉크는 알지네이트염을 더 포함하며,
    상기 칼슘이온과 상기 알지네이트염이 반응하여 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어가 가교되는, 혈관 모사체.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어가 가교된 이후, 상기 칼슘이온이 포함된 용액은 상기 제1 레이어의 내부를 통해 흐르는 유체에 의해 제거되는, 혈관 모사체.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 칼슘이온이 포함된 용액, 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어는 다중 동축 노즐을 통해 프린팅되며,
    상기 다중 동축 노즐은,
    상기 칼슘이온이 용해된 용액이 압출되는 제1 노즐;
    상기 제1 노즐을 둘러싸도록 동심 배치되며 상기 제1 바이오 잉크가 압출되는 제2 노즐; 및
    상기 제2 노즐을 둘러싸도록 동심 배치되며 상기 제2 바이오 잉크가 압출되는 제3 노즐을 포함하는, 혈관 모사체.
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