KR102196376B1 - 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물, 세포 배양 구조물을 이용하는 세포 배양 시스템 및 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법 - Google Patents

자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물, 세포 배양 구조물을 이용하는 세포 배양 시스템 및 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 로봇의 조향을 위한 자기-음향 시스템 및 이를 이용한 마이크로 로봇의 조향 방법을 제공한다. 본 발명은 평탄면을 가지며 일 방향으로 연장되는 제1 바디와, 상기 제1 바디의 양단에서 경사지도록 연결되어, 경사면을 가지는 제2 바디, 및 상기 평탄면과 상기 경사면에서 상기 일 방향을 따라 연장되고, 신경세포가 길이방향을 따라 배양되도록 안내하는 복수개의 배양홈을 포함한다.

Description

자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물, 세포 배양 구조물을 이용하는 세포 배양 시스템 및 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법{Cell culture structure controlled by magnetic field, cell culture system using thereof and method of connecting neuron using thereof}
본 발명은 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물, 세포 배양 구조물을 이용하는 세포 배양 시스템 및 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법에 관한 것이다.
세포의 활성을 측정하기 위해서 다채널 전극을 가지는 장치를 이용 할 수 있다. 다채널 전극 장치는 표면이 노출되어 있는 미세 전극에 세포를 부착하여, 세포의 전기적인 활성을 측정할 수 있다. 일 예로, 활동 전위와 같이 비침습적으로 세포의 활성을 기록할 수 있다. 즉, 기존의 방식은 세포를 다채널 전극 위에 배양하여 전기적 신호를 측정하기 위한 시스템이다.
신경 재생과 관련하여 세포를 배양하는데 이용하고, 배양된 신경세포를 확인하기 위해서 다채널 전극을 도입할 수 있다. 그러나, 신경 세포를 배양하는 것, 배양된 세포를 상태를 확인하는 것 및 배양된 세포를 이동시키는 것은 각각 서로 다른 장치에 의해서 개별적으로 실행되는바, 각 기능을 통합적으로 수행할 수 있는 플랫폼 개발이 필요하다.
한편, 외부 자기장으로 구동되는　마이크로　로봇(구조물)에 대한 연구가 지속되고 있다. 특히, 외부 자기장으로 구동되는 마이크로 로봇은 전기적으로 구동되는　마이크로　로봇과는 달리 전지나 에너지 전달을 위한 유선 에너지 공급 장치가 필요 없으므로 소형화에 유리하고, 인체에 보다 안전하게 사용될 수 있다는 장점으로 인하여 안구, 혈관, 내장기관 등의 인체에 적용할 목적으로 활발하게 연구되고 있다.
따라서, 마이크로 로봇이나 구조물을 신경세포를 배양 및 재생하는 기술을 접목한다면 배양 또는 재생된 신경세포의 이동성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.
일본 공개특허공보 제2010-063429호
본 발명은 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물, 세포 배양 구조물을 이용하는 세포 배양 시스템 및 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법 을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일측면은, 평탄면을 가지며 일 방향으로 연장되는 제1 바디와, 상기 제1 바디의 양단에서 경사지도록 연결되어, 경사면을 가지는 제2 바디, 및 상기 평탄면과 상기 경사면에서 상기 일 방향을 따라 연장되고, 신경세포가 길이방향을 따라 배양되도록 안내하는 복수개의 배양홈을 포함하는, 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물을 제공한다.
또한, 상기 제1 바디 및 상기 제2 바디 중 적어도 하나는 자성물질을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 바디는 일측벽에서 편향되게 배치된 정렬홈을 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 바디와 상기 제2 바디는 표면을 단백질 물질로 커버하는 코팅층을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 바디의 제1 방향으로의 길이는 상기 제2 바디의 상기 제1 방향으로의 길이보다 길 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 평탄면과 경사면을 가지고, 상기 평탄면과 상기 경사면을 따라 표면에 배치되는 배양홈을 가지는 세포 배양 구조물과, 상기 세포 배양 구조물에 신경세포를 부착시키고, 상기 신경세포를 상기 배양홈을 따라 배양시키는 배양 챔버, 및 상기 신경세포가 배양된 상기 세포 배양 구조물이 전극에 장착되고, 상기 신경세포의 전기적 신호를 확인하는 신호 검출부를 포함하는 세포 배양 시스템을 제공한다.
또한, 배양된 상기 신경세포는 상기 세포 배양 구조물의 상기 경사면의 단부에서 상기 전극에 접촉할 수 있다.
또한, 상기 세포 배양 구조물은 일측벽에 편향되게 배치된 정렬홈;을 구비할 수 있다.
또한, 상기 세포 배양 구조물은 상기 배양홈이 상면에 배치되도록 상기 신호 검출부의 기판에 장착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 세포 배양 구조물의 표면에 신경세포를 부착하는 단계와, 상기 세포 배양 구조물의 배양홈을 따라 성장하도록 상기 신경세포를 배양하는 단계와, 상기 세포 배양 구조물을 대상체에 주입하고, 상기 대상체의 단절된 신경세포 사이로 상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계, 및 상기 세포 배양 구조물의 신경세포와 상기 대상체의 단절된 신경세포가 연결되는 단계를 포함하는 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법을 제공한다.
또한, 상기 신경세포를 부착하는 단계 이전에, 상기 세포 배양 구조물의 표면에 단백질 물질을 가지는 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계는 상기 대상체의 외부 자기장을 변화시켜서, 상기 세포 배양 구조물의 위치를 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 표면에 배양홈을 가지는 세포 배양 구조물을 대상체에 주입하는 단계와, 상기 대상체의 단절된 신경세포 사이로 상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계, 및 상기 대상체의 단절된 신경세포가 상기 배양홈을 따라 연장되어 상기 단절된 신경세포가 연결되는 단계를 포함하는 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결방법을 제공한다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 세포 배양 구조물 및 세포 배양 시스템은 배양될 신경세포의 성장 방향을 정렬할 수 있으며, 세포 배양 구조물은 단절된 신경세포를 연결할 수 있어 능동적인 신경 네트워크를 형성할 수 있다. 또한, 세포 배양 구조물은 외부 자기장을 조절하여 3차원 공간을 이동할 수 있으므로, 신경세포가 끊어진 영역에 쉽고 정확하게 이동할 수 있으며, 안정적으로 신경세포를 연결할 수 있다.
본 발명에 따른 신경 세포 연결방법은 세포 배양 구조물을 끊어진 신경세포 사이로 이동시키고, 배양홈을 따라 신경세포들이 성장하여 연결되도록 할 수 있다. 따라서 신경 세포 연결방법은 자생적으로 끊어진 신경세포가 연결되므로, 신체 안전성이 확보될 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물의 평면도이다.
도 3은 도 1의 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물의 일부 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 배양 시스템을 도시하는 개념도이다.
도 5는 다채널 전극에 장착된 세포 배양 구조물을 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 세포 배양 구조물을 이용하여 단절된 신경세포를 연결하는 것을 도시하는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법을 도시하는 순서도이다.
도 9는 도1의 세포 배양 구조물에 배양된 신경세포를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 세포 배양 구조물이 다채널 전극에 연결된 것을 나타낸 도면이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물(100)을 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물(100)의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 세포 배양 구조물(100)은 제1 바디(110), 제2 바디(120), 배양홈(130) 및 정렬홈(140)을 구비할 수 있다. 세포 배양 구조물(100)은 세포 특히, 신경세포(C)를 배양할 수 있으며, 외부의 자기장의 변화에 따라 3차원 공간에서 이동할 수 있다.
제1 바디(110)는 제1 방향으로 연장되며 평탄면(111)을 가진다. 제1 바디(110)는 소정의 부피를 가질 수 있다. 제1 바디(110)는 생체 적합한 물질로 형성되며, 신경세포(C)를 배양하기 위한 기반을 형성한다.
제2 바디(120)는 제1 바디(110)의 양단에 배치되고, 제1 바디(110)와 소정의 경사를 가질 수 있다. 제2 바디(120)는 제1 바디(110)의 단부에서 하강하는 경사면(121)을 가지며, 제1 바디(110)의 높이 방향으로 경사를 가진다. 제2 바디(120)는 생체 적합성을 가지는 물질로 형성되며, 신경세포(C)와 외부 전극이나, 외부의 신경세포를 연결하는 접촉영역을 형성한다.
배양홈(130)은 제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 표면에 형성되며, 일 향을 따라 연장된다. 배양홈(130)은 평탄면(111)과 경사면(121)에 형성되므로, 일부는 지면에 대해서 나란하게 플랫한 구간을 가지고, 다른 일부는 지면에 대해서 경사를 가지는 경사 구간을 가진다.
배양홈(130)의 폭은 신경세포(C)의 신경 세포체(soma)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 일 예로, 신경 세포체는 대략 20 μm 정도의 직경을 가지는바, 배양홈(130)의 폭은 20 5 μm정도로 형성될 수 있다.
배양홈(130)은 수상돌기나 축삭돌기와 같은 배양되는 신경돌기를 정렬할 수 있다. 배양홈(130)의 크기는 신경 세포체(soma)의 직경보다는 작으나, 신경돌기의 직경보다는 크게 형성하여, 신경돌기가 배양홈(130)을 따라 성장할 수 있다.
제1 바디(110)와 제2 바디(120)는 제1 방향으로 각각 소정의 길이를 가질 수 있다. 제1 바디(110)의 길이는 제2 바디(120)의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 제1 바디(110)의 길이는 길게 형성되어 신경세포가 안착되는 부분의 영역이 확보될 수 있다.
배양홈(130)은 제1 바디(110)에 형성된 제1 그루브(131)와 제2 바디(120)에 형성된 제2 그루브(132)로 구분될 수 있다.
제1 그루브(131)는 신경세포(C)가 주입 및 성장될 수 있는 공간을 형성한다. 신경돌기가 연결되어 신호를 전달하므로, 신경세포(C)를 배양시에 신경돌기가 연결되도록 일정한 방향으로 배양되도록 설정하는 것이 중요하다. 배양홈(130)은 신경세포(C)의 신경돌기가 성장할 수 있는 공간을 형성한다.
즉, 복수개의 신경세포(C)가 세포 배양 구조물(100)에 이식되더라도, 일부만 붙어서 성장하게 되는데, 제1 그루브(131)는 플랫한 평탄면(111)에 배치되어 있으므로, 신경세포(C)의 생착률을 높일 수 있다. 또한, 신경세포(C)가 배양홈(130)을 따라 배양될 수 있도록 가이드 할 수 있다.
제2 그루브(132)는 배양된 신경세포(C)가 외부 구조물이나 외부 신경세포와 접촉할 수 있도록, 경사진 방향으로 신경세포(C)를 배양시킨다. 즉, 제2 그루브(132)는 제1 그루브(131)에서 아래 방향으로 경사를 가지므로, 신경세포(C)는 아래 방향으로 성장한다.
제2 그루브(132)의 뾰족한 단부는 외부의 단절된 신경세포와 접촉하는 부분이며(도 6b 참조), 또한 외부 전극과 전기적으로 연결되는 부분(도 5 참조)이다. 제2 그루브(132)는 경사를 가지므로 뾰족한 단부를 가질 수 있으며, 뾰족한 단부로 성장한 신경세포(C)는 전극 등의 외부 구조물이나 단절된 외부 신경세포와의 접촉을 쉽게 할 수 있다.
정렬홈(140)은 세포 배양 구조물(100)의 방향을 확인하기 위해서 사용될 수 있다. 정렬홈(140)은 제1 바디(110)의 일측벽에 형성될 수 있으므로, 사용자는 정렬홈(140)의 위치를 통해서 세포 배양 구조물(100)의 위치가 상부면 또는 하부면 인지를 확인할 수 있다.
세포 배양 구조물(100)은 마이크로 단위로 매우 작으므로, 세포 배양 구조물(100)의 상부면과 하부면을 인식하는데 어려움이 있다. 특히, 배양홈(130)은 세포 배양 구조물(100)의 상부면에서만 형성되므로, 세포 배양 구조물(100)은 상부면의 위치를 정확하게 인식하고, 도 5와 같이 상부면이 위로 향한 상태로 다채널 전극에 장착되어야 한다.
상세하게, 도2 과 같이 사용자가 정렬홈(140)이 좌측 상부에 있는 경우에는, 세포 배양 구조물(100)이 설정된 위치에 배치되어 있는 것을 인식할 수 있다. 또한, 정렬홈(140)이 우측 하부에 있는 경우에도 세포 배양 구조물(100)이 설정된 위치에 배치되어 있는 것을 인식할 수 있다. 그러나, 정렬홈(140)이 좌측 하부나 우측 상부에 배치되는 경우에는 세포 배양 구조물(100)이 뒤집어진 것으로 인식할 수 있으므로, 사용자는 세포 배양 구조물(100)을 다시 반전시켜서 정 위치로 정렬할 수 있다.
도 3은 도 1의 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물(100)의 일부 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 세포 배양 구조물(100)은 베이스(101), 자성층(102), 절연층(103) 및 코팅층(104)을 구비할 수 있다. 베이스(101), 자성층(102), 절연층(103) 및 코팅층(104)은 세포 배양 구조물(100)의 전체에 걸쳐서 형성될 수 있다.
베이스(101)는 세포 배양 구조물(100)의 몸체를 형성하며, 생체 적합적인 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 생체 접합 폴리머, 하이드로겔, 생물 분해성(biodegradable) 폴리머로 형성될 수 있다.
자성층(102)은 자성물질을 포함하며, 베이스(101)의 표면을 커버하도록 형성될 수있다. 다른 실시예로, 베이스(101)에 자성물질이 포함되어, 베이스(101)가 자성층의 기능을 구현할 수 있다. 제1 바디(110) 및 제2 바디(120) 중 적어도 하나는 자성물질을 가질 수 있다. 즉, 자성층(102)은 제1 바디(110)와 제2 바디(120) 중 적어도 하나에 형성될 수 있다. 자성물질은 외부 자기장과 상호 작용하여, 신경 세포 배양 구조물(100)을 이동시킬 수 있다.
절연층(103)은 세포 및 조직을 배양하면서 전기적 자극을 주거나 기록할 수 있도록 형성된다. 절연층(103)은 자성층(102)의 상부에 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 베이스(101)가 자성물질을 포함하고 있으면, 베이스(101)의 상부에 형성될 수 있다.
코팅층(104)은 제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 외면을 단백질 물질로 커버할 수 있다. 예컨대 단백질은 라미닌(laminin)을 포함할 수 있다. 코팅층(104)은 세포 배양 구조물(100)의 표면에 형성되는 것으로, 배양될 신경세포(C)가 쉽게 접착 및 이식될 수 있는 표면을 형성한다. 코팅층(104)의 상부에는 신경세포(C)가 단백질과 부착된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 구조물(100)은 배양될 신경세포의 성장 방향을 정렬할 수 있으며, 세포 배양 구조물(100)은 단절된 신경세포를 연결할 수 있어 능동적인 신경 네트워크를 형성할 수 있다.
또한, 세포 배양 구조물(100)은 외부 자기장을 조절하여 3차원 공간을 이동할 수 있으므로, 신경세포가 끊어진 영역에 쉽고 정확하게 이동할 수 있으며, 안정적으로 신경세포를 연결할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 배양 시스템(1)을 도시하는 개념도이며, 도 5는 다채널 전극(22)에 장착된 세포 배양 구조물(100)을 도시하는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 세포 배양 시스템(1)은 세포 배양 구조물(100), 배양 챔버(10), 신호 검출부(20) 및 컨트롤러(30)를 구비할 수 있다. 세포 배양 시스템(1)은 배양 챔버(10)에서 세포 배양 구조물(100)에 신경세포를 배양할 수 있으며, 신호 검출부(20)를 통해서 신경 세포가 배양되었는지를 확인할 수 있다.
배양 챔버(10)는 세포 배양 구조물(100)에 신경세포를 주입시키고, 이를 배양시킬 수 있는 장치이다. 신경세포(C)는 세포 배양 구조물(100)의 표면에 부착된다.
세포 배양 구조물(100)은 배양 챔버(10)에서 단백질을 포함하는 코팅층(104)을 형성하고, 이후에 신경세포를 코팅층(104)의 상부에 부착시킨다. 이후 신경세포를 배양시키면, 신경세포는 세포 배양 구조물(100)의 배양홈(130)을 따라 성장할 수 있다.
신호 검출부(20)는 신경세포(C)의 배양상태를 확인할 수 있다. 신호 검출부(20)는 세포 배양 구조물(100)의 배양된 신경세포(C)가 전기적으로 연결되었는지를 확인하여, 배양 상태를 확인할 수 있다.
신호 검출부(20)는 기판(21) 상에 배치된 전극(22)을 구비할 수 있다. 신호 검출부(20)는 다채널 전극(22, multi-electrode array,; MEA)을 포함하며, 세포 배양 구조물(100)의 단부가 다채널 전극에 접촉할 수 있다.
컨트롤러(30)는 신호 검출부(20)의 전극(22)과 연결되어, 배양된 신경세포(C)가 전기적으로 연결되었는지를 확인할 수 있다. 신경세포(C)가 세포 배양 구조물(100)의 양단부까지 배양되면, 제2 바디(120)의 단부까지 배양된 신경세포(C)가 성장할 수 있다.
배양된 신경세포(C)는 신경 세포 배양 구조물(100)의 경사면의 단부에서 다채널 전극에 연결된다. 이때, 제2 바디(120)는 전극(22)과 접촉되므로, 컨트롤러(30)는 전기적 신호가 전달 되는 지를 확인하여, 신경세포(C)가 제2 바디(120)의 단부까지 배양되었는지를 확인할 수 있다.
배양된 세포 배양 구조물(100)을 기판(21)에 장착시에, 사용자는 정렬홈(140)의 위치를 통해서, 세포 배양 구조물(100)의 상부면이 정위치에 배치되었는지를 점검할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 시스템(1)은 세포 배양 구조물(100)에 세포 특히, 신경세포를 배양시킬 수 있으며, 배양된 신경세포가 정확하게 배양되었는지를 전기적 신호로 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 세포 배양 구조물(100)을 이용하여 단절된 신경세포를 연결하는 것을 도시하는 도면이다.
도 6a 와 도 6b를 참조하면, 세포 배양 구조물(100)은 단절된 신경세포(A, B) 사이에 배치되어, 단절된 신경세포(A, B)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
세포 배양 구조물(100)의 제2 바디(120)는 신경세포(A, B)의 각각의 단부와 접촉할 수 있으므로, 이후 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법을 도시하는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 신경세포 연결 방법은 외부에서 신경세포를 배양시킨 후에, 단절된 부분에 배양된 신경세포를 이동시킴으로써, 단절된 신경세포를 연결할 수 있으며, 다음의 단계를 포함한다.
상기 세포 배양 구조물의 표면에 단백질 물질을 가지는 코팅층을 형성하는 단계(S10)와, 세포 배양 구조물의 표면에 상기 신경세포를 부착하는 단계(S20)와, 상기 세포 배양 구조물의 배양홈을 따라 상기 신경세포를 배양하는 단계(S30)와, 상기 세포 배양 구조물을 대상체에 주입하고, 상기 대상체의 단절된 신경세포 사이로 상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계(S40), 및 상기 세포 배양 구조물의 신경세포와 상기 대상체의 단절된 신경세포가 연결되는 단계(S40)를 따라 수행되어, 단절된 신경세포를 전기적으로 연결할 수 있다.
여기서, "대상체"는 신경세포가 단절된 영역을 포함하는 생체 조직 또는 인공 구조물로서, 상기 신경세포가 단절된 영역에 본 발명에 따른 세포 배양 구조물(100)이 배치될 수 있다.
세포 배양 구조물의 표면에 단백질 물질을 가지는 코팅층을 형성하는 단계(S10)에서는 세포 배양 구조물(100)의 표면에 코팅층(104)을 형성하여, 신경세포가 표면에 잘 부착되게 할 수 있다.
세포 배양 구조물의 표면에 신경세포를 부착하는 단계(S20)에서는 신경세포(C)를 코팅층(104)에 부착할 수 있다. 신경세포(C)는 세포 배양 구조물(100)의 표면에 랜덤하게 부착될 수 있다.
세포 배양 구조물의 배양홈을 따라 신경세포를 배양하는 단계(S30)는 배양 챔버(10)에서 신경세포(C)를 성장하는 단계로, 신경세포(C)는 배양홈(130)을 따라서 성장할 수 있다.
세포 배양 구조물을 대상체에 주입하고, 대상체의 단절된 신경세포 사이로 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계(S40)에서는 배양된 세포 배양 구조물(100)을 대상체에 주입하여, 단절된 영역에 배치할 수 있다.
이때, 대상체의 외부 자기장을 변화시켜서, 세포 배양 구조물(100)의 위치를 제어할 수 있다. 상기 대상체의 외부 자기장을 변화하면, 세포 배양 구조물(100)은 외부 자기장과 상호 작용하여 대상체를 따라 이동할 수 있다. 세포 배양 구조물(100)은 단절된 신경세포(A, B) 사이로 이동할 수 있다.
세포 배양 구조물의 신경세포와 대상체의 단절된 신경세포가 연결되는 단계(S50)에서는 세포 배양 구조물(100)의 제2 바디(120)와 단절된 신경세포(A, B)가 서로 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 연결방법은 대상체의 외부에서 세포 배양 구조물에 신경세포를 배양시킨 후에, 대상체로 배양된 세포 배양 구조물을 삽입시켜서, 단절된 신경세포를 연결할 수 있다.
도 8을 참조하면, 신경세포 연결 방법은 신경세포가 단절된 부분에 세포 배양 구조물(100)을 이동시킨 후에, 단절된 각각의 신경세포가 배양 구조물을 따라 성장하여 연결될 수 있으며, 다음의 단계를 포함한다.
표면에 배양홈을 가지는 세포 배양 구조물을 대상체에 주입하는 단계(S110)와, 상기 대상체의 단절된 신경세포 사이로 상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계(S120)와, 상기 대상체의 단절된 신경세포가 상기 배양홈을 따라 연장되어 상기 단절된 신경세포가 연결되는 단계(S130)를 따라 수행되어, 단절된 신경세포를 전기적으로 연결될 수 있다.
표면에 배양홈을 가지는 세포 배양 구조물을 대상체에 주입하는 단계(S110)에서는 전술한 세포 배양 구조물(100)을 대상체에 주입힌다. 이후에 대상체의 단절된 신경세포 사이로 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계(S120)에서는 외부 자기장을 제어하여, 세포 배양 구조물(100)을 단절된 신경세포(A, B) 사이로 이동시킨다.
이후, 대상체의 단절된 신경세포가 상기 배양홈을 따라 연장되어 상기 단절된 신경세포가 연결되는 단계(S130)에서는 단절된 신경세포(A, B)의 단부가 세포 배양 구조물(100)의 배양홈(130)을 따라 성장하고, 결국 신경세포(A, B)는 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 연결방법은 세포 배양 구조물(100)을 끊어진 신경세포 사이로 이동시키고, 배양홈(130)을 따라 신경세포들이 성장하여 연결되도록 할 수 있다. 따라서 신경 세포 연결방법은 자생적으로 끊어진 신경세포가 연결되므로, 신체 안전성이 확보될 수 있다.
도 9는 도1의 세포 배양 구조물에 배양된 신경세포를 나타내는 도면이며, 도 10은 도 9의 세포 배양 구조물이 다채널 전극에 연결된 것을 나타낸 도면이다.
도 9은 세포 배양 구조물에 신경 세포를 배양한지 1주일 이후에, 세포 배양 구조물을 유리 기판에 옮기고 3일 동안 배양한 것으로, 광학 현미경을 이용하여 촬영된 것이다. 도 9에서 세포 배양 구조물의 배양홈을 따라 신경세포가 연장되며, 특히 양단부에 신경돌기(Neurite)가 성장하여 외부 바닥과 연결된 것을 확인할 수 있다.
도 10은 세포 배양 구조물이 다채널 전극(22MEA)에 연결된 것을 나타내며, 전기 전도성의 유무를 통해서 도 9에서 배양된 세포 배양 구조물에 신경 세포가 잘 성장되었는지를 확인할 수 있다.
이와 같이 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 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 세포 배양 시스템
100: 세포 배양 구조물
110: 제1 바디
120: 제2 바디
130: 배양홈
140: 정렬홈

Claims (13)

  1. 평탄면을 가지며 일 방향으로 연장되는 제1 바디;
    상기 제1 바디의 양단에서 경사지도록 연결되어, 경사면을 가지는 제2 바디; 및
    상기 평탄면과 상기 경사면에서 상기 일 방향을 따라 연장되고, 신경세포가 길이방향을 따라 배양되도록 안내하는 복수개의 배양홈;을 포함하는, 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 바디 및 상기 제2 바디 중 적어도 하나는 자성물질을 가지는, 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 바디는
    일측벽에서 편향되게 배치된 정렬홈;을 구비하는, 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 바디와 상기 제2 바디는
    표면을 단백질 물질로 커버하는 코팅층;을 가지는, 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 바디의 제1 방향으로의 길이는 상기 제2 바디의 상기 제1 방향으로의 길이보다 긴, 자기장으로 제어 가능한 세포 배양 구조물.
  6. 평탄면과 경사면을 가지고, 상기 평탄면과 상기 경사면을 따라 표면에 배치되는 배양홈을 가지는 세포 배양 구조물;
    상기 세포 배양 구조물에 신경세포를 부착시키고, 상기 신경세포를 상기 배양홈을 따라 배양시키는 배양 챔버; 및
    상기 신경세포가 배양된 상기 세포 배양 구조물이 전극에 장착되고, 상기 신경세포의 전기적 신호를 확인하는 신호 검출부;를 포함하는, 세포 배양 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    배양된 상기 신경세포는 상기 세포 배양 구조물의 상기 경사면의 단부에서 상기 전극에 접촉하는, 세포 배양 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 세포 배양 구조물은 일측벽에 편향되게 배치된 정렬홈;을 구비하는, 세포 배양 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 세포 배양 구조물은
    상기 배양홈이 상면에 배치되도록 상기 신호 검출부의 기판에 장착되는, 세포 배양 시스템.
  10. 신경세포가 단절된 영역을 포함하는 대상체에 있어서, 상기 신경세포를 연결하는 방법으로서,
    세포 배양 구조물의 표면에 신경세포를 부착하는 단계;
    상기 세포 배양 구조물의 배양홈을 따라 성장하도록 상기 신경세포를 배양하는 단계;
    상기 세포 배양 구조물을 상기 대상체에 주입하고, 상기 대상체의 단절된 신경세포 사이로 상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계; 및
    상기 세포 배양 구조물의 신경세포와 상기 대상체의 단절된 신경세포가 연결되는 단계;를 포함하고,
    상기 대상체는 인간을 제외한 포유동물의 조직이고,
    상기 세포 배양 구조물은
    일 방향으로 연장되는 바디를 포함하며, 복수개의 상기 배양홈이 상기 바디의 표면에 상기 일 방향으로 연장되어 상기 신경세포가 상기 일 방향으로 배양되도록 안내하는, 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 신경세포를 부착하는 단계 이전에, 상기 세포 배양 구조물의 표면에 단백질 물질을 가지는 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계는
    상기 대상체의 외부 자기장을 변화시켜서, 상기 세포 배양 구조물의 위치를 제어하는, 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법.
  13. 신경세포가 단절된 영역을 포함하는 대상체에 있어서, 상기 신경세포를 연결하는 방법으로서,
    표면에 배양홈을 가지는 세포 배양 구조물을 상기 대상체에 주입하는 단계;
    상기 대상체의 단절된 신경세포 사이로 상기 세포 배양 구조물을 이동시키는 단계; 및
    상기 대상체의 단절된 신경세포가 상기 배양홈을 따라 연장되어 상기 단절된 신경세포가 연결되는 단계;를 포함하고,
    상기 대상체는 인간을 제외한 포유동물의 조직이고,
    상기 세포 배양 구조물은
    일 방향으로 연장되는 바디를 포함하며, 복수개의 상기 배양홈이 상기 바디의 표면에 상기 일 방향으로 연장되어 상기 신경세포가 상기 일 방향으로 배양되도록 안내하는, 세포 배양 구조물을 이용한 신경세포의 연결 방법.
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