KR20150044708A

KR20150044708A - 순환 배양 시스템

Info

Publication number: KR20150044708A
Application number: KR20130124108A
Authority: KR
Inventors: 정초록; 임정화; 임동수
Original assignee: 한국생명공학연구원
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-27
Also published as: KR101566083B1

Abstract

본 발명은 복수개의 이중배양용기; 상기 복수개의 배양용기가 상호 연결되도록 이웃하는 각각의 배양용기를 연결하며, 양 말단에 배치되는 한 쌍의 배양용기를 연결하는 순환관; 상기 순환관에 연결설치되어, 상기 순환관을 따라 유체를 상기 배양용기에 공급하는 펌프; 상기 펌프를 구동하는 펌프구동수단; 상기 배양용기에 설치되어 배양과정에서 상기 배양용기의 변화되는 중량값을 측정하는 중량센서; 및 상기 중량센서에서 측정되는 신호에 따라 선택적으로 어느 하나의 상기 펌프구동수단을 작동시키는 유량제어수단; 을 포함하는 순환 배양 시스템에 관한 것이다.

Description

순환 배양 시스템{circulating culture system}

본 발명은 순환 배양 시스템에 관한 것으로, 3차원 배양이 가능한 복수개의 이중배양용기를 순환관으로 연결하여 원하는 순환관과 유량을 설정하고 선택적으로 제어하여 배양액을 순환시킬 수 있는 순환 배양 시스템에 관한 것이다.

의료기술 및 생명공학 기술이 급속히 발전되면서 세포수준에서 생명활동을 관찰하고 특성을 부여하는 기술인 세포공학에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 세포배양기술로 배양한 세포는 세포가 2차원 방향으로 퍼진 단층세포이기 때문에, 생체 내와 동등한 3차원 조직을 구축할 수 없고, 세포가 체내에서 갖고 있는 특이적인 기능을 장시간 유지할 수 없으며, 이에 따라 시뮬레이션의 정밀도가 보장되지 않는 문제가 있다.

최근에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 생체 내와 동등한 기능을 갖는 세포의 3차원 조직인 스페로이드의 배양이 주목을 받고 있다. 특히, 줄기 세포 기술이 발전함에 따라 배아줄기세포를 3차원으로 스페로이드 배양하여 각종 분화 기전의 연구에 응용하기 위한 여러가지 방법이 시도되고 있다.

예를 들어, 바닥면이 깔대기 형상인 웰에 복수의 단일세포를 파종하고, 바닥면에 상기 단일세포를 응집 및 분열 시켜서 스페로이드를 배양하는 기술(일본 특개평 6-327462호)이 있다. 그러나, 상기 기술은 배양에 의해 생기는 스페로이드의 터전이 없고, 세포배양구조체 또는 세포배양용기에 스페로이드가 고정되기 어렵다. 그렇기 때문에, 배지교환 시에, 스페로이드가 배지와 함께 없어지거나 배지 교환 작업이 상당히 번잡해져서 양호한 배양환경을 유지하는 것이 어려워지는 문제가 있었다.

따라서, 양호한 배양환경을 유지하면서, 생체와 유사한 배양조건을 제공하고, 3차원배양과 순환배양을 동시에 제공할 수 있는 특정 기구가 필요한 실정이다.

KR 10-1235378 (등록번호)

본 발명은 3차원 배양이 가능한 복수개의 이중배양용기를 순환관으로 연결하여 원하는 순환관과 유량을 설정하고 선택적으로 제어하여 배양액을 순환시킬 수 있는 순환 배양 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 복수개의 이중배양용기; 상기 복수개의 이중배양용기가 상호 연결되도록 이웃하는 각각의 이중배양용기를 연결하며, 양말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기를 연결하는 순환관; 상기 순환관에 연결설치되어, 상기 순환관을 따라 유체를 상기 이중배양용기에 공급하는 펌프; 상기 펌프를 구동하는 펌프구동수단; 상기 이중배양용기에 설치되어 배양과정에서 상기 이중배양용기의 변화되는 중량값을 측정하는 중량센서; 및 상기 중량센서에서 측정되는 신호에 따라 선택적으로 어느 하나의 상기 펌프구동수단을 작동시키는 유량제어수단; 을 포함하는 순환 배양 시스템을 제공한다.

본 발명은 3차원 배양이 가능하여 생체와 유사한 배양조건을 제공할 수 있으며, 배양액의 순환을 순차적, 선택적 및 정량적으로 제어하여 순환할 수 있다.

또한, 본 발명은 세포배양뿐만 아니라 각종 실험실이나 화학 제품의 생산 공장, 폐수 처리 시설 등과 같은 순환 장치에서 다양한 종류의 액체 이송을 순차적, 선택적 및 정량적으로 제어하는 장치에 활용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 배양 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 배양 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배양용기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배양용기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배양용기의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 배양 시스템을 이용하여 여러가지 세포를 배양한 결과물을 나타낸 도면이다.

본 발명은 순환 배양 시스템에 관한 것으로, 복수개의 이중배양용기; 상기 복수개의 이중배양용기가 상호 연결되도록 이웃하는 각각의 이중배양용기를 연결하며, 양말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기를 연결하는 순환관; 상기 순환관에 연결설치되어, 상기 순환관을 따라 유체를 상기 이중배양용기에 공급하는 펌프; 상기 펌프를 구동하는 펌프구동수단; 상기 이중배양용기에 설치되어 배양과정에서 상기 이중배양용기의 변화되는 중량값을 측정하는 중량센서; 및 상기 중량센서에서 측정되는 신호에 따라 선택적으로 어느 하나의 상기 펌프구동수단을 작동시키는 유량제어수단; 를 포함한다.

여기서 양 말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기라 함은, 복수개의 이중배양용기들 중에서 최외측에 배치되어 있는 한 쌍의 이중배양용기를 의미한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 복수개의 순환관 중에 원하는 순환관을 선택적으로 제어할 수 있는 순환 배양 시스템에 관한 것이다.

특히, 상기 이중배양용기의 일측면에 형성되어 내부로 유체를 유입시키는 유입구 및 상기 이중배양용기의 타측면에 형성되어 내부로 유입된 유체를 배출하는 유출구를 포함하며, 상기 순환관의 일측은 상기 이중배양용기의 유입구와 연결되며, 타측은 이웃하는 이중배양용기의 상기 유출구와 연결되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여, 양말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기를 연결하는 순환관은 적어도 하나의 유체차단밸브를 포함할 수 있으며, 상기 순환관은 추가로 유량센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 이중배양용기라 함은 세포를 배양할 수 있는 용기일 수 있으며, 사람 또는 동/식물의 세포 및 조직 또는 미생물을 배양할 수 있는 세포 배양부를 의미한다.

특히, 상기 이중배양용기는 상면이 개방되며, 배양액을 담을 수 있는 외부용기; 상기 외부용기의 상단에 결합되어 미생물이 침투하는 것을 방지하는 용기 커버; 및 상기 외부용기 내부에 위치하여 배양액을 담을 수 있고, 상기 외부용기에서 분리 가능한 내부용기; 를 포함하며, 상기 내부용기는 세포부착이 가능한 바닥면 및 메쉬형태의 측면을 포함할 수 있으며, 상기 외부용기 및 상기 내부용기는 각각 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 펌프구동수단, 중량센서 및 유량제어수단에 전원을 공급하는 전원공급수단을 추가로 포함할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 배양 시스템의 구성을 나타낸 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 배양 시스템의 구성을 나타낸 구성도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배양용기의 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배양용기의 단면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중배양용기의 분해 사시도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 배양 시스템을 이용하여 여러가지 세포를 배양한 결과물을 나타낸 도면이다. 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명인 순환 배양 시스템의 구성 및 기능을 상세히 설명한다.

본 발명은 원하는 순환관(200)을 선택적으로 제어하여 배양액을 순환시킬 수 있는 순환 배양 시스템(10)에 관한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 복수개의 이중배양용기(100), 상기 복수개의 이중배양용기(100)가 상호 연결되도록 이웃하는 각각의 이중배양용기(100)를 연결하며, 양말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기(100)를 연결하는 순환관(200), 상기 순환관(200)에 연결설치되어, 상기 순환관(200)을 따라 유체를 상기 이중배양용기(100)에 공급하는 펌프(300), 상기 펌프(300)를 구동하는 펌프구동수단(310), 상기 이중배양용기(100)에 설치되어 배양과정에서 상기 이중배양용기(100)의 변화되는 중량값을 측정하는 중량센서(400) 및 상기 중량센서(400)에서 측정되는 신호에 따라 선택적으로 어느 하나의 상기 펌프구동수단(310)을 작동시키는 유량제어수단(500)을 포함한다.

본 발명에서 이중배양용기(100)라 함은 이중구조의 세포배양용기일 수 있으며, 사람 또는 동/식물의 세포, 조직 또는 미생물을 배양할 수 있는 배양용기일 수 있으며, 어느 하나에 한정하지 않는다.

특히, 본 발명에서 이중배양용기(100), 순환관(200), 펌프(300), 펌프구동수단(310) 및 중량센서(400)는 복수개로 이루어져 있으며, 상기 순환관(200), 펌프(300), 펌프구동수단(310) 및 중량센서(400)는 상기 이중배양용기(100)의 개수와 대응되도록 포함한다.

여기서, 이중배양용기(100)는 유입구(111)와 유출구(112)를 포함하며, 상기 유입구(111)와 유출구(112)는 마주보도록 설치될 수 있다. 일 예로 상기 이중배양용기(100)의 일측면에 유체를 내부로 유입시키는 유입구(111)를 포함하며, 상기 이중배양용기(100)의 타측면에는 유입된 유체를 배출시키는 유출구(112)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일 예로 이중배양용기(100)는 3개를 포함할 수 있으며, 편의상 제1배양용기(101), 제2배양용기(102), 제3배양용기(103)라 한다.

이때, 제1배양용기는 제2배양용기(102)와 순환관(200)에 의해서 연결설치되며, 편의상 상기 제1배양용기(101)와 제2배양용기(102)를 연결하는 순환관(200)은 제1순환관(201)이라 하고, 제2배양용기(102)와 제3배양용기(103)를 연결하는 순환관(200)은 제2순환관(202), 제3배양용기(103)와 제1배양용기(101)를 연결하는 순환관(200)은 제3순환관(203)이라 한다.

특히, 순환관(200)의 일측은 배양용기의 유입구(111)와 연결되며, 상기 순환관(200)의 타측은 이웃하는 배양용기의 유출구(112)와 연결될 수 있다. 일 예로, 제1순환관(201)은 제1배양용기(101)의 유입구(111)와 제2배양용기(102)의 유출구(112)에 연결될 수 있다.

또한, 상기 순환관(200)은 유량센서를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유량센서는 배양액이 배양용기를 순환할 때, 순환되는 배양액의 유량 및 유속을 일정하게 유지하기 위한 것으로, 일 예로 압력저항 밀리리터 유량센서(Pressure Resistant Milliliter Flow Sensor) 일 수 있다.

또한 양 말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기(100)를 연결하는 순환관(200)은 적어도 하나의 유체차단밸브(210)를 포함할 수 있다. 일 예로 제3순환관(203)에 포함될 수 있다.

여기서, 유체차단밸브(210)라 함은 유체의 순환을 차단하기 위한 것으로, 통상적인 스톱 밸브일 수 있다.

이에 더하여, 상기 순환관(200)을 따라 유체를 이중배양용기(100)에 공급하도록 복수개의 이중배양용기(100)의 사이에는 펌프(300)와 상기 펌프(300)를 구동하는 펌프구동수단(310)을 포함할 수 있으며, 순환관(200)에 연결설치될 수 있다. 일 예로 제1순환관(201)은 제1펌프(301)와 연결될 수 있으며, 제2순환관(202)은 제2펌프(302), 제3순환관(203)은 제3펌프(303)를 포함할 수 있다.또한, 일 예로 상기 제1펌프(301)를 구동하는 제1펌프구동수단(311)을 포함할 수 있으며, 제2펌프(302)를 구동하는 제2펌프구동수단(312), 제3펌프(303)를 구동하는 제3펌프구동수단을 포함할 수 있다.

일 예로, 본 발명에서 사용되는 펌프(300)는 피에조펌프일 수 있다. 여기서, 피에조펌프라 함은, 압전현상을 이용하여 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 유체가 유동되도록 할 수 있다. 즉, 피에조펌프는 압전변환기 (piezoelectric transducer)를 사용하여 유체를 가압할 수 있다.

압전변환기에 전압을 가하면, 압전변환기를 이루는 압전 결정이 왜곡되는 전왜효과가 발생한다. 피에조펌프는, 전왜효과에 의하여 압전 결정의 위치가 변경됨으로 인하여 발생되는 기계에너지를 사용하여 유체인 공기를 일정한 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 압전변환기라함은 본 발명에서 펌프구동수단(310)을 의미한다.

특히, 상기 펌프(300)는 펌프구동수단(310)에 의해서 구동되며, 이중배양용기(100)에 설치되어 있는 중량센서(400)에서 측정되어 수신되는 신호에 따라 펌프구동수단(310)이 작동하여 펌프(300)를 구동시킬 수 있다.

상기 중량센서(400)는 이중배양용기(100)에 설치되어 이중배양용기(100) 내의 유체의 중량을 측정하는 센서로 측정된 중량을 전기신호로 변환하여 본 발명의 유량제어수단(500)의 신호처리부로 전달할 수 있다. 이때, 제1배양용기(101)에 설치된 중량센서(400)는 제1중량센서(401), 제2배양용기(102)에 설치된 중량센서(400)는 제2중량센서(402), 제3배양용기(103)에 설치된 중량센서(400)는 제3중량센서(403)라 한다. 본 발명에서, 중량센서(400)의 중량 측정범위는 0.2 내지 130g 일 수 있다.

특히, 본 발명은 유량제어수단(500)을 포함하여, 상기 중량센서(400)에서 측정되는 신호에따라 복수개의 펌프구동수단(310) 중에서 선택적으로 펌프구동수단(310)을 작동시킬 수 있다.

여기서, 유량제어수단(500)이라 함은 상기 중량센서(400)에서 전달된 전기신호를 처리하여 유체의 순환 작동/정지와 순환되는 유체의 양을 제어할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명의 이중배양용기(100)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이중구조의 세포배양용기일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 이중배양용기(100)는 개방되며, 배양액을 담을 수 있는 외부용기(110); 상기 외부용기(110)의 상단에 결합되어 미생물이 침투하는 것을 방지하는 용기 커버(120); 및 상기 외부용기(110) 내부에 위치하여 배양액을 담을 수 있고, 상기 외부용기(110)에서 분리 가능한 내부용기(130); 를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 외부용기(110)는 배양액을 담을 수 있도록 상면이 개방되도록 구성되며, 상기 외부용기(110)의 상단에 결합되는 용기 커버(120)는 미생물이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 외부용기(110)와 용기 커버(120)는 투광성이며, 탄성재질인 합성수지를 사출 또는 블로잉 성형하여 제작될 수 있다.

이때, 배양액은 동물(사람)의 세포주 또는 식물, 미생물 배양의 경우는 목적에 맞는 배지를 사용할 수 있으며, 어느 하나에 한정되는 것은 아니다. 일 예로 동물(사람)의 세포주를 배양하였을 경우에는 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium)을 사용할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명의 이중배양용기(100)는 3차원배양이 가능하도록 한다.

보다 구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 내부용기(130)는 세포부착이 가능한 바닥면과 메쉬형태의 측면을 포함할 수 있다. 본 발명의 내부용기(130)의 측면이 메쉬형태로 형성되어 있어, 상기 측면에도 세포배양이 가능하여, 3차원의 세포배양이 가능할 수 있다. 특히, 본 발명은 3차원의 배양이 가능하여 생체와 유사한(in vivo mimiv) 분위기를 조성할 수 있고, 생체외(in vitro)와 생체내(in vivo) 차이를 줄일 수 있다. 나아가서 본 발명은 동물실험을 줄일 수 있는 방법으로 제시될 수 있다.

이에 더하여, 외부용기(110) 내부에 내부용기(130)가 존재하여, 이종세포 배양시에 혼합되는 것을 방지하는 효과가 발휘될 수 있다.

또한 메쉬형태는 그물망 형태를 하고 있는 것으로서, 외부용기(110) 및 내부용기(130)에서 배양되는 세포의 혼합을 막기 위한 형태라면 특별히 제한되지 않는다.

또한 특정 양태에 따라, 본 발명의 내부용기(130)는 세포부착이 가능한 바닥면 및 측면을 포함하며, 상기 바닥면 및 측면 모두 메쉬형태일 수 있다. 이때는 내부용기(130)의 바닥외부에는 파이브로넥틴(fibronectin)을 코팅하고 내부에는 메틸셀룰로스에 세포를 혼합하여 배양할 수 있다. 이와 같은 구조는 세포의 침투 및 이동력을 관찰하는데 있어 효과가 있다. 또한 외부로 배출되는 신호전달인자들에 의한 영향을 받는지 관찰이 가능하게 하고, 다른 조작이 필요 없이 세포의 침투 및 이동력을 현미경하에서 관찰이 가능할 수 있다.

여기서 파이브로넥틴(fibronectin)은 정상섬유아세포나 내피세포의 표면, 장관상피세포의 기저막면 기타 여러가지 세포의 접착면에 존재하는 당단백질로서 세포외피의 성분을 의미한다. 상기 파이브로넥틴(fibronectin)은 여러가지 기능이 있으나 본 발명에서 배양세포가 페트리접시위에 접착 및 신전하는 것을 촉진하는데에 도움이 된다.

또한 본 발명에 따른 메쉬 형태의 내부용기(130)는 세포가 서로 뭉쳐서 자라는 것을 특징으로 하는 콜로니형성 가능한 세포와 그렇지 않은 단일세포의 분리를 가능하게 하며, 조직으로부터 단일세포의 분리 배양을 수월하게 할 수 있다.

또한 본 발명의 외부용기(110) 및 내부용기(130)의 재질은 상기 외부용기(110) 및 내부용기(130)의 재질은 PS(polystyrene), PP(polypropylene) 및 아크릴(acryl) 중 어느 하나 일 수 있다.

특히 외부용기(110) 및 내부용기(130)는 각각 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 이로 인해 부착세포 및 비부착세포 또는 이종의 비부착세포의 동시배양이 가능할 수 있다.

본 발명의 일 예로 외부용기(110)는 PP(Polypropylene), 내부용기(130)는 PS (Polystyrene)를 사용하였다. 이 때, 외부용기(110)에는 비부착세포가 배양되고 내부용기(130)에는 부착세포가 배양되었다. 또한 배양액으로 세포신호전달인자가 분비되어 상호 작용을 관찰가능하게 할 수 있다.

여기서, 상기 세포신호전달인자는 성장촉진인자(Growth factor), 싸이토카인(cytokine), 혈관 증식인자(VEGF)일 수 있으며, 이러한 목적을 달성하는 세포신호전달인자라면 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.

또한, 본 발명의 외부용기(110)가 PP(Polypropylene) 재질일 경우, 종래의 세포배양접시와 달리 배양기의 강도를 높아져 세척 후 고압멸균하여 재사용이 가능하다. 또한 재사용이 가능하기 때문에 비용 절감의 효과가 있을 뿐 아니라, 부착세포보다 비부착세포의 배양을 수월하게 할 수 있다. 그러나 PP(Polypropylene) 재질일경우, 용기에 부착세포의 부착은 간단한 폴리글리신 코팅으로 가능하므로 외부용기(110) 및 내부용기(130)에 서로다른 부착세포의 동시배양이 가능하며, 당연히 이종의 비부착세포의 배양도 가능하다.

또한 본 발명의 내부용기(130)는 외부용기(110)에서 쉽게 분리할 수 있다. 따라서 내부용기(130)만을 분리하여, 다른 배양 조건으로 이동하기 편리할 수 있으며, 내부용기(130) 및 외부용기(110)의 세포를 각각 수거하기 용이할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명의 이중배양용기(100)는 새포배양에 용이하도록 직경이 5 내지 20 cm 에 높이는 1 내지 3 cm 의 크기로 형성될 수 있으나, 이는 새포배양을 위한 목적을 갖는 배양용기로 특정 크기로 한정되는 것은 아니다. 일 예로 직경이 5 내지 6 cm 에 높이는 1cm 의 이중배양용기를 사용할 수 있으며, 직경이 9 내지 10 cm 에 높이는 1.5 cm 의 이중배양용기를 사용할 수 있다. 또한, 수용부(700)는 이중배양용기(100)를 수용하기 위한 것으로, 이중배양용기(100)의 크기에 따라 정해지는 것으로 이중배양용기(100)를 수용할 수 있는 크기라면 어떠한 크기로 한정하는 것은 아니다.

특정양태로서, 본 발명의 이중배양용기(100)는 가스 공급부(121)를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 가스 공급부(121)는 배양시 필요한 공기가 출입할 수 있도록 구성된 통로이며, 내부에 필터(122)가 구비될 수 있다. 상기 필터(122)는 공기 중에 포함된 미생물이 공기통로 내부에 걸려 이중배양용기(100)의 내부로 유입되지 않고 공기만 출입할 수 있도록 한다.

여기서, 가스 공급부(121)를 통하여 공급되는 가스는 산소 또는 이산화탄소 일 수 있다. 보다 구체적으로 동물 세포인 경우 산소가 필요하고, 식물 세포인 경우 이산화탄소가 필요할 수 있다. 물론, 질소나 그 밖의 가스도 공급이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 가스공급부는 개폐가 가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 유입구(111) 및 유출구(112)에 배양액이 공급 및 배출될 때는 가스공급부를 통해 가스를 공급하게 되고, 유입구(111) 및 유출구(112)에 가스가 공급 및 배출될 때는 가스 공급부(121)를 막아 세포를 배양할 수 있다. 일 예로 가스 공급부(121)를 막을 때는 통상적인 테이프를 사용할 수 있다.

예를 들어 설명하자면, 저산소조건 등과 같은 특수한 조건에서 세포 및 식물 또는 미생물을 배양할 경우는 용기 커버(120)에 구비된 가스 공급부(121)를 차단하고 외부용기(110)의 배양액 주입구 및 유출구(112)를 활용하여 저산소의 혼합 가스 등을 주입 및 배출할 수 있다. 이때, 내부용기(130)를 일반적인 세포 배양부에 넣고 배지를 채운 후 본 발명에서 제공하는 외부용기(110) 담아 3중구조의 배양용기 형태로 구성될 수 있다.

또한 세포 배양부 외부에 배양액 공급 장치 및 가스 공급장치가 연결설치되어 이중배양용기(100) 내부로 배양액 및 가스가 공급될 수 있다. 이 때 가스 공급장치는 통상적인 가스조절기일 수 있으며, 일 예로 헤리슨 가스조절기를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 순환 배양 시스템(10)은 순환부를 통해서 배양액을 순환시킴과 동시에, 세포 배양부내에 온도센서를 구비하고 있어, 세포 또는 조직을 배양하기에 적합한 온도를 설정하여 유지할 수 있다.

일 예로 30 내지 50℃ 또는 40℃로 설정하여 배양액의 온도를 유지시킬 수 있다.

이에 더하여, 본 발명의 순환 배양 시스템(10)은 상기 이중배양용기(100)를 수용할 수 있는 수용부(700)가 추가로 포함되며, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 수용부(700)는 복수개의 이중배양용기(100)를 적층하기에 용이하게 구성되어 있다.

이때, 상기 수용부(700)는 복수개의 세포 배양부를 수용하기 용이하도록 선반형태로 형성될 수 있으며, 상기 세포 배양부의 유입구(111)와 유출구(112)에 대응되는 위치에 홀이 형성될 수 있다. 상기 홀을 통해서 복수개의 세포 배양부가 순환관(200)과 연결하기 용이하도록 형성될 수 있다.

또한, 복수개의 이중배양용기(100) 중 적어도 하나의 이중배양용기(100)는 배양기내부로 유체를 공급할 수 있는 유체공급부가 추가로 설치될 수 있으며, 펌프구동수단(310), 중량센서(400) 및 유량제어수단(500)에 전원을 공급하는 전원공급수단(600)이 추가로 포함될 수 있다.

또한, 본 발명의 유량제어수단(500)은 이 외에 제어시간설정부를 포함하여 제어시간을 설정할 수 있으며, 동작상태부를 포함하여, 순환 배양 시스템(10)의 동작이 완료되면, 정지알람이 발생하고, 펌프(300) 또는 중량센서(400)의 고장이 있을 경우 고장알람이 발생하도록 설정할 수 있다.

이하, 본 발명의 효과에 대해 실험예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.

< 실험예 >

실험예 1. 본 발명의 순환 배양 시스템을 이용하여 각종의 다른 세포배양

본 발명자의 실시예에서 3차원의 배양을 관찰하기 위하여 4종의 세포를 배양하였다.

먼저, 마우스 정상 섬유세포인 NIH 3T3 세포주 (ATCC), 지방전구세포 3T3-L1(ATCC), 사람 신장암 세포 786-o (ATCC) 및 사람의 간암 세포 hepG2(ATCC) 의 4종의 세포를 본 발명의 배양접시에 2차원 배양하였다.

다음으로, 이들을 트립신 (Gibco, USA)으로 처리하여 단일세포로 분리한 다음 5 × 10⁴ cell/ml가 되도록 메틸셀룰로오스(methlycelluose 1.4%, R&D, USA)와 혼합하여 4종의 세포를 본 발명의 배양용기인 이중배양용기(100)에 각각 심어 배양준비를 하였다. 구체적으로, 이중배양용기(100)의 내부용기(130)에 각각 심어 배양준비를 하였다.

그 후 4장의 각각의 이중배양용기(100)를 순환 배양 시스템(10)의 수용부(700)에 수용하여 장착하고, 7mL/min 속도로 배양액을 순환시키면서 37℃, 72 시간 동안 배양하였다. 이후 세포의 생존과 배양상태를 헤마톡실린 (Sigma, USA) 염색하여 배양된 세포를 관찰하였다.

그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 내부용기(130)의 측면에 3차원으로 세포배양된 것을 관찰할 수 있었다.

또한, 본 발명의 세포 배양 시스템을 사용하여 배양액을 순차적, 선택적 또는 정량적으로 제어하여 순환시킴으로써 원할하게 3차원 세포배양을 할 수 있었다

10: 순환 배양 시스템
100: 이중배양용기 101: 제1배양용기
102: 제2배양용기 103: 제3배양용기
110: 외부용기 111: 유입구
112: 유출구
120: 용기 커버
121: 가스 공급부 122: 필터
130: 내부용기
200: 순환관 201: 제1순환관
202: 제2순환관 203: 제3순환관
210: 유체차단밸브
300: 펌프 301: 제1펌프
302: 제2펌프 303: 제3펌프
310: 펌프구동수단 311: 제2펌프구동수단(312)
312: 제2펌프구동수단 313: 제3펌프구동수단
400: 중량센서 401: 제1중량센서
402: 제2중량센서 403: 제3중량센서
500: 유량제어수단
600: 전원공급부
700: 수용부

Claims

복수개의 이중배양용기;
상기 복수개의 이중배양용기가 상호 연결되도록 이웃하는 각각의 이중배양용기를 연결하며, 양말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기를 연결하는 순환관;
상기 순환관에 연결설치되어, 상기 순환관을 따라 유체를 상기 이중배양용기에 공급하는 펌프;
상기 펌프를 구동하는 펌프구동수단;
상기 이중배양용기에 설치되어 배양과정에서 상기 이중배양용기의 변화되는 중량값을 측정하는 중량센서; 및
상기 중량센서에서 측정되는 신호에 따라 선택적으로 어느 하나의 상기 펌프구동수단을 작동시키는 유량제어수단; 을 포함하는 순환 배양 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이중배양용기의 일측면에 형성되어 내부로 유체를 유입시키는 유입구; 및
상기 이중배양용기의 타측면에 형성되어 내부로 유입된 유체를 배출하는 유출구; 를 포함하는 순환 배양 시스템.
제1항에 있어서,
상기 순환관의 일측은 상기 이중배양용기의 유입구와 연결되며, 타측은 이웃하는 이중배양용기의 상기 유출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 순환 배양 시스템.
제1항에 있어서,
상기 양말단에 배치되는 한 쌍의 이중배양용기를 연결하는 순환관은 적어도 하나의 유체차단밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 배양 시스템.
제1항에 있어서,
상기 순환관은 유량센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 배양 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이중배양용기는 상면이 개방되며, 배양액을 담을 수 있는 외부용기;
상기 외부용기의 상단에 결합되어 미생물이 침투하는 것을 방지하는 용기커버; 및
상기 외부용기 내부에 위치하여 배양액을 담을 수 있고, 상기 외부용기에서 분리 가능한 내부용기; 를 포함한 것을 특징으로 하는 순환 배양 시스템.
제6항에 있어서,
상기 내부용기는 세포부착이 가능한 바닥면 및 메쉬형태의 측면을 포함하는 순환 배양 시스템.
제1항에 있어서,
상기 외부용기 및 상기 내부용기는 각각 서로 다른 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 순환 배양 시스템.
제1항에 있어서,
상기 펌프구동수단, 중량센서 및 유량제어수단에 전원을 공급하는 전원공급수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 순환 배양 시스템.