KR20190050523A - 면역세포 진단칩 - Google Patents

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김한별
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Abstract

본 발명은 암환자의 면역세포를 바탕으로, 상기 면역세포의 항원 반응을 분석하여 상기 암환자의 면역기능을 강화하기 위한 면역세포를 제조하기 위한 면역세포 진단칩을 제공한다. 본 발명의 면역세포 진단칩은, 기판과, 상기 기판 상에 배열된 다수의 면역세포 분석유닛을 포함하되, 상기 면역세포 분석유닛은, 상기 면역세포를 포획하는 포획부와, 상기 면역세포가 분비하는 면역활성물질을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.

Description

면역세포 진단칩{Chip for Immunocyte Diagnosis}
본 발명은 암환자의 면역세포를 바탕으로, 상기 면역세포의 항원 반응을 분석하여 상기 암환자의 면역기능을 강화하기 위한 면역세포를 제조하기 위한 면역세포 진단칩에 관한 것이다.
나노바이오칩(nanobiochip)이란 바이오칩에 나노기술이 접목된 것이다. 나노바이오칩 기술은 나노기술(NT)과 생명공학기술(BT)을 결합하여 극미량의 혈액이나 뇨, 타액 등과 같은 실질적인 생체시료로 여러 유전자(DNA, RNA), 단백질, 세포 및 다양한 대사물질을 칩 상에서 여러 센서와 다양한 전처리 기능으로 직접 감지하여, 보다 빠르고 정확한 질병 진단을 가능케 함으로써 인류의 질병퇴치와 건강한 삶의 질적 향상에 혁신적으로 기여할 수 있다. 이러한 나노바이오칩은 마이크로-바이오칩(micro-biochip)에 비해 상대적으로 초소형, 저가격, 고성능, 고집적, 저전력화는 물론 적은 시료의 양과 빠른 반응 시간과 분석시간이 가능하다는 장점을 가지고 이어 차세대 바이오칩으로 주목을 받고 있으며, 생명과학, 의학, 약학, 임상 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 기대되어 빠르게 성장하고 있다.
한편, 암의 치료를 위해서는 외과적 수술, 방사선 치료법, 항암제 치료법 및 면역 치료법 등이 있으나, 이러한 많은 치료법에도 불구하고 임상적 치료효능이 낮은 이유는 재발암의 발생 때문이다. 임상적 난제인 재발암의 주요 원인은 항암 치료에 대한 암세포의 내성 획득과 관련이 있으므로, 효과적인 암 치료를 위해서는 항암 치료법에 대한 암세포의 내성 극복에 대한 연구가 필요하다. 내성 극복에 대한 연구는 내성 관련 유전자 또는 분자축의 규명 및 규명된 유전자 또는 분자축을 이용하여 진단 및 표적화하는 암치료법이 연구되어야 한다.
공개특허공보 US2017/0003288
본 발명자는, 암환자의 면역기능 개선을 통해 암을 극복하는 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 암환자의 신체에서 면역세포를 채취하고, 채취된 면역세포를 근거로 암환자의 암에 효과적으로 작용하는 면역세포를 검출하는 칩을 발명하였고, 이를 통해 암환자의 암에 대항할 수 있는 면역세포를 설계하는 방법을 해결하였다.
따라서 본 발명의 목적은 암환자의 신체에서 면역세포를 채취하고, 채취된 면역세포를 근거로 암환자의 암에 효과적으로 작용하는 면역세포를 검출하는 칩을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
상기 해결하려는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 면역세포 진단칩은, 암환자의 면역세포를 바탕으로, 상기 면역세포의 항원 반응을 분석하여 상기 암환자의 면역기능을 강화하기 위한 면역세포를 제조하기 위한 것으로, 기판과, 상기 기판 상에 배열된 다수의 면역세포 분석유닛을 포함하되, 상기 면역세포 분석유닛은, 상기 면역세포를 포획하는 포획부와, 상기 면역세포가 분비하는 면역활성물질을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.
상기 포획부는 상기 면역세포를 포획하기 위해 상기 면역세포를 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 고정부는 제1 고정핀과 상기 제1 고정핀과 이격되어 위치하는 제2 고정핀을 포함할 수 있다.
상기 면역세포는 상기 제1 고정핀과 상기 제2 고정핀 사이에 포획될 수 있다.
상기 포획부에는 상기 면역세포와 상기 항원이 위치하여, 상기 면역세포와 상기 항원간의 상호 작용이 이루어질 수 있다.
상기 면역세포와 상기 항원 간에 상호작용이 일어나는 경우, 상기 상호작용에 의해 상기 면역활성물질이 분비되고, 상기 면역활성물질은 상기 검출부로 이동할 수 있다.
상기 면역활성물질이 서로 다른 복수의 물질을 포함하는 경우, 상기 검출부는 상기 복수의 물질 각각을 검출할 수 있다.
상기 검출부는 상기 면역활성물질을 인지하는 적어도 하나의 단백질 표지를 포함할 수 있다.
상기 면역세포 분석유닛은 상기 검출부를 복수개 포함하되, 상기 복수개의 검출부 각각은 상기 포획부와 이웃하여 위치할 수 있다.
본 발명에 의할 경우, 암환자의 면역세포를 바탕으로, 상기 면역세포의 항원 반응을 분석하여 상기 암환자의 면역기능을 강화하기 위한 면역세포를 제조하기 위한 면역세포 진단칩이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면역세포 진단칩의 평면도이다.
도 2는 면역세포 진단칩에 포함된 면역세포 분석유닛을 나타낸 것이다.
도 3은 면역세포 분석유닛에 포함된 검출부의 단백질 표지를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는 검출부의 검출 과정을 나타내기 위한 것이다.
도 5는 면역세포를 용해시켜 세포 조성을 분석하는 것을 나타낸 것이다.
도 6은 용해된 면역세포 내의 유전자 양을 증폭시키고 염기서열을 분석하는 것을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따라 면역세포를 포획 및 분석하는 단계를 나타낸 것이다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 면역세포 진단칩을 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면역세포 진단칩의 평면도이고, 도 2는 면역세포 진단칩에 포함된 면역세포 분석유닛을 나타낸 것이고, 도 3은 면역세포 분석유닛에 포함된 검출부의 검출 단백질을 예시적으로 나타낸 것이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 면역세포 진단칩(10)은 암환자의 면역세포를 바탕으로, 상기 면역세포의 항원 반응을 분석하여 암환자의 면역기능을 강화하기 위한 항암 면역세포를 제조하는 방법에 사용되는 것이다. 이를 위해, 면역세포 진단칩(10)은 기판(20), 상기 기판(20) 상에 배열된 다수의 면역세포 분석유닛(100)을 포함할 수 있다. 기판(20)은 예를 들어, 유리로 이루어질 수 있다.
면역세포 진단칩(10) 상에는 암환자로부터 채취한 면역세포가 포획되어, 기판(20) 상에 배열된 면역세포 분석유닛(100) 각각에 분포하게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 면역세포 진단칩(10)의 기판(20) 상에 배열된 다수의 면역세포 분석유닛(100)은 면역세포를 포획하는 포획부(110)와, 면역세포가 분비하는 면역활성물질을 검출하는 검출부(120)를 포함할 수 있다.
한편, 면역세포 분석유닛(100)의 다수의 전도성 패턴(101)으로 이루어질 수 있다. 전도성 패턴(101)은 면역세포 분석유닛(100)에서 전극으로 기능할 수 있다. 전도성 패턴(101)에 의해 면역세포(T-cell)나 면역세포(T-cell)에서 분비된 면역활성물질이 이웃하는 전도성 패턴(101)으로 이동할 수 있다. 전도성 패턴(101)은 전도성 물질로 형성되며, 자석 또는 전도성 고분자 패턴이 부가될 수 있다.등으로 형성될 수 있다. 또한 전도성 패턴은 공지의 패터닝 기술인 마스크를 이용한 패터닝 방법 또는 잉크젯 프린팅 기술 등으로 형성될 수 있다.
계속해서, 포획부(110)는 면역세포(T-cell)를 포획하고, 기판(20) 상에 면역세포(T-cell)를 고정시킨다. 포획부(110)는 다수의 면역세포 분석유닛(100) 각각에 포함된다. 면역세포(T-cell)는 기판(20)의 일측에서 공급되며, 이에 대한 사항은 본 발명의 범위를 넘는 것으로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
포획부(110)는 기판의 일측에서 공급되는 면역세포(T-cell)를 포획하기 위해 면역세포(T-cell)를 고정하는 고정부(111, 112)를 포함할 수 있다. 고정부(111, 112)는 예를들어 고분자 물질, 자석 물질, 광학적 구조물 등의 물질로 형성될 수 있다. 고정부(111, 112)는 면역세포(T-cell)를 효과적으로 포획하기 위해 제1 고정핀(111)과 제2 고정핀(112)을 포함할 수 있다. 제2 고정핀(112)과 제1 고정핀(111)은 서로 이격되어 위치하고 있다.
이때, 제1 고정핀(111)과 제2 고정핀(112)간의 이격 폭은 면역세포(T-cell)가 유입되는 부분에서 가장 넓고, 유입되는 부분에서 멀어질수록 제1 고정핀(111)과 제2 고정핀(112) 간의 이격 폭이 좁아진다. 이에 의해, 면역세포(T-cell)가 보다 효과적으로 포획부(110)에서 포획될 수 있다. 즉, 면역세포(T-cell)는 제1 고정핀(111)과 제2 고정핀(112) 사이에 포획되되, 제1 고정핀(111)과 제2 고정핀(112) 간의 이격 폭이 유입되는 부분에서 멀어질수록 좁아지므로, 포획된 면역세포(T-cell)는 제1 고정핀(111)과 제2 고정핀(112) 사이를 통과하지 못하고, 포획부(110) 상에 고정될 수 있다.
포획부(110)에 면역세포(T-cell)가 포획된 후, 면역세포(T-cell)와 반응하는 항원을 포획부에 공급한다. 항원은 암항원(neo antigen)으로써, 면역세포(T-cell)의 수용체(TCR)와 반응한다. 즉, 면역세포(T-cell)의 수용체와 항원간의 결합에 의해, 면역세포(T-cell)와 항원간의 상호작용이 이루어질 수 있다. 면역세포(T-cell)와 항원간의 상호작용에 의해, 면역세포(T-cell)는 면역활성물질을 분비한다.
한편, 면역세포(T-cell)가 포획부(110)에서 분비한 면역활성물질은 검출부(120)로 이동한다. 검출부(120)에는 면역활성물질을 인지할 수 있는 적어도 하나 이상의 단백질 표지(121)가 위치한다(도 3 및 도 4 참조).
단백질 표지(121)는 면역활성물질에 의해 활성화되는 항체가 포함될 수 있다. 이때, 면역활성물질이 서로 다른 복수의 물질을 포함하는 경우, 검출부(120)가 복수의 물질 각각을 검출할 수 있도록, 단백질 표지(121)는 다수의 단백질을 포함할 수 있다. 서로 다른 복수의 물질 각각은 항체를 활성화시킬 수 있는 물질로써, 단백질 표지(121)에 포함된 다수의 단백질 중 어느 하나의 단백질과 매칭될 수 있다.
한편, 면역세포 분석유닛(100)은 포획부(110)와 이웃하여 위치하는 검출부(120)를 다수개 포함할 수 있다. 검출부(120)가 다수개 포함됨으로써, 면역활성물질은 시간 간격을 두고 검출부(120)에서 검출될 수 있다. 즉, 검출부(120)중 어느 하나에서, 분비된 면역활성물질을 0H(시간)에 검출한다. 그후, 포획부(110)에 수분을 재공급하여, 면역세포에서 분비된 분비물을 용액화한다. 용액 내에는 면역활성물질이 포함되어 있디. 새로이 생성된 면역활성물질을 포함하는 용액을 다른 검출부(120)로 이동시켜 6H 후의 면역활성물질을 검출한다. 이러한 방식으로, 12H, 18H, 24H 후의 면역활성물질을 검출한다. 즉, 다수의 검출부(120)에서 시간의 갭을 두고, 면역활성물질을 검출한다. 이상의 시간의 갭은 어디까지나 예시적인 것이며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이에 의해, 면역세포가 어떤 항원과 결합되었을 때, 가장 면역에 효과적인 면역활성물질을 분비하는지 알 수 있다. 즉, 연구자가 콘트롤 할 수 있는 항원을 바탕으로 인체내의 어떤 면역세포가 특정 항원과 반응하는지 알 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 암환자의 암질환에 효과적인 면역세포를 설계할 수 있다.
한편, 기판(20) 상에 배열된 면역세포 분석유닛(100)의 주변에는 다수의 물질 공급부(300)가 위치할 수 있다. 물질 공급부(300)는 예를 들어, 항원(neo antigen), 세척액, 검출용 항체, 면역세포 용해액, 개시제(primer), 역전사-효소 등을 면역세포 분석유닛(100)에 공급할 수 있다.
계속해서, 도 5를 참조하면, 면역세포를 용해시켜 면역세포의 조성을 분석한다. 분석된 면역세포의 조성은 특정 항원에 특이적인 반응을 하는 항체를 분석할 수 있고, 분석된 자료를 바탕으로 암환자에게 가장 효과적인 항체를 맞춤형으로 설계할 수 있다.
계속해서, 도 6을 참조하면 용해된 면역세포 내에 잔존하는 유전자의 양을 증폭시킨다. 개시제와 역전사 효소등을 활용하여, 기존에 알려져 있는 방식으로, 소량 존재하는 유전자를 증폭시키고 염기서열을 분석한다. 이에 의해, 암환자에게 필요한 면역세포를 설계할 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 면역세포 진단칩(10)을 이용한 면역세포 포획 및 분석 단계를 설명한다.
암환자의 신체로부터 면역세포(T-cell)를 채취한다. 이때, 면역세포는 다양한 종류가 채취될 수 있다. 예를들어 수십 종부터 수천 종까지 채취될 수 있다.
계속해서, 채취된 다수의 면역세포 각각을 상술한 면역세포 진단칩(10)에 포함된 다수의 면역세포 분석유닛(100) 각각에 고정시킨다. 즉, 면역세포 분석유닛(100) 각각은 채취된 다수의 면역세포 각각을 포획할 수 있다(S10).
계속해서 포획된 면역세포와 항원(neo antigen)을 반응시킨다. 보다구체적으로, 구조와 특성이 규명된 20여종 이상의 항원을 면역세포와 반응시킨다. 이때 면역세포와 항원이 반응하는 경우가 있을 것이고, 그렇지 않은 경우도 있을 것이다. 반응이 되는 경우라면, 면역세포는 면역활성물질을 분비할 것이다. 한편, 항원과 결합된 수용체(TCR)를 포함하는 면역세포를 식별(identification)하는 작업을 수행한다. 이에 의해, 특정 항원에 결합하는 면역세포가 식별될 수 있다(S20).
계속해서, 면역세포가 분비하는 면역활성물질을 검출하여, 면역세포가 어떤 항원과 결합되었을 때, 어떠한 면역활성물질을 분비하는지 알 수 있다. 이에 의해 특정 항원에 특이적으로 반응하는 항체의 특성을 확인할 수 있다(S30).
계속해서, 면역세포를 용해시킨다(도 5참조). 용해 후, 면역세포의 조성을 분석한다(S40). 분석된 면역세포의 조성은 특정 항원에 특이적인 반응을 하는 항체를 분석할 수 있고, 분석된 자료를 바탕으로 암환자에게 가장 효과적인 항체를 맞춤형으로 설계할 수 있다.
계속해서, 용해된 면역세포 내에 잔존하는 유전자의 양을 증폭시킨다. 개시제와 역전사 효소등을 활용하여, 기존에 알려져 있는 방식으로, 소량 존재하는 유전자를 증폭시키고 염기서열을 분석한다(S50). 이에 의해, 암환자에게 필요한 면역세포를 설계할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 암환자로부터 다수의 면역세포를 채취하고, 채취된 다수의 면역세포를 동시다발적으로 항원과 반응시켜, 특정 항원에 특이적으로 반응하는 면역세포를 검출하고, 유전자 조작에 의해 면역세포를 설계함으로써, 암환자의 항암치료를 획기적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 수 많은 종류의 면역세포 중에서 항원과 반응하는 면역세포의 수, 상기 면역세포에서 각각 분비하는 단백질 종류와 양, 상기 면역세포의 유전자 염기서열 정보를 한번에 볼 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.

Claims (9)

  1. 암환자의 면역세포를 바탕으로, 상기 면역세포의 항원 반응을 분석하여 상기 암환자의 면역기능을 강화하기 위한 면역세포를 제조하기 위한 면역세포 진단칩에 있어서,
    기판과,
    상기 기판 상에 배열된 다수의 면역세포 분석유닛을 포함하되,
    상기 면역세포 분석유닛은,
    상기 면역세포를 포획하는 포획부와,
    상기 면역세포가 분비하는 면역활성물질을 검출하는 검출부를 포함하는 면역세포 진단칩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 포획부는 상기 면역세포를 포획하기 위해 상기 면역세포를 고정하는 고정부를 포함하는 면역세포 진단칩.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 고정부는 제1 고정핀과 상기 제1 고정핀과 이격되어 위치하는 제2 고정핀을 포함하는 면역세포 진단칩.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 면역세포는 상기 제1 고정핀과 상기 제2 고정핀 사이에 포획되는 면역세포 진단칩.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 포획부에는 상기 면역세포와 상기 항원이 위치하여, 상기 면역세포와 상기 항원간의 상호 작용이 이루어지는 면역세포 진단칩.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 면역세포와 상기 항원 간에 상호작용이 일어나는 경우,
    상기 상호작용에 의해 상기 면역활성물질이 분비되고, 상기 면역활성물질은 상기 검출부로 이동하는 면역세포 진단칩.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 면역활성물질이 서로 다른 복수의 물질을 포함하는 경우, 상기 검출부는 상기 복수의 물질 각각을 검출하는 면역세포 진단칩.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 면역활성물질을 인지하는 적어도 하나의 단백질 표지를 포함하는 면역세포 진단칩.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 면역세포 분석유닛은 상기 검출부를 복수개 포함하되, 상기 복수개의 검출부 각각은 상기 포획부와 이웃하여 위치하는 면역세포 진단칩.



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