KR20240052866A - 세포 배양 장치, 이를 이용한 세포 배양 방법, 이를 포함하는 세포 배양 인큐베이터 및 세포 배양 장치의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 세포 배양 장치, 세포 배양 장치를 사용하여 세포 배양에 영향을 미치는 방법, 세포 배양 장치의 용도, 및 세포 배양 장치를 포함하는 세포 배양 인큐베이터에 관한 것이다.
Description
본 개시는 일반적으로 생명공학 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 세포 배양 장치, 세포 배양 장치를 사용하여 세포 배양에 영향을 미치는 방법, 세포 배양 장치의 용도, 및 세포 배양 장치를 포함하는 세포 배양 인큐베이터에 관한 것이다.
세포 배양(cell culture or cell cultivation)에는 세포의 증식과 생존 능력을 유지하기 위해, 제어된 시험관 내(in vitro) 조건 하에서 생체 외부에서 원하는 유형(들)의 세포를 증식시키는 것이 포함된다. 세포 배양은 세포 생물학, 조직 공학, 생물 의학 공학, 세포 분화 연구, 세포 기반 바이오 센서, 세포-세포 상호 작용, 세포 신호 전달, 세포 이동, 생리학적 및 병태 생리학 연구 등을 포함한 다양한 생명공학 분야에서 널리 사용된다.
배양된 세포에 대해 생성된 환경 조건은 생체 내(in vivo)에서 동일한 세포가 경험하는 조건과 최대한 유사해야 한다. 이는 접시, 스피너 플라스크 및 셰이커 플라스크 등과 같은 대형 용기에서 세포 배양을 수행하여 행할 수 있다. 그러나 이들 용기에 의해 제공되는 세포 배양 조건은 배양되는 세포의 생체 내 환경을 실제로 나타내지는 않는다. 더욱이, 이들 용기는 부피가 크기 때문에, 상당한 양의 시약, 배양 배지, 화학 물질 등을 소모하고, 이에 의해 세포 배양 조건을 제어 및/또는 변경하기가 어렵다.
마이크로 유체 공학의 출현으로, 접착 및 비접착과 같은 다양한 유형의 세포를 균일하고 제어된 시험관 내 조건 하에서 배양하도록 구성된 새로운 장치 및 방법이 개발되었다. 상술한 용기를 기반으로 하는 종래의 세포 배양 방법과 달리, 마이크로 유체 세포 배양 방법은 연속적인 영양(배양액 또는 배지) 공급, 폐기물 제거, 스케쥴의 유연성 및 높은 자동화 기능을 제공할 수 있다. 이들 마이크로 유체법은 유체 소비량이 적고, 그 부피가 적기 때문에, 세포 배양에 소요되는 시간과 비용이 줄어들고, 세포 기반 분석에 특히 흥미로워진다. 마이크로 유체 세포 배양 장치의 주요 목적은 생체 내 세포 마이크로환경을 밀접하게 모방하여, 재현 가능한 결과를 얻기 위해 간소성을 유지하는 것이다.
실리콘제의 2개의 웰을 갖는 실리콘 삽입물로서, 규정의 무세포 갭을 갖는 웰이 이전에 개발되어 있다. 이러한 삽입물은 이동 분석, 2D 침입 분석 및 세포 공배양에 사용하여, 상처 치유를 연구하는 데 적합한 것으로 보고되었다. 이러한 삽입물은 2개의 웰간에 정의된 500μm 무세포 갭을 가지며, 배양 중에 누출이 없고, 삽입물 제거 후 물질이 남지 않는 것으로 개시되어 있다. 삽입물을 페트리 접시 표면에 준비한 후, 삽입물의 웰에 세포를 파종하고, 세포가 페트리 접시 표면에 부착되기를 기다린 후, 삽입물을 제거한다. 세포가 없는 갭이 생성되고, 페트리 접시 표면에 부착된 세포가 남는다. 부착된 세포 위에 배지가 가해지고, 세포 이동과 상처 치유가 연구될 수 있다. 그러나 이러한 삽입물에는 이들 용도를 위해, 예를 들어, 페트리 접시 또는 평평하고 깨끗한 표면이 필요하다.
세포 이동을 연구하는 또 다른 기술은 수용성 생체 적합성 겔을 사용하여 생성된 중앙의 무세포 검출 존을 갖는 웰을 사용하는 것이다. 세포를 웰에 가하고, 세포를 부착시키기 위해 웰을 인큐베이션하고, 세포가 부착하면, 수용성 생체 적합성 겔이 60분 이내에 용해되어, 세포가 각 웰의 중앙에 있는 검출 존으로 이동할 수 있게 된다. 그러나 수용성 생체 적합성 겔을 사용하면, 일부 세포에 독성이 있을 수 있으며, 세포 배양물에 비천연 화합물이 추가될 수 있다.
세포 이동을 연구하기 위한 또 다른 기술은 중앙에 무세포 검출 존을 생성하는 마개 장벽(stopper barrier)을 사용하는 것이다. 마개를 웰 표면에 추가하고, 세포를 마개 주위로 웰에 가하고, 세포를 웰 표면에 부착시키기 위해 세포를 인큐베이션한 후, 마개를 제거하고, 검출 존을 향한 세포 이동은 예를 들어, 웰 아래에서 연구할 수 있다.
그러나 현재 기술의 제한 요인은 낮은 처리량과, 개별 배열로 인해 사용 가능한 액체 처리 시스템 및 이미징 시스템과의 호환성이 없는 점이다. 더욱이, 현재 기술에서는 유체 유동 제어는 불가능하며, 현재 기술은 다양한 자원 설정 및 다양한 세포 기반 분석에 적응할 만큼 유연하지 않다. 또한, 현재 기술로는 마이크로 유체 세포 배양 디바이스 또는 장치(apparatus) 내의 세포 배양물로부터 제어된 방식으로 세포를 제거할 수 없으며, 이에 따라 마이크로 유체 세포 배양 디바이스 또는 장치를 사용하여 상처 치유를 연구할 수 없다. 현재의 마이크로 유체 플랫폼은 마이크로 유체 채널을 방해하기 때문에, 이미징 시스템과의 호환성이 없다고 하는 문제를 겪고 있다.
이 개요는 이하의 상세한 설명에서 더 설명되는, 단순화된 형태로 개념 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 개요는 본 개시의 주요 특징을 특정하는 것을 의도한 것이 아니며, 또한 본 개시의 범위를 제한하기 위해 사용하는 것도 의도한 것이 아니다.
본 개시의 목적은 높은 처리량의 마이크로 유체 세포 배양을 가능하게 하는 기술적 해결책을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 목적은 상처 치유 및/또는 세포, 스페로이드(spheroid) 및/또는 오가노이드(organoid) 형성을 연구할 수 있는 기술적 해결책을 제공하는 것이다.
상기한 목적은 첨부된 청구범위에서의 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 실시 형태 및 예는 종속항, 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 명백해진다.
제1 측면에 따르면, 세포 배양 장치가 제공되며, 이 세포 배양 장치는 하나 이상의 세포 배양 모듈을 포함하며, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈은 다음을 포함한다:
- 각각 상단부와 바닥부를 가지며, 상단부는 배지용 입구를 갖고, 바닥부는 배지용 출구를 갖는 적어도 2개의 배지 저장소(reservoir);
- 제1 챔버와 상기 적어도 2개의 배지 저장소가 제1 방향으로 서로 정렬되도록, 상기 적어도 2개의 배지 저장소 사이에 배치되는 제1 챔버;
- 상기 제1 챔버 아래에 배치되고, 제2 방향으로 상기 제1 챔버와 정렬되는 제2 챔버로서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 0도 초과 90도 이하의 각도를 가지며, 상기 제2 챔버는 적어도 2개의 측면 구멍을 갖는 바닥부를 가지며;
- 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 배치되는 벽 재료로 이루어지는 벽; 및
- 적어도 2개의 유동 채널(flow channel)로서, 각각은 세포 배양 배지를 통과시키도록 구성되고, 적어도 2개의 유동 채널은 각각 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나의 바닥부의 출구를 제2 챔버의 바닥부의 적어도 2개의 측면 구멍 중 하나에 연결하며,
상기 제2 챔버의 바닥벽은 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향과 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어지고, 및/또는 상기 벽의 벽 재료는 상기 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 벽 재료이다.
제2 측면에 따르면, 세포 배양 인큐베이터가 제공되며, 이 세포 배양 인큐베이터는 다음을 포함한다:
- 본 개시에 개시된 바와 같은 세포 배양 장치; 및
- 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈에 있는 적어도 2개의 배지 저장소 각각에 유체 또는 배지를 공급하도록 구성된 피펫팅 스테이션(pipetting station).
제3 측면에 따르면, 세포 배양에 영향을 미치는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
(a) 본 개시에 개시된 세포 배양 장치를 제공하는 단계로서, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈의 각 제2 챔버는 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 포함하고;
(b) i) 상기 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되도록, 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제1 위치에서; 및/또는
ii) 상기 벽이 제2 방향으로 변형되도록, 상기 벽의 제1 챔버측 상의 하나 이상의 제2 위치에서,
하나 이상의 제1 힘을 가하는 단계로서, 이에 의해 세포 배양물의 제1 유형의 세포 중 복수의 세포로부터 적어도 하나의 세포를 제거하여, 제1의 영향을 받은 세포 배양물을 형성한다.
제4 측면에 따르면, 세포 배양물의 분석, 세포 배양을 위한 방법, 및 세포 배양에 영향을 미치기 위한 본 개시에 개시된 세포 배양 장치의 용도가 제공된다.
본 개시의 다른 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명을 읽고, 첨부한 도면을 검토함으로써 명백해질 것이다.
본 개시는 첨부한 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 예시적인 실시 형태에 따라 도 1에 나타내는 장치에 포함된 세포 배양 모듈의 다양한 개략도를 도시한다. 즉, 도 2a는 세포 배양 모듈의 개략적인 사시도를 나타내고, 도 2b는 세포 배양 모듈의 개략적인 측면도를 나타내며, 도 2c는 세포 배양 모듈의 개략적인 평면도를 나타낸다.
도 3은 예시적인 실시 형태에 따라, 도 2b의 타원 A로 구분된 영역 내에서 취한, 세포 배양 모듈의 2개의 유동 채널 중 하나의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 세포 배양 모듈의 하나의 가능한 구현 예를 나타내는 층상 구조의 개략적인 분해도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 예시적인 실시 형태에 따라, 도 1에 나타내는 장치에 포함된 세포 배양 모듈의 다양한 개략도를 도시한다. 즉, 도 5a는 세포 배양 모듈의 개략적인 사시도를 나타내고, 도 5b는 세포 배양 모듈의 개략적인 측면도를 나타내며, 도 5c는 세포 배양 모듈의 개략적인 평면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 나타내는 세포 배양 장치에 포함된 예시적인 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타낸다. 즉, 도 6A는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6b는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내며, 도 6c는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6d는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6e는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6f는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6g는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타낸다.
도 7은 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 인큐베이터의 블록도를 도시한다.
도 8은 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양에 영향을 미치는 방법의 플로차트를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 도 1에 도시된 장치를 사용하여 BBB 모델의 공초점 이미지를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 예시적인 실시 형태에 따라 도 1에 나타내는 장치에 포함된 세포 배양 모듈의 다양한 개략도를 도시한다. 즉, 도 2a는 세포 배양 모듈의 개략적인 사시도를 나타내고, 도 2b는 세포 배양 모듈의 개략적인 측면도를 나타내며, 도 2c는 세포 배양 모듈의 개략적인 평면도를 나타낸다.
도 3은 예시적인 실시 형태에 따라, 도 2b의 타원 A로 구분된 영역 내에서 취한, 세포 배양 모듈의 2개의 유동 채널 중 하나의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 세포 배양 모듈의 하나의 가능한 구현 예를 나타내는 층상 구조의 개략적인 분해도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 예시적인 실시 형태에 따라, 도 1에 나타내는 장치에 포함된 세포 배양 모듈의 다양한 개략도를 도시한다. 즉, 도 5a는 세포 배양 모듈의 개략적인 사시도를 나타내고, 도 5b는 세포 배양 모듈의 개략적인 측면도를 나타내며, 도 5c는 세포 배양 모듈의 개략적인 평면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 나타내는 세포 배양 장치에 포함된 예시적인 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타낸다. 즉, 도 6A는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6b는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내며, 도 6c는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6d는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6e는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6f는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내고, 도 6g는 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 모듈의 개략적인 측단면도(도 2c의 A-A선을 따라 절취함)를 나타낸다.
도 7은 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양 인큐베이터의 블록도를 도시한다.
도 8은 예시적인 실시 형태에 따라 세포 배양에 영향을 미치는 방법의 플로차트를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 도 1에 도시된 장치를 사용하여 BBB 모델의 공초점 이미지를 도시한다.
본 개시의 여러 실시 형태에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 개시는 다른 많은 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하에서 설명하는 어떤 특정한 구조나 기능에 한정되는 것으로 해석해서는 안된다. 대조적으로, 이들 실시 형태는 본 개시의 설명을 상세하고 완전하게 하기 위해 제공된다.
상세한 설명에 따르면, 본 개시의 범위는 이 실시 형태가 독립적으로 구현되거나, 본 개시의 다른 실시 형태와 연계하여 구현되는지 여부에 관계없이 본 명세서에 개시되는 그의 임의의 실시 형태를 포함하는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 장치 및/또는 방법은 본 명세서에 제공된 임의의 수의 실시 형태를 사용하여 실제로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시의 임의의 실시형태는 첨부된 청구범위에 제시된 요소 중 하나 또는 그 이상을 사용하여 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 "예시적인(exemplary)"이라는 단어는 "예시로서 사용된다(used as an illustration)"라는 의미로 사용된다. 달리 명시하지 않는 한, 본 명세서에서 "예시적"으로 설명된 실시 형태는 다른 실시 형태보다 바람직하거나 이점을 갖는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서는 도면에 따라 하나 또는 그 이상의 다른 요소 또는 특징에 대한 하나의 요소 또는 특징의 관계를 설명하기 위해, 편의상 "왼쪽", "오른쪽", "상부", "바닥", "위(above)", "아래(under)", "정점(apical)", "기저(basal)" 등과 같은 임의의 위치 결정 용어를 사용할 수 있다. 위치 결정 용어는 도면에 도시된 방향(들)에 더하여, 본 명세서에 개시된 구조 및 장치의 다양한 방향을 포함하도록 의도된다는 것이 명백하다. 예를 들어, 도면의 구조나 장치를 상상력으로 시계 방향으로 90도 회전하면, 다른 요소나 특징에 대해 "상부" 및 "바닥"으로 설명된 요소나 특징은 다른 요소나 특징에 대해 각각 "오른쪽" 및 "왼쪽" 방향으로 배향되게 된다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 위치 결정 용어는 본 개시를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한, 본 명세서에서는 "제1", "제2" 등과 같은 수치 용어가 다양한 실시 형태, 요소 또는 특징을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 실시 형태, 요소 또는 특징은 이들 수치 용어에 의해 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 이 수치 용어는 본 명세서에서는 어떤 실시 형태, 요소 또는 특징을 다른 실시형태, 요소 또는 특징과 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 교시로부터 벗어나지 않고, 이하에 설명되는 제1 챔버를 제2 챔버로 칭할 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 세포는 식물 세포, 동물 세포(예를 들어, 포유동물 세포), 박테리아 세포, 진균 세포 등과 같은 생물학적 세포를 의미할 수 있다. 포유동물 세포는 예를 들어, 인간, 마우스, 말, 염소, 양, 소, 영장류 등으로부터 유래될 수 있다.
본 명세서 및 이하에 개시된 "오가노이드(organoid)"라는 용어는 구조 및 기능의 관점에서 적어도 부분적으로 기관의 미세 해부학적 구조와 유사한 3D로 증식시킨 세포의 소형 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서 및 이하에 개시된 "스페로이드(spheroid)"라는 용어는 부유하는 세포 응집체를 의미할 수 있고, 저부착 배양 환경 내에서 세포의 다세포 혼합물에 의해 형성될 수 있다.
본 명세서 및 이하에 개시된 바와 같이, 증식 배지로도 불리는 세포 배양 배지는 인공 환경, 즉 시험관 내에서 세포 증식을 지지하도록 설계된 액체, 현탁액 또는 겔을 의미할 수 있다. 다양한 유형의 세포 증식에 적합한 다양한 유형의 세포 배양 배지가 있다. 일반적으로, 세포 배양 배지는 천연 배지와 합성 배지의 두 가지 주요한 카테고리로 나눌 수 있다. 천연 배지는 조직 추출물이나, 혈장, 림프, 혈청과 같은 동물 체액에서 유래하는 배지이다. 합성 배지는 다양한 유기 및 무기 화합물을 사용하여 만들어진 배지이다. 더욱이, 세포 배양 배지 자체는 세포, 세포체(예를 들어, 오가노이드), 천연 또는 인공(예를 들어, 다양한 설계의 엑소좀 미세소포, 액포, 미셀 또는 지질 입자, 바이러스 입자, 나노 입자 등을 포함)을 포함하는 지질 입자를 포함할 수 있다.
본 명세서 및 이하에 개시된 바와 같이, 세포 배양 장치는 유체(즉, 배양 배지)가 유동 채널(마이크로채널)을 통한 흐름에 있어서 마이크로 유체 거동을 나타내는 유동 채널(마이크로채널)에 의해 연결된 다양한 웰(예를 들어, 저장소, 챔버 등)을 갖는 장치를 의미할 수 있다. 이러한 세포 배양 장치는 이 기술 분야에서 마이크로유체 칩이라고도 불린다. 세포 배양 장치에 의해 실행되는 마이크로유체 세포 배양은 일반적으로 마이크로스케일의 유체 부피에서의 세포 배양, 유지 및 섭동(perturbation)과 관련된다. 마이크로 유체 세포 배양이 인기를 얻는 이유의 배경에는 경제적 및 과학적의 양쪽 측면이 있다. 본 명세서에 개시된 세포 배양 장치는 시험관 내 세포 배양의 이점(고처리량, 병행 실험, 실험은 실험자의 재량에 따라 수행될 수 있으며, 전문적인 인프라 및 인력이 필요하지 않음 등)과 생체 내 세포 배양의 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 마우스 모델에서 약물은 실제로 인간이 아닌 마우스를 위해 선택된다. 인간 세포를 사용하여, 인간에 대한 약물을 스크리닝한다. 따라서, 인간화 마이크로 유체 세포 및 조직 배양물을 사용하여 약물 후보를 스크리닝하면, 전임상 시험 시간이 단축되고, 임상 시험에 들어가는 약물은 인간에게 더 적합한 것이 된다. 이를 통해 부작용 가능성을 줄이고, 유효성을 보여줄 확률을 높여 임상 시험에서의 실패를 줄일 수 있다.
본 명세서 및 이하에 개시된 바와 같이, 세포 배양 장치의 각 마이크로채널은 유동 채널로도 지칭되며, 수력학적 직경이 1mm 미만이고, 세포 배양 장치의 웰을 유동적으로 연결하는 데 사용되는 서브 밀리미터 규모의 채널과 관련될 수 있다. 달리 말하면, 마이크로채널 또는 유동 채널은 일반적으로 예를 들어, 배양 배지(예, 세포 현탁액), 물, 시약 또는 겔과 같은 다양한 유체를 마이크로 스케일의 부피로 통과시키도록 구성된 채널을 의미한다. 마이크로채널은 특정 용도에 따라 적절한 유동 특성(예를 들어, 유량)을 갖도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 유동 채널은 직사각형, 예를 들어, 정사각형 또는 둥근 단면을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 직선형, 굴곡상, 또는 필요한 방향을 향해 기울어져 있을 수 있다.
정점 및 기저 챔버는 내부에 형성된 관통 기공(through pores)을 포함하는 벽, 또는 내부에 관통 기공이 형성되어 있지 않는 벽으로 분리되어 있다.
지금까지 알려진 벽 기반 세포 배양 장치는 처리량이 낮고, 사용 가능한 액체 처리 시스템(예를 들면, 마이크로타이터 플레이트 포맷) 및 이미징 시스템과의 호환성이 없다고 하는 문제가 있다. 더욱이, 그러한 장치에서의 유동 제어는 종종 하나의 방법으로 한정되는 경우가 많고, 다른 리소스 설정에 적응할 만큼 충분히 유연하지 않다. 게다가, 이미 알려진 세포 배양 장치에서는 매우 높은 세포 농도, 액체 흐름 제어 및 세포 배양 장치의 반전을 통해서만, 다공성 벽의 기저(즉, 바닥부) 표면에의 세포 침착이 가능하다.
본 개시에 개시된 세포 배양 장치는 선행 기술의 단점을 경감하고, 심지어 배제할 수 있는 기술적 해결책을 제공한다. 특히, 본 명세서에 개시된 기술적 해결책은 하나 또는 그 이상의 세포 배양 모듈을 포함하는 세포 배양 장치를 제공한다.
일 측면에서, 하나 이상의 세포 배양 모듈을 포함하는 세포 배양 장치가 제공되며, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈은 다음을 포함한다{one or more cell culture modules, each cell culture module of the one or more cell culture modules comprising:
one or more cell culture modules, each cell culture module of the one or more cell culture modules comprising: 영문에 중복 기재되어 있음}:
- 각각 상단부와 바닥부를 가지며, 상단부는 배지용 입구를 갖고, 바닥부는 배지용 출구를 갖는 적어도 2개의 배지 저장소(reservoir);
- 제1 챔버와 상기 적어도 2개의 배지 저장소가 제1 방향으로 서로 정렬되도록, 상기 적어도 2개의 배지 저장소 사이에 배치되는 제1 챔버;
- 상기 제1 챔버 아래에 배치되고, 제2 방향으로 상기 제1 챔버와 정렬되는 제2 챔버로서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 0도 초과 90도 이하의 각도를 가지며, 상기 제2 챔버는 적어도 2개의 측면 구멍을 갖는 바닥부를 가지며;
- 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 배치되는, 벽 재료로 이루어지는 벽; 및
- 적어도 2개의 유동 채널(flow channel)로서, 각각은 세포 배양 배지를 통과시키도록 구성되고, 적어도 2개의 유동 채널은 각각 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나의 바닥부의 출구를 상기 제2 챔버의 바닥부의 적어도 2개의 측면 구멍 중 하나에 연결하며,
상기 제2 챔버의 바닥벽은 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어지고, 및/또는 상기 벽의 벽 재료는 상기 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 벽 재료이다.
세포 배양 장치의 하나 이상의 세포 배양 모듈은 서로 인접하게 배치될 수 있다. 각 세포 배양 모듈은 2개 이상의 유동 채널에 의해 연결된 2개 이상의 배지 저장소를 포함한다. 유동 채널은 정점 챔버(즉, 제1 챔버) 아래에 배치된 기저 챔버(즉, 제2 챔버)를 통과한다. 정점 챔버와 기저 챔버는 내부에 형성된 관통 기공을 포함하는 벽, 또는 내부에 관통 기공이 형성되어 있지 않는 벽으로 분리된다. 이 벽은 내부에 관통 기공이 형성되어 있지 않는 벽일 수 있으며, 따라서 벽의 정점측(즉, 벽의 제1 챔버측)과 벽의 기저측 사이에 유동 연통이 없거나, 또는 상기 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함할 수 있고, 따라서 제1 챔버(즉, 정점 챔버) 및 제2 챔버(즉, 기저 챔버)는 하나 또는 그 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통된다. 따라서, 내부에 형성된 하나 또는 그 이상의 관통 기공을 포함하는 벽은 본 개시에서 막이라 지칭될 수 있다. 이러한 장치 구성에서, 그 장치를 요동 플랫폼(rocking platform) 위에 올려 놓거나, 장치를 공기 펌프에 연결함으로써 각 세포 배양 모듈의 배지 저장소 사이에서 배지의 흐름을 관류 및 조절할 수 있다. 또한, 이렇게 구성된 장치는 균일하고 제어된 시험관 내 조건 하에서, 세포 배양 모듈 내의 다공성 벽의 기저 및 정점 표면에서 동일하거나 다른 유형의 세포를 배양할 수 있다. 장치를 반전시킬 필요 없이, 그리고 배지 중에 고농도의 세포를 사용하지 않고도, 다공성 벽의 기저 표면에 세포를 침착시킬 수 있다.
본 개시에 개시된 장치는 벽의 제1 챔버측 및/또는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 장치의 제2 챔버(벽의 기저측을 포함)에 존재하는 하나 또는 그 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 효율적으로 제거하는 것을 가능하게 할 수 있다. 상기 장치의 제2 챔버(벽의 기저측을 포함)에 존재하는 하나 또는 그 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 제거될 수 있는 위치(들)는 바닥벽의 바닥측 및/또는 상기 벽의 제1 챔버측에 가해진 힘(들)에 응답하여, 힘이 제2 챔버의 벽 및/또는 바닥벽을 제2 및/또는 제3 방향으로 이동시키는 위치(들)에 대응할 수 있다. 따라서, 본 개시에 개시된 장치는 예를 들어, 그 장치의 제2 챔버에 존재하는 세포 배양물의 세포 이동 및/또는 상처 치유를 조사하는 데 사용될 수 있다.
이 장치는 하나 이상의 세포 배양 모듈을 포함한다. 상기 장치가 2개 이상의 세포 배양 모듈을 포함하는 경우, 2개 이상의 세포 배양 모듈은 서로 인접하게 배치될 수 있다.
이러한 구성을 통해, 세포 배양 장치는 균일하고 제어된 시험관 내 조건 하에서, 세포 배양 모듈의 다공성 벽의 기저(즉, 바닥) 표면에서 동일하거나 다른 유형의 세포를 배양할 수 있다. 더욱이, 다공성 벽의 기저 표면에 대한 세포의 침착은 장치를 반전시키거나 배지 중에 고농도의 세포를 사용하여 세포를 결합시키고 벽을 덮을 필요 없이 제공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 "제1 방향에 대해 0도 초과 90도 이하의 각도를 갖는 제2 방향"이란, 제1 방향과 직교할 수 있는 제2 방향, 또는 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도가 0도보다 크고 90도보다 작은 것을 말한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 방향은 제1 방향에 대해 대략 수직일 수 있다. 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도는 예를 들어, 약 90도이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 장치는 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈에서, 적어도 2개의 유동 채널과 제2 챔버를 통해 적어도 2개의 배지 저장소 사이에서 배지가 흐르게 하도록 구성된 유동 구동 유닛을 더 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버의 바닥벽의 탄성 바닥벽 재료는 실리콘이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버의 바닥벽의 탄성 바닥벽 재료는 폴리디메틸실록산이고, 탄성 바닥벽의 두께는 8 내지 200μm이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버의 바닥벽은 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 제3 방향으로 12 내지 300μm 변형되도록 구성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 장치는 서로 인접하게 배치된 복수의 세포 배양 모듈을 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 힘은 공기압, 핀, 스트립 또는 임의의 돌기를 사용하여 가해지는 힘이다. 탄성 바닥벽 재료(따라서, 제2 챔버의 바닥벽) 및/또는 탄성벽 재료(따라서, 벽)의 변형은 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 및/또는 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘이 탄성 바닥벽 재료(즉, 바닥벽) 및/또는 탄성 벽 재료(즉, 벽)를 변형시키는 한, 가해지는 임의의 힘에 의해 발생될 수 있다. 바람직하게는 상기 힘에 의해 바닥벽 및 벽이 파괴되지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 세포 배양 모듈은 벽의 정점측 또는 기저측 상의 벽에 부착되어 그로부터 돌출되거나, 또는 제2 챔버의 바닥벽의 상부측에 부착되어 그로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기를 더 포함한다. 이들 실시 형태는 벽의 제1 챔버측 및/또는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 더욱 효율적으로 제거하는 것을 가능하게 할 수 있다. 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 제거될 수 있는 위치(들)는 바닥벽의 바닥측 및/또는 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘(들)에 응답하여, 하나 이상의 돌기가 제2 및/또는 제3 방향으로 이동하는 위치(들)에 대응할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 또는 조합하여 하나 이상의 돌기를 이동시키지 않는 벽의 제1 챔버측에 힘(들)이 가해지는 경우, 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 또는 벽의 제1 챔버측이 변형되는 위치(들)에 대응하는 위치(들)에서 제거될 수 있다. 영향을 받은 세포 배양물을 얻을 수 있고, 이를 예를 들어, 세포 이동 및/또는 상처 치유 연구에서 조사될 수 있다. 또한, 하나 이상의 돌기의 위치(들)에 따라, 하나 이상의 돌기는 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 특정 위치에서 제거할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 세포 배양 상에서 오가노이드를 형성하기 위한 슬롯(제거된 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 위치에 해당)을 생성하기 위한 새로운 가능성이 열린다.
추가적으로 또는 대안적으로, 세포 배양 모듈은 벽의 정점측에서 벽에 부착되고 벽으로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기를 더 포함한다. 벽의 정점측에서 벽에 부착되고 벽으로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기를 가짐으로써, 막힘 없는 유체 흐름 경로를 제공하고 층류를 유지하며, 이는 마이크로 유체 배양의 기능을 유지하는 데 필수적일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 세포 배양 모듈은 벽의 기저측에서 벽에 부착되고 벽으로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기를 더 포함한다. 이러한 실시 형태는 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 훨씬 더 효율적으로 제거할 수 있게 할 수 있으며, 특히 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 제2 챔버의 바닥벽의 상부측(즉, 제2 챔버의 바닥벽의 상부 표면)에 있다. 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 벽의 변형으로 인해 하나 이상의 돌기가 벽과 함께 이동하여 제거될 수 있다. 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 제거될 수 있는 위치(들)는 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘(들)에 응답하여, 하나 이상의 돌기가 제2 방향으로 이동하는 위치(들)에 대응할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 힘(들)이 가해지는 경우(즉, 하나 이상의 돌기가 이동하지 않을 수 있음), 상기 장치의 제2 챔버(특히 제2 챔버의 바닥벽의 상부측 상)에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 바닥벽의 변형에 응답하여 제2 챔버의 바닥벽과 함께 이동할 때, 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 이동되는(제3 방향으로) 위치(들)에 해당하는 위치(들)에서 제거될 수 있다. 영향을 받은 세포 배양물을 얻을 수 있고, 이를 예를 들어, 세포 이동 및/또는 상처 치유 연구에서 조사할 수 있다. 또한, 하나 이상의 돌기의 위치(들)에 따라, 하나 이상의 돌기는 특정 위치에서 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 제거할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 세포 배양물에서 오가노이드를 형성하기 위한 슬롯(제거된 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 위치에 해당)을 생성하기 위한 새로운 가능성이 열린다.
추가적으로 또는 대안적으로, 세포 배양 모듈은 제2 챔버의 바닥벽 상부측에 부착되어 그로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기를 더 포함한다. 이들 실시 형태는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를, 특히 벽의 기저측 상의 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 훨씬 더 효율적으로 제거할 수 있게 할 수 있으며, 이에 의해, 예를 들어, 세포 이동 및/또는 상처 치유 연구에서 조사할 수 있는 영향을 받은 세포 배양물이 얻어진다. 다시 말하지만, 벽의 기저측 상의 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 제거되는 위치(들)는 하나 이상의 돌기가 이들이 부착되어 있는 제2 챔버의 바닥벽과 함께 이동할 때 이동하는 위치에 해당한다. 또한, 하나 이상의 돌기의 위치(들)에 따라, 하나 이상의 돌기는 특정 위치에서 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 제거할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 세포 배양물에서 오가노이드를 형성하기 위한 슬롯(제거된 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 위치에 해당)을 생성하기 위한 새로운 가능성이 열린다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 돌기는 복수의 돌기이다. 실시 형태에서, 복수의 돌기는 2-16개의 돌기이다. 벽의 정점측 또는 기저측의 벽에 부착되어 그로부터 돌출되어 있거나, 또는 제2 챔버의 바닥벽의 상부측에 부착되어 그로부터 돌출되어 있는 복수의 돌기에 의해, 더 많은 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 동시에 제거하는 것이 가능해질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 복수의 돌기의 위치에 따라, 바닥벽의 바닥측 및/또는 벽의 제1 챔버측에 가해지는 제1 힘에 응답하여, 복수의 돌기 중 하나가 먼저 상기 장치의 제2 챔버의 제1 위치에서 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 제거한 후, 바닥벽의 바닥측 및/또는 벽의 제1 챔버측에 가해지는 제2 힘에 응답하여, 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 제2 위치에서 제거될 수 있다. 따라서, 복수의 돌기 중 하나 이상을 개별적으로 사용하여 서로 다른 위치에서 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 제거할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 세포 배양물에서 서로 다른 스페로이드의 형성 및/또는 다양한 크기의 오가노이드(돌기의 사이즈가 다른 경우)에 대해, 생성되는 슬롯이 다양한 형상 및/또는 크기를 가질 경우, 다양한 시점에서 슬롯(제거된 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 위치에 해당)을 생성할 수 있는 새로운 가능성이 열린다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단을 더 포함한다. 상기 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단은 근육 조직을 형성하기 위한 근육 세포 등에서 생물학적 물질을 증식시키기 위한 수단으로서 작용할 수 있으며, 따라서, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단은 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상의 세포의 형성을 향상시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단은 각각 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하거나 또는 포함하지 않는 벽의 기저측 또는 제2 챔버의 바닥벽의 상부측에 부착됨을 의미하고, 단, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단이 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 벽의 기저측에 부착되는 경우, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단은 제1 챔버와 제2 챔버가 하나 이상의 관통 기공 중 적어도 하나를 통해 서로 유동 연통하도록 부착되어야 한다. 실시 형태에서, 제2 챔버의 바닥벽은 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 만들어진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단은 2개의 생물학적 물질 증식 수단이다. 상기 2개의 생물학적 물질 증식 수단은 2개의 생물학적 물질 증식 수단 중 하나에서 2개의 생물학적 물질 증식 수단 중 다른 하나로 근육 조직을 형성하기 위한 근육 세포와 같은 생물학적 물질을 증식시키는 수단으로 작용할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단은 각각 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에서 증식되는 적어도 하나의 유형의 세포에 기초하여 선택된 생물학적 물질 증식 수단 재료로 만들어진다. 장치는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에서 배양되는 다양한 유형의 세포용으로 설계될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 각각은 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 열가소성 탄성중합체, 폴리카프로락톤, 질화규소, 구리, 하이드로겔 및 세포외 매트릭스로 이루어진 군 중에서 선택된 생물학적 물질 증식 수단 재료로 만들어진다. 상기 세포외 매트릭스의 예에는 젤라틴, 마트리겔, 콜라겐, 피브로넥틴 및 히알루론산 폴리머가 포함되지만, 이들에 한정되지는 않는다. 장치는 이러한 생물학적 물질 증식 수단 물질을 사용하여, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에서 배양되는 다양한 유형의 세포용으로 설계될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 각각은 적어도 2개의 유동 채널 각각이 서로 유동 연통되도록 제2 챔버에 배치된다. 그렇게 함으로써, 효율적인 흐름 전달이 얻어지고, 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 형성을 향상시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하고, 상기 벽은 제 1 챔버와 제 2 챔버가 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통하도록 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 배치된다. 이러한 실시 형태를 통해, 제1 챔버와 제2 챔버 내의 이러한 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 사이의 상호 작용의 형성으로 인한, 제1 챔버 내의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드와 제2 챔버 내의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 사이의 상호 작용 및 상처 메커니즘을 연구할 수 있게 된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽의 하나 이상의 관통 기공은 0.2μm 내지 200μm 범위 내의 평균 기공 크기를 갖는다. 보다 구체적으로, 기공 크기는 상기 벽에 침착되는 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 크기보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 기공 크기가 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 크기보다 작은 경우, 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 벽의 기저 및 정점 표면 사이를 이동하는 것을 방지할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽 재료는 벽 상에서 증식하는 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 적어도 한 유형을 기반으로 선택된다. 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 유형에 따라 벽 재료를 변경함으로써, 벽의 다양한 특성(예를 들어, 친수성/소수성, 강성, 거칠기, 세포 증식, 부착, 이동성, 생존 가능성 등과 같은 화학적 및 물리적 특성)을 변경할 수 있고, 이를 통해 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 벽 및 기타 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드와 어떻게 상호 작용하는 지를 제어할 수 있다. 이를 고려하면, 상기 벽은 그 위에서 증식하는 특정한 하나 이상의 유형의 세포에 적합할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽 재료는 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 열가소성 엘라스토머, 폴리카프로락톤, 질화규소, 구리, 하이드로겔 및 세포외 매트릭스로 이루어진 군 중에서 선택된다. 상기 세포외 매트릭스의 예에는 젤라틴, 마트리겔, 콜라겐, 피브로넥틴 및 히알루론산 폴리머가 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽에는 내부에 형성된 관통 기공이 없다. 이들 장치는 제2 챔버 및/또는 적어도 2개의 유동 채널에서 세포를 배양하는 것을 가능하게 할 수 있다. 상기 벽에 형성된 관통 기공이 없을 경우, 벽은 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 배치되고, 제1 챔버와 제2 챔버가 서로 유동 연통되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
추가적으로, 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버의 바닥부는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥부 재질로 이루어지며; 상기 제1 챔버는 적어도 2개의 구획과 적어도 하나의 구획 벽을 포함하고, 상기 적어도 2개의 구획은 제1 구획과 제2 구획을 포함하며, 상기 적어도 하나의 구획 벽은 제1 구획과 제2 구획이 서로 유동 연통하도록 제1 구획과 제2 구획 사이에 배치되고; 상기 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 구멍을 포함하고, 상기 벽은 제 1 챔버와 제 2 챔버가 하나 이상의 관통 구멍을 통해 서로 유동 연통하도록 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 배치된다. 제1 구획과 제2 구획 중 적어도 하나는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 수용하기 위한 것일 수 있다. 상기 구획은 제1 구획과 제2 구획이 서로 유동 연통하기 때문에, 구획 내에 구획화된 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 사이의 상호 작용을 연구하는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한, 상기 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하고, 제1 구획 및 제2 구획 중 하나 이상이 관통 기공을 통해 제2 챔버와 유동 연통하기 때문에, 예를 들어, 제2 챔버 내의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드와 제1 및/또는 제2 구획 내의 적어도 한 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 사이의 상호 작용의 형성으로 인한, 제2 챔버 내의 세포와 제1 및/또는 제2 구획 내의 적어도 한 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 사이의 상처 메커니즘을 연구할 수 있다. 예를 들어, 제1 구획에서 형성(또는 제공)된 근육 조직과 제2 구획에서 형성(또는 제공)된 뇌 오가노이드 사이의 신경근 접합부(제1 구획과 제2 구획 사이에 형성됨)의 형성, 및 제2 챔버에서 형성(또는 제공)된 혈관 세포는 연구될 수 있다. 제2 챔버 내에서 형성된(또는 제공된) 혈관 세포는 기관 레벨 기능을 복제하는 데 필수적일 수 있는 내피 장벽을 형성할 수 있다. 이들 실시 형태에서, 벽의 정점측(즉, 벽의 제1 챔버측)에는 벽의 정점측에서 벽에 부착되어 그로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기가 없을 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제1 챔버는 제1 및 제2 구획을 포함하는 적어도 2개의 구획과 추가로 1 내지 3개의 구획을 포함하고, 상기 적어도 하나의 구획 벽은 적어도 2개의 구획이 서로 유동 연통되도록 3 내지 5개의 구획 사이에 배치된 2 내지 5개의 구획 벽을 포함한다. 3 이상의 유형의 세포를 구획에 제공함으로써, 3 이상의 유형의 세포간의 상호 작용을 연구할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 적어도 하나의 구획 벽은 제1 구획과 제2 구획이 서로 유동 연통되도록 벽으로부터 이격되어 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 벽과 구획 벽의 바닥부 사이의 거리가 0 내지 20 μm가 되도록, 또한 제1 구획과 제2 구회이 서로 유동 연통되도록, 구획 벽은 벽으로부터 이격되어 있다. 벽(즉, 벽의 제1 챔버측 또는 벽의 정점측)과 구획 벽의 바닥부 사이의 공간에 의해, 적어도 2개의 구획 중 제1 구획에서의 하나의 제1 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 및 적어도 2개의 구획 중 제2 구획에 서의 제2 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 배양을 가능하게 할 수 있고, 구획 벽의 바닥부와 벽 사이의 공간을 통해 제1 유형과 제2 유형의 세포 사이의 상호작용(들)의 형성을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 상호 작용 연구는 이들 실시 형태의 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 구획 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 구획벽 관통 기공(compartment wall through pores)을 포함하고, 상기 구획 벽은 제1 구획과 제2 구획이 그 구획벽 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 구획과 제2 구획 사이에 배치된다. 하나 이상의 구획 벽 관통 기공은 적어도 2개의 구획 중 제1 구획에서의 하나의 제1 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 및 적어도 2개의 구획 중 제2 구획에서의 하나의 제2 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 배양하는 것 및 하나 이상의 구획벽 관통 기공을 통해 제1 유형의 세포와 제2 유형의 세포 사이의 상호 작용(들)을 형성하는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 상호 작용 연구는 이들 실시 형태의 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 구획벽은 내부에 형성된 하나 이상의 구획벽 관통 기공을 포함하고, 상기 구획벽은 제1 구획과 제2 구획이 하나 이상의 구획벽 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 구획과 제2 구획 사이에 배치되며, 막으로부터 상기 하나 이상의 구획벽 관통 기공 중 적어도 하나의 거리는 20 μm 미만이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 구획벽 중 하나 이상의 구획벽 관통 기공은 0.2 내지 20 μm 범위 내에 속하는 평균 기공 크기를 갖는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽의 벽 재료는 벽의 제1 챔버측에 가해진 힘에 응답하여 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 벽 재료이다. 이들 실시 형태는 상기 벽을 제2 방향, 즉 제2 챔버의 바닥벽을 향해 변형시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 탄성 벽 재료는 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 열가소성 엘라스토머, 폴리카프로락톤, 질화규소, 구리, 하이드로겔 및 세포외 매트릭스로 이루어진 군 중에서 선택된다. 상기 세포외 매트릭스의 예에는 젤라틴, 마트리겔, 콜라겐, 피브로넥틴 및 히알루론산 폴리머가 포함되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽의 제1 챔버측에 가해진 힘에 응답하여 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 벽 재료는 폴리디메틸실록산 및 열가소성 엘라스토머로부터 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽의 제1 챔버측에 가해진 힘에 응답하여 제2 방향으로 변형되도록 구성되는 벽의 벽 재료는 상기 벽의 제1 챔버측에 가해진 힘에 응답하여 제2 방향으로 12 내지 300μm 변형되도록 구성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽의 제1 챔버측에 가해진 힘에 응답하여 제2 방향으로 변형되도록 구성된 벽의 벽 재료는 상기 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 챔버의 바닥벽과 접촉하도록 제2 방향으로 변형되도록 구성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버의 바닥벽은 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 탄성 바닥벽 재료는 투명한 탄성 바닥벽 재료이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버 바닥벽의 탄성 바닥벽 재료는 폴리디메틸실록산이고, 탄성 바닥벽의 두께는 8 내지 200μm이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버의 바닥벽은 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여 제3 방향으로 12 내지 300 μm 변형되도록 구성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 제2 챔버의 바닥벽의 탄성 바닥벽 재료는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여 상기 벽에 접촉되도록 제3 방향으로 변형되도록 구성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈의 제2 챔버는 코팅 물질로 제조된 적어도 하나의 코팅층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 코팅층은 제2 챔버의 내부 표면에 형성되며, 단, 상기 벽이 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 경우, 적어도 하나의 코팅층은 상기 벽의 하나 이상의 관통 기공이 개방된 상태로 유지되도록 제 2 챔버의 내부 표면에 형성된다. 상기 적어도 하나의 코팅층은 세포 접착 강화층일 수 있다. 이 세포 접착 강화층은 I형 콜라겐과 같은 친수성 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 코팅층을 사용하면, 세포가 제2 챔버의 내부 표면에 더욱 효율적으로 부착될 수 있다. 따라서, 이 코팅층에 의해, 실험에 사용되는 세포수가 줄고, 제2 챔버의 내부 표면에 세포를 보다 정확하게 침착시킬 수 있게 된다. 결과적으로, 세포 수가 적다는 것은 세포 사멸이 적다는 것을 의미한다. 즉, 죽은 세포가 아포토시스를 촉진하는 인자를 방출하는 경향이 있기 때문에, 세포 배양물 중의 세포가 더 건강한 것을 의미한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버의 내부 표면에 형성된 적어도 하나의 코팅층은 제2 챔버의 바닥벽의 상부측(즉, 제2 챔버의 바닥벽의 상부 표면)에 형성된다. 이러한 코팅층을 사용하면, 세포는 제2 챔버의 바닥벽 상부측에 더욱 효율적으로 부착될 수 있다. 따라서, 이러한 코팅층에 의해, 실험에 사용되는 세포 수를 줄이고, 제2 챔버의 바닥벽 상부측에 세포를 보다 정확하게 침착시킬 수 있게 된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버의 내부 표면에 형성된 적어도 하나의 코팅층은 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 제공된다. 이러한 코팅층을 사용하면, 세포가 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 더욱 효율적으로 부착될 수 있다. 따라서, 이 코팅층에 의해, 실험에 사용되는 세포 수를 줄이고, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 세포를 보다 정확하게 침착시킬 수 있게 된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 적어도 하나의 코팅층의 코팅 물질은 제2 챔버, 특히 제2 챔버의 내부 표면, 제2 챔버의 바닥벽의 상부측 및/또는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 증식하는 적어도 하나의 유형의 세포에 기초하여 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 적어도 하나의 코팅층은 세포 접착 강화층이고, 이 세포 접착 강화층은 친수성 물질, 예를 들어, I형 콜라겐으로 만들어지나, 이에 한정되지는 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈의 벽은 코팅 물질로 이루어진 적어도 하나의 코팅층을 포함하고, 적어도 하나의 코팅층은 벽에 형성되며, 단 상기 벽이 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 경우, 적어도 하나의 코팅층은 벽의 하나 이상의 관통 기공이 개방된 상태로 유지되도록 벽에 제공되며, 여기서 적어도 하나의 코팅층의 코팅 재료는 벽 상에서 증식되는 적어도 한 유형의 세포에 기준하여 선택된다. 이러한 코팅층을 사용하면, 세포는 하나 이상의 관통 구멍을 포함하거나 또는 포함하지 않는 벽에 보다 효율적으로 부착될 수 있다. 따라서 이 코팅층에 의해, 실험에 사용되는 세포 수를 줄이고, (다공성) 벽에 세포를 보다 정확하게 침착시킬 수 있게 된다. 또한, 세포 수가 적다는 것은 세포 사멸이 적다는 것을 의미한다. 즉, 죽은 세포가 아포토시스를 촉진하는 인자를 방출하는 경향이 있기 때문에, 세포 배양물 중의 세포가 더 건강한 것을 의미한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽에 형성된 적어도 하나의 코팅층은 벽의 제1 챔버측(즉, 벽의 정점 표면)에 제공된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽에 형성된 적어도 하나의 코팅층은 벽의 기저측(즉, 벽의 기저 표면)에 제공된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 적어도 하나의 코팅층의 코팅 물질은 상기 벽에서 증식하는 적어도 한 유형의 세포에 기초하여 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈에서의 적어도 2개의 유동 채널 각각은 코팅 물질로 만들어진 적어도 하나의 코팅층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 코팅층은 적어도 2개의 유동 채널 각각의 내부 표면 상에 형성된다. 상기 적어도 2개의 유동 채널 각각의 내부 표면에 형성되는 적어도 하나의 코팅층은 세포 접착 강화층일 수 있으며, 친수성 물질(예를 들어, I형 콜라겐)로 이루어질 수 있다. 상기 접착 강화층을 사용함으로써, 유동 채널의 측면(제2 챔버 및 다공성 벽의 측면은 물론)에 대한 세포 부착이 더 강해질 수 있고, 모델링되는 조직에 세포 증식이 적절할 수 있으며, 세포 생존력이 더 향상될 수 있다. 적절한 접착 강화층을 선택하는 것도 세포 유형간의 적절한 전달에 중요한 역할을 한다. 따라서, 이 코팅층에 의해, 실험에 사용되는 세포 수를 줄이고, 적어도 2개의 유동 채널 각각의 내부 표면 상에서의 세포의 보다 정확한 침착을 가능하게 할 수 있다. 또한, 세포 수가 적다는 것은 세포 사멸이 적다는 것을 의미한다. 즉, 죽은 세포가 아포토시스를 촉진하는 인자를 방출하는 경향이 있기 때문에, 세포 배양물 중의 세포가 더 건강한 것을 의미한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈의 제1 챔버는 바닥이 없는 중공 튜브로서 구현된다. 이러한 제1 챔버를 사용하면, 세포, 오가노이드 및/또는 스페로이드를 벽(막)의 정점(즉, 상부) 표면에 침착시킬 수 있다. 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 벽(막)의 정점 표면에 침착된 세포, 오가노이드 및/또는 스페로이드는 제2 챔버 또는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에서 벽(막)의 기저 표면에 침착된 세포와 비교하여, 동일하거나 다른 유형일 수 있다. 따라서, 이렇게 구성된 제1 챔버는 세포(세포 (단일)층 등), 오가노이드 및/또는 스페로이드를 벽(막)의 기저 표면 상에, 제2 챔버에 및/또는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 침착시킬 수 있고, 다공성 벽의 정점 표면, 대안적으로 하나 이상의 구획 내 다공성 벽의 정점 표면 및 제2 챔버 내, 벽의 기저 표면, 및/또는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 침착된 세포, 오가노이드 및/또는 스페로이드의 상호 작용을 연구하는 것을 의미한다. 더욱이, 이러한 구성으로 인해, 제1 챔버의 제작이 더 쉽고 저렴해진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈 내의 제1 챔버는 곡선형 또는 각진 바닥을 갖는 중공 튜브로서 구현되고, 상기 곡선형 또는 각진 바닥은 적어도 하나의 제1 챔버 캐비티 및 적어도 하나의 제1 챔버 캐비티 각각에 형성된 적어도 하나의 제1 챔버 구멍을 가지며, 여기에서 제2 챔버의 바닥벽은 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진다. 이들 제1 챔버를 사용하면, 다공성 벽의 정점 표면의 별도 부분에 세포를 침착시키는 것이 가능하다. 제1 챔버의 이러한 구성은 다공성 벽의 정점 표면에서 연구 대상의 유사하거나 다른 입자(예를 들면, 오가노이드 또는 스페로이드)를 형성하고, 다공성 벽의 기저 표면, 제2 챔버 및/또는 제2 챔버 내의 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단, 특히 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 벽을 사용하는 수단 상에 침착된 세포와의 상호 작용을 연구하는 데 특히 유용하다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 곡선형 또는 각진 바닥은 하나 이상의 제1 챔버 캐비티의 하나 이상의 제1 챔버 구멍이 개방된 상태로 유지되도록 외측에서 세포 접착 강화층으로 코팅되고, 상기 세포 접착 강화층은 친수성 물질로 이루어진다. 상기 친수성 물질은 예를 들어, I형 콜라겐일 수 있다. 이러한 코팅층을 사용하면, 세포가 제1 챔버 바닥부의 외측에 응집되고, 다공성 벽의 정점 표면에 더 부착될 수 있다. 따라서, 이 코팅층에 의해, 실험에 사용되는 세포 수를 줄이고, 다공성 벽의 정점 표면에 세포를 보다 정확하게 침착시킬 수 있게 된다. 또한, 세포 수가 적다는 것은 세포 사멸이 적다는 것을 의미한다. 즉, 죽은 세포가 아포토시스를 촉진하는 인자를 방출하는 경향이 있기 때문에, 세포 배양물 중의 세포가 더 건강한 것을 의미한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈의 제2 챔버는 50 내지 350 μm, 75 내지 350 μm, 100 내지 350 μm, 125 내지 350 μm, 150 내지 350 μm, 200 내지 350 μm, 250 내지 350 μm, 300 내지 350 μm, 50 내지 300 μm, 50 내지 250 μm, 50 내지 200 μm, 50 내지 150 μm, 50 내지 100 μm, 및 50 내지 75 μm로부터 선택된 범위 내에 속하는 높이를 갖는다. 이러한 제2 챔버를 사용함으로써, 본 개시에 개시된 세포 배양 장치를 더욱 컴팩트하게 만드는 것이 가능하다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 유동 구동 유닛은 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈에서 유체 또는 배지를 다음 단계에 의해 적어도 2개의 배지 저장소 사이에서 흐르게 하도록 구성된다:
- 적어도 2개의 배지 저장소 각각의 입구에 압축 가스 또는 가압 공기를 공급하는 단계; 또는
- 일정한 시간 간격으로 또는 적어도 2개의 배지 저장소 각각에서의 배지 레벨에 기초하여, 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에서 적어도 2개의 배지 저장소 중 다른 곳으로 배지를 피펫팅하는 단계; 또는
- 하나 이상의 세포 배양 모듈을 주기적으로 요동시키는 단계. 따라서, 현재의 마이크로 유체 세포 배양 장치와는 달리, 본 개시에 개시된 세포 배양 장치는 다른 유량 제어 수단, 즉 공기압 펌프 작동식 유량 제어 및 무펌프 유량 제어(이는 하나 이상의 세포 배양 모듈을 요동시킨 결과 중력에 의해 또는 배지 피펫팅에 의해 제공됨)와 호환될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소 각각은 중공 튜브로서 구현된다. 이러한 구성을 사용하면, 배지 저장소의 제작이 더 쉽고 저렴해진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 적어도 2개의 배지 저장소 각각의 바닥부는 양으로 테이퍼된 프로파일(positively tapered profile)을 갖는다. 이러한 배지 저장소의 구성으로 함으로써, 상기 장치를 기울인 경우라도, 배지 저장소에 수용된 배지를 전부 제2 챔버를 향해 바닥부로 흐르게 할 수 있어, 배지 저장소에 배지가 남지 않도록 할 수 있다. 이는 또한 다공성 벽의 기저 표면에 침착되거나 증식시키는 데 필요한 세포 수를 줄이는 데 도움이 된다. 또한, 배지 저장소의 이러한 구성에 의해, 각 세포 배양 모듈에서 최적의 유량을 달성할 수 있게 된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈은 적어도 2개의 전극을 더 포함하며, 여기서 적어도 2개의 전극 각각은 독립적으로 제1 챔버, 제2 챔버, 2개 이상의 배지 저장소 중 하나 이상, 또는 벽, 또는 이들의 조합에 배치된다. 이들 전극은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 제1 및/또는 제2 챔버 내에 존재하는 근육 세포 또는 신경 세포에 전기 펄스를 공급하는 데 사용될 수 있거나, 또는 다양한 유형의 다른 센서에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 이들 전극은 실시간 경상피/경내피 전기 저항(TEER) 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 신호는 외부 제어 유닛에 의해 읽을 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈은 제1 챔버에 배치된 제1 전극 및 제2 챔버에 배치된 제2 전극을 더 포함한다. 이들 전극은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 제1 및/또는 제2 챔버 내에 존재하는 근육 세포 또는 신경 세포에 전기 펄스를 공급하는 데 사용될 수 있거나, 또는 다양한 유형의 다른 센서에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 이들 전극은 실시간 경상피/경내피 전기 저항(TEER) 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 신호는 외부 제어 유닛에 의해 읽을 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈은 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나 이상에 배치된 제1 전극 및 제1 챔버에 배치된 제2 전극을 더 포함한다. 제1 전극과 제2 전극의 이러한 배열은 예를 들어, TEER 측정을 수행하는 데에도 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈은 제1 챔버에 배치된 적어도 2개의 제3 전극을 더 포함한다. 제3 전극은 제1 챔버 내의 동일 벽 또는 대향하는 벽 상에 배치될 수 있거나, 적어도 2개의 제3 전극 중 하나가 제1 챔버의 벽에 배치될 수 있고, 적어도 2개의 제3 전극 중 다른 하나는 적어도 2개의 구획 사이에 배치된 적어도 하나의 벽 상에 배치될 수 있다. 이들 전극은 제1 챔버 내의 액체/배지 레벨 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 제1 전극과 제2 전극의 이러한 배열은 예를 들어, TEER 측정을 수행하는 데에도 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈은 벽에 매립된 적어도 2개의 제4 전극을 더 포함한다. 이들 전극은 예를 들어, 벽의 정점 및/또는 기저 표면 및/또는 제2 챔버의 바닥벽의 상부측 표면 및/또는 제2 챔버의 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 침착된 세포에 서로 다른 자극 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈은 제1 챔버 또는 제2 챔버 내에 산소 센서, pH 센서 및 CO2 센서 중 적어도 하나를 더 포함한다. 이들 센서에 의해, 세포 거동에 중요한 파라미터를 실시간으로 측정할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 챔버의 바닥부는 적어도 2개의 배지 저장소 각각의 바닥부보다 높게 배치된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 적어도 2개의 유동 채널 각각은 제1 방향에 대해 적어도 부분적으로 경사각도로 연장되고, 이 경사각도는 5도 내지 85도 범위 내에 속한다. 이러한 경사진 유동 채널을 사용하면, 적절한 유동 특성을 얻을 수 있으므로, 제2 챔버로의 세포 전달을 개선할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 벽의 하나 이상의 관통 기공은 0.2μm 내지 200μm 범위 내의 평균 기공 크기를 갖는다. 이 범위 내에서 평균 기공 크기를 변경함으로써, 예를 들어, 벽의 정점 및 기저 표면 중 하나 또는 각각, 제2 챔버 바닥벽의 상부측 표면 및/또는 제2 챔버의 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 침착된 신경 세포 및 근육 세포와 같이 다양한 크기와 유형의 세포의 거동을 연구하는 것이 가능하다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈에 있는 적어도 2개의 유동 채널 각각은 가변 채널 높이 및/또는 가변 채널 폭을 갖는다. 이에 의해, 유동 채널 내에서 배지의 층류 흐름을 더 잘 유지할 수 있게 될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 가변 채널 폭 및/또는 가변 채널 높이는 제2 챔버를 향해 점진적으로 증가한다. 이에 의해, 유동 채널 내에서 배지의 층류 흐름을 더 잘 유지할 수 있게 될 수 있다. 유동 채널의 이러한 구성에 의해, 각 세포 배양 모듈에서의 흐름 특성을 개선할 수 있으며, 이에 의해 제2 챔버로의 세포 및/또는 세포 배양 배지의 전달을 개선하는 것도 가능할 수 있으며, 결과적으로, 벽의 기저 표면, 제2 챔버 바닥벽의 상부측 표면 및/또는 제2 챔버의 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단에서의 세포 형성 및/또는 이들에 대한 세포 부착이 개선될 수 있다. 또한, 하나 이상의 관통 기공(존재하는 경우)을 통해 제1 챔버로의 세포 및/또는 세포 배양 배지의 전달이 개선될 수 있으며, 이에 따라 제1 챔버에서의 세포 스페로이드 및/또는 오가노이드의 형성이 개선될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 유동 채널 각각은 제1 채널 부분 및 제2 채널 부분을 포함하고, 상기 제1 채널 부분은 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나의 바닥부의 출구로부터 연장되어, 제1 방향과 평행하며, 상기 제2 채널 부분은 제1 채널 부분을 제2 챔버의 적어도 2개의 측면 구멍 중 하나에 연결하고, 상기 제2 채널 부분은 제1 방향에 대해 기울어져 있다. 이러한 유동 채널 구성을 통해, 각 세포 배양 모듈 내의 흐름 특성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 제2 챔버로의 세포 전달이 향상된다.
제2 측면에서는 다음을 포함하는 세포 배양 인큐베이터가 제공된다:
본 개시에 개시된 바와 같은 세포 배양 장치; 및
하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소 각각에 유체 또는 배지를 공급하도록 구성된 피펫팅 스테이션. 본 명세서 및 이하에서 사용된 "본 개시에 개시된 세포 배양 장치(cell culture apparatus as disclosed in the present disclosure)"는 제1 측면에 따른 세포 배양 장치를 지칭할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 구성으로, 세포 배양 인큐베이터는 불균일하고 제어된 시험관 내 조건 하에서, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 세포 배양 장치에서 동일하거나 다른 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 배양할 수 있다. 상기 벽의 기저 표면에 적어도 하나의 코팅층으로 코팅된 벽을 포함하는 세포 배양 장치는 세포 배양 장치를 반전시키거나, 또는 세포를 접착시켜서 벽의 기저 표면을 덮기 위해 배지 중에 고농도의 세포를 사용하거나 할 필요없이, 관통 기공을 통해서, 또는 기공을 통하지 않고, 벽의 기저 표면에 세포의 침착을 제공할 수 있다.
제3 측면에서, 세포 배양물에 영향을 미치는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음을 포함한다:
(a) 본 개시에 개시된 세포 배양 장치를 제공하는 단계로서, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 각 제2 챔버는 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 포함하고;
(b) i) 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되도록 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제1 위치에서; 및/또는
ii) 상기 벽이 제2 방향으로 변형되도록 벽의 제1 챔버측 상의 하나 이상의 제2 위치에서, 하나 이상의 제1 힘을 가하고,
이에 의해 세포 배양물의 제1 유형의 세포의 복수의 세포로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제1의 영향을 받은 세포 배양물을 형성한다. 본 명세서 및 이하에서 사용된 "본 개시에 개시된 세포 배양 장치(cell culture apparatus as disclosed in the present disclosure)"는 제1 측면에 따른 세포 배양 장치를 지칭할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 방법에 의해, 세포 배양물 상의 상처에 대응하는 슬롯(세포 배양물의 제1 유형의 세포의 복수의 세포 중 제거된 적어도 하나의 세포의 위치에 대응함)을 생성하고, 예를 들어, 상처가 생긴 후의 세포 이동(그렇게 영향을 받은 세포 배양물이 배양되는 경우)을 분석할 수 있다. 적어도 하나의 세포를 제거하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로 하나 이상의 (제1) 힘을 가하면, 적어도 하나의 세포를 손상시킬 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제1 유형의 세포는 한 가지 유형의 세포일 수도 있고, 다른 유형의 세포일 수도 있다. "복수의 세포(plurality of cells)"는 2개 이상의 세포, 3개 이상의 세포, 일반적으로 100개 초과의 세포, 1000개 초과의 세포, 100 내지 106개의 세포, 또는 훨씬 더 많은 세포일 수 있음을 이해해야 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, (a) 세포 배양 장치를 제공하는 단계는 다음을 포함한다:
- 본 개시에 개시된 바와 같은 세포 배양 장치를 제공하는 단계;
- 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에, 제1 유형의 세포를 포함하는 제1 세포 배양 배지를 제공하는 단계;
- 제1 세포 배양 배지를, 적어도 2개의 배지 저장소 중 상기 하나로부터 제2 챔버를 통해 제1의 사전 정의된 유동 기간 동안, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하는 단계로, 상기 제1의 사전 정의된 유동 기간은 제1 세포 배양 배지에 기초하여 선택되고; 및
- 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하고, 이에 의해 세포 배양 장치의 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 각 제2 챔버에서 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 형성하는 단계로, 상기 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 유형의 세포에 기초하여 선택된다.
대안적으로, 세포 배양물에 영향을 미치는 방법으로서,
(a) 본 개시에 개시된 바와 같은 세포 배양 장치를 제공하는 단계;
- 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 제1 챔버를 통해, 또는 제1 챔버의 제1 구획 또는 제2 구획을 통해 상기 벽의 제1 챔버측을 향해 제5 유형의 세포를 포함하는 제5 세포 배양 배지를 제공하고;
- 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 세포 배양 장치를 인큐베이션하고, 이에 의해 상기 세포 배양 장치의 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 각 제1 챔버 또는 각 제1 또는 제2 구획에, 제5 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 형성하고, 상기 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제5 유형의 세포에 기초하여 선택되고;
- 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에 제1 유형의 세포를 포함하는 제1 세포 배양 배지를 제공하는 단계;
- 제1 세포 배양 배지를, 적어도 2개의 배지 저장소 중 상기 하나로부터 제2 챔버를 통해 제1의 사전 정의된 유동 기간 동안 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하는 단계로, 상기 제1의 사전 정의된 유동 기간은 제1 세포 배양 배지에 기초하여 선택되고; 및
- 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하고, 이에 의해 세포 배양 장치의 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 각 제2 챔버 내에 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 형성하는 단계로, 상기 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 유형의 세포에 기초하여 선택되고;
(b) i) 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되도록 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제1 위치에서, 하나 이상의 제1 힘을 가하고,
이에 의해 세포 배양물의 제1 유형의 세포의 복수의 세포로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제1의 영향을 받은 세포 배양물을 형성한다. 적어도 하나의 세포를 제거하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로 하나 이상의 (제1) 힘을 가하면, 적어도 하나의 세포를 손상시킬 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제1 세포 배양 배지를 유동시키는 것은 유동 구동 유닛에 의해 야기될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 방법은 다음을 더 포함한다:
(c) 제2 유형의 세포를 포함하는 제2 세포 배양 배지를 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에 제공하는 단계;
d) 제2 배양 배지가 적어도 2개의 배지 저장소 중 상기 하나로부터 제2 챔버를 통해 제2의 사전 정의된 유동 기간 동안, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배양 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하는 단계로, 상기 제2의 사전 정의된 유동 기간은 제2 배지를 기준으로 선택되고; 및
(e) 상기 세포 배양 장치를 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안 인큐베이션하여, 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 형성하며, 상기 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 및 제2 유형의 세포에 기초하여 선택된다. 그렇게 함으로써, 생성된 슬롯(세포 배양물의 하나 이상의 유형의 세포의 복수의 세포 중 적어도 하나를 제거한 위치에 해당)에서 동일하거나 다른 유형(즉, 제2 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 동일하거나 상이함)의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 배양할 수 있다. 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 슬롯의 균일하고 제어된 시험관 내 조건 하에서 형성될 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 형성 및/또는 세포 이동 연구에 대한 새로운 가능성이 열린다.
추가적으로 또는 대안적으로, (d)에서, 제1 세포 배양 배지를 유동시키는 것은 유동 구동 유닛에 의해 야기된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 동일하거나 상이하고, (e)에서 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 및 제2 유형의 세포에 기초하여 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 다르며, (e)에서 상기 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 및 제2 유형의 세포에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 오가노이드는 제1 유형의 세포의 두꺼운 세포 배양물의 생성된 슬롯에 제2 유형의 세포를 포함하는 (c)의 제2 세포 배양 배지로부터 형성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 동일하고, (e)에서 상기 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 및 제2 유형의 세포에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 상처 치유 및/또는 세포 이동은 이러한 실시 형태를 사용하여 연구될 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 상기 방법은 다음을 더 포함한다:
- i) 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 있는 하나 이상의 제3 위치에서(하나 이상의 제3 위치는 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되도록 하나 이상의 제1 위치와 상이함); 및/또는
ii) 상기 벽의 제1 챔버측에 있는 하나 이상의 제4 위치에서(하나 이상의 제4 위치는 상기 벽이 제2 방향으로 변형되도록 하나 이상의 제2 위치와 상이함), 하나 이상의 제2 힘이 적용되며, 이에 의해 제1의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제2의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제2의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 형성한다.
슬롯은 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 제거되었을 수 있는 위치(들)에 형성될 수 있다. 상기 위치(들)는 바닥벽의 바닥측 및/또는 벽의 제1 챔버측에 가해지는 하나 이상의 제2 힘에 응답하여, 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되는 위치(들) 및/또는 벽이 제2 방향으로 변형되는 위치(들)에 대응할 수 있다(바닥벽과 벽의 양쪽 모두 또는 어느 한쪽은 하나 이상의 돌기를 가질 수 있고, 따라서 하나 이상의 돌기가 이동하는 장소). 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 또는 하나 이상의 돌기를 조합하여 이동시키지 않는 벽의 제1 챔버측에 힘(들)이 가해지는 경우, 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 또는 벽의 제1 챔버측이 변형되는 위치(들)에 대응하는 위치(들)에서 제거될 수 있다. 제2의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제2의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 얻을 수 있으며, 예를 들어, 세포 이동 및/또는 상처 치유 연구에서 조사될 수 있다. 또한, 임의의 하나 이상의 돌기의 위치(들)에 따라, 하나 이상의 돌기는 상기 장치의 제2 챔버에 존재하는 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 특정 위치에서 제거할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 세포 배양에서 오가노이드를 형성하기 위한 슬롯(제거된 하나 이상의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 위치에 해당)을 생성하기 위한 새로운 가능성이 열린다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 방법은 다음을 더 포함한다:
- i) 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 있는 하나 이상의 제3 위치에서(상기 하나 이상의 제3 위치는 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되도록 하나 이상의 제1 위치와 상이함); 및/또는
ii) 벽의 제1 챔버측에 있는 하나 이상의 제4 위치에서(상기 하나 이상의 제4 위치는 벽이 제2 방향으로 변형되도록 하나 이상의 제2 위치와 상이함), 하나 이상의 제2 힘이 적용되며,
이로써 제1의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제2의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제2의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 형성하는 단계;
- 제3 유형의 세포를 포함하는 제3 세포 배양 배지를 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에 제공하는 단계;
- 제3 배지를, 적어도 2개의 배지 저장소 중 상기 하나로부터 제2 챔버를 통해 제3의 사전 정의된 유동 기간 동안 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하는 단계로, 상기 제3의 사전 정의된 유동 기간은 제3 배지를 기준으로 선택되며; 및
- 제3의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하는 단계로, 상기 제3의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 유형의 세포 및/또는 제3 유형의 세포에 기초하여 선택된다.
그렇게 함으로써, 제1의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물로부터 하나 이상의 세포가 제거되고, 이렇게 형성된 슬롯(들)(세포가 제거되는 위치(들)에 해당)이 제2 및/또는 제3 세포 배양 배지의 세포(즉, 제2 및/또는 제3 유형의 세포)로 채워져 있다. 세포 이동 및/또는 상처 치유에 대한 연구 및/또는 분석이 수행될 수 있다. 또한, 슬롯(들)은 제2 및/또는 제3 유형의 세포로부터 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 형성하기 위한 것일 수 있다. 제3 배지를 유동시키는 것은 유동 구동 유닛에 의해 이루어질 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제3 유형의 세포는 제1 및 제2 유형의 세포와 동일하다. 상처 치유에 대한 연구는 이러한 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1, 제2 및 제3 유형의 세포는 상이하다. 제2 및 제3 유형의 세포와는 다른 2가지 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 형성은 제1의 영향을 받은 세포 배양물 및/또는 제2의 영향을 받은 세포 배양물 및/또는 제2의 영향을 받은 배양된 세포 배양물에서 생성된 슬롯(들)에서 얻어질 수 있다. 예를 들어, 제1 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 제1의 영향을 받은 세포 배양물에서 생성된 슬롯(들) 내의 제2 유형의 세포로부터 형성될 수 있으며, 제2 유형의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 제2의 영향을 받은 배양된 세포 배양물에서 생성된 슬롯(들) 내의 제3 유형의 세포로부터 형성될 수 있다. 생성된 슬롯(들) 내의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드 형성의 다양한 조합이 얻어질 수 있음을 이해해야 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제3 유형의 세포는 제1 및 제2 유형의 세포와 다르고, 상기 제2 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 동일하다. 제1 및 제2 유형의 세포에 대한 상처 치유 및/또는 세포 이동 연구를 수행할 수 있으며, 제3 유형의 세포의 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드의 형성은 제2의 영향을 받은 배양 세포 배양물에서 생성된 슬롯 내에서 얻을 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 배양 배지를, 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나로부터 제2 챔버를 통해 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈에서 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하는 단계는 제1 및/또는 제2 및/또는 제3의 사전 정의된 유동 기간 동안, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소에 양압을 인가하는 단계를 포함한다. 그렇게 함으로써, 각 세포 배양 모듈 내에 적절한 배지의 흐름을 제공할 수 있고, 이에 의해, 각 세포 배양 모듈 내의 다공성 벽 상에서의 세포 배양을 향상시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 배지를, 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나로부터 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 적어도 2개의 배양 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하는 단계는 제1 및/또는 제2 및/또는 제3의 사전 정의된 유동 기간 동안, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에 양압을 적용하는 단계를 포함하고, 그 동안, 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지의 캡을 닫는다. 그렇게 함으로써, 각 세포 배양 모듈에서 적절한 배지 흐름을 제공할 수 있고, 이에 의해 각 세포 배양 모듈 내의 다공성 벽 상에서의 세포 배양을 향상시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소는 제1 배지 저장소 및 제2 배지 저장소를 포함하고, 여기서 제1 및/또는 제2 및/또는 제3의 제2 배지를, 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나로부터 제2 챔버를 통해, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하는 단계는 다음을 포함한다:
제2 배지 저장소를 캡핑하면서, 제1 및/또는 제2 및/또는 제3의 사전 정의된 시간 간격 동안, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 제1 배지 저장소에 제1 양압을 적용하는 단계; 및
제1 배지 저장소를 캡핑하면서, 제1 및/또는 제2 및/또는 제3의 사전 정의된 시간 간격 동안, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 제2 배지 저장소에 제2 양압을 적용하는 단계. 그렇게 함으로써, 각 세포 배양 모듈 내에 적절한 배지의 흐름을 제공할 수 있어, 각 세포 배양 모듈 내의 다공성 벽 상에서의 세포 배양을 향상시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 방법은 다음을 더 포함한다:
하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 제1 챔버를 통해 벽의 제1 챔버측을 향해 제4 유형의 세포를 포함하는 제4 세포 배양 배지를 제공하는 단계; 및
- 제4의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하는 단계로서, 상기 제4의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제4 유형의 세포에 기초하여 선택되고,
여기에서, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하고, 상기 벽은 제1 챔버와 제2 챔버가 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 배치되고, 여기에서, 가해지는 하나 이상의 힘(들) 중 어느 하나는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제1 및/또는 제3 위치에서 가해진다. 이들 실시 형태는 제1 챔버 내의 벽의 제1 챔버측(즉, 벽의 정점측)에서 제4 유형의 세포(예를 들면, 신경 세포)를 배양하고, 제1 유형의 세포(예를 들어, 근육 조직을 형성하기 위한 근육 세포)를 배양하고, 선택적으로 제2 챔버, 특히 제2 챔버의 바닥벽의 상부측 및/또는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 및/또는 벽의 기저(즉, 바닥)측에 있는 제2 및/또는 제3 유형의 세포(예를 들어, 제2 유형의 세포로서 혈관 세포)를 배양하는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상처 치유 메커니즘 및/또는 신경근 접합부 형성은 이들 방법에서 형성된 세포를 사용하여 연구될 수 있다. "가해지는 하나 이상의 힘(들) 중 어느 하나(Any of the applying one or more force(s))"는 하나 이상의 제1 및/또는 제2 힘(들)을 가하는 것을 의미할 수 있다. 제4 세포 배양 배지를 제공하는 단계 및 세포 배양 장치를 인큐베이션하는 단계(즉, 적어도 제4 유형의 세포를 배양하는 단계)는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 있는 하나 이상의 제1 위치에 하나 이상의 제1 힘을 가하기 전에 수행될 수 있다. 그렇게 함으로써, (적용된 임의의 힘(들)으로 인해) 제2 챔버에 슬롯이 생성되기 전에, 제1 챔버에서 제4 유형의 세포를 배양할 수 있고, 따라서 제4 유형의 세포는 슬롯이 생성되기 전에 벽의 제1 챔버측에 스페로이드 및/또는 오가노이드를 형성할 수 있다. 다양한 세포 공배양물을 생성할 수 있으며, 세포 이동 및/또는 상처 치유에 대한 연구 및/또는 분석을 수행할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제4 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 상이하고, 제2 및/또는 제3 유형의 세포가 존재하는 경우, 제4 유형의 세포는 제2 및/또는 제3 유형의 세포와 상이하다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물은 적어도 부분적으로 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 상에 존재하며, 바람직하게는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단은 2개의 생물학적 물질 증식 수단이며, 제1 유형의 세포는 적어도 부분적으로 2개의 생물학적 물질 증식 수단 위 및 사이에 있고, 상기 2개의 생물학적 물질 증식 수단은 이격되어 있으며, 제4 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 다르다. 예를 들어, 제1 유형의 세포는 근육 세포이고, 제4 유형의 세포는 신경 세포이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 방법은 다음을 더 포함한다:
- 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 제1 챔버의 제1 구획을 통해, 벽의 제1 챔버측을 향해 제4 유형의 세포를 포함하는 제4 세포 배양 배지를 제공하는 단계;
- 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 제1 챔버의 제2 구획을 통해, 벽의 제1 챔버측을 향해 제5 유형의 세포를 포함하는 제5 세포 배양 배지를 제공하는 단계; 및
- 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하는 단계로, 상기 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제4 및 제5 유형의 세포에 기초하여 선택되며,
여기서, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하고, 상기 벽은 제1 챔버와 제2 챔버가 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 배치되고,
여기서, 상기 제1 챔버는 적어도 하나의 벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽은 제1 구획부와 제2 구획부가 서로 유동 연통되도록 제1 구획부와 제2 구획부 사이에 배치되고, 하나 이상의 힘(들)을 가하는 단계 중 임의의 단계는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제1 및/또는 제3 위치에서 발생한다.
이러한 실시 형태는 제1 챔버의 제1 구획에 있는 벽의 제1 챔버측(즉, 벽의 정점측)에서 제4 유형의 세포(예를 들면, 신경 세포), 벽의 제1 챔버측(즉, 벽의 정점측)의 제2 구획에 있는 벽의 제1 챔버측에서 제5 유형의 세포(예를 들어, 근육 세포), 및 제2 챔버, 특히 제2 챔버의 바닥벽의 상부측 및/또는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단 및/또는 벽의 기저부(즉, 바닥부)측에서 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 유형의 세포(예를 들어, 제1 유형의 세포는 혈관 세포임)를 배양할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 구획의 신경 세포와 제2 구획의 근육 세포 사이의 신경근 접합부는 인큐베이션 후에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 챔버에서 형성(또는 제공)되는 혈관 세포는 기관 레벨의 기능을 복제하는 데 필수적일 수 있는 내피 장벽을 형성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상처 치유 메커니즘 및/또는 신경근 접합부 형성은 이들 방법에서 형성된 세포를 사용하여 연구될 수 있다. 제4 세포 배양 배지, 제5 세포 배양 배지를 제공하는 단계 및 세포 배양 장치를 인큐베이션하는 단계(즉, 적어도 제4 및 제5 유형의 세포를 배양하는 단계)는 하나 이상의 제1 힘 및/또는 제2 힘을 가하기 전에 수행될 수 있다(제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 있는 하나 이상의 제1 및/또는 제3 위치). 그렇게 함으로써, (하나 이상의 힘이 가해지면서) 제2 챔버에 하나 이상의 슬롯이 생성되기 전에, 제1 및 제2 구획에서 제4 및 제5 유형의 세포를 배양할 수 있게 되고, 따라서, 제4 및 제5 유형의 세포는 슬롯이 생성되기 전에 벽의 제1 챔버측(제1 및 제2 구획에서)에 스페로이드 및/또는 오가노이드를 형성할 수 있다. 다양한 세포 공배양물을 생성할 수 있으며, 세포 이동 및/또는 상처 치유에 대한 연구 및/또는 분석을 수행할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제4 및 제5 세포 배양 배지 중 하나를 제외할 수 있으며, 따라서, 제4 세포 배양 배지 또는 제5 세포 배양 배지만을 각각 제1 구획 또는 제2 구획에 제공할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제4 및/또는 제5 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 다르며, 제2 및/또는 제3 유형의 세포가 존재하는 경우, 제4 및/또는 제5 유형의 세포는 제2 유형 및/또는 제3 유형의 세포와 상이하다. 실시 형태에서, 제4 및 제5 유형의 세포는 제1 유형의 세포와 다르며, 제2 및/또는 제3 유형의 세포가 존재하는 경우, 제4 및 제5 유형의 세포는 제2 및 제3 유형의 세포와 상이하다. 그렇게 함으로써, 제1 구획, 제2 구획 및 제2 챔버 각각에서 서로 다른 유형의 세포, 오가노이드 및/또는 스페로이드를 얻을 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로 힘(들) 중 어느 하나는 공기압, 핀, 스트립 또는 임의의 돌기를 사용하여 가해지는 힘이다. 본 명세서 및 이하에서 사용되는 "힘들 중 어느 하나(Any of the forces)"는 하나 이상의 제1 및 제2 힘 중 어느 것을 지칭할 수 있다. 탄성 바닥벽 재료(따라서 제2 챔버의 바닥벽) 및/또는 탄성 벽 재료(따라서 벽)의 변형은 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 및/또는 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘이 탄성 바닥벽 재료(즉, 바닥벽) 및/또는 탄성 벽 재료(즉, 벽)를 변형시키는 한, 가해진 임의의 힘으로 인해 발생할 수 있다. 바람직하게는 상기 힘에 의해 바닥벽과 벽이 파괴되지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 이 방법은 제1 배지를 유동시키는 단계 및/또는 제2 배지를 유동시키는 단계 및/또는 제3 배지를 유동시키는 단계 이후에,
- 상기 세포 배양 장치를 반전 위치에 배치하는 단계; 및
- 제6의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 반전된 위치에서 인큐베이션하며, 상기 제6의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제2 챔버에 존재하는 배지에 기초하여 선택된다.
그렇게 함으로써, 불균일하고 제어된 시험관 내 조건 하에서, 세포 배양 모듈의 다공성 벽 상에서 동일하거나 다른 유형의 세포를 배양하는 것이 가능하다. 다공성 벽의 기저 표면에 대한 세포의 침착은 세포 배양 장치를 반전시킴으로써 수행되지만, 이들 방법은 특히 벽의 기저 표면이 벽에 증식될 세포의 적어도 하나의 유형에 기초하여 선택된 코팅층으로 코팅되는 경우, 세포를 결합시켜 벽을 덮도록 하기 위해 배지에 고농도의 세포를 사용할 필요가 없다. 이러한 방법에서, 제1 챔버 및 적어도 2개의 구획(제1 및 제2 구획) 중 어느 하나에 세포, 스페로이드 및/또는 오가노이드가 존재하는 경우, 세포 배양 장치를 반전 위치에 배치하고, 반전된 위치에서 세포 배양 장치를 인큐베이션하는 것은 수행되지 않을 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 세포 배양물, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 세포 배양 배지는 각각 독립적으로 성상 세포, 뇌 오가노이드, 뇌 스페로이드, 신경 세포, 혈관 내피 세포 및 근육 세포로 이루어진 군 중에서 선택된 세포 유형을 포함한다. 근육 세포의 예에는 평활근 세포, 심장 근육 세포 및 골격근 세포가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 뇌 오가노이드의 예로는 인간 뇌, 중뇌 및 피질 오가노이드가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 혈관 내피 세포의 예에는 뇌 혈관 내피 세포, 특히 인간 뇌 혈관 내피 세포 또는 인간 1차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC)가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1, 제2, 제3, 제4 및/또는 제5 유형의 세포는 성상 세포, 예를 들어, 인간 또는 마우스 성상 세포, 뇌 오가노이드, 예를 들어, 인간 뇌, 중뇌 및 피질 오가노이드, 뇌 스페로이드, 예를 들어, 인간의 뇌, 중뇌, 피질 스페로이드, 신경 세포, 내피 세포, 예를 들어, 혈관 내피 세포, 특히 인간 혈관 내피 세포 또는 인간 1차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC), 상피 세포, 근골격 세포, 유도 만능 줄기 세포(IPSC) 유래 또는 분화 세포, 및 근육 세포로 이루어진 군 중에서 각각 독립적으로 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, (a)에서, 상기 제1 유형의 세포의 복수의 세포는 내피 세포, 상피 세포, 근골격 세포 또는 유도 만능 줄기 세포(IPSC) 유래 또는 분화된 세포이다. 이러한 제1 유형의 세포는 단층, 하이드로겔 내장 세포 현탁액 또는 두꺼운 층의 세포층 형태일 수 있다. 제1 유형의 세포의 예에는 혈관 내피 세포, 예를 들어, 인간 혈관 내피 세포 또는 인간 1차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC); 또는 근육 세포가 포함되며, 이들로 제한되지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제2 유형의 세포는 내피 세포, 상피 세포, 근골격 세포 또는 유도 만능 줄기 세포(IPSC) 유래 세포 또는 분화된 세포이다. 이러한 제2 유형의 세포는 단층, 하이드로겔 내장 세포 현탁액 또는 두꺼운 층의 세포층 형태일 수 있다. 상기 제2 유형의 세포의 예에는 혈관 내피 세포, 예를 들어, 인간 혈관 내피 세포 또는 인간 1차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC); 또는 근육 세포가 포함되며, 이들로 제한되지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제3 유형의 세포는 내피 세포, 상피 세포, 근골격 세포 또는 유도 만능 줄기 세포(IPSC) 유래 세포 또는 분화된 세포이다. 이러한 제3 유형의 세포는 단층, 하이드로겔 내장 세포 현탁액 또는 두꺼운 층의 세포층 형태일 수 있다. 이들 제3 유형의 세포의 예에는 혈관 내피 세포, 예를 들어, 인간 혈관 내피 세포 또는 인간 1차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC); 또는 근육 세포가 포함되며, 이들로 제한되지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제4 유형의 세포는 내피 세포, 상피 세포, 근골격 세포, 유도 만능 줄기 세포(IPSC) 유래 세포 또는 분화된 세포, 또는 성상 세포, 예를 들어, 인간 또는 마우스 성상 세포이다. 이러한 제4 유형의 세포는 단층, 하이드로겔 내장 세포 현탁액 또는 두꺼운 층의 세포층 형태일 수 있다. 제4 유형의 세포의 예에는 혈관 내피 세포, 예를 들어, 인간 혈관 내피 세포 또는 인간 1차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC); 또는 근육 세포가 포함되며, 이들로 제한되지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 제5 유형의 세포는 내피 세포, 상피 세포, 근골격 세포, 유도 만능 줄기 세포(IPSC) 유래 세포 또는 분화된 세포, 또는 성상 세포, 예를 들어, 인간 또는 마우스 성상 세포이다. 이러한 제5 유형의 세포는 단층, 하이드로겔 내장 세포 현탁액 또는 두꺼운 층의 세포층 형태일 수 있다. 제5 유형의 세포의 예에는 혈관 내피 세포, 예를 들어, 인간 혈관 내피 세포 또는 인간 1차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC); 또는 근육 세포가 포함되며, 이들로 제한되지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 유형의 세포는 신경 세포, 근육 세포 및 혈관 내피 세포로부터 선택되고; 제2 유형의 세포는 신경 세포, 근육 세포 및 혈관 내피 세포로부터 선택되며; 제3 유형의 세포는 신경 세포, 근육 세포 및 혈관 내피 세포로부터 선택되며; 제4 유형의 세포는 신경 세포 및 근육 세포에서 선택되고; 제5 유형의 세포는 신경 세포 및 근육 세포에서 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 세포 배양물에 포함된 제1 유형의 세포의 복수의 세포는 내피 세포이고, 이 내피 세포는 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈의 각 제2 챔버에서 (단일)층의 형태로 존재하고;
제2 유형의 세포는 혈관 주위 세포(pericytes)이고, 제2 세포 배양 배지는 마트리겔을 더 포함하며, 여기서 혈관 주위 세포 및 마트리겔을 포함하는 제2 세포 배양 배지는 내피 세포의 (단일)층 상에 혈관 주위 세포 및 마트리겔의 (얇은) 층을 형성하고;
제3 유형의 세포는 조골 세포(osteoblasts)이며, 여기서 조골 세포는 혈관 주위 세포와 마트리겔의 (얇은) 층 위에 골(bone) 기부를 형성하고;
제4 유형의 세포는 근육 세포이고, 여기서 제4 세포 배양 배지는 (고)농도의 근육 세포 및 마트리겔 또는 콜라겐을 포함하고; 및
제5 유형의 세포는 뉴런이다.
제4 측면에서는 세포 배양을 분석하기 위해, 세포 배양을 위한 방법에서, 그리고 세포 배양에 영향을 미치기 위한 본 개시에 개시된 바와 같은 세포 배양 장치의 용도가 제공된다.
세포 배양 분석에는 단백질 분석, 세포 생존력 분석, 게놈 및 프로테옴 분석, 대사 분석 및 이미징 시스템 분석이 포함되지만, 이들로 한정되지 않는다.
추가로 또는 대안적으로, 분석하는 세포 배양물은 단백질 분석, 세포 생존력 분석, 게놈 및 프로테옴 분석, 대사 분석 및 이미징 시스템 분석을 위해 선택된다.
도 1은 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 장치(100)의 블록도를 나타낸다. 장치(100)는 상술한 마이크로 유체 세포 배양을 위한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 세포 배양 플레이트(102) 및 세포 배양 플레이트(102)에 결합된 유동 구동 유닛(104)을 포함할 수 있다. 장치(100)는 하나 이상의 세포 배양 모듈(106)을 포함한다. 세포 배양 플레이트(102)는 하나 이상의 세포 배양 모듈(106)을 포함할 수 있고, 표준화된 설치 면적 치수, 플레이트 높이, 플랜지 치수, 모따기, 측벽 강성 및 웰 위치를 갖는, 표준 96, 384 또는 1536 마이크로타이터 플레이트(ANSI(American National Standards Institute))에 맞도록 구성될 수 있다. 장치(100)는 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 각 세포 배양 모듈(106)에 배지가 흐르도록 구성된 유동 구동 유닛(104)을 더 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 장치(100)를 구성하는 구성 요소의 수, 배열 및 상호 연결은 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 그러나 단지 구성 요소가 장치(100) 내에서 어떻게 구현될 수 있는 지에 대한 일반적인 개념을 제공하기 위해 사용된다. 예를 들어, 세포 배양 플레이트(102)는 2개 이상의 세포 배양 플레이트로 대체될 수 있고, 유동 구동 유닛(104)은 각기 각 세포 배양 모듈(106) 내의 배지 흐름을 제어하도록 구성된 2개 이상의 유동 구동 유닛으로 대체될 수 있다.
도 2A 내지 도 2C는 예시적인 실시 형태에 따른 장치(100)에 포함된 세포 배양 모듈(106)의 다양한 개략도를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 2A는 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 사시도를 나타내고, 도 2B는 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측면도를 나타내며, 도 2C는 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 평면도를 나타낸다. 도 2A 내지 도 2C에 도시된 바와 같이, 세포 배양 모듈(106)은 제1 배지 저장소(202), 제2 배지 저장소(204), 제1 (정점 또는 상부) 챔버(206), 제2 (기저 또는 바닥부) 챔버(208), 제1 유동 채널(210), 제2 유동 채널(212) 및 벽(214)을 포함한다. 본 개시는 세포 배양 모듈(106)의 구성 요소의 도시된 수, 배열 및 상호 연결에 제한되지 않는 점에 다시 한 번 주목해야 한다. 실시 형태에서, 2개보다 많은 배지 저장소가 존재할 수 있으며, 이에 따라 2개의 유동 채널이 유도될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 2개의 배지 저장소간에 2개보다 많은 정점 챔버와 2개보다 많은 기저 챔버가 있을 수 있으며, 이에 따라 정점 챔버와 기저 챔버를 통해 2개의 배지 저장소를 연결하는 유동 채널 수도 증가한다.
제1 배지 저장소(202)는 배지용 입구(216)가 있는 상단부와 배지용 출구(218)가 있는 바닥부를 갖는다. 유사하게, 제2 배지 저장소(204)는 배지용 입구(220)를 갖는 상단부 및 배지용 출구(222)를 갖는 바닥부를 갖는다. 제1 및 제2 배지 저장소(202, 204)는 동일한 중공 튜브로 구현될 수 있다. 도 2A 및 도 2C는 제1 및 제2 배지 저장소(202 및 204) 각각이 원형 단면을 갖고 있음을 보여 주지만, 이것은 본 개시를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 일부 실시 형태에서, 필요한 경우, 또한 특정 용도에 따라, 다각형, 타원형 등과 같은 임의의 다른 단면 형상도 가능하다. 또한, 제1 및 제2 배지 저장소(202, 204) 각각의 바닥부는 서로 다른 프로파일, 예를 들어, 도 2A 및 도 2B에 도시된 바와 같은 양으로 테이퍼된 프로파일(positively tapered profile)을 가질 수 있다. .
제1 챔버(206)는 제1 챔버(206)와 제1 및 제2 배지 저장소(202, 204)가 제1 (수평) 방향으로 서로 정렬되도록, 제1 및 제2 배지 저장소(202, 204) 사이에 배치된다. 제1 챔버(206)는 예를 들어, (도 2A 및 도 2B에 도시된 바와 같이) 양으로 테이퍼된 프로파일을 갖거나 균일한 단면을 갖는 바닥이 없는 중공 튜브로서 구현될 수 있다. 다시 말하면, 제1 챔버(206)의 도시된 원형 단면은 단지 예시를 위한 것이며, 본 개시를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
제2 챔버(208)는 제1 챔버(206) 아래에 배치되고, 제2 (수직) 방향으로 제1 챔버(206)와 정렬된다. 제2 챔버(208)는 제1 챔버(206)의 단면에 대응하는 단면을 가질 수 있다. 제2 챔버(208)는 2개 이상의 측면 구멍(도 2A 내지 도 2C에는 도시되지 않음)을 갖는 바닥부를 갖는다. 도 2A 내지 도 2C에 도시된 바와 같이, 제2 챔버(208)는 제1 챔버(206)보다 상당히 작은 치수를 갖는다. 예를 들어, 제1 챔버의 높이가 약 7mm인 경우, 제2 챔버(208)의 높이는 50μm 내지 150μm 범위 내에 속할 수 있다(150μm를 넘는 높이 값에서, 제2 챔버(208)는 마이크로 유체 특성을 잃을 수 있다). 제1 및 제2 챔버(206 및 208)의 이러한 높이 값(저장소(202 및 204)의 높이에 더하여)에 의해, 세포 배양 모듈(106)이 더욱 컴팩트해져, 장치(100)의 전체 크기가 감소된다. 제2 챔버(208)는 화살표 F1에 따라(도 2B 참조) 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230)에 가해진 힘에 응답하여, 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 만들어질 수 있는 바닥벽(209)(도 2B에 도시됨)을 갖는다. 바닥벽(209)이 바닥측(230)에 가해지는 힘에 응답하여 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 만들어지지 않는 경우, 벽(214)(도 2C 참조)의 벽 재료는 화살표 F2(도시되지 않음)를 따라 벽(214)의 제1 챔버측(231)(도시되지 않음)에 가해지는 힘에 응답하여 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료이다. 양쪽 바닥벽(209)은 화살표 F1을 따라 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230)에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어질 수 있고, 바닥벽(209)은 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어질 수 있고, 벽(214)의 벽 재료는 화살표 F2에 따라 벽(214)의 제1 챔버측(231)에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료이다.
벽(214)(도 2C 참조)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)(제2 챔버(208)는 도 2C에 도시되지 않음) 사이에 배치된다. 실시 형태에서, 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)(도시되지 않음) 사이에 배치되고, 벽(214)은 하나 이상의 관통 기공을 가질 수 있으며(도 2C 참조), 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 벽(214)의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통하도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)사이에 배치된다. 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 갖는 벽(214)은 본 명세서 및 이하에서 막(내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 가짐)이라 불리는 경우가 있다. 벽(또는 막)(214)은 실리콘, 플라스틱, 단백질, 천연 폴리머, 인공 폴리머(예: 폴리에스테르(PET)), 금속 폴리머 또는 탄수화물(예: 셀룰로오스)의 벽 재료로 만들어질 수 있으며, 리소그래피, 스탬핑, 캐스팅, 전기 방사 또는 현장(in 냐셔 중합의 어느 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 관통 기공은 예를 들어, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 타원형 또는 다각형(예를 들어, 육각형)과 같은 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 관통 기공의 다각형 단면 형상은 볼록한 다각형 또는 오목한 다각형을 의미할 수 있다. 실시 형태에서, 관통 기공은 상술한 단면 형상 중 2개 이상의 임의의 조합(예를 들어, 원형 및 정사각형 단면 형상의 조합)과 같은 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 각 관통 기공은 미리 정의된 값 범위 내에서 변화하는 기공 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 기공 크기는 0.2μm에서 200μm까지, 또는 0.2μm에서 10μm까지 다양할 수 있다. 일반적으로, 기공 크기(뿐만 아니라 관통 기공 사이의 간격)에 대해 미리 정의된 범위의 값은 벽(214)(하나 이상의 관통 기공을 갖기 때문에 막임) 상에 침착되는 특정 세포를 기반으로 선택된다. 보다 구체적으로, 기공 크기는 벽에 침착되는 세포의 크기보다 크거나 작을 수 있으며, 벽의 하나 이상의 관통 기공은 0.2μm 내지 200μm 범위에 속하는 평균 기공 크기를 갖는다. 예를 들어, 기공 크기가 세포 크기보다 작은 경우, 벽(막)(214)의 기저 표면과 정점 표면 사이에서 세포가 이동하는 것을 방지할 수 있다. 상술한 바와 같이, 벽(214)의 벽 재료는 화살표 F2(도시되지 않음)를 따라 벽(214)의 제1 챔버측(231)(도시되지 않음)에 가해진 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 벽 재료일 수 있다. 벽(214)의 벽 재료가 바닥측(230)에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 벽 재료로 만들어지지 않는 경우, 제2 챔버는 화살표 F1에 따라(도 2B 참조) 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230)에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209)(도 2B에 도시됨)을 갖는다.
제1 및 제2 유동 채널(210 및 212)은 제2 챔버(208)를 통해 제1 및 제2 배지 저장소(202 및 204)간에 배지 또는 유체의 통로를 제공하는 마이크로채널이다. 특히, 제1 유동 채널(210)은 제1 배지 저장소(202) 바닥부의 출구(218)를 제2 챔버(208) 바닥부의 좌측에 배치된 하나 이상의 측면 구멍에 연결한다. 제2 유동 채널(212)은 제2 배지 저장소(204) 바닥부의 출구(222)를 제2 챔버(208) 바닥부의 우측에 배치된 하나 이상의 측면 구멍에 연결한다. 제1 및 제2 유동 채널(210, 212) 각각은 필요한 유동 특성(예를 들어, 적절한 유량)을 달성할 수 있는 종방향 단면및 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 유동 채널(210, 212) 각각은 제2 챔버(208)를 향해 (예를 들어, 점진적으로) 증가하는 가변 채널 높이 및 가변 채널 폭을 가질 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따르면, 도 2B의 타원 A로 구분된 영역 내에서 취한 세포 배양 모듈(106)의 제2 유동 채널(212)의 단면도를 나타낸다. 제1 유동 채널(210)은 거울상으로만 제시되는, 제2 유동 채널과 유사한 제1 채널 부분(300) 및 제2 채널 부분(302)을 가질 수 있는 점에 유의해야 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 유동 채널(212)은 제1 채널 부분(300) 및 제2 채널 부분(302)을 포함한다. 제1 채널 부분(300)은 제2 배지 저장소(204) 바닥부의 출구(222)로부터 연장되어 제1 (수평) 방향으로 평행하다. 제2 채널 부분(302)은 제1 채널 부분(300)을 제2 챔버(208)의 우측에 배치된 측면 구멍(들)(도 3에는 도시되지 않음)에 연결한다. 제2 채널 부분은 제2 챔버(208)의 바닥부가 제2 배지 저장소(204)의 바닥부보다 높게(즉, 배출구(222)의 단부보다 높게) 배치되도록, 상방으로 기울어진다(즉, 제1 방향에 대해 경사 각도 α로). 제2 채널 부분(302)의 이러한 경사는 제2 챔버(208)를 지지하는 작은 "언덕"(304)에 의해 제공된다. 제1 (수평) 방향에 대한 제2 채널부분(302)의 경사 각도(α)는 적절한 유동 특성을 제공하기 위해 5도 내지 85도 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 실시 형태에서, 제1 및 제2 유동 채널(210, 212) 각각은 해당 배지 저장소의 출구로부터 시작하여, 경사 각도(α)로 완전히 상방으로 기울어질 수 있다(즉, 제1 (수평) 방향으로 평행한 제1 채널 부분이 존재하지 않을 수 있음). 벽(214)은 도 3에 도시되어 있지 않다.
실시 형태에서, 제2 챔버(208), 제1 유동 채널(210) 및 제2 유동 채널(212) 각각은 세포 접착 강화층으로 내측에서 코팅할 수 있다. 세포 접착 강화층은 친수성 물질로 이루어질 수 있다. 친수성 물질의 일부 비제한적인 예에는 마트리겔, 피브로넥틴, 히알루론산, 다양한 유형의 콜라겐(예를 들어, 장치(100)에 기초한 혈액뇌관문 세포 배양 모델을 생성하는 데 적합할 수 있는 I형 콜라겐), 라미닌, 테나신(tenascin), 엘라스테인(elastane), 다양한 분자를 갖는 나노셀룰로오스 등이 포함될 수 있다. 이러한 세포 접착 강화층에 의해, 실험에 사용되는 세포수가 줄고, 벽(214)의 기저 표면에 세포를 보다 정확하게 침착할 수 있게 한다.
도 4는 세포 배양 모듈(106)의 하나의 가능한 구현 예를 나타내는 층상 구조(400)의 개략적인 분해도를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 층상 구조(400)는 제1 층(402), 제2 층(404) 및 제3 층(406)을 포함한다. 제1 층(402)은 제1 및 제2 배지 저장소(202, 204)뿐만 아니라, 제1 챔버(206)를 포함한다. 제2 층(404)은 유동 채널(210, 212)뿐만 아니라, 벽(214) 바로 아래에 배치된 제2 챔버(208)를 포함한다. 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다. 실시 형태에서, 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하여, 이 관통 기공을 통해 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)간의 유체 연통을 제공한다. 더욱이, 유동 채널(210 및 212)의 입구는 각각 배지 저장소(202 및 204)의 출구(218 및 222)(도 4에는 도시되지 않음) 바로 아래에 배치되어, 저장소(202 및 204)와 유동 채널(210 및 212) 사이의 유체 연통을 각각 제공한다. 제3 층(406)은 유동 채널(210, 212) 각각에 적절한 경사각도(α)가 제공되도록 형성된 작은 "언덕"(304)을 포함한다. 제1 층(402), 제2 층(404) 및 제3 층(406) 각각은 실온 가황(RTV) 실리콘(예를 들어, RTV615), 플라스틱(PET, PS, PP, PC, PMMA 및 유사), 유리 또는 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 제조될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 층(402-406)은 도 4에 도시된 순서로 접착제 또는 플라즈마 접합을 사용하여 서로 부착될 수 있다. 이렇게 구성된 세포 배양 모듈(106)은 장치(100)의 세포 배양 플레이트(102)를 구현하기 위해서 동일한 접착제 또는 플라즈마 접합을 사용함으로써 서로 부착할 수 있다. 제1 챔버측(231)과 바닥벽(209)의 바닥측(230)은 도 4에 도시되어 있지 않다.
도 5A 내지 도 5C는 예시적인 실시 형태에 따른 장치(100)에 포함된 세포 배양 모듈(106)의 다양한 개략도를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 5A는 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 사시도를 나타내고, 도 5B는 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측면도를 나타내고, 도 5C는 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 평면도를 나타낸다. 도 5A 내지 도 5C에 도시된 바와 같이, 세포 배양 모듈(106)은 제1 배지 저장소(502), 제2 배지 저장소(504), 제1(정점 또는 상부) 챔버(506), 제2(기저 또는 바닥) 챔버(508), 제1 유동 채널(510), 제2 유동 채널(512), 및 벽(514)을 포함한다. 제1 배지 저장소(502)는 배지용 입구(516)가 있는 상단부와 배지용 출구(518)가 있는 바닥부를 갖는다. 유사하게, 제2 배지 저장소(504)는 배지용 입구(520)가 있는 상단부와 배지용 출구(522)가 있는 바닥부를 갖는다. 본 개시는 세포 배양 모듈(106)의 구성 요소의 도시된 수, 배열 및 상호 연결에 제한되지 않는다는 점에 다시 한 번 주목해야 한다. 일반적으로, 제1 배지 저장소(502), 제2 배지 저장소(504), 제2 챔버(508), 제1 유동 채널(510), 제2 유동 채널(512) 및 벽(514)은 제1 배지 저장소(202), 제2 배지 저장소(204), 제2 챔버(208), 제1 유동 채널(210), 제2 유동 채널(212) 및 벽(214)과 각각 동일하거나 유사한 방식으로 구현될 수 있다.
동시에, 제1 챔버(206)와는 달리, 제1 챔버(506)는 곡선 또는 각진 바닥을 갖는 중공 튜브로 구현될 수 있으며, 벽(514)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 갖고, 벽(514)은 제1 챔버(506)와 제2 챔버(508)가 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 챔버(506)와 제2 챔버(508) 사이에 배치되며, 제2 챔버는 화살표 F1에 따라(도 5B 참조) 제2 챔버(508)의 바닥벽(509)의 바닥측(530)에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 만들어진 바닥벽(509)(도 5b 참조)을 갖는다. 도 5A 내지 도 5C에 도시된 바와 같이, 제1 챔버(506)의 곡선 또는 각진 바닥은 각각 하나 이상의 챔버 구멍이 제공된 9개의 챔버 캐비티(524)를 포함하고, 그 결과, 제1 챔버(506)와 제2 챔버(508)는 벽(514)의 관통 기공을 통해 유체 연통된다. 챔버 캐비티(524)의 도시된 수, 형상 및 배열은 단지 예시만을 위한 것이며, 본 개시를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 당업자에게 명백하다. 예를 들어, 단일 챔버 구멍을 갖는 단일 챔버 캐비티(524)가 존재할 수 있다. 일반적으로, 챔버 캐비티 또는 캐비티들(524)의 구성은 특정 용도(예를 들어, 벽(514)의 정점 표면에 형성될 다수의 오가노이드 및/또는 스페로이드의 수)에 따라 달라진다. 실시 형태에서, 제1 챔버(506)의 곡선형 또는 각진 바닥은 챔버 캐비티(524)의 구멍이 개방된 상태가 되도록 세포 접착 강화층으로 외측에서 코팅될 수 있다. 세포 접착 강화층은 세포 배양 모듈(106)의 실시 형태에 따라 앞서 언급한 것과 동일할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 선택적인 유동 구동 유닛(104)은 세포 배양 플레이트(102)의 각 세포 배양 모듈(106)에서 제1 및 제2 배지 저장소(202(502) 및 204(504)) 사이에서 배지를 흐르게 하도록 구성된다. 실시 형태에서, 유동 구동 유닛(104)은 세포 배양 플레이트(102)를 주기적으로 요동시키고, 이에 의해 배지 흐름을 제공하도록 구성된 요동 플랫폼일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 유동 구동 유닛(104)은 (세포 배양 플레이트(102)의) 각 세포 배양 모듈(106)에서 제1 및 제2 배지 저장소(202(502) 및 204(504)) 각각의 입구에 압축 가스 또는 가압 공기를 공급하도록 구성된 공기 압력 펌프일 수 있으며, 이에 의해 배지가 그 내부로 흐르게 된다. 다른 실시 형태에서, 유동 구동 유닛(104)은 제1 배지 저장소(202(502))로부터 제2 배지 저장소(204(504))로, 또는 그 반대로 일정한 시간 간격으로 또는 각 저장소의 배지 레벨을 기준으로 배지를 피펫팅함으로써, (세포 배양 플레이트(102)의) 각 세포 배양 모듈(106) 내에 배지를 흐르게 하도록 구성될 수 있다. 따라서, 현재의 마이크로 유체 세포 배양 장치와 달리, 장치(100)는 상기 표시된 적어도 3가지의 서로 다른 유동 제어 방법과 호환될 수 있다.
실시 형태에서, 장치(100)는 다양한 전극을 더 포함할 수 있다. 이들 전극은 다른 목적으로 사용될 수 있으며, 장치(100) 내부의 이들의 배치는 전극이 어떤 목적으로 사용되는지에 따라 달라진다. 실시 형태에서, (세포 배양 플레이트(102)의) 하나 이상의 세포 배양 모듈은 제1 챔버(206(506)) 내에 배치된 제1 전극과, 제2 챔버(208(508)) 내에 배치된 제2 전극을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 제1 전극은 하나 이상의 배양 모듈(106)의 제1 배지 저장소(202(502)) 및/또는 제2 배지 저장소(204(504)) 내에 배치될 수 있는 반면, 제2 전극은 세포 배양 모듈(들)(106)의 제1 챔버(206(506))에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극을 갖는 이러한 실시 형태는 예를 들어, 실시간 경상피/경내피 전기 저항(TEER) 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전극은 외부 제어 유닛과 연결될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 장치(100)는 하나 이상의 세포 배양 모듈(106)의 제1 챔버(206(506))에 배치된 2개 이상의 제3 전극을 더 포함할 수 있다. 이러한 제3 전극은 제1 챔버(206(506)) 내부의 유체 레벨을 측정하기 위해 챔버 벽에 배치될 수 있다. 이 경우, 제3 전극은 유체/배지와 직접 접촉하여 전도도 측정을 수행하여 유체 레벨을 결정하거나, 챔버 벽에 내장하여(예를 들면, 각 전극에서 서로 5mm 내지 2mm 거리) 제3 전극의 유도성 또는 용량성 변화를 측정함으로써 유체 레벨을 결정한다. 동시에, 2개의 제3 전극은 2개의 제3 전극 중 하나가 초음파를 발생시키고, 2개의 제3 전극 중 다른 하나는 제1 챔버(206(506))의 내부를 통과하는 초음파를 수신하는 데 사용되도록 서로 대향 배치될 수 있다(이들 초음파 측정은 레이더 측정과 마찬가지로 수행될 수 있음).
추가적으로 또는 대안적으로, 장치(100)는 하나 이상의 세포 배양 모듈(106)의 벽(214(514))에 내장된 2개 이상의 제4 전극을 더 포함할 수 있다. 이러한 제4 전극은 다공성 벽의 정점 및/또는 기저 표면에 침착된 세포에 서로 다른 자극 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다.
실시 형태에서, (세포 배양 플레이트(102)의) 하나 이상의 세포 배양 모듈(106)의 제1 챔버(206(506)) 또는 제2 챔버(208(508))는 산소 센서, pH 센서, CO2 센서 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 이러한 센서는 세포 거동에 중요한 다양한 파라미터를 실시간으로 측정하는 데 사용될 수 있다.
도 6A 내지 도 6G는 예시적인 실시 형태에 따른 장치(100)에 포함된 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 A-A 선을 따라 절취함)를 나타낸다. 도 6A 내지 도 6G에 도시된 바와 같이, 도 6A 내지 도 6G의 예시적인 실시 형태의 세포 배양 모듈(106)은 제1 배지 저장소(202), 제2 배지 저장소(204), 제1(정점 또는 상부) 챔버(206), 제2(기저 또는 바닥) 챔버(208), 제1 유동 채널(210), 제2 유동 채널(212), 및 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)를 갖거나(도 6A-6C), 내부에 형성된 관통 기공이 없는(도 6D-6G) 벽(214)을 포함한다(도 2C는 벽(214)의 관통 기공을 나타냄). 제1 배지 저장소(202)는 배지용 입구(216)가 있는 상단부와 배지용 출구(218)가 있는 바닥부를 갖는다. 유사하게, 제2 배지 저장소(204)는 배지용 입구(220)를 갖는 상단부 및 배지용 출구(222)를 갖는 바닥부를 갖는다. 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530))에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209(509))을 가지며, 및/또는 벽(214)의 벽 재료는 벽(214)의 제1 챔버측(231(531))에 가해지는 화살표 F2에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료이다. 본 개시는 세포 배양 모듈(106)의 구성 요소의 도시된 수, 배열 및 상호 연결에 제한되지 않는다는 점에 다시 주목해야 한다. 일반적으로, 세포 배양 모듈(106)의 제1 배지 저장소(202), 제2 배지 저장소(204), 제2 챔버(208), 제1 유동 채널(210), 제2 유동 채널(212) 및 벽(214)은 도 2A 내지 도 2C의 세포 배양 모듈(106)에 대해 설명된 것과 동일하거나 유사한 방식으로 구현될 수 있다(각각 제1 배지 저장소(202), 제2 배지 저장소(204), 제2 챔버(208), 제1 유동 채널(210), 제2 유동 채널(212) 및 벽(214)).
보다 구체적으로, 도 6A는 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 A-A 선을 따라 절취함)를 나타내며, 여기서 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함하고, 상기 벽은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나 이상의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다. 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530))에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209(509))을 갖는다. 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232), 벽(214(514))의 기저측(233) 및 벽(214(514))의 제1 챔버측(231(531))(즉, 정점측)이 표시된다. 세포 배양 모듈(106)은 벽(214)의 정점측(즉, 제1 챔버측)(231) 또는 기저측(233)의 벽(209)에 부착되어 그로부터 돌출되거나, 또는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착되어 그로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기(280)(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 챔버(208)는 제2 챔버의 바닥벽(209)의 바닥측(230)에 가해지는 힘이 제2 챔버의 바닥벽(209)을 변형시키도록 배열된 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)(도시되지는 않았지만, 예를 들어, 도 6B를 참조)을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6B는 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내며, 여기서 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함하고, 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나 이상의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다. 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽의 바닥측(230(530))에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 반응하여, 제2 방향과 반대되는 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재질로 이루어진 바닥벽(209(509))을 갖는다. 또한, 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230)에 가해진 화살표 F1에 따른 힘이 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)을 변형시키도록 배열된 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)을 갖는다. 실시 형태에서, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230)에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘이 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)을 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270) 사이에서 변형되도록 하는 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270)이다. 도 6B의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같이, 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 적어도 2개의 유동 채널(210, 212) 각각이 서로 유동 연통되도록 제2 챔버(298){(208)의 오기로 보임}의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착된다. 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270) 각각은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나 이상의 관통 기공(24) 중의 적어도 하나를 통해 서로 유동 연통되도록, 또한 적어도 2개의 유동 채널(210, 212) 각각이 서로 유동 연통되도록, 벽(214)의 기저측(233)에 부착될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6C는 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내며, 여기서 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함하고, 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나 이상의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다. 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽의 바닥측 230(530)에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209(509))을 갖는다. 제1 챔버(206)는 적어도 2개의 구획 및 적어도 하나의 구획 벽(260)(하나는 도 6C에 도시됨)을 갖고, 여기서 적어도 2개의 구획은 제1 구획(251) 및 제2 구획(252)을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 구획 벽(260)은 제1 구획부(251)와 제2 구획부(252)가 서로 유동 연통되도록 제1 구획부와 제2 구획부 사이에 배치된다. 도 2C는 제1 챔버(206) 내의 적어도 하나의 구획 벽(260)을 도시하지 않는 점에 주목해야 한다. 적어도 하나의 구획 벽(260)은 제1 구획(251)과 제2 구획(252)이 서로 유동 연통되도록 제1 구획과 제2 구획 사이에 배치된다. 도 6C는 제1 구획부(251)와 제2 구획부(252)가 공간(262)을 통해 서로 유동 연통되도록 적어도 하나의 구획 벽(260)이 벽(214)으로부터 이격되어 있는 실시 형태를 나타낸다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 구획벽(260)은 내부에 형성된 하나 이상의 벽 관통 기공(도시하지 않음)을 포함하고, 구획벽(260)은 제1 구획부(251)와 제2 구획부(252)가 하나 이상의 벽 관통 기공을 통해 서로 유동 연통하도록, 제1 구획부(251)와 제2 구획부(252) 사이에 배치된다. 도 6A 내지 도 6B의 세포 배양 모듈(106)의 예시적인 실시 형태에 대해 개시된 바와 같이, 도 6C에 도시된 세포 배양 모듈(106)은 또한 제2 챔버(208)(도시되지 않음) 내의 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270) 및/또는 벽(214)의 기저면(233)에 부착되어 그로부터 돌출하거나, 또는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)이 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함하는 벽(214)의 기저측(233)에 부착되는 경우, 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나 이상의 관통 기공(240) 중 적어도 하나를 통해 서로 유동 연통하도록 부착된다.
보다 구체적으로, 도 6D는 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 A-A선을 따라 절취함)를 나타낸다. 도 6A 내지 6C에 도시된 세포 배양 모듈(106)과 대조적으로, 도 6D에 도시된 세포 배양 모듈(106)의 벽(214)에는 하나 이상의 관통 기공(240)이 없다(도 2C는 하나 이상의 관통 기공을 나타내고 있는 점에 유의해야 함). 즉, 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)는 서로 유동 연통되지 않는다. 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530))에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209(509))을 가지며, 및/또는 벽(214)의 벽 재료는 벽(214)의 제1 챔버측(231(531))에 가해지는 화살표 F2에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료이다. 도 6A 내지 6C의 세포 배양 모듈(106)의 예시적인 실시 형태에 대해 개시된 바와 같이, 도 6D에 도시된 세포 배양 모듈(106)은 또한 벽(214)의 정점측(즉, 제1 챔버측)(231) 또는 기저측(233)의 벽(209)에 부착되어 그로부터 돌출하거나, 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280)(도시하지 않음)를 포함할 수도 있다. 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함할 수 있고, 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나 이상의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통하도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다.
보다 구체적으로, 도 6E는 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 A-A선을 따라 절취함)를 나타내며, 여기서 제2 챔버(208)는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)을 포함한다. 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530)) 상에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209(509))을 가지며, 및/또는 벽(214)의 벽 재료는 벽(214)의 제1 챔버측(231)에 가해지는 화살표 F2에 따른 힘에 응답하여 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료이다. 도 6E에 도시된 바와 같이, 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 적어도 2개의 유동 채널(210, 212) 각각이 서로 유동 연통되도록 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착된다. 또한, 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530))에 가해진 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 바닥벽(209, 509)이 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록, 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착되고, 및/또는 벽(214)이 벽(214)의 제1 챔버측(231)에 가해지는 화살표 F2에 따른 힘에 응답하여 제2 방향으로 변형되고, 바람직하게는 바닥벽(209(509)) 및/또는 벽(214)은 (화살표 F1에 따른 힘 및/또는 화살표 F2에 따른 힘에 반응하여) 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270) 사이에서 변형된다. 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 적어도 2개의 유동 채널(210, 212) 각각이 서로 유동 연통되도록 벽(209)의 기저측(233)에 부착될 수 있다(도시되지 않음). 벽(214)에는 하나 이상의 관통 기공(240)이 없다(도 2C는 하나 이상의 관통 기공을 나타내고 있는 점에 유의해야 함). 추가적으로 또는 대안적으로, 도 6A 내지 도 6D의 세포 배양 모듈(106)의 예시적 실시 형태에 대해 개시된 바와 같이, 도 6E에 도시된 세포 배양 모듈(106)은 또한 벽(214)의 정점측(즉, 제1 챔버측)(231) 또는 기저측(233)의 벽(209)에 부착되어 그로부터 돌출하거나, 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280)(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함할 수 있고, 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통하도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다.
보다 구체적으로, 도 6F는 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 A-A 선을 따라 절취함)를 나타내며, 여기서 세포 배양 모듈(106)은 벽(214)의 기저측(233)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280)를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 세포 배양 모듈(106)은 정점측(즉, 제1 챔버측)(231)의 벽(209)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280) 및/또는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280)를 포함할 수 있다(돌기들은 도시되지 않음). 벽(214)은 하나 이상의 관통 기공(240)이 없다(도 2C는 하나 이상의 관통 기공을 나타내는 점에 유의해야 함). 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530))에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209(509))을 가지며, 및/또는 벽(214)의 벽재료는 벽(214)의 제1 챔버측(231) 상에 가해지는 화살표 F2에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료이다. 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함할 수 있고, 벽(214)은 하나 이상의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통하도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다.
보다 구체적으로, 도 6G는 예시적인 실시 형태에 따른 세포 배양 모듈(106)의 개략적인 측단면도(도 2C의 선 A-A를 따라 절취함)를 나타내며, 여기서 세포 배양 모듈(106)은 벽(214)의 기저측(233)에 부착하여 그로부터 돌출된 하나 이상의 돌기(280)(하나만 도시됨)를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 세포 배양 모듈(106)은 정점측(즉, 제1 챔버측)(231)의 벽(209)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280) 및/또는 제2 챔버(208)(도시되지 않음)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착되어 그로부터 돌출하는 하나 이상의 돌기(280)를 포함할 수 있다. 벽(214)에는 하나 이상의 관통 기공(240)이 없다(도 2C는 하나 이상의 관통 기공을 나타내는 점에 유의해야 함). 제2 챔버(208)는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530))에 가해지는 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어진 바닥벽(209( 509))을 가지며, 및/또는 벽(214)의 벽 재료는 벽(214)의 제1 챔버측(231) 상에 가해지는 화살표 F2에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료이다. 도 6G에 도시된 바와 같이, 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 적어도 2개의 유동 채널(210, 212) 각각이 서로 유동 연통되도록 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 상부측(232)에 부착된다. 또한, 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 바닥벽(209(509))이 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230(530))에 가해진 화살표 F1에 따른 힘에 응답하여, 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 바닥벽(209)의 상부면(232)에 부착되고, 및/또는 벽(214)은 (화살표 F1에 따른 힘 및/또는 화살표 F2에 따른 힘에 응답하여) 2개의 생물학적 물질 증식 수단(270) 사이에서 변형된다. 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270)은 적어도 2개의 유동 채널(210, 212) 각각이 서로 유동 연통되도록 벽(209)의 기저측(233)에 부착될 수 있다(도시하지 않음). 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함할 수 있고, 벽(214)은 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208)가 하나의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통하도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치될 수 있다.
도 7은 예시적인 일 실시 형태에 따른 세포 배양 인큐베이터(700)의 블록도를 나타낸다. 세포 배양 인큐베이터(700)는 세포 배양 장치(100), 및 이 장치(100)에 결합된 피펫팅 스테이션(702)을 포함한다. 이 장치(100)는 세포 배양 플레이트(102) 및 세포 배양 플레이트(102)에 결합된 유동 구동 유닛(104)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 피펫팅 스테이션(702)은 (세포 배양 플레이트(102)의) 각 세포 배양 모듈(106)의 제1 및 제2 배지 저장소(202(502) 및 204(504)) 각각에 배지를 공급하도록 구성된다. 피펫팅 스테이션(702)은 이 기술 분야에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 이에 대한 설명을 생략한다.
도 8은 예시적인 실시형태에 따른, 세포 배양에 영향을 미치는 방법(800)의 플로차트를 나타낸다. 방법(800)은 세포 배양 장치(100)가 제공되는 단계 S802로 시작하며, 여기서 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 각 제2 챔버(208, 508)는 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 포함한다. 단계 S804에서는
i) 제2 챔버(208, 508)의 바닥벽(209, 509)이 제3 방향으로 변형되도록, 제2 챔버(208, 508)의 바닥벽(209, 509)의 바닥측(230, 530) 상의 하나 이상의 제1 위치에서; 및/또는
ii) 벽(214)이 제2 방향으로 변형되도록, 벽(214)의 제1 챔버측(231) 상의 하나 이상의 제2 위치에서, 하나 이상의 제1 힘이 가해지며,
이에 의해 세포 배양물의 제1 유형의 세포의 복수의 세포로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제1의 영향을 받은 세포 배양물을 형성한다. 적어도 하나의 세포를 제거하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 (제1) 힘을 가하면, 적어도 하나의 세포를 손상시킬 수 있다는 것을 이해해야 한다.
대안적으로, 단계 S802는 하위 단계 S802(a) 내지 S802(d)를 포함한다:
하위 단계 S802(a): 세포 배양 장치(100)를 제공하는 단계;
하위 단계 S802(b): 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 하나에 제1 세포 배양 배지를 제공하며, 상기 제1 세포 배양 배지는 제1 유형의 세포를 포함하는 단계;
하위 단계 S802(c): 상기 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 상기 하나로부터 제1 세포 배양 배지를 제2 챔버(208, 508)를 통해 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106) 내의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504)의 나머지 부분으로, 제1의 사전 정의된 유동 기간 동안 흐르게 하며, 상기 제1의 사전 정의된 유동 기간은 제1 세포 배양 배지에 기초하여 선택되는 단계; 및
하위 단계 S802(d): 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 세포 배양 장치(100)를 인큐베이션하고, 이에 의해, 세포 배양 장치(100)의 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈(106)의 각 제2 챔버(208, 508) 내에 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 형성하고, 상기 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 유형의 세포에 기초하여 선택된다. 제1 세포 배양 배지를 유동시키는 것은 유동 구동 유닛(104)에 의해 야기될 수 있다.
대안적으로, 방법(800)은 단계 S802 및 S804를 포함하며, 단계 S802는 하위 단계 S802b(a) 내지 S802b(f)를 포함한다:
하위 단계 S802b(a): 세포 배양 장치(100)를 제공하는 단계;
하위 단계 S802b(b): 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의, 제1 챔버(206, 506)를 통해 또는 제1 챔버(206)의 제1 구획(251) 또는 제2 구획(252)을 통해, 제5 유형의 세포를 포함하는 제5 세포 배양 배지를 벽(214, 514)의 제1 챔버측(231, 521)을 향해 제공하는 단계;
하위 단계 S802b(c): 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 세포 배양 장치(100)를 인큐베이션하고, 이에 의해 세포 배양 장치(100)의 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 각 제1 챔버(206, 506)에서 또는 각 제1 챔버(251) 또는 제2 구획(252)에서 제5 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 형성하며, 상기 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제5 유형의 세포에 기초하여 선택되는 단계;
하위 단계 S802b(d): 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 하나에 제1 유형의 세포를 포함하는 제1 세포 배양 배지를 제공하는 단계;
하위 단계 S802b(e): 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 상기 하나로부터 제2 챔버(208, 508)를 통해 제1의 사전 정의된 유동 기간 동안 제1 세포 배양 배지를 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106) 내의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504)의 나머지 부분으로 흐르게 하며, 상기 제1의 사전 정의된 유동 기간은 제1 세포 배양 배지에 기초하여 선택되는 단계; 및
하위 단계 S802b(f): 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 세포 배양 장치(100)를 인큐베이션하고, 이에 의해, 세포 배양 장치(100)의 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 각 제2 챔버(208, 508) 내에 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 형성하며, 상기 제1의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 유형의 세포에 기초하여 선택되는 단계; 여기서 단계 S804는 다음을 포함한다:
i) 제2 챔버(208, 508)의 바닥벽(209, 509)이 제3 방향으로 변형되도록 제2 챔버(208, 508)의 바닥벽(209, 509)의 바닥측(230, 530) 상의 하나 이상의 제1 위치에서, 하나 이상의 제1 힘을 적용하고,
이에 의해 세포 배양물의 제1 유형의 세포의 복수의 세포로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제1의 영향을 받은 세포 배양물을 형성한다. 적어도 하나의 세포를 제거하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 (제1) 힘을 가하면, 적어도 하나의 세포를 손상시킬 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제1 세포 배양 배지를 유동시키는 것은 유동 구동 유닛(104)에 의해 야기될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 방법(800)은 단계 S804 이후에, 하위 단계 S806(c) 내지 S806(e)를 포함하는 단계 S806을 더 포함할 수 있다:
하위 단계 S806(c): 제2 유형의 세포를 포함하는 제2 세포 배양 배지를 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 하나에 제공하는 단계;
하위 단계 S806(d): 제2 배지가 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 상기 하나로부터 제2 챔버(208, 508)를 통해 제2의 사전 정의된 유동 기간 동안 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106) 내의 적어도 2개의 배양 배지 저장소(202, 204; 502, 504)의 나머지 부분으로 흐르도록 하고, 상기 제2의 사전 정의된 유동 기간은 제2 배양 배지에 기초하여 선택되는 단계; 및
하위 단계 S806(e): 세포 배양 장치(100)를 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안 인큐베이션함으로써, 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 형성하며, 상기 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 및 제2 유형의 세포에 기초하여 선택되는 단계. 하위 단계 S806(d)에서, 상기 제2 세포 배양 배지를 유동시키는 것은 유동 구동 유닛(104)에 의해 야기될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 방법(800)은 단계 S806 이전 또는 이후에, 단계 S808를 더 포함할 수 있다:
단계 S808: i) 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230) 상의 하나 이상의 제3 위치에서(상기 하나 이상의 제3 위치는 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)이 제3 방향으로 변형되도록 하나 이상의 제1 위치와 상이함); 및/또는
ii) 벽(214)의 제1 챔버측(231) 상의 하나 이상의 제4 위치에서(상기 하나 이상의 제4 위치는 상기 벽이 제2 방향으로 변형되도록 하나 이상의 제2 위치와 상이함), 하나 이상의 제2 힘을 가하는 단계,
이에 의해 제1의 영향을 받은 세포 배양물(단계 S804) 또는 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물(단계 S806)로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제2의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제2의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 형성한다. 단계 S808은 하위 단계 S808(b) 내지 S808(d)를 더 포함할 수 있다:
하위 단계 S808(b): 제3 유형의 세포를 포함하는 제3 세포 배양 배지를 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 하나에 제공하는 단계;
하위 단계 S808(c): 제3 배지가 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 상기 하나로부터 제2 챔버(208)를 통해 제3의 사전 정의된 유동 기간 동안 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106) 내의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504)의 나머지로 흐르게 하는 단계로, 제3의 사전 정의된 유동 기간은 제3 배지에 기초하여 선택되는 단계; 및
하위 단계 S808(d): 제3의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 세포 배양 장치(100)를 인큐베이션하며, 상기 제3의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 유형의 세포 및/또는 제3 유형의 세포에 기초하여 선택되는 단계.
추가로 또는 대안적으로, 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 하나로부터 제2 챔버(208)를 통해 제1(하위 단계 S802(c)에서 제1 배지를 유동시키는 것을 포함하는 방법(800)의 실시 형태에서) 및/또는 제2(하위 단계 S806(d)) 및/또는 제3(하위 단계 S806(d)에서 제3 배지가 흐르게 하는 것을 포함하는 방법(800)의 실시 형태에서) 배지가 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106) 내의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504)의 나머지로 흐르게 하는 하나 이상의 단계는 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106) 내의 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504)에 제1(하위 단계 S802(c)에서 제1 배지를 유입시키는 것을 포함하는 방법(800)의 실시 형태에서) 및/또는 제2(하위 단계 S806(d)) 및/또는 제3(하위 단계 S808(c)에서 제3 배지가 흐르게 하는 것을 포함하는 방법(800)의 실시 형태에서) 의 사전 정의된 유동 기간(예를 들어, 각각의 제1, 제2 및 제3의 사전 정의된 유동 기간에 대해 60분) 동안 양압을 가하는 단계를 포함한다.
다른 실시 형태에서, 방법(800)의 하위 단계 S802(c), 하위 단계 S806(d) 및 하위 단계 S806(d) 중 적어도 하나는 다음에 의해 실행될 수 있다: (i) (세포 배양 플레이트(102)의) 각 세포 배양 모듈(106) 내의 제1 배지 저장소(202, 502)에, 제1 및/또는 제2 및/또는 제3의 사전 정의된 시간 간격 동안 제1 양압을 인가하고, 동시에, 제2 배지 저장소(204, 504)를 캡핑하는 단계; 및 (ii) (세포 배양 플레이트(102)의) 각 세포 배양 모듈(106) 내의 제2 배지 저장소(204, 504)에, 제1 및/또는 제2 및/또는 제3의 사전 정의된 시간 간격 동안 제2 양압을 인가하고, 동시에 제1 배지 저장소(202, 502)를 캡핑하는 단계. 하위 단계 S802(c), 하위 단계 S806(d) 및/또는 하위 단계 S806(d)의 상기 실시 형태 각각의 선택은 특정 용도에 따라 달라진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 방법(800)은 단계 S802 이후, 단계 S804 이전 또는 이후, 단계 S806 이전 또는 이후, 또는 단계 S808 이전 또는 이후에, 하위 단계 S810(a) 내지 S810(b)를 포함하는 단계 S810을 더 포함할 수 있다:
S810(a): 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 제1 챔버(206, 506)를 통해, 벽(214)의 제1 챔버측(231)을 향해 제4 유형의 세포를 포함하는 제4 세포 배양 배지를 제공하는 단계; 및
S810(b): 제4의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 세포 배양 장치(100)를 인큐베이션하며, 상기 제4의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제4 유형의 세포에 기초하여 선택된다. 이러한 실시 형태에서, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함하고, 상기 벽은 제1 챔버(206, 506)와 제2 챔버(208, 508)가 하나 이상의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 챔버(206, 506)와 제2 챔버(208, 508) 사이에 배치된다. 또한, 가해지는 하나 이상의 힘(들)(단계 S804 및 선택적인 단계 S808) 중 어느 것이나 제2 챔버(208, 508)의 바닥벽(209, 509)의 바닥측(230, 530) 상의 하나 이상의 제1 및/또는 제3 위치에서 발생한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 방법(800)은 단계 S802 이후, 단계 S804 이전 또는 이후, 단계 S806 이전 또는 이후, 또는 단계 S808 이전 또는 이후에, 하위 단계 S812(a) 내지 S812(c)를 포함하는 단계 S812를 더 포함할 수 있다:
하위 단계 S812(a): 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 제1 챔버(206)의 제1 구획(251)을 통해, 제4 유형의 세포를 포함하는 제4 세포 배양 배지를 벽(214)의 제1 챔버측(231)을 향해 제공하는 단계;
하위 단계 S812(c){S812(b)의 오기로 보임}: 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 제1 챔버(206)의 제2 구획(252)을 통해, 제5 유형의 세포를 포함하는 제5 세포 배양 배지를 벽(214)의 제1 챔버측(231)을 향해 제공하는 단계; 및
하위 단계 S812(c): 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 세포 배양 장치를 인큐베이션하며, 상기 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제4 및 제5 유형의 세포를 기준으로 선택되는 단계. 이러한 실시 형태에서, 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈(106)의 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함하고, 상기 벽은 제1 챔버(206) 및 제2 챔버(208)가 하나 이상의 관통 기공(240)을 통해 서로 유동 연통되도록 제1 챔버(206)와 제2 챔버(208) 사이에 배치된다. 또한, 제1 챔버는 적어도 하나의 구획 벽(260)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽은 제1 구획(251)과 제2 구획(252)이 서로 유동 연통되도록 제1 구획(251)과 제2 구획(252) 사이에 배치된다. 또한, 가해지는 하나 이상의 힘(들)(단계 S804 및 선택적 단계 S808에서) 중 어느 것이나 제2 챔버(208)의 바닥벽(209)의 바닥측(230, 530) 상의 하나 이상의 제1 및/또는 제3 위치에서 발생한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 방법(800)은 제1 배지를 흐르게 하는 단계(하위 단계 S802(c)) 및/또는 제2 배지를 흐르게 하는 단계(하위 단계 S806(d)), 및/또는 제3 배지를 흐르게 하는 단계(하위 단계 S808(c)), 또는 이들의 임의의 조합 후에, 하위 단계 S814(a) 내지 S814(b)를 포함하는 단계 S814를 더 포함할 수 있으며, 여기서 하위 단계 S814(a) 내지 S814(b)를 포함하는 단계 S814는 하위 단계 S802(d) 및/또는 하위 단계 S806(e) 및/또는 하위 단계 S808(d), 또는 이들의 임의의 조합으로 대체된다:
하위 단계 S814(a): 세포 배양 장치(100)를 반전된 위치에 두는 단계; 및
하위 단계 S814(b): 세포 배양 장치(100)를 제6의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안 반전된 위치에서 인큐베이션하며, 상기 제6의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제2 챔버에 존재하는 배지에 기초하여 선택된다. 따라서, 세포 배양 장치(100)를 인큐베이션하는 2개의 연속적인 하위 단계를 실행하지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 하위 단계 S802(c) 다음에, 하위 단계 S814(a) 내지 S814(b)를 포함하는 단계 S814가 이어지는 경우, 하위 단계 S802(d)는 수행되지 않는다. 또한, 단계 S814가 수행되고, 방법 S800이 단계 S814 이후에(예를 들어, 단계 S804, 단계 S810 또는 단계 S812와 함께) 계속되는 경우, 단계 S814는 하위 단계 S814(c), 즉 세포 배양 장치를 수직 위치로 세우는 단계를 더 포함할 수 있다.
사전 정의된 유동 기간(예를 들어, 제1, 제2 및 제3의 사전 정의된 유동 기간) 중 어느 것이나 세포 배양 배지(예를 들어, 제1, 제2 및 제3 세포 배양 배지)에 포함되어 있는 세포의 유형(예를 들어, 제1, 제2 및 제3 유형)에 기초하여 선택될 수 있다. 특히, 제2 챔버(208, 508) 내, 특히 제2 챔버(208, 508)의 바닥벽(209, 509)의 상부측(232)상에, 벽(214, 514)(내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하거나 포함하지 않음)의 기저 표면(233, 533) 상에, 또는 제2 챔버(208, 508)에 포함된 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270) 상에서의 세포 침착은 유속이 중력보다 크고 연속 흐름이 최소 30분, 바람직하게는 60분 유지되는 경우에 달성될 수 있다.
제1 챔버(206, 506)가 제1 챔버(206, 506)를 통해(또는 제1 챔버(206)의 제1 및/또는 제2 구획(252)을 통해) 벽(214, 514)의 제1 챔버측(231, 531)을 향해 제4 및/또는 제5 유형의 세포를 포함하는 (제4 및/또는 제5) 세포 배양 배지를 제공하기 위해 사용되는 경우, 세포(단일)층, 스페로이드 및/또는 오가노이드는 벽(214, 514)의 제1 챔버측(231, 531)(즉, 정점 표면 상)에 형성될 수 있으며, 이 세포(단일)층은 벽(214, 514)의 관통 기공을 통해, 제2 챔버(208, 508) 내, 특히 제2 챔버(208, 508)의 바닥벽(209, 509)의 상부측(232)에, 벽(214, 514)(내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함)의 기저 표면(233, 533) 상에, 또는 제2 챔버(208, 508)에 포함된 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단(270) 상에 형성하는 세포층과 상호 작용할 수 있다. 특히, 적어도 2개의 구획과 적어도 하나의 구획벽(260)을 포함하는 제1 챔버(206)가 사용되는 경우, 제1 구획(251) 및 제2 구획(252)은 각 구획에서 단일 스페로이드 및/또는 오가노이드를 형성할 수 있는 상기 제1 구획(251) 및 제2 구획(251)에 갇혀 있는 제4 및/또는 제5 세포 배양 배지로부터의 세포, 스페로이드, 및/또는 오가노이드를 포함할 수 있다. 이러한 단일 스페로이드 및/또는 오가노이드는 제1 구획(251)과 제2 구획(252)이 서로 유동 연통되어 있기 때문에 서로 상호 작용할 수 있다. 이 경우, 유동 채널(510 및 512)은 벽(514)에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 통해 제1 구획(251) 및/또는 제2 구획(251)에 세포 배양 배지를 관류하여, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 계속 살아 있도록 할 수 있다. 대안적으로, 제1 챔버(506)가 사용되는 경우, 다수의 마이크로캐비티(524)는 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 벽(514)에 결합되며, 이로 인해, 제4 및/또는 제5 세포 배양 배지로부터의 세포는 각 캐비티 내의 단일 스페로이드 및/또는 오가노이드를 형성하도록 포획된다. 이 경우, 유동 채널(510 및 512)은 벽(514)을 통해 세포 배양 배지를 관류하여, 스페로이드 및/또는 오가노이드를 계속 살아있게 할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하위 단계 S802(b)에서 제1 유형의 세포, 하위 단계 S806(c)에서 제2 유형의 세포, 하위 단계 S808(b)에서 제3 유형의 세포, 하위 단계 S810(a) 또는 하위 단계 S812(a)에서 제4 유형의 세포, 및 하위 단계 S812(c)에서 제5 유형의 세포는 내피 세포, 상피 세포, 근골격 세포 또는 유도 만능 줄기 세포(induced pluripotent stem cells, IPSC) 유래 세포 또는 분화된 세포로부터 각각 독립적으로 선택될 수 있다. 이들 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 유형의 세포는 단층, 하이드로겔 내장 세포 현탁액, 단층 또는 두꺼운 층의 세포층 형태일 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 유형의 세포의 예로는 혈관 내피 세포, 예를 들어, 인간 혈관 내피 세포 또는 근육 세포가 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 유형의 세포에는 혈관 내피 세포, 예를 들어, 인간 혈관 내피 세포; 성상 세포(astrocytes), 예를 들어, 인간 또는 마우스 성상 세포; 또는 근육 세포가 포함되지만, 이들에 한정되지 않는다.
유동 채널(210(510) 및 212(512))을 통해 관류되는 배지는 인간 뇌 혈관 내피 세포를 포함할 수 있는 반면, 제1 챔버(206(505))에 공급되는 다른 배지는 인간 성상 세포를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 세포를 사용함으로써, 인공 혈액 뇌장벽(blood-brain barrier, BBB)을 모방하는 것이 가능하다.
실험 결과
도 2A 내지 도 2C에 도시된 바와 같은 세포 배양 모듈을 포함하는 장치(100)는 방법 800에 따라 사용하여, 마우스 성상 세포 및 인간 뇌 내피 세포를 기반으로 한 BBB 모델을 얻었다. 각 BBB 모델은 아래에 더 자세히 설명된 2 단계로 얻어졌다.
I. 장치(100)를 준비하는 단계:
| 세포외 기질(ECM) 코팅 용액(유동채널(210, 212), 제2 챔버(208) 및 제1 챔버(206)에 대한 세포 접착 강화층으로 사용됨) |
콜라겐 I(Col-I) 100μg/mL, 0.1% 아세트산 |
| 세정 | 1xPBS (인산완충식염수), 에탄올 96% |
| 플레이트(102) | 96-웰 포맷 |
준비단계는 다음과 같이 실행했다.
1. 건조 장치(100)를 60초 동안 플라즈마 처리하였다.
2. 장치(100)를 96% 에탄올로 세정하였다. 96% 에탄올 50μL를 각 개방형(제1) 챔버(206)에 가했다.
3. 유동 채널(210, 212)과 제1 챔버(206) 내의 에탄올을 50μL의 PBS로 2회 교체/세정하였다.
4. Col-I 코팅액 50μL를 유동 채널(210, 212)에 주입하였다.
5. Col-I 코팅 용액 50μL를 장치(100)의 각 제1 챔버(206)에 가했다.
6. 각 배지 저장소를 50μL PBS로 채우고, 밀폐하여, 요동 플랫폼 상에서 1시간 동안 37℃, 5% CO2에서 인큐베이션했다(15분당 1주기).
7. 인큐베이션 후, 장치(100)의 유동 채널(210, 212) 및 각 제1 챔버(206) 내의 코팅 용액을 PBS로 교체하였다.
II. BBB 모델을 얻는 단계:
| BBB 모델에 사용된 세포(농도, 부피) |
마우스 성상세포(MA)(2x106 세포/mL, 최소 4.8mL), 마우스 일차 뇌 미세혈관 내피 세포(MPBMEC)(2x106 세포/mL, 최소 4.8mL). 인간 성상세포(HA)(2x106 세포/mL, 최소 4.8mL), 인간 일차 뇌 미세혈관 내피 세포(HPBMEC)(2x106 세포/mL, 최소 4.8mL). |
마우스 세포(즉, MA 세포 및 MPBMEC)를 기반으로 한 BBB 모델은 다음과 같이 얻어졌다.
1. 기존의 세포 배양 프로토콜에 따라, 2×106 세포/mL의 MA 세포 4800μL 를 제조했다.
2. MA 세포를 얼음 위에 두었다.
3. MA 셀의 로딩은 다음과 같이 수행되었다.
a. 제1 챔버(206)에서 모든 PBS를 제거하고,
b. 유동 채널(210, 212) 내의 PBS를 100μL의 내피 세포 배지로 교체하고,
c. 2×106 세포/mL의 MA 세포 현탁액 50μL를 피펫으로 제1 챔버(206)에 옮기고,
d. 장치(100)를 37℃, 5% CO2에서 1시간 동안 인큐베이션하고(정적, 요동 플랫폼 상에서는 아님).
e. 벽(214)이 건조되지 않은 것을 10분마다 확인한다(필요한 경우, 벽(214)을 촉촉하게 유지하기 위해, 신선한 배지를 제1 챔버(들)(206)에 가할 수 있다).
4. 기존의 세포 배양 프로토콜에 따라 2×106 세포/mL의 MPBMEC 4800μL를 제조했다.
5. MPBMEC를 다시 얼음 위에 두었다.
6. 세포 배양 배지(단계 3e의 장치에 첨가됨)는 플레이트(102)의 유동 채널(210, 212)에 2×106 세포/mL의 MPBMEC 현탁액 50μL를 주입하여 교체했다.
7. 플레이트(102)를 수동으로 수회 요동시켜, 세포 밀집도(cell confluency)가 일정한지 확인했다.
8. 플레이트(102)를 반전시켜, 37℃, 5% CO2에서 1시간 동안 인큐베이션했다(정적, 요동 플랫폼 상에서는 아님).
9. 100μL MPBMEC를 플레이트(102)의 각 유동 채널 한쪽에 있는 배지 저장소에 가했다.
10. 15μL MPBMEC를 플레이트(102)의 각 유동 채널 한쪽에 있는 배지 저장소에 가했다.
11. 플레이트(102)를 37℃, 5% CO2에서 요동 플랫폼에 올려 놓았다.
인간 세포(즉, HA 세포 및 HPBMEC)를 기반으로 한 BBB 모델도 동일한 방식으로 얻을 수 있다(상기 단계 1 내지 11에서, "MA" 및 "MPBMEC"를 각각 "HA" 및 "HPBMEC"로 대체하면 됨).
따라서, MA는 제1 챔버(206)에 도입되어, 벽(214)의 정점 표면 상에 단층으로 성장한 반면, MPBMEC는 제2 챔버(208)를 통해 관류되어, 벽(214)의 기저측에 침착했다.
이어서, 세포를 CD31, 신경교섬유질 산성 단백질(glial fibrillary acidic protein, GFAP), 액틴 및 DAPI(세포핵을 나타내는 DNA에 결합하는 소분자)에 대한 항체로 면역조직 화학적으로 처리했다.
도 9A 및 도 9B는 장치(100)를 사용한 BBB 모델의 공초점 이미지를 나타낸다. 도 9A는 MPBMEC가 배양된 벽(214)의 기저 표면을 보여준다. 접착성 결합 마커 CD31(MPBMEC의 세포 유형 특이적 마커로 사용됨)과 액틴 발현은 강력한 발현을 보여 주며, 손상되지 않은 세포 결합을 나타낸다. 도 9B는 MA가 배양된 벽(214)의 정점 표면(제1 챔버(206)측)을 나타낸다. 도 9B는 GFAP(마우스 뇌 성상 세포의 세포 유형 특이적 마커로 사용됨) 및 액틴 발현을 보여준다.
본 개시의 예시적인 실시예가 본 명세서에 설명되어 있지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 법적 보호 범위를 벗어나지 않고, 본 개시의 실시 형태에서 임의의 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 첨부된 청구범위에서 "포함하는(comprising)"이라는 단어는 다른 구성요소, 단계 또는 동작을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 특정 수단이 서로 다른 종속항에 기재되어 있다는 단순한 사실만으로는 이러한 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 의미하지 않는다.
Claims (26)
- 세포 배양 장치(100)로서, 하나 이상의 세포 배양 모듈(106, 400)을 포함하며, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈은 다음을 포함하며:
- 각각 상단부와 바닥부를 가지며, 상단부는 배지용 입구(216, 220; 516, 520)를 갖고, 바닥부는 배지용 출구(218, 222; 518, 522)를 갖는 적어도 2개의 배지 저장소(reservoir)(202, 204; 502, 504);
- 제1 챔버와 상기 적어도 2개의 배지 저장소가 제1 방향으로 서로 정렬되도록, 상기 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 사이에 배치되는 제1 챔버(206, 506);
- 상기 제1 챔버(206, 506) 아래에 배치되고, 제2 방향으로 상기 제1 챔버와 정렬되는 제2 챔버(208, 508)로서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 0도 초과 90도 이하의 각도를 가지며, 상기 제2 챔버는 적어도 2개의 측면 구멍을 갖는 바닥부를 가지며;
- 제1 챔버(206, 506)와 제2 챔버(208, 508) 사이에 배치되는, 벽 재료로 이루어지는 벽(214, 514); 및
- 적어도 2개의 유동 채널(flow channel)(210, 212; 510, 512)로서, 상기 적어도 2개의 유동 채널의 각각은 세포 배양 배지를 통과시키도록 구성되고, 적어도 2개의 유동 채널 각각(210, 212; 510, 512)은 적어도 2개의 배지 저장소(202, 204; 502, 504) 중 하나의 바닥부의 출구(218, 222; 518, 522)를 제2 챔버(208, 508)의 바닥부의 적어도 2개의 측면 구멍 중 하나에 연결하며,
여기에서, 상기 제2 챔버의 바닥벽(209, 509)은 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측(230, 530)에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어지고, 및/또는 상기 벽(214)의 벽 재료는 상기 벽(214, 514)의 제1 챔버측(231, 531)에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 벽 재료인 세포 배양 장치. - 제1항에 있어서,
서로 인접하게 배치된 복수의 세포 배양 모듈을 포함하는 세포 배양 장치. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세포 배양 모듈은 상기 벽의 정점측(231, 531) 또는 기저측(233, 533) 상의 벽에 부착되어 그로부터 돌출되거나, 또는 상기 제2 챔버의 바닥벽의 상부측(232, 532)에 부착되어 그로부터 돌출되는 하나 이상의 돌기(280)를 더 포함하는 세포 배양 장치. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 챔버는 하나 이상의 생물학적 물질 증식 수단을 더 포함하는 세포 배양 장치. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공(240)을 포함하고, 상기 벽은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버가 상기 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 배치되는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 챔버의 바닥부는 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향과는 반대의 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥부 재질로 이루어지고, 상기 제1 챔버는 적어도 2개의 구획과 적어도 하나의 구획벽(260)을 포함하고, 상기 적어도 2개의 구획은 제1 구획(251)과 제2 구획(252)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 구획벽은 제1 구획과 제2 구획이 서로 유동 연통되도록 제1 구획과 제2 구획 사이에 배치되고, 상기 벽(214)은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하고, 상기 벽(214)은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버가 상기 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통하도록 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 배치되는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽의 벽 재료는 상기 벽의 제1 챔버측에 가해지는 힘에 응답하여, 제2 방향으로 변형되도록 구성된 탄성벽 재료인 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 챔버의 바닥벽은 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어지는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈의 제2 챔버는 코팅 물질로 이루어진 적어도 하나의 코팅층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 코팅층이 제2 챔버의 내부 표면 상에 형성되고, 단, 상기 벽이 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 경우, 상기 벽의 상기 하나 이상의 관통 기공이 개방된 상태가 되도록 상기 적어도 하나의 코팅층이 제2 챔버의 내부 표면에 형성되는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈의 벽은 코팅 물질로 이루어진 적어도 하나의 코팅층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 코팅층이 상기 벽에 형성되고, 단, 상기 벽이 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하는 경우, 상기 적어도 하나의 코팅층은 상기 벽의 상기 하나 이상의 관통 기공이 개방된 상태가 되도록 상기 벽에 형성되며, 여기서 상기 적어도 하나의 코팅층의 상기 코팅 물질은 상기 벽에서 증식되는 적어도 하나의 유형의 세포에 기초하여 선택되는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈에서의 상기 제1 챔버는 바닥이 없는 중공 튜브로 구현되는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈에서의 상기 제1 챔버는 곡선형 또는 각진 바닥부를 갖는 중공 튜브로서 구현되고, 상기 곡선형 또는 각진 바닥부는 적어도 하나의 제1 챔버 캐비티(524) 및 상기 적어도 하나의 제1 챔버 캐비티 각각에 형성된 적어도 하나의 제1 챔버 구멍을 가지며, 상기 제2 챔버(508)의 바닥벽은 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 가해지는 힘에 응답하여, 상기 제2 방향과 반대인 제3 방향으로 변형되도록 구성된 탄성 바닥벽 재료로 이루어지는 세포 배양 장치. - 제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 챔버 캐비티의 상기 적어도 하나의 제1 챔버 구멍이 개방된 상태가 되도록, 상기 곡선형 또는 각진 바닥이 외측에서 세포 접착 강화층으로 코팅되고, 상기 세포 접착 강화층은 친수성 물질로 이루어진 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈의 제2 챔버의 높이가 50 내지 350 μm 범위 내에 있는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈 내의 상기 적어도 2개의 배지 저장소 각각이 중공 튜브로 구현되는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 적어도 하나의 세포 배양 모듈은 적어도 2개의 전극을 더 포함하고, 상기 적어도 2개의 전극 각각은 상기 제1 챔버, 상기 제2 챔버, 상기 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나 이상, 또는 벽, 또는 이들의 임의의 조합에 독립적으로 배치되는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽의 상기 하나 이상의 관통 기공이 0.2 μm 내지 200 μm 범위 내의 평균 기공 크기를 갖는 세포 배양 장치. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 정의된 세포 배양 장치(100); 및
하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소 각각에 배지를 공급하도록 구성된 피펫팅 스테이션(702)을 포함하는 세포 배양 인큐베이터. - (a) 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 정의된 세포 배양 장치를 제공하는 단계로서, 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈의 각 제2 챔버는 제1 유형의 세포의 복수의 세포를 포함하는 세포 배양물을 포함하는 단계;
(b) i) 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되도록, 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제1 위치에서; 및/또는
ii) 상기 벽이 제2 방향으로 변형되도록, 상기 벽의 제1 챔버측 상의 하나 이상의 제2 위치에서,
하나 이상의 제1 힘을 가하고, 이에 의해 세포 배양물의 제1 유형의 세포의 복수의 세포로부터 적어도 하나의 세포를 제거하여, 제1의 영향을 받은 세포 배양물을 형성하는 단계
를 포함하는, 세포 배양물에 영향을 미치는 방법. - 제19항에 있어서,
(c) 제2 유형의 세포를 포함하는 제2 세포 배양 배지를 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에 제공하는 단계;
(d) 상기 제2 배지를 적어도 2개의 배지 저장소 중 상기 하나로부터 제2 챔버를 통해 제2의 사전 정의된 유동 기간 동안 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하며, 상기 제2의 사전 정의된 유동 기간은 제2 배지를 기준으로 선택되는 단계; 및
(e) 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하고, 이에 의해 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 형성하고, 상기 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 및 제2 유형의 세포를 기준으로 선택되는 단계를 더 포함하는 방법. - 제20항에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 제2 세포 배양 배지를 유동시키는 단계는 유동 구동 유닛에 의해 이루어지는 방법. - 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 유형의 세포는 상기 제1 유형의 세포와 동일하거나 상이하고, 상기 단계 (e)에서, 상기 제2의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 상기 제1 및 제2 유형의 세포를 기준으로 선택되는 방법. - 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
- i) 상기 제2 챔버의 바닥벽이 제3 방향으로 변형되도록, 상기 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제3 위치에서(하나 이상의 제3 위치는 하나 이상의 제1 위치와 상이함); 및/또는
ii) 상기 벽이 제2 방향으로 변형되도록 상기 벽의 제1 챔버측 상의 하나 이상의 제4 위치에서(하나 이상의 제4 위치는 하나 이상의 제2 위치와 상이함),
하나 이상의 제2 힘을 가하고, 이에 의해 제1의 영향을 받은 세포 배양물로부터, 또는 제1의 영향을 받은 배양된 세포 배양물로부터 적어도 하나의 세포를 제거하고, 제2의 영향을 받은 세포 배양물 또는 제2의 영향을 받은 배양된 세포 배양물을 형성하는 단계;
- 제3 유형의 세포를 포함하는 제3 세포 배양 배지를 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 상기 적어도 2개의 배지 저장소 중 하나에 제공하는 단계;
- 제3 배지를, 적어도 2개의 배지 저장소 중 상기 하나로부터 제2 챔버를 통해 제3의 사전 정의된 유동 기간 동안 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈의 각 세포 배양 모듈 내의 적어도 2개의 배지 저장소의 나머지 부분으로 흐르게 하고, 상기 제3의 사전 정의된 유동 기간은 제3 배양 배지를 기준으로 선택되는 단계; 및
- 제3의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하며, 상기 제3의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제1 유형의 세포 및/또는 제3 유형의 세포를 기준으로 선택되는 단계를 더 포함하는 방법. - 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 제1 챔버를 통해, 상기 벽의 제1 챔버측을 향해 제4 유형의 세포를 포함하는 제4 세포 배양 배지를 제공하는 단계; 및
- 제4의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하고, 상기 제4의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제4 유형의 세포를 기준으로 선택되는 단계를 더 포함하며,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하고, 상기 벽은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버가 상기 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 배치되고, 상기 가해지는 하나 이상의 힘(들) 중 어느 하나는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측 상의 하나 이상의 제1 및/또는 제3 위치에서 발생하는 방법. - 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 제1 챔버의 제1 구획을 통해, 상기 벽의 제1 챔버측을 향해 제4 유형의 세포를 포함하는 제4 세포 배양 배지를 제공하는 단계;
- 상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 제1 챔버의 제2 구획을 통해, 제5 유형의 세포를 포함하는 제5 세포 배양 배지를 상기 벽의 제1 챔버측에 제공하는 단계; 및
- 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간 동안, 상기 세포 배양 장치를 인큐베이션하며, 상기 제5의 사전 정의된 인큐베이션 기간은 제4 및 제5 유형의 세포에 기초하여 선택되는 단계를 더 포함하며,
상기 하나 이상의 세포 배양 모듈 중 각 세포 배양 모듈의 벽은 내부에 형성된 하나 이상의 관통 기공을 포함하고, 상기 벽은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버가 상기 하나 이상의 관통 기공을 통해 서로 유동 연통되도록 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 배치되고,
상기 제1 챔버는 적어도 하나의 구획벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽은 상기 제1 구획과 상기 제2 구획이 서로 유동 연통되도록 상기 제1 구획과 상기 제2 구획 사이에 배치되고, 상기 가해지는 하나 이상의 힘(들) 중 어느 하나는 제2 챔버의 바닥벽의 바닥측에 있는 하나 이상의 제1 및/또는 제3 위치에서 발생하는 방법. - 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 제4 및/또는 제5 유형의 세포는 성상 세포, 뇌 오가노이드, 뇌 스페로이드, 신경 세포, 내피 세포, 상피 세포, 근골격 세포, 유도 만능 줄기 세포(IPSC) 유래 또는 분화 세포 및 근육 세포로 이루어진 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 것인 방법.
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