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KR102458606B1 - 마이크로캐리어 기반 4차원 세포 배양기 및 이를 이용한 세포배양 모니터링 방법 - Google Patents

마이크로캐리어 기반 4차원 세포 배양기 및 이를 이용한 세포배양 모니터링 방법 Download PDF

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KR102458606B1
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이은아
박욱
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Abstract

본 발명은 저 비중 마이크로캐리어 기반 세포 배양 장치 및 이를 이용한 세포 배양 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 세포배양에 대하여 시간(Time) 요소를 반영하여 세포의 성장 상태를 모니터링하고, 세포 특성변화를 최소화하여 안정적인 세포 확장배양이 가능한 특성이 반영된 4차원 세포배양에 관한 것이다.

Description

마이크로캐리어 기반 4차원 세포 배양기 및 이를 이용한 세포배양 모니터링 방법{MICROCARRIER BASED-4 DIMENSIONAL CELL CULTURE APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING CELL CULTURE USING THE SAME}
본 발명은 저 비중 마이크로캐리어 기반 세포 배양 장치 및 이를 이용한 세포 배양 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 세포배양에 대하여 시간(Time) 요소를 반영하여 세포의 성장상태 모니터링이 가능하게 하며, 세포 특성변화를 최소화하여 안정적인 세포 확장배양이 가능한 기능이 반영된 4차원 세포배양에 관한 것이다.
최근 부착세포(adherent cell)인 줄기세포 또는 전구세포를 이용하여 인간의 세포와 조직, 장기를 대체하거나 재생시켜서 원래의 기능을 할 수 있도록 복원시키는 의학분야인 재생의학(Regenerative medicine) 기술 개발이 활발해지고 있다.
암세포를 제외한 대부분의 고형 조직 유래의 세포는 유리, 플라스틱 또는 나일론 등의 표면에 단층으로 부착하여 증식하고, 이러한 세포가 증식할 수 있는 환경을 제공하는 배양기 및 배양 소재에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
특히, 세포 배양용 지지체로서 생체 적합성 마이크로 비드(micro-bead)를 이용하여 세포 부착의 표면적을 증대시켜 배양하는 3차원 세포 배양방법이 개발되고 있다.
마이크로 비드는 이와 같이 세포 증식을 위한 넓은 표면적을 제공함으로써, 줄기세포 또는 전구세포와 같은 부착성 세포가 부유배양 환경에서도 성장할 수 있도록 세포가 안착할 수 있는 환경을 제공한다.
그러나, 세포를 회수하기 위해서는 마이크로 비드와 세포를 분리해야 하는데, 원심분리를 통해 분리하는 경우, 마이크로 비드와 세포 간의 비중 차이가 크게 나지 않아 분리 시간이 증대되며 이로 인하여 세포의 손상이 일어나고 마이크로 비드와 세포층의 구분이 명확하지 않아 세포가 유실될 가능성이 존재한다.
또한, 마이크로 비드는 세포를 안전하고 효율적으로 배양하기 위해서 세포의 특성과 목적에 따라 사용되는 물질이 제한적이고, 이들을 보통 천연 또는 합성 고분자 물질로서 비중이 세포와 비슷한 물질이 사용되고 있다.
이러한 물질 들의 비중은 1.0 내지 1.3 근처에서 결정되고, 세포나 인체 유래 고형 물질의 비중도 1.0 이상이므로, 고분자 물질과 세포나 인체 유래 고형 물질의 비중이 유사하여 원심분리에 의해 분리가 용이하지 않다는 문제점이 존재한다. 또한, 원심분리 이외의 방법으로 세포와 마이크로캐리어를 분리하기 위해 마이크로 단위의 기공(pore) 크기를 가진 필터를 추가로 사용해야 한다는 단점이 있다.
한편, 부착성 줄기세포의 체외 확장배양을 위해 개발된 3차원 배양 방법 중 가장 최선의 성체줄기세포 확장 배양 성능을 나타내는 것으로 평가되고 있는 플라스틱 마이크로캐리어 기반 3차원 확장 배양은 지속적인 교반을 통해 세포가 부착된 마이크로캐리어가 부유상태를 유지하도록 하는 특징을 가지고 있으며, 이러한 3차원 배양 과정에서 부가되는 교반력은 마이크로캐리어 표면에 부착되어 배양되는 세포에 물리적 스트레스(shear stress)를 가하게 되어, 세포성장을 억제시키는 동시에 배양된 세포의 활성이 저하되는 단점이 있다.
보다 구체적으로, 상용화된 플라스틱 마이크로캐리어는 밀도(density)가 배양액보다 높아 배양과정에서 빠르게 가라 앉는 특성을 가지므로, 부유상태를 유지하기 위하여 지속적으로 교반력이 가해져야 하며, 이로 인하여 마이크로캐리어 표면에 부착되어 배양되는 세포에 물리적 스트레스가 전달되는 문제점이 존재한다. 그러나, 3차원 세포 배양 플랫폼의 교반력 인가는 마이크로캐리어의 부유상태 유지만이 아닌 배양액 성분의 균일한 분포를 위해서도 필요한 것인 바, 교반력으로 인한 세포에 대한 물리적 스트레스를 줄일 수 있는 방법이 요구된다.
또한, 플라스틱 마이크로캐리어는 구(sphere) 형태이며, 세포 증식에 따라 다차별적 특성이 구현되는 것이 아니므로, 세포의 증식상태를 직관적으로 파악하는 것이 용이하지 않으며, 마이크로캐리어를 샘플링하여 3차원적 관찰이 가능한 특수장비를 이용하여야 하는 문제점이 존재한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1975100호
본 발명은 저 비중 마이크로캐리어 기반 3차원 세포배양시 주입되는 배양배지(culture media)로서 세포 배양액의 유속(flow rate)를 조절하여 배양배지에 가해지는 별도의 교반력 없이 3차원 세포 배양기 가능한 플랫폼(platform)을 제공하는 것에 본 발명의 목적이 있다.
해결하고자 하는 과제의 달성을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 마이크로캐리어 기반 세포 배양기는 세포 배양 챔버; 상기 챔버 내에 수용되는 세포 배양액; 및 상기 세포 배양액 내에 부유하며 세포가 성장되는 표면을 제공하는 마이크로캐리어를 포함한다.
상기 세포 배양액은 상기 세포 배양 챔버 하부로 유입되어 상기 세포 배양 챔버 상부로 유출되는 것일 수 있다.
상기 마이크로캐리어는 상기 세포 배양액 보다 비중이 낮은 것일 수 있다.
상기 마이크로캐리어는 표면에서 세포가 증식됨에 따라 상기 세포 배양 챔버의 하단으로 침강하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법은 세포 배양 챔버 하부에서 세포 배양액을 유입되며 상기 세포 배양액이 상기 세포 배양 챔버 상부로 유출되는 세포 반응기를 제공 단계; 상기 세포 배양 챔버 내에 수용되는 세포 배양액 상에 마이크로캐리어와 성장 대상 세포를 투입하는 세포 투입 단계; 및 상기 마이크로캐리어 표면상에 상기 성장 대상 세포가 부착된 세포-마이크로캐리어 복합체의 상기 세포 배양 챔버 내에서의 위치분포 변화를 확인하는 세포 증식 관찰 단계를 포함한다.
상기 세포-마이크로캐리어 복합체의 비중을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 산출된 세포-마이크로캐리어 복합체의 비중으로부터 세포의 성장 상태 데이터를 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 연속적인 세포 배양액의 유입 및 유출을 통한 배지흐름(media flow)을 유도함으로써 별도의 교반력(stirring force)를 요하지 않으므로, 세포배양시 세포에 물리적 스트레스(stress)를 노출시키지 않는 효과가 있다.
또한, 세포에 가해지는 물리적 스트레스를 현저히 감소시킴에 따라 2차원 세포배양과 유사한 수준의 활성유지를 기대할 수 있다.
또한, 최소한의 배지흐름(media flow)만으로 3차원 세포배양의 마이크로캐리어의 부유상태를 유지시킴으로써, 세포성장에 따른 마이크로캐리어의 분포 변화를 방해하지 않고, 마이크로캐리어의 분포위치를 기반으로 세포의 성장 상태를 용이하게 모니터링 할 수 있다.
또한, 3차원 세포 배양에 있어서 시간 변화에 따른 세포-마이크로캐리어 복합체의 거동 변화를 구현함으로써 4차원 세포 배양 플랫폼을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양기의 개략도를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양기의 수직(높이) 구배에 따른 세포(세포-마이크로캐리어 복합체) 및 영양성분의 분포를 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 비교예에 따른 2차원 세포배양 접시의 수직(높이) 구배에 따른 세포 및 영양성분의 분포를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4차원 세포배양의 개략도를 도시한 것이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
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, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 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．
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로캐리어 기반 세포 배양기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 형태에 따른 마이크로캐리어 기반 세포 배양기(100)는 세포 배양 챔버(110); 세포 배양 챔버(110) 내에 수용되는 세포 배양액(120); 및 세포 배양액(120) 내에 부유하며 세포(133)가 성장되는 표면을 제공하는 마이크로캐리어(131)를 포함한다.
세포 배양 챔버(110)는 상부 및 하부 상기 세포 배양액이 각각 유입 및 유출이 가능한 관통공(140)를 구비하는 것일 수 있으며, 보다 상세하게는 세포 배양 챔버(110) 측부에 세포 배양액(120)이 유입 및 유출이 가능한 관통공(140)이 형성될 수 있으며, 보다 더 상세하게는 세포 배양 챔버(110) 일 측의 하부에 상기 세포 배양액(120)이 유입 가능한 관통공(141)이 구비되며, 세포 배양 챔버(110) 타 측의 상부에 세포 배양액(120)이 유출 가능한 관통공(142)이 구비될 수 있다.
세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110) 내에서 배양 배지(culture media)로서 세포(133) 성장 또는 증식에 요구되는 영양성분(nutrient)을 포함하는 유체(fluid)이다.
세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110) 하부로 유입되어 세포 배양 챔버 상부(110)로 유출되는 것으로, 세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110) 내에서 유체의 흐름(flow)을 형성하며, 보다 구체적으로는 세포 배양 챔버(110) 하부(bottom)에서 상부(top) 방향으로 배지 흐름(media flow)을 형성할 수 있다.
세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110) 일 측의 하부로 유입되는 것일 수 있으며, 유입된 세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110) 타 측의 상부로 유출되는 것일 수 있으며, 이로 인하여, 세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110) 내에서 하부(bottom)에서 상부(top) 방향으로 배지 흐름(media flow)을 형성하며, 후술하는 침강하는 마이크로캐리어(131) 또는 세포-마이크로캐리어 복합체(130)와의 이동 방향과 반대 방향의 배지 흐름(media flow)을 형성함에 따라, 세포 배양 챔버(110) 내에서 마이크로캐리어(131) 또는 세포-마이크캐리어 복합체(130)의 부유상태(suspension)를 유지시킬 수 있다.
세포 배양액(120)에 의한 하부(bottom)에서 상부(top) 방향으로의 배지 흐름(media flow)은 기존의 세포 배양기 내 마이크로캐리어의 위치 분포변화를 관찰하기 위하여 요구되던 교반력을 대체할 수 있다. 따라서, 세포 배양 시 별도의 교반력을 요구하지 않으므로, 세포 성장에 물리적 스트레스(stress)를 가하지 않고 세포 성장을 가능하게 한다. 세포 배양 챔버(110) 내 배지 흐름(media flow) 만으로 세포-마이크로캐리어 복합체(130) 또는 마이크로캐리어(131)의 부유상태를 유지할 할 수 있으며, 동시에 후술되는 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 비중 증가에 따른 분포위치 변화를 방해하지 않으므로. 세포-마이크로캐리어 복합체(130) 분포위치의 확인을 통하여 세포-마이크로 복합체(130)의 세포(133)의 성장 상태를 직관적으로 확인할 수 있다.
세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110)에 연속적으로 유입되고 연속적으로 유출됨으로써, 세포 배양 챔버(110) 내에 세포(133)에 대하여 세포성장에 필요한 영양성분을 지속적으로 제공할 수 있다.
마이크로캐리어(131)는 표면에서 세포(133)가 부착되어 성장하기 위한 마이크로 크기의 비드 입자로서, 마이크로캐리어(131)는 세포 배양 안정성을 구비하여야 생체 적합성 소재이고, 생물학적으로 안정한 물질인 것이다.
마이크로캐리어(131)는 구(sphere) 또는 원반형일 수 있으며, 마이크로캐리어(131) 표면에 세포(133)가 부착되어 세포-마이크로캐리어 복합체(130)를 형성할 수 있다.
마이크로캐리어(131)는 표면에 세포(133)가 부착되어 세포-마이크로캐리어 복합체(130)를 형성함으로써, 마이크로캐리어(131) 표면에 부착된 세포(133)의 성장 또는 증식을 가능하게 하는 것이다. 보다 구체적으로는, 세포(131)의 성장 또는 증식은 구(sphere) 또는 원반형의 마이크로캐리어(131) 3차원 표면을 모두 활용하는 것이며, 3차원의 표면에 세포(133)가 부착되어 배양(성장)됨으로써 생체와 유사한 환경을 체외에서 제공하는 3차원 세포 배양(3-dimesional cell culture)을 가능하게 한다.
세포-마이크로캐리어 복합체(130)는 마이크로캐리어(131) 표면에 세포(131)가 성장됨에 따라 비중이 증가되고, 비증이 증가됨에 따라 세포 배양 챔버(110)의 하단으로 침강하는 것일 수 있다.
이때, 마이크로캐리어(131)는 세포 배양액(120) 보다 비중(specific gravity)이 낮은 것일 수 있으며, 마이크로캐리어(131)는 세포 배양액(120) 보다 비중이 낮은 재질로 구성될 수 있다. 마이크로캐리어(131)는 세포 배양액(120) 내에서 상대적으로 가벼운 물질의 거동 특성을 나타냄으로써 세포 배양액(120)에 의한 매우 적은 배지흐름(media flow)만으로도 마이크로캐리어(131) 또는 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 부유상태를 유도할 수 있으며, 동시에 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 비중 증가에 따른 위치 분포를 확인할 수 있다. 이러한 위치 분포의 확인을 통하여 세포-마이크로 복합체(130)의 세포(133)의 성장 상태를 직관적으로 확인할 수 있다.
마이크로캐리어(131)의 표면에 부착되어 성장하는 세포(133)의 비중은 세포 배양액(120) 보다 비중이 큰 것일 수 있으며, 배양하고자 하는 세포에 따라 세포 배양액, 마이크로캐리어의 비중 값이 결정될 수 있다.
일 례로서, 통상의 세포 배양액의 비중은 1.04 내지 1.20를 가지고 있는 바, 세포 배양액의 비중보다 낮은 비중을 갖는 마이크로캐리어는 1.0 이하의 비중을 가지는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로는 세포가 골수기질세포(BMSCs)인 경우, 세포의 비중은 1.053일 수 있으며, 이때의 배양배지로서 세포배양액의 비중은 1.04일 수 있으며, 이때의 마이크로캐리어의 비중은 0.995 이하의 비중을 가지는 것일 수 있다. 또한, 마이크로캐리어 비드의 비중이 너무 낮으면 세포 배양액 내에서의 부유상태를 유지할 수 있으나, 세포 증식에 따른 마이크로캐리어의 비중 변화가 미비할 수 있으므로, 0.775 이상의 비중을 가지는 것이 바람직할 수 있다.
도 2a는 도 1의 도시된 본 발명의 실시예에 따른 세포 배양기(100) 내(도 2a의 왼쪽 이미지)의 수직(높이) 구배에 따른 세포(133)(또는 세포-마이크로캐리어 복합체(130)) 분포(도 2a의 'Cell density') 및 세포 배양액(120) 내의 영양성분 분포(도 2a의 'Media nutrient gradient')를 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 비교예로서, 배지 용액 바닥면에서 세포 배양(2차원 세포배양)(도 2b의 왼쪽 이미지)에 따른 수직(높이) 구배에 따른 세포 분포(도 2b의 'Cell density') 및 세포 배양액 내의 영양성분 분포(도 2b의 'Media nutrient gradient')를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 마이크로캐리어(131)의 표면에 부착되어 성장하는 세포(133)는 세포 배양액(120) 내에 존재하는 영양성분을 소모하면서 성장하게 되는 것이다. 세포 배양 초기에는 마이크로캐리어(131) 표면에 부착된 세포의 수가 적고, 성장이 시작되는 단계에 해당되는 것이므로, 세포 배양액(120) 상층부에는 많은 수의 세포-마이크로캐리어 복합체(130) 및 마이크로캐리어(131)가 부유상태로 존재하게 된다.
세포 배양이 진행됨에 따라, 마이크로캐리어(131)의 표면에 부착된 세포(133)가 성장하게 되며, 이로 인하여 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 비중이 증가된다. 비중이 증가된 세포-마이크로캐리어 복합체(131)는 세포 배양 챔버(110) 하부로 침강한다.
비중이 증가된 세포-마이크로캐리어 복합체(130)가 세포 배양 챔버(110) 하부로 침강함으로 인하여, 세포 배양 시간의 증가함에 따라서 세포 배양액(120)의 상층부에서 하부층으로 갈수록 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 분포가 증가하는 경향을 보인다.
이때, 세포 배양액(120)은 세포 반응 챔버(110) 하부에서 지속적으로 유입됨에 따라서, 세포 배양 챔버(110) 하층부에는 지속적으로 세포 배양액(120) 내 영양성분이 증가하게 되며, 상층부에서부터 세포-마이크로캐리어 복합체의 세포 성장에 따른 지속적인 영양성분의 소모가 진행되고 영양성분이 소모된 세포 배양액(120)은 세포 배양 챔버(110) 상부에서 유출됨에 따라, 세포 배양액(120) 내 영양성분은 상층부에서 하층부로 갈수록 분포가 증가하는 경향을 보이며, 이는 상술한 세포 배양 챔버(110) 내 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 표면에 존재하는 세포의 분포와 동일한 경향을 보인다.
이로 인하여, 세포 배양 챔버(110)에의 수직(높이) 구배에 따른 세포-마이크로캐리어 복합체(130)와 세포 배양액(120) 내 영양성분의 분포 경향이 동일함에 따라, 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 세포 성장에 효과적인 세포 배양 환경을 제공한다.
또한, 마이크로캐리어(131)를 이용한 3차원 세포배양에 있어서 시간(time)이 경과함에 따라서 세포-마이크로캐리어 복합체(130)는 비중이 증가되어 세포 배양액(120) 내에서 침강하게 되고, 세포 배양 챔버(110)에 하부에서 유입되는 세포 배양액(120)으로 인하여 세포 배양 챔버(110)의 하부에는 높은 분포 수준의 영양성분이 존재하는 바, 시간(time)이 경과함에 따라 지속적인 성장을 가능하게 하는 시공간(space-time)을 모두 활용하는 4차원 세포배양(4-dimensional cell culture)을 제공할 수 있다.
이에 비하여, 도 2b를 참조하면, 비교예로서, 세포 배양 챔버내 세포 배양액의 연속적인 유입 및 유출이 없어 배지 흐름(media flow)을 형성하지 않으며, 세포 배양 배지 하부 표면에 세포가 고정되는 2차원 세포 배양기의 경우, 세포 배양액 하부층에만 세포가 성장하여 증식됨에 따라 하부층에만 세포가 집중되어 있으며, 이로 인하여 세포 배양액의 하층부에 존재하는 영양성분의 소모가 집중된다. 세포 배양액 하층부의 영양성분이 소모됨에 따라 세포 배양액 상층부의 영양분은 높은 분포를 보이나, 세포 배양액 하층부의 영양성분은 낮은 분포를 보이게 된다. 이로 인하여, 하층부 표면에서의 세포는 세포 배양액 내 영양성분이 소모됨에 따라 세포 성장이 더디게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 세포 배양기(100)를 이용한 4차원 세포 배양의 개략도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 세포 배양액(220)의 밀도가 약 1.04 g/ml이고, 마이크로캐리어(231)의 밀도가 약 0.98 g/ml이고, 세포(233)의 밀도가 약 1.07 g/ml인 경우에 시간(Time)이 경과함에 따라 세포 배양액(220) 상에 표층부에 위치하고 있는 마이크로캐리어(231)는 세포(233)가 부착됨에 따라 세포-마이크로캐리어 복합체(230)를 형성하고, 세포(233)의 성장으로 인하여 밀도가 증가된 세포-마이크로캐리어 복합체(230)는 침강하게 되는 것이이다
또한, 본 발명의 세포 배양기(100)는 세포 배양액(120)이 세포 배양 챔버(110) 내 하부에서 상부로 이동함에 따라, 세포 배양 챔버(110) 내에서 세포 성장 정도에 따른 세포-마이크로캐리어 복합체(130)의 분포위치가 변화되며, 변화된 분포위치로부터 세포(133)의 성장정도를 직관적으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법은 본 발명의 일 형태에 따른 세포 배양기를 통하여 세포 배양을 모니터링 하는 것으로, 후술하는 세포 배양기, 세포 배양액, 마이크로캐리어, 세포 및 세포-마이크로캐리어 복합체에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
상기 마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법은 세포 배양 챔버 하부에서 세포 배양액을 유입되며 상기 세포 배양액이 상기 세포 배양 챔버 상부로 유출되는 세포 반응기를 제공 단계; 상기 세포 배양 챔버 내에 수용되는 세포 배양액 상에 마이크로캐리어와 성장 대상 세포를 투입하는 세포 투입 단계; 및 상기 마이크로캐리어 표면 상에 상기 성장 대상 세포가 부착된 세포-마이크로캐리어 복합체의 위치분포 변화를 확인하는 세포 성장 관찰 단계를 포함한다.
상기 세포 성장 관찰 단계는 시간(time) 경과에 따른 위치분포 변화를 관찰하는 것일 수 있으며, 상기 세포-마이크로캐리어 복합체의 비중 증가로 인하여 상기 세포 배양액 내에서 침강하는 세포-마이크로캐리어 복합체의 높이 변화를 관찰하는 것일 수 있다.
또한, 상기 마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법은 상기 세포-마이크로캐리어 복합체의 비중을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법은 상기 산출된 세포-마이크로캐리어 복합체의 비중으로부터 세포의 성장 상태 데이터를 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게는 상기 마이크로캐리어와 상기 세포-마이크로캐리어 복합체 상의 비중 차이로부터 성장된 세포의 비중을 산출하며, 산출된 성장된 세포와 상기 세포 투입 단계에서의 세포의 비중 차이로부터 세포의 성장 정도를 확인할 수 있다.
상기 마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법은 상기 세포 성장 관찰 단계에서 상기 세포-마이크로캐리어 복합체의 침강 정도에 따라 세포의 성장 또는 증식 정도를 예측할 수 있으며, 시간 요소를 고려하여 세포 성장의 역학적 분석 및 실시간 모니터링이 가능할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 세포 배양기
110, 210: 세포 배양 챔버
120, 220: 세포 배양액
130, 230: 세포-마이크로캐리어 복합체
131, 231: 마이크로캐리어
133, 233: 세포

Claims (6)

  1. 세포 배양 챔버;
    상기 챔버 내에 수용되는 세포 배양액; 및
    상기 세포 배양액 내에 부유하며 세포가 성장되는 표면을 제공하는 마이크로캐리어를 포함하며,
    상기 세포 배양액은 상기 세포 배양 챔버 하부로 유입되어 상기 세포 배양 챔버 상부로 유출되고,
    상기 세포 배양 챔버는 시간(time)이 경과함에 따라 지속적인 성장을 가능하게 하는 시공간(space-time)을 모두 활용하는 4차원 세포배양(4-dimensional cell culture)을 제공하고,
    상기 4차원 세포배양은 상기 세포 배양 챔버에서의 높이 구배에 따라 상기 마이크로캐리어 표면에 세포가 부착된 세포-마이크로캐리어 복합체와 상기 세포 배양액 내 영양성분의 분포 경향이 동일한 것인
    마이크로캐리어 기반 세포 배양기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로캐리어는 상기 세포 배양액 보다 비중이 낮은 것을 특징으로 하는
    마이크로캐리어 기반 세포 배양기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로캐리어는 표면에서 세포가 증식됨에 따라 상기 세포 배양 챔버의 하단으로 침강하는 것을 특징으로 하는
    마이크로캐리어 기반 세포 배양기.

  4. 세포 배양 챔버 하부에서 세포 배양액을 유입되며 상기 세포 배양액이 상기 세포 배양 챔버 상부로 유출되는 세포 반응기를 제공 단계;
    상기 세포 배양 챔버 내에 수용되는 세포 배양액 상에 마이크로캐리어와 성장 대상 세포를 투입하는 세포 투입 단계;
    상기 마이크로캐리어 표면상에 상기 성장 대상 세포가 부착된 세포-마이크로캐리어 복합체의 상기 세포 배양 챔버 내에서의 위치분포 변화를 확인하는 세포 증식 관찰 단계; 및
    상기 세포-마이크로캐리어 복합체의 비중을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 세포 배양 챔버는 시간(time)이 경과함에 따라 지속적인 성장을 가능하게 하는 시공간(space-time)을 모두 활용하는 4차원 세포배양(4-dimensional cell culture)을 제공하고,
    상기 4차원 세포배양은 상기 세포 배양 챔버에서의 높이 구배에 따라 상기 세포-마이크로캐리어 복합체와 상기 세포 배양액 내 영양성분의 분포 경향이 동일한 것인
    마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 산출된 세포-마이크로캐리어 복합체의 비중으로부터 세포의 성장 상태 데이터를 도출하는 단계를 더 포함하는
    마이크로캐리어 기반 세포 배양 모니터링 방법.
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