KR-20260060741-A - 3D CELL CULTURE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING SAME

Abstract

본 발명은 생체적합성 금속을 포함하는 극소수성 금속 메시;를 포함하고, 상기 극소수성 금속 메시는, 단일 또는 복수개의 오목홈이 형성된 평판형이고, 상기 극소수성 금속 메시는, 다공성 구조를 가지는, 3 차원 세포 배양 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 생체적합성, 극소수성 및 다공성을 띠는 금속 메시 상에 세포를 배양함에 따라 배양되는 세포응집체의 균일도를 향상시킬 수 있다.

Inventors

• 곽소정
• 강준규
• 이승재
• 김태빈
• 박기연
• 우세은

Assignees

• 에코리뉴 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (10)

1. 생체적합성 금속을 포함하는 극소수성 금속 메시;를 포함하고, 상기 극소수성 금속 메시는, 단일 또는 복수개의 오목홈이 형성된 평판형이고, 상기 극소수성 금속 메시는, 다공성 구조를 가지는, 3 차원 세포 배양 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 생체적합성 금속은, 니켈, 알루미늄, 구리 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는, 3 차원 세포 배양 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 극소수성 금속 메시의 물 접촉각은 140° 이상인, 3 차원 세포 배양 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 극소수성 금속 메시의 기공 크기는 60 내지 300 ㎛인, 3 차원 세포 배양 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 오목홈의 직경은, 0.5 내지 3 mm인, 3 차원 세포 배양 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 오목홈의 깊이는, 0.1 내지 3 mm인, 3 차원 세포 배양 장치.
7. 생체적합성 금속을 포함하는 메시를 성형하여 상기 메시 상에 단일 또는 복수개의 오목홈을 형성하는 단계; 상기 단일 또는 복수개의 오목홈이 형성된 메시를 알칼리 처리하는 단계; 및 상기 알칼리 처리된 메시를 플루오르계 코팅 혼합 용액을 이용하여 플루오르 코팅하는 단계;를 포함하는, 3 차원 세포 배양 장치의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 단일 또는 복수개의 오목홈이 형성된 메시를 알칼리 처리하는 단계는, 상기 오목홈이 형성된 메시를 알칼리 용액에 침지시키는 단계; 및 상기 알칼리 용액에 침지된 메시를 80 내지 100 ℃의 물에 침지시키는 단계;를 포함하는, 3 차원 세포 배양 장치의 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 플루오르계 코팅 혼합 용액은, 헥산 용액 및 플루오르계 용액을 포함하고, 상기 플루오르계 코팅 혼합 용액은, 상기 헥산 용액 및 상기 플루오르계 용액이 500:1 내지 1500:1의 부피비로 혼합되는, 3 차원 세포 배양 장치의 제조방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 알칼리 처리된 메시를 플루오르계 코팅 혼합 용액을 이용하여 플루오르 코팅하는 단계는, 10 분 내지 1 시간 동안 수행되는, 3 차원 세포 배양 장치의 제조방법.

Description

3 차원 세포 배양 장치 및 이의 제조방법{3D CELL CULTURE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING SAME} 본 발명은 3 차원 세포 배양 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 생체적합성 금속을 이용하여 극소수성 및 다공성을 띠는 금속 메시를 제조함으로써, 3 차원 세포응집체의 배양이 가능한 3 차원 세포 배양 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 결과물은 2024 년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 진행된 산학공동기술개발사업(LINC)의 연구결과입니다(2024-0437). 3 차원 세포 배양이란, 3 차원에서 세포가 성장하거나 세포 간에 이루어지는 상호작용을 가능하게 하는, 인위적으로 형성된 환경에서의 세포 성장을 뜻한다. 3 차원 세포 배양은 3 차원 조건이 생체 내 환경을 보다 정확하게 모델링하기 때문에 2 차원에서 세포를 성장시키는 방법에 비해 오가노이드, 스페로이드 등의 세포 성장, 세포 응집체(세포 스페로이드)의 형성 등에 이점을 가진다. 생체 대응성이 뛰어난 3 차원 세포 배양 모델은 2 차원 세포 배양 모델과 달리 세포, 세포외기질, 세포 배양 용기, 세포 성장 인자 등의 조합으로 형성되어 다양한 조합에 따라 세포 배양 모델이 달라지는 다양성을 지니고 있다. 최근 30 년 간의 연구 기간 동안 여러가지 목적에 적용하기 위한 다양한 3 차원 세포 배양 모델이 개발되었고, 이 중 일부는 상용화되기도 했다. 그러나, 3 차원 세포 배양 기술은 아직 기술의 표준화가 이루어지지 못하고 있는 실정이며, 기존 모델보다 생체 대응성을 높이기 위한 연구들이 계속하여 진행되고 있다. 오가노이드는 실험동물 또는 인체에서 유래한 세포의 자가 조직화 능력을 이용하여 3 차원 증식을 유도하고, 생체 장기와 유사한 구조, 세포 구성, 기능을 보유하도록 만들어진 3 차원 세포 구조체로써, 미니 장기라고도 불린다. 약물 평가에 활용되기 위한 장기 유사체는 시험의 목적에 따라 기능이 정상 인체의 장기와 유사해야 하고, 효능 평가에 활용되는 질환 모델은 인체 질병의 미세환경을 반영한다. 이러한 오가노이드 기술은 신약 개발, 암 연구, 맞춤 의학, 재생치료제 등에 활용될 수 있다. 신약 개발 분야에서는 오가노이드를 이용하여 약물 스크리닝을 통하여 전 임상 단계에서 약물 후보 물질 선택을 가속화시킬 수 있으며, 이를 통해 신약 후보군을 더 빠르게 발굴할 수 있다. 오가노이드를 활용한 약물 테스트를 통해 질환 발병의 다양한 원인에 대한 시험이 가능하여 불필요한 약의 복용을 막아 치료 비용을 절감할 수 있다. 현재 오가노이드 및 생체 모사 칩을 개발하는 연구자들은 약물의 약동력학을 측정하는 수단보다 오가노이드에 인체 장기의 미세환경 및 미세구조를 인위적으로 제공하여 인체 유사 장기를 제작하는 환경을 제공하는 연구에 중점을 두고 있다. 또한, 단일 세포를 이용한 세포 이식보다 세포응집체 이식을 통한 조직 재생의 연구 및 개발이 증가하는 추세이다. 이에 따라, 다양한 세포응집체 제작 프로토콜 및 플랫폼이 연구되고 있으나 배양 플랫폼에 따른 세포응집체 크기, 분화 정도 등이 다른 문제점이 발생하고 있다. 따라서, 세포 이식 등에 필요한 균일한 세포응집체의 제작이 필요하며, 샘플 회수가 용이한 신규 플랫폼의 개발이 필요하다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시를 촬영한 사진 이미지로, (a) 실시예 1 및 (b) 실시예 2이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 SEM 이미지로, (a) 1.00 mm 스케일의 비교예 1의 SEM 이미지, (b) 50 ㎛ 스케일의 비교예 1의 SEM 이미지, (c) 1.00 mm 스케일의 실시예 1의 SEM 이미지 및 (d) 50 ㎛ 스케일의 실시예 1의 SEM 이미지이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 오목홈이 형성된 구조를 촬영한 사진 이미지로, (a) 성형 몰드의 사진 이미지, (b) 성형 후 오목홈이 형성된 극소수성 금속 메시의 사진 이미지 및 (c) 오목홈의 확대 사진 이미지이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 오목홈 구조를 도시한 모식도로, (a) 극소수성 메시 내 오목홈 구조의 모식도 및 (b) 오목홈 구조의 직경 및 높이의 모식도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 다양한 멸균법을 통한 멸균 시험 전 액적 크기별 물 접촉각 측정 결과를 도시한 이미지로, (a) 실시예 1 및 (b) 실시예 2이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 다양한 멸균법을 통한 멸균 시험 이후 액적 크기별 물 접촉각 측정 결과를 도시한 이미지이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 70 % 에탄올 멸균 시험 과정을 촬영한 사진 이미지로, (a) 실시예 1의 사진 이미지 및 (b) 실시예 2의 사진 이미지이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 70 % 에탄올 멸균 시험 후 액적 크기별 물 접촉각 측정 결과를 도시한 이미지이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 세포 독성 측정 결과를 도시한 그래프이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 세포응집체 배양 후 형성된 세포응집체 이미지로, (a) 6 시간 배양 후 실시예 1의 이미지 및 (b) 1 일 배양 후 실시예 1의 이미지이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 세포응집체 1 일 배양 후 형성된 세포응집체 이미지이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 세포응집체 1 일 배양 후 형성된 세포응집체의 크기 분포 측정 결과를 도시한 그래프이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시의 세포응집체 1 일 배양 후 형성된 세포응집체의 형광 염색 이미지로, (a) 명시야 이미지, (b) DAPI 염색 이미지, (c) 팔로이딘(Phalloidin) 염색 이미지 및 (d) 병합 이미지이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계”를 의미하지 않는다. 본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어 진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다. <3 차원 세포 배양 장치> 본 명세서는, 생체적합성 금속을 포함하는 극소수성 금속 메시;를 포함하고, 상기 극소수성 금속 메시는, 단일 또는 복수개의 오목홈이 형성된 평판형이고, 상기 극소수성 금속 메시는, 다공성 구조를 가지는, 3 차원 세포 배양 장치를 개시한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소수성 금속 메시를 촬영한 사진 이미지로, (a) 실시예 1 및 (b) 실시예 2이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 극소수성 금속 메시의 형태 및 이를 이용하여 페트리 접시 상에서 세포응집체를 배양하는 모습을 확인할 수 있다. 일반적으로 사용되는 고분자 메시 또는 기존의 금속 메시의 경우, 3 차원 세포 배양을 위해 페트리 접시 등을 뒤집어 공중에서 세포응집체를 배양하거나, 반응기에서의 배양을 수행하여야하는 번거로움이 있으나, 본 발명의 극소수성 금속 메시의 경우 도 1과 같이 단순히 페트리 접시에 극소수성 금속 메시에 일반 세포 배양과 같이 배양을 진행하여도 구형체의 세포응집체를 쉽게 배양할 수 있다. 또한 배양 전후로 극소수성 금속 메시를 원하는만큼 재단하여 실험에 이용할 수 있으므로 편의상 이점을 가진다. 상기 생체적합성 금속은, 니켈, 알루미늄, 구리 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 생체적합성 금속은 에칭 과정을 통해 세포 배양에 적합한 수준의