KR102492455B1

KR102492455B1 - 세포 배양 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102492455B1
Application number: KR1020197013033A
Authority: KR
Inventors: 올리버 티에리 구에나트; 야닉 다니엘 스투키; 마르셀 아에슐리만; 크리스토페 리히오트
Original assignee: 알베오릭스 테크놀러지스 아게; 유니버시태트 베른
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2023-01-27
Anticipated expiration: 2037-11-23
Also published as: JP2024147567A; KR20190084256A; EP3545077A1; US12359153B2; US20190330579A1; US11655439B2; AU2017364195A1; CN109996863A; AU2023202652B2; JP7086958B2; KR20230019986A; US20230250375A1; AU2025226677A1; JP2022130428A; US20250313786A1; WO2018096054A1; KR20250117471A; AU2023202652A1; AU2017364195B2; JP2020500028A

Abstract

세포 배양 시스템(100)은 도킹 스테이션(104, 105), 핸들링 유닛(102), 배양 모듈(101) 및 작동 층을 포함한다. 배양 모듈은 배양웰과 첨단 배양 챔버 및 기저 배양 챔버에서 상기 배양 웰을 분리하는 배양막을 갖는다. 핸들링 유닛은 배양 모듈 및 작동 층 및 작동 보어를 가진 바닥을 제거 가능하게 수용하기 위한 시트를 가지며, 배양 모듈이 시트에 배열될 때 작동 보어는 배양 웰에 결합되고 상기 바닥은 작동 층에 의해 배양 모듈로부터 분리된다. 도킹 스테이션은 상기 핸들링 유닛을 소정의 위치에 제거 가능하게 고정하기 위한 커플링 구조 및 작동 공급 채널을 포함하며, 상기 핸들링 유닛이 상기 결합 구조체에 의해 상기 소정 위치에서 고정될 때, 상기 작동 공급 채널의 제 1 단부는 작동 보어에 연결되고 작동 공급 채널의 제 2 단부는 커넥터에 연결된다.

Description

세포 배양 시스템 및 방법

본 발명은 배양막에서 세포를 배양하기 위한 세포 배양 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 생체 내 유사 조직을 기계적으로 자극, 관류 및/또는 상호 연결 시키는데 사용될 수 있고, 단일 기관을 모방한 조직의 배열 또는 서로 다른 조직을 연결하는 다중 기관 시스템 또는 이들의 조합으로 사용될 수 있다.

생체 내에서 발견되는 동적 환경 및/또는 상이한 조직 사이의 상호 작용을 재현하는 인체 조직의 진보된 생체 내 모델은 구성 및 취급이 복잡하고 종종 제약 산업에서 널리 사용되는 자동 피펫팅 로봇과 호환되지 않는 복잡한 시스템이다. 관류된 세포 배양 시스템을 제공하기 위한 몇 가지 접근법이 지난 수십 년 동안 제안되어 왔으며, 대부분은 통합된 연동 펌프 또는 가압 세포 배양 매체를 기반으로 하는 시스템에 의존한다.

예를 들어, WO 제 2014/018770 A1 호에는 세포 배양 용기 사이의 유체 흐름을 전달하기 위해 작동기를 통합한 제어 플레이트에 가역적으로 결합된 세포 배양 용기의 층를 포함하는 세포 배양용 모듈형 장치가 기재되어 있다.

또한, WO 2014/048637 A1에서 유사한 접근법이 마이크로 유체 칩에 통합된 연동식 마이크로 펌프에 의해 구동되는 자체 내장 순환 시스템을 포함하는 다중 기관 칩 장치에 대해 사용된다.

또한, WO 2013/082612 A1은 가압 시스템을 사용하여 세포 배양을 병렬로 관류시킴으로써 펌프의 층의 집적을 피하는 시스템을 기재하고 있다. 생물 반응기 층가 있는 멀티 웰 플레이트는 아래에 위치한 저장소를 가압하기 위해 단단히 조정된 덮개가 장착되어 있다.

시스템의 주요 단점은 웰 플레이트에 단단히 부착된 커버 리드(coverlid)의 존재로 인해 관류 중에 세포에 접근할 수 없다는 점이다. 또한, 시스템은 여러 유체 튜빙과 연결된 커버 리드 때문에 취급하기가 쉽지 않다.

그러나, 언급된 시스템이 모듈형이고 자동 또는 반자동 공정에서 사용될 수 있다고 하더라도, 이들은 세포 또는 세포를 운반하는 기판이 압축 및 긴장력과 같은 기계적 힘에 의해 스트레스를 받는 실제 상황을 모방하는 것을 허용하지 않는다.

따라서, 모듈형 자동 세포 배양 적용을 가능하게 하고 가능한 한 생체 내 상황에 가까운 배양된 세포의 상황을 모방할 수 있는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명에 따르면, 이러한 요구는 독립항 제 1 항의 특징에 의해 정의되는 바와 같이 세포 배양 시스템에 의해 해결된다. 바람직한 실시예는 종속항의 주제이다.

특히, 도킹 스테이션, 핸들링 유닛, 배양 모듈 및 작동 층을 포함하는 세포 배양 시스템이 제안된다. 바람직하게는, 시스템은 적어도 2 개의 구조적으로 동일한 배양 모듈을 구비한다. 배양 모듈에는 배양 웰이 있다. 핸들링 유닛은 배양 모듈 및 작동 층을 수용하기 위한 시트 및 배양 웰에 연결된 작동 보어를 갖는 바닥을 가지며, 바닥은 작동 층에 의해 배양 모듈로부터 분리된다. 상기 도킹 스테이션은 상기 핸들링 유닛을 소정의 위치에 제거 가능하게 유지하기 위한 커플링 구조 및 작동 공급 채널을 포함하며, 상기 핸들링 유닛이 상기 결합 구조체에 의해 상기 소정 위치에서 고정될 때, 상기 작동 공급 채널의 제 1 단부는 작동 보어에 연결되고 작동 공급 채널의 제 2 단부는 커넥터에 연결된다.

바람직하게, 핸들링 유닛은 마이크로 플레이트 표준에 따라 치수가 정해진 다. 이러한 표준은 특히 96 웰, 384 웰 또는 1536 웰을 갖는 표준 마이크로타이터 플레이트와 같은 마이크로타이터 플레이트에 대한 표준으로 확립될 수 있다. 이러한 표준은 SBS(Society for Biomolecular Screening)에서 개발되고 미국 국립 표준 협회(ANSI)의 승인을 받았다. 이 표준은 길이 127.76mm, 폭 85.48mm 및 높이 14.35mm의 96, 384 또는 1536개의 웰을 포함하는 마이크로타이터 플레이트를 정의한다(ANSI/SBS 1-2004 : Microplates-Footprint Dimensions, ANSI/SBS 2-2004 : 마이크로 플레이트-높이 치수, ANSI/SBS 3-2004 : 마이크로 플레이트-바깥 쪽 플랜지 치수 및 ANSI/SBS 4-2004 : 마이크로 플레이트-웰 위치 http://www.sbsonline.org : Society for Biomolecular Screening, 2004). 이러한 표준화된 모듈을 사용하면 피펫팅 로봇(pipetting robots) 등과 같이 일반적으로 사용되는 도구로 시스템을 적용할 수 있다. 특히 세포 생물학 실험실에서 일반적으로 사용되는 다중 피펫터 및 자동 피펫팅 로봇과 같은 표준 장비와 호환될 수 있다.

배양 모듈은 핸들링 유닛과 일체형이거나 또는 핸들링 유닛의 시트에 고정식으로 수용될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 핸들링 유닛의 시트는 배양 모듈 및 작동 층을 제거 가능하게 수용하도록 배치되고, 작동 보어는 배양 웰에 결합되고, 배양 모듈이 시트에 배치될 때 바닥은 작동 층에 의해 배양 모듈로부터 분리된다.

핸들링 유닛의 시트 및 도킹 스테이션의 연결 구조와 관련하여 "제거 가능하게"라는 용어는 탈착 가능한 고정 또는 커플링에 관한 것이다. 이로써, 핸들링 유닛은 도킹 스테이션에 결합될 수 있고 원하는 대로 해제될 수 있다. 유사하게, 배양 모듈은 핸들링 유닛의 시트에 유지되고 원하는 대로 해제될 수 있다.

한 실시예에서, 작동 층은 세포 배양 또는 성장을 위해 사용될 수 있다. 이는 시스템의 구성 요소 수를 줄이고 비교적 단순한 구조를 제공할 수 있다. 그러나, 배양 모듈은 바람직하게는 첨단 배양 챔버 및 기저 배양 챔버에서 배양 웰을 분리하는 배양막을 갖는다.

세포 배양 시스템을 적용할 때, 세포는 배양막의 일 또는 양면 또는 배양 모듈의 배양 웰 내의 작동 층 상에 시딩 및 성장시킬 수 있다. 이와 같이 세포는 배양 웰의 기저측면 또는 기저 챔버 뿐만 아니라 첨단에서도 자랄 수 있다. 생체 내에서 발생하는 모방 조건의 경우, 예컨대 기저 외측 챔버 내의 압력은 도킹 스테이션의 작동 공급 채널의 커넥터에 과도 또는 과소 압력을 제공함으로써 변경될 수 있다. 작동 공급 채널 및 작동 보어를 통해 압력 변화는 예를들어 배양 모듈의 배양 웰로부터 작동 보어를 분리하는 작동 막의 작동 보어로부터 멀리 밀리거나 또는 작동 보어 내로 당겨지는 것과 같은 양 또는 음의 편향을 유도한다. 이와 같이 실제 생활이나 생체 내 조건을 모방하여 세포가 보다 현실적으로 노출되는 조건을 만들도록 모방할 수 있다. 예를 들어, 상기 막은 폐에서 발생하는 것처럼 움직이거나 응력을 받을 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로 언급된 압력은 배양 웰 내부의 매질의 흐름을 변화시킬 수 있다. 따라서, 작동 층에 가해지는 압력은 매체의 흐름을 제어하는데 사용될 수 있다.

특히 효율적인 실시예에서, 배양 모듈은 복수의 배양 웰을 갖는다. 예를 들어, 하나 이상의 라인이나 일련의 배양 웰을 가질 수 있다. 또한, 아래에서보다 상세히 설명되는 바와 같이, 복수의 유입구 및 배출구 웰을 구비할 수 있다. 이로써, 복수의 유입구 및 배출구 웰은 일련의 일련의 배양 웰에 평행하게 연장될 수 있다. 특히, 일련의 배양 웰의 하나이상의 라인이 유입구 및 배출구 웰 사이에 배치될 수 있다.

세포 배양 시스템은 호흡의 주기적 응력, 관류에 의해 유도된 전단 응력 또는 압축 또는 장력과 같은 다른 기계적 힘 또는 이들의 조합과 같은 다양한 기계적 응력에 노출될 수 있는 유사한 조직의 층으로 설계될 수 있다. 핸들링 유닛의 바닥에 있는 가압성 보어의 위치는 세포 배양 모듈과 핸들링 유닛에서 완전히 튜빙을 제거할 수 있게 한다. 따라서 자동 피펫팅 로봇 또는 표준 현미경 검사 시스템과 호환되도록 쉽게 설계할 수 있다.

상기 시스템은 배양막 및 그에 부착된 세포를 정교하게 편향시키거나 응력을 받도록할 수 있기 때문에 특정 조직 마이크로 환경으로부터 생체 물리적 인자의 모방 효과를 고려하여 인간 또는 동물에서의 화합물 또는 조성물의 생체 내 반응을 예측할 수 있다 . 또한 특정 조직 또는 조직 그룹에서 화학 물질 또는 조성물의 약물 동태학적 행동을 조사할 수 있다. 상기 시스템은 화학 물질 또는 합성물의 전신 반응을 평가하는데도 사용할 수 있다. 상기 시스템의 또 다른 적용은 환자 자신의 세포를 테스트하여 각 환자에 대한 치료법을 맞춤 및 최적화하는 것이다.

도킹 스테이션 및 핸들링 유닛을 시스템에 제공함으로써, 비교적 높은 모듈성 및 유연성이 달성될 수 있다. 또한, 시스템은 배양 모듈 등과 같은 단일 성분의 간단한 실시간 취급 및/또는 교환을 허용하기 때문에 비교적 높은 효율을 가질 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 핸들링 유닛은 한편으로는 배양 모듈 또는 배수 모듈과 상호 작용할 수 있을 뿐만 아니라 다른 한편으로는 도킹 스테이션과 상호 작용할 수 있다. 그외에 취급 장치는 배양 모듈과 도킹 스테이션 사이의 기능적 인터페이스로 확립될 수 있다. 이에 의해, 도킹 스테이션의 작동 공급 채널과 배양 모듈의 배양 웰이 어떠한 튜빙 등을 필요로 하지 않고 핸들링 유닛의 작동 보어를 통해 서로 기능적으로 연결될 수 있게 한다. 이와 같이, 압력은 도킹 스테이션 및 핸들링 유닛을 통해 작동 층에 효율적으로 적용될 수 있다. 선택적으로, 배양 모듈 및 도킹 스테이션의 다른 구조물은 핸들링 유닛에 제공된 채널 등을 통해 연결된다. 예를 들어, 세포 배양 매체 등을 운반하기 위해 추가의 마이크로 채널이 제공될 수 있다. 어느 경우에 있어서도, 마이크로 유체 채널은 배양 모듈과 함께 핸들링 유닛이 도킹 스테이션에 배치되거나 도킹 스테이션에 배치되는 경우에 핸들링 유닛에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 핸들링 유닛은 시스템의 취급을 상당히 쉽게할 수 있는 배양 모듈 및 도킹 스테이션의 채널 및 웰을 튜브없이 연결하게 한다.

보다 상세하게는, 핸들링 유닛의 바닥에 작동 보어를 구비하고 작동 보어에 결합하는 작동 공급 채널을 도킹 스테이션에 상응하게 설치함으로써, 구성이 비교적 간단하고 견고할 수 있다. 특히, 튜빙을 배양 모듈 또는 핸들링 유닛에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 오히려, 시스템은 도킹 스테이션을 고정식으로 설치하여 적절한 튜빙 또는 튜브에 연결하고, 설치 단계 및 기타 등이 없이 원하는대로 핸들링 유닛 및 배양 모듈을 정렬 및 재배치할 수 있도록 한다. 이는 특히 산업 분야에서와 같이 보다 큰 환경에서 적용될 때 시스템의 효율을 더욱 증가시킨다.

바람직한 실시예에서, 세포 배양 시스템은 배양 모듈과 구조적으로 동일한 하나 이상의 추가의 배양 모듈을 포함하고, 핸들링 유닛은 추가의 배양 모듈을 수용하기 위한 적어도 하나의 추가 시트와 추가 배양 모듈의 배양 웰과 관련된 적어도 하나의 추가 작동 보어를 가진 바닥을 가진다; 및, 상기 도킹 스테이션은 추가 작동 공급 채널을 가지며, 상기 핸들링 유닛이 상기 소정의 위치에서 상기 커플링 구조물에 의해 고정될 때, 상기 추가 작동 공급 채널의 제 1 단부는 상기 추가 작동 보어에 연결되고 추가 작동 공급 채널의 제 2 단부는 커넥터에 연결된다. 따라서, 세포 배양 시스템은 바람직하게는 적어도 하나의 추가 작동 층을 더 포함하고, 핸들링 유닛의 추가 시트는 추가 작동 층을 수용하도록 배치되고 바닥은 추가 작동 층에 의해 추가 배양 모듈로부터 분리된다. 이러한 배치에서, 핸들링 유닛은 복수의 배양 모듈의 취급을 특히 용이하게 한다. 이와 같이 특히 효율적인 분석 또는 시뮬레이션이 달성될 수 있다.

상기 시스템의 한 특징은 2개의 부분이 서로 가역적으로 결합되면 하나 또는 복수의 마이크로 유체 채널이 핸들링 유닛의 바닥과 상기 핸들링 유닛 사이에 형성될 수 있다는 것이다. 핸들링 유닛에 결합된 배양 모듈을 유지하기 위해, 이들은 빔 또는 클립과 같은 응력이 가해진 스프링, 자성, 전자기력 또는 양면 테이프에 의해 유도된 것과 같은 접착력에 의해 생성된 기계적 힘에 의해 함께 가압될 수 있다.

본 발명에 따른 모듈형 세포 배양 시스템 및 상기 및 하기 바람직한 실시예는 호흡 운동, 혈액, 소변, 대변 또는 다른 생리학적 유체 흐름에 의해 생성된 전단 응력 및 위장 장벽(연동), 피부 또는 기타 생체 내 장벽에 작용하는 기계적 응력에 의해 유도된 기계적 응력을 모방할 수 있도록 한다. 또한 다른 기관의 조직을 관류하고 특정 조직이나 조직 그룹의 화합물이나 화합물의 약물 동력학적 및 약물 동태학적 행동을 연구할 수 있다. 또한, 배양 모듈의 배양 웰 내에서 매체의 흐름을 편리하게 제어할 수 있다.

또한, 세포 배양 시스템은 상이한 기관로부터의 상이한 조직 또는 조직 군간의 상호 작용의 복잡성을 조사할 수 있게 한다. 단지 하나의 배양막을 갖는 대신, 여러 배양막 또는 세포 구획을 세포 배양 모듈에서 직렬 또는 병렬로 통합할 수 있다. 이들 각각의 배양 챔버에서의 유동은 작동 층 및 세포 배양 모듈, 또는 작동 층 및 핸들링 유닛으로 이루어진 밸브에 의해 조절될 수 있다. 작동 층은 또한 시스템 내부의 압력 및/또는 흐름을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 따라서 생체 내 전단 응력을 재현하기 위해 각 조직의 흐름을 결정할 수 있다. 예를 들어 폐 폐포 장벽과 간 또는 폐 폐포 장벽 간 유방암 또는 폐와 림프계 사이의 기관간의 상호 작용은 생체 내에서 일어나는 각 조합을 재현할 수 있다. 내피 세포는 마이크로 유체 채널의 전부 또는 일부의 표면을 덮어 혈관을 재생할 수 있다.

배양막은 탄성일 수도 있고 아닐 수도 있다. 이는 예를 들어 약 0.5 마이크로 미터(㎛) 내지 약 200㎛ 사이의 두께 및 전형적으로 약 0.2㎛ 내지 약 1000㎛의 공극을 갖거나 갖지 않는 얇은 폴리머 막 일 수 있다. 막은 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄(PU) 등과 같은 탄성 재료, 또는 순환 올레핀코폴리머(COC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA) 등 또는 이들의 조합을 사용하여 다층 조성물을 수득할 수 있고, 미닌, 콜라겐, 엘라스틴, 피브로넥틴 또는 하이드로겔, 피브린겔 등 또는 이들의 조합과 같은 세포 외 기질 단백질로 코팅될 수 있고 수 mm의 두께에 도달할 수 있다. 세포는 배양막의 양면에서 배양될 수 있다. 배양막은 또한 콜라겐, 엘라스틴, 라미닌, 피브로넥틴 등과 같은 세포 외 기질 단백질 또는 이들의 조합으로 채워진 큰 기공을 갖는 지지체/스캐폴드로 부분적으로 또는 완전히 제조될 수 있다. 지지체/스캐폴드의 공극은 전형적으로 약 50㎛ 내지 약 1000㎛ 일 수 있고, 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형 또는 그와 유사한 형상, 또는 이들의 조합을 갖는다.

바람직하게는, 배양막은 메쉬를 포함한다. 이 특정 실시예에서, 배양막 또는 지지체/스캐 폴드는 두께가 수 ㎛, 전형적으로 약 1㎛ 내지 약 100㎛ 일 수 있는 메시가 제공된다. 메쉬는 폴리머, 금속, 유리, 규소 및 질화 규소, 산화 규소 등 또는 생분해성 재료로 제조될 수 있다. 공극 또는 홀 사이의 거리는 전형적으로 약 2㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 폐의 폐포를 모방하기 위해, 메쉬의 구멍/구멍은 생체 내 치수에 가까운 직경에서 약 200㎛ 내지 약 500㎛의 바람직한 치수를 가질 수 있다. 따라서, 그러한 배양막은 비교적 정밀한 방식으로 폐의 폐포 조직 또는 유사물과 같은 생체 내 조직을 모방할 수 있게 한다.

본 발명에서 메쉬를 갖는 배양막이 본 발명에 따른 시스템에서 사용 되더라도, 이러한 배양막은 또한 다른 시스템에서 사용될 수 있다. 특히, 이러한 배양막은 적절한 생체 내 조직이 특히 그러한 조직 상에 배양되는 세포가 모방되는 곳을 모방하는 임의의 시스템에 사용하기에 적합하고 그러한 시스템에 사용되기 위한 것이다.

도킹 스테이션은 세포 배양 시스템 내에서 도킹 스테이션에 핸들링 유닛을 예를 들어 자석, 전자석 또는 스프링을 사용하여 단단히 결합시키는 등 다양한 기능을 수행할 수 있으므로 이들 두 부분 사이에 공기 누출이 발생하지 않으며, 작동 공급시 제어 유닛에 의해 생성된 압력을 분배하며, 일부 실시예에서, 다른 채널은 핸들링 유닛의 바닥과 정렬 연결되는 도킹 스테이션의 상부에 위치하는 홀에서 끝난다.

일 실시예에서, 도킹 스테이션 및/또는 핸들링 유닛은 화학 물질 또는 조성물에 대한 조직 대사 및 반응을 모니터링하기 위한 보조 기능을 구비할 수 있다. 예를 들어, 세포 배양 모듈 또는 핸들링 유닛에서 성장한 조직의 변화를 실시간으로 모니터링하기 위해 하나 이상의 센서 및/또는 디지털 카메라와 결합된 광학 렌즈 또는 현미경 대물 렌즈와 같은 광학 구성 요소를 구비할 수 있다.

다른 실시예에서, 지자기 센서 또는 광 센서가 도킹 스테이션 및/또는 핸들링 유닛에 통합될 수 있다. 이것은 작동 층 및 배양막의 편향을 실시간으로 모니터링할 수 있게 한다. 또한, 이러한 센서에 의해, 피드백 루프는 기계적 변형을 제어하고, 이를 변형 또는 유지 시키거나 및/또는 배양막의 기계적 특성 변화를 측정하기 위해 시스템에 통합될 수 있다. 또한 광학 센서를 사용하여 배양 웰에서 산소, pH, CO₂ 농도 및 기타 분석물을 모니터링할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 유체 접근 홀은 핸들링 유닛의 바닥 및 도킹 스테이션 내의 대응하는 유체 채널에 추가될 수 있다. 이러한 채널 및 접근 홀은 핸들링 유닛 또는 배양 모듈 내의 세포 배양물에 화학물 또는 조성물을 전달하는데 사용될 수 있다. 비 한정적인 예시에서, 이러한 채널은 세포 배양물로부터 상등액을 배출시키거나 또는 추가 분석을 위해 상등액을 수집하는데 사용될 수 있다.

도킹 스테이션은 두 개의 조립된 플레이트를 포함할 수 있으며, 그 사이에 밀봉 막 또는 밀봉 층이 끼워진다. 도킹 스테이션은 멸균될 수 있는 재료로 만들 수 있다. 전형적인 재료는 PMMA, 폴리옥시메틸렌(POM), PC, PS 등을 포함하는 반면, 밀봉 막 및 상부 밀봉 막의 재료는 PU, PDMS 등일 수 있다. 압력 제어 유닛에서 생성된 압력을 분배하기 위해, 작동 및 일부 실시예에서 추가 채널이 도킹 스테이션에 생성된다. 관통 홀의 열이 밀봉 막 및 상부 밀봉 막에서 생성될 수 있다. 이들은 채널을 통해 전달되는 공기 압력이 작동 막을 가압할 수 있게 한다. 도킹 스테이션 상단의 상단에서 상부 실링 막은 도킹 스테이션과 핸들링 유닛 사이의 기밀성을 보장한다.

도킹 스테이션의 커플링 구조는 기계적 힘에 의해 핸들링 유닛을 유지하도록 배치될 수 있다. 예를 들어 스프링은 도킹 스테이션에 단단히 결합된 핸들링 유닛을 유지하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 가능성은 핸들링 유닛과 도킹 스테이션 사이에 있는 공동에 진공을 가함으로써 두 부분 사이의 기밀성을 유지하는 것이다. 자석 및/또는 전자기력이 부가적으로 또는 선택적으로 상기 두 부분을 결합하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 영구 자석은 핸들링 유닛과 도킹 스테이션의 영구 자석 또는 전자석에 통합될 수 있다.

유익한 실시예에서, 도킹 스테이션은 복수의 핸들링 유닛을 연결하도록 배치된다. 다른 실시예에서, 2개의 도킹 스테이션은 두 시스템의 기능을 갖는 단일 배열로 결합된다.

다른 실시예에서, 도킹 스테이션은 제어기를 통합할 수 있다.

커플링 구조를 통해, 핸들링 유닛은 도킹 스테이션 및 가압 가능한 작동 장치에 제거 가능하게 또는 가역적으로 결합될 수 있고, 일부 실시예에서는 추가 채널에 결합될 수 있다. 작동 및 일부 실시예에서 핸들링 유닛의 바닥에 위치된 추가 보어는 상기 작동에, 일부 실시예에서는 배양 모듈의 다른 웰에 압력을 가하고, 핸들링 유닛의 바닥, 즉, 핸들링 유닛의 시트의 바닥에서 작동 막을 작동시키는 것을 목적으로 한다. 핸들링 유닛의 몇몇 주요 기능은 배양 모듈 또는 그 복수를 소정의 위치 및 배향으로 배열하고, 배양 모듈의 작동 및 경우에 따라 추가의 웰을 가압하고, 핸들링의 바닥에 위치한 작동 층 또는 막을 작동시키며, 세포 배양 기질로 작용한다.

핸들링 유닛의 바람직한 포맷은 전술한 바와 같은 표준 멀티 웰 플레이트의 포맷일 수 있지만, 다른 치수도 가능하다. 핸들링 유닛은 경질 폴리머, 전형적으로 PS, COC, PP, PMMA, PC 등 또는 PU와 같은 연질 폴리머로 이루어질 수 있고, 사출 성형, 3D 프린팅 또는 표준 밀링 및 드릴링 기술로 제조될 수 있다. 이는 예를 들어 플라즈마 활성화에 의해 비가역적으로 결합될 수 있는 작동 층과 관련되며, 핸들링 유닛의 상부 측에 접착되거나 열적으로 결합된다.

핸들링 유닛은 원하는 수의 동일하거나 다양한 배양 모듈이 가역적으로 결합될 수 있도록 하나의 단일 또는 복수의 시트를 구비할 수 있다. 기계적 및/또는 자기력은 배양 모듈 및 핸들링 유닛을 연결하는데 사용될 수 있다. 바람직한 설계는 두 개의 배양 모듈을 핸들링 유닛 상에 결합시키는 것을 허용할 수 있다.

일 실시예에서, 마이크로 전극(Pt, Au, Ag, AgCl, C, Ti, Ta 등)의 층은 핸들링 유닛 상에 직접 또는 핸들링 유닛과 작동 층 사이에 통합될 수 있다. 마이크로 전극은 스크린 인쇄, 3D 인쇄, 적층 또는 취급 장치에 접착된 가요성 인쇄 회로 기플레이트(PCB)에 생성될 수 있다. 이러한 마이크로 전극은 세포 배양액의 변화 또는 상층 액 내의 변화를 검출하거나 배양막의 기계적 성질의 변화를 검출하기 위한 것이다. 이러한 마이크로 전극은 핸들링 유닛 또는 배양 모듈에서 관류된 세포 배양 매체의 유속 또는 세포 배양의 변화를 모니터링하는데 사용될 수 있다.

추가의 실시예에서, 핸들링 유닛의 시트 바닥 부의 일부를 개질시킴으로써, 개방 마이크로 채널, 마이크로 웰 또는 세포 배양용 다공성 지지체와 같은 핸들링 유닛에 마이크로 구조가 생성될 수 있다. 이는 핸들링 유닛의 바닥 또는 핸들링 유닛의 시트의 바닥을 부분적으로 에칭함으로써 수행될 수 있다.

작동 층은 PDMS, PU, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 엘라스토머 또는 이들의 조합물과 같은 탄성 및 생체 적합성 재료, 또는 예를 들어 다층 구조로 제조될 수 있다. 이는 다음을 포함하는 복수의 목적으로 수행될 수 있다.:

작동 또는 다른 보어에 각 보어의 외부로 편향되는 양압이 제공될 때 및 작동 또는 다른 보어에 각 보어에서 편향되는 음압이 제공될 때 핸들링 유닛의 바닥에서 보어(들) 또는 공동/공동들의 상부에 매달릴 때 작동기로서 작용하는;

씰링(sealing)으로 또는 세포 배양 모듈을 가역적으로 단단히 결합시킬 수 있는; 및

세포 배양 기질로서 사용되는 것.

작동 층은 비 다공질 일 수 있고 약 1㎛ 내지 약 200㎛의 통상적인 두께를 가질 수 있다. 종래의 작동의 경우, 두께는 약 100㎛ 일 수 있다. 이러한 두꺼운 작동 층의 반동은 보완적인 압력을 필요로 하지 않고 원래의 비 작동 위치로 빠르게 돌아갈 수 있다. 검출될 필요가 있는 비교적 작은 변화가 배양 모듈에서 발생할 때, 비교적 얇은 작동 층이 사용될 수 있다. 일례로서, 이러한 작동 층은 배양 모듈에 통합된 얇은, 다공성의 탄성 배양막의 기계적 특성의 실시간 변화를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 이러한 변형에 따라, 막의 편향은 다양하게 검출될 수 있다. 그러나, 이를 위해 작동 층에 가해지는 압력은 통상 변경된 기계적 성질을 갖는 막에 의해 유도된 압력 차 변화와 동일한 크기의 순서가될 필요가 있다. 또한, 작동 층은 하이드로겔, 피브린, 콜라겐, 라미닌, 피브로넥틴 또는 다른 스캐폴딩 재료 또는 이들의 조합과 같은 세포 배양을 위한 스캐폴딩 재료로 부분적으로 코팅될 수 있다.

세포 배양 시스템에서, 다양한 작동 층은 다양한 두께 및 다양한 재료로 만들어 질 수 있는 곳에 집적될 수 있다. 또한 렌즈, 센서 등과 같은 광학 기능을 포함할 수도 있다.

세포 배양 시스템의 적용에서, 작동 층은 배양 모듈과 배양 모듈 사이의 연동 펌핑을 생성하는데 사용될 수 있다. 이로써, 연동 운동은 작동 보어 및/또는 다른 보어 내외로 작동 층을 편향시킴으로써 생성될 수 있다.

바람직하게는 배양 모듈은 유입구 웰 및 배출구 웰을 가지며, 핸들링 유닛의 바닥은 유입구 보어 및 배출구 보어를 가지며, 배양 모듈이 시트에 배열될 때, 유입구 보어는 유입구 웰과 관련되고 배출구 보어는 배출구 웰과 관련되며 상기 도킹 스테이션은 유입구 공급 채널 및 배출구 공급 채널을 가지며, 상기 핸들링 유닛이 소정의 위치에서 커플링 구조물에 의해 고정될 때, 유입구 공급 채널의 제 1 단부는 유입구 보어에 연결되고, 배출구 공급 채널의 제 1 단부는 배출구 보어에 연결되며, 유입구 공급 채널과 배출구 공급 채널의 각 제 2 단부는 커넥터에 연결된다.

유입구 및 배출구 공급 채널뿐만 아니라 유입구 및 배출구 보어를 통해 작동 층은 배양 웰과 관련하여 상기 설명된 것과 유사하게 압력 조건을 변화시킴으로써 양 또는 음으로 편향될 수 있다. 이에 따라, 유입구 웰, 배양 웰 및 배출구 웰 사이의 유로가 정확하게 개폐될 수 있다. 작동 층 및 배양 모듈의 구조와 함께 유입구 및 배출구 보어는 밸브로서 기능할 수 있다. 이와 같이, 배양 웰 내부에서 흐름이 정교하게 생성될 수 있다.

예를 들어, 핸들링 유닛의 유입구 및 배출구 보어 내의 압력을 적절히 조절함으로써, 일정한 흐름이 배양 웰을 통해 생성될 수 있다. 이와 같이 일정한 관류를 유도하여 혈류를 모방할 수 있다.

바람직하게는, 세포 배양 시스템은 펌프 장치를 갖는 압력 제어 유닛, 펌프 장치에 연결된 적어도 하나의 포트 및 펌프 장치를 제어하기 위한 프로세서(CPU)를 포함하여, 적어도 하나의 포트 압력이 개별적으로 조정 가능하다. 이러한 압력 제어 유닛에 의해 작동 채널뿐만 아니라 유입구 채널 및 배출구 채널의 압력도 정확하게 조절될 수 있다. 또한, 이러한 제어 유닛은 자동으로 적용되는 가변 압력 프로파일을 구현할 수 있다. 이러한 목적을 위해 프로세서는 모방될 조건에 적합하도록 프로그래밍할 수 있다.

압력 제어 유닛은 이용되는 커넥터의 수에 대응하는 복수의 개별적으로 조절 가능한 포트를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 단일 압력 제어 유닛은 복수의 도킹 스테이션과 연관될 수 있다.

또한, 세포 배양 시스템은 복수의 튜브를 포함하는 것이 바람직하며, 각 튜브는 제어 유닛의 포트 중 하나와 도킹 스테이션의 커넥터 중 하나를 연결한다.

압력 제어 유닛 또는 제어기는 CPU 통합으로 컴퓨터 제어되는 전기 공압 시스템일 수 있다. 펌프 배치는 제어기에 통합된 하나 또는 복수의 펌프를 가질 수 있다. 일정한, 주기적 또는 램프(ramp) 프로파일로 양압과 음압을 생성할 수 있다. 이러한 프로파일은 프로세서에 프로그래밍되고 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 제어 유닛은 압력 센서를 더 포함할 수 있다. 압력 센서에 의해 제어되는 압력은 적어도 하나의 포트로부터 도킹 스테이션의 적어도 하나의 커넥터로, 예를 들어 튜브 또는 튜빙을 통해 전달될 수 있고 CPU에 의해 기록될 수 있다. 제어기에 의해 생성된 압력은 일반적으로 조직을 다른 기계적 자극에 노출시키기 위해 일정한, 주기적 또는 램프 압력 프로파일을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 배양막의 기저측 또는 기저 측면상의 배양 매체의 교환 또는 샘플링을 가능하게 하는 개방 밸브에 또한 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 제어 유닛 또는 제어기는 폐의 생리학적 호흡 운동을 모방 한 주기적 압력 프로파일을 제공한다. 전형적으로, 이러한 움직임은 5% 내지 12% 선형 기계 변형을 포함한다. 또한 환기 동안 일부 환자가 노출된 것과 유사한 병리 생리학적 반복 기계적 변형 수준을 제공하여 폐 손상을 유발할 수 있다. 이러한 움직임은 15% 이상의 선형 변형을 수반할 수 있으며, 흔히 20~30% 사이이다.

바람직하게는, 제어 유닛은 도킹 스테이션에 통합되거나 세포 배양 모듈에 통합된 센서로부터 얻어진 전기 및/또는 광학 신호를 기록 및 분석하기 위한 추가적인 전자 회로를 구비한다. 예로서, 전극은 배양막에서 배양된 조직 또는 세포 배양 층의 상피 전기 저항(TEER)을 모니터링하기 위해 도킹 스테이션, 작동 층 및/또는 배양 모듈에 집적될 수 있다. 광학 센서는 작동 막 및/또는 배양 막의 편향을 모니터링하기 위해 도킹 스테이션 및/또는 핸들링 유닛에 통합될 수 있다. 또한, 광학 센서가 위치할 수 있는 도킹 스테이션과 핸들링 유닛 및/또는 배양 모듈 사이의 시너지 효과가 달성될 수 있다. 막들 중 하나의 편향(예를 들어, 배양막에서의 생물학적 사건 이후)의 임의의 변화는 작동 층 및 배양막 중 하나 또는 둘 모두의 기계적 특성의 잠재적 변화를 나타낼 수 있다. 피드백 루프는 층 또는 막의 기계적 스트레인 레벨의 손실 또는 이득을 보상하거나 기록하기 위해 생성될 수 있다.

바람직하게는, 세포 배양 모듈은 배양 모듈 및 배양 유닛을 통해 유입구 웰에 도킹 스테이션에 연결된 채널을 포함하는 배양 모듈의 상부에 배열된 캡을 갖는다. 이러한 캡은 시스템의 관류를 제공할 수 있다.

따라서, 세포 배양 모듈의 캡은 바람직하게는 배양 모듈 및 핸들링 유닛 및 배출구 웰을 통해 도킹 스테이션에 연결된 제 2 채널을 갖는다. 이와 같이 관류는 유입구와 배출구에 의해 제어될 수 있다. 관류가 막을 굴절시키지 않도록 유연한 막을 사용할 때 이것은 중요할 수 있다.

따라서, 세포 배양 모듈은 바람직하게는 배양 웰 위에 배열된 작동 막을 포함한다. 이를 통해 셀에 대한 압축 또는 과압을 생성할 수 있다.

바람직하게는, 세포 배양 모듈은 핸들링 유닛과 배양 모듈 사이에 위치된 채널로 서로 연결된 제 1 세포 유형의 제 1 배양 웰 및 제 2 세포 유형의 제 2 배양 웰을 갖는다. 이와 같이 두 기관 시스템을 효율적으로 제공할 수 있다.

바람직하게는, 추가의 배양 웰이 상호 연결된다. 이와 같이 다중 기관 시스템이 효율적으로 제공되거나 확립될 수 있다.

바람직하게는, 세포 배양 시스템은 배양막의 정점 측 또는 배양막의 기저부에서 두 개의 배양 웰을 연결하는 채널을 포함한다. 다시 말해, 2개의 배양 웰의 정점 사이에 위치한 채널과 2개의 배양 웰을 연결하거나 2개의 배양 웰의 기저부 사이에 위치한 채널과 2개의 배양 웰을 연결할 수 있다. 이와 같이, 생체 조건의 모방을 개선할 수 있는 두 기관 간의 특정 연결을 제공할 수 있다.

바람직하게는, 세포 배양 시스템은 밸브를 갖는 채널을 포함하고, 채널은 배출구 웰과 유입구 웰을 연결한다. 예를 들어, 세포 배양 모듈의 캡은 배출구 및 유입구를 연결하는 채널, 역류 방지 밸브 및 배출구 및 유입구에 급강승하는 2개의 튜빙을 포함할 수 있다. 예를 들어, 재순환 흐름은 밸브가 흐름의 정확한 조정을 허용하는 채널에 의해 생성될 수 있다. 이러한 배열은 생체 내 조건의 모방을 추가로 개선할 수 있게 한다.

바람직하게는, 세포 배양 시스템은 도킹 스테이션과 동일하거나 유사한 추가의 도킹 스테이션, 세포 배양 후드 및 인큐베이션 후드를 포함하며, 도킹 스테이션은 배양 후드에 배치되고 추가의 도킹 스테이션은 인큐베이션 후드에 배치된다.

따라서, 세포 배양 후드는 바람직하게는 멸균되도록 적응된 내부를 갖는 배양 하우징을 포함한다. 또한, 배양 후드는 바람직하게는 인큐베이팅 하우징 및 하우징의 내부 조건을 조절하는 컨디셔닝 구조를 가진다.

두 개의 후드를 가진 세포 배양 시스템을 제공함으로써, 세포 배양 후드 또는 인큐베이션 후드 내에 도킹 스테이션 또는 이들의 복수 개를 위치설정할 수 있다. 인큐베이션 후드는 전형적으로 37℃에서 가습되어 약 5% CO₂를 함유하는 대기기를 가진다. 그것은 또한 저산소상태(hyporxic) 또는 고산소상태(hyperoxic) 챔버에 설치될 수 있다. 그러한 제 1 및 제 2 도킹 스테이션의 주요 기능은 동일하며, 이들의 사용을 용이하게 하고, 유체 튜빙 즉, 튜브들을 분리하고 다시 연결할 필요성을 피하고, 세포 배양 매체를 대체하기 위해 복제된다.

바람직하게는, 핸들링 유닛의 바닥의 작동 보어는, 예를 들어, 세포 배양 모듈이 핸들링 유닛의 시트에 배열될 때, 작동 층에 인접하거나 인접하는 공동 섹션을 갖는다. 이러한 캐비티 섹션은 작동 막의 최대 편향을 미리 정의할 수 있다.

동일한 목적을 위해, 핸들링 유닛의 바닥의 유입구 보어 및 핸들링 유닛의 바닥의 배출구 보어의 각각은 바람직하게는 예를 들어 세포 배양 모듈이 핸들링 유닛의 시트에 배열될 때 작동 층에 이웃한 캐비티 섹션을 가진다.

바람직하게, 상기 핸들링 유닛은 상기 핸들링 유닛의 시트에 배치된 상기 배양 모듈을 덮기 위한 리드를 포함한다. 이러한 리드는 모듈을 무균 상태로 유지시키도록 한다. 리드 또는 덮개는 핸들링 유닛를 닫고 핸들링 유닛를 무균 상태로 유지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 핸들링 유닛은 액체 저장조를 포함한다. 이러한 액체 또는 물 저장조 또는 이들의 복수 개는 시스템 내의 세포 배양 용액의 증발을 피하거나 제한할 수 있다. 저장조는 수mm의 용액, 바람직하게는 멸균 수 또는 PBS를 함유할 수 있다.

바람직하게는, 세포 배양 시스템은 핸들링 유닛 또는 도킹 스테이션에 부착되고 관통 홀이 구비된 스테이션 밀봉 층을 포함하여, 핸들링 유닛이 소정의 위치의 도킹 스테이션이 커플링 구조에 의해 고정될 때 스테이션 밀봉 층이 핸들링 유닛과 도킹 스테이션 사이에 배치되도록 하며, 상기 작동 공급 채널의 제 1 단부는 밀봉 층의 관통 홀을 통해 작동 보어에 연결된다. 예를 들어, 스테이션 밀봉 층 또는 막은 도킹 스테이션과 핸들링 유닛 사이의 단단한 밀봉을 보장하기 위해 핸들링 유닛의 바닥면 또는 도킹 스테이션의 상부면에 비가역적으로 결합될 수 있다.

또한, 스테이션 밀봉 층은 바람직하게는 다른 관통 홀을 가지며, 유입구 공급 채널 및 배출구 공급 채널의 제 1 단부는 밀봉 층의 다른 관통 홀을 통해 유입구 보어 및 배출구 보어에 연결된다.

바람직하게는, 상기 배양 모듈은 상부 플레이트와 하부 플레이트를 구비하고, 상기 배양막은 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배치된다.

배양 모듈 및 특히 플레이트는 전형적으로 PS, COC, PMMA, PC, PP 등과 같은 경질 폴리머로 제조될 수 있지만 폴리우레탄 등과 같은 연질 폴리머로 이루어질 수도 있고, 바람직하게는 사출 성형 또는 반응 사출 성형할 수 있을뿐만 아니라 3D 인쇄 또는 표준 밀링 및 드릴링 기술로 생산될 수 있다. 배양 막은 예를 들어 하부 플레이트상의 플라즈마 산소에 의해 결합될 수 있지만 또한 상부 플레이트 상에도 결합될 수 있다. 사이에 끼워진 배양막을 갖는 상부 및 하부 플레이트는 예를들어 접착제, 열 접착 또는 플라즈마 접착 또는 클립 또는 리벳과 같은 기계적 구성 요소를 사용하여 가역적으로 또는 비가역적으로 결합될 수 있다. 세포 배양 모듈 리드는 특정 웰을 가압하기 위해 선택적으로 배양 모듈의 상단에 놓일 수 있다. 이 리드의 디자인은 특정 목적에 맞게 다를 수 있고, 예를 들어, 웰에서의 세포, 세포 배양 매체 또는 약물의 전달 또는 조직을 압축하기 위한 시스템과 같은 3차원 구조물을 포함할 수 있다. 세포 배양 모듈 리드는 PS, PP, PC, PMMA 등과 같은 사출 성형 폴리머 또는 폴리우레탄 등과 같은 연질 폴리머로 사출 성형 또는 반응 사출 성형 또는 3D 인쇄 및 에 표준 밀링 및 드릴링에 의해 제조될 수 있고 기계적, 자기 적 또는 접착력에 의해 배양 모듈의 상단 부분에 유지될 수 있다. 기계적 클립 또는 영구 자석은 흡입구 웰 및/또는 배출구 웰의 공기 압력 손실을 피하기 위해 두 부분을 단단히 유지한다. 세포 배양 모듈과 리드 사이의 기밀성을 보장하는 밀봉 막은 두 부분 사이에 끼워질 수 있고 세포 배양 모듈 리드 또는 배양 모듈의 상부에 가역적으로 또는 비가역적으로 결합될 수 있다.

한 실시예에서, 세포 배양 모듈 덮개는 마이크로 채널로 구성될 수 있고 밸브를 통합할 수 있다. 이를 위해 가요성 막으로 덮인 공동을 도킹 스테이션에 연결된 접근 홀을 통해 가압할 수 있는 리드 내에 구성할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 리드는 가압된 유입구 및/또는 배출구 벽을 유지하는 피어싱 가능한 막으로 대체가능하지만 상기 벽내의 용액 또는 세포의 샘플링 및/또는 전달도 피어싱 가능한 막을 통해 가능하다. 이것은 피어싱 막에 저항하는 피펫 또는 니들을 사용하여 수행될 수 있다.

한 실시예에서, 배양 모듈은 세포 배양 분야에 사용되는 6개의 독립적인 마이크로 유체 시스템 층을 포함한다. 6개의 마이크로 유체 시스템은 각각 9mm로 분리될 수 있으며, 각각 9mm로 균등하게 분리된 3개의 정렬된 웰을 각각 포함할 수 있다. 특히, 3개의 정렬된 웰은 유입구 웰, 배양 웰 및 배출구 웰을 포함할 수 있다. 언급된 거리는 96-웰 플레이트에 대한 실험실 자동화 및 스크리닝(SLAS)에 의해 정의된 표준 및 다중 피펫터 또는 피펫팅 로봇에서 두 피펫 사이의 거리에 해당한다. 배양 모듈이 핸들링 유닛에 결합될 때, 몇몇 마이크로 유체 채널 및 마이크로 웰은 두 부분 사이의 계면에서 생성될 수 있다. 세포 배양 매체의 저장소 역할을 하는 유입구 웰은 작동 층의 변형과 배양 모듈의 구조에 의해 형성된 밸브를 통해 기저 배양 챔버로 이어지는 마이크로 채널에 연결될 수 있다. 제 2 마이크로 채널은 기저 배양 챔버를 제 1 밸브와 유사한 제 2 밸브를 통해 배출구 웰에 연결시킨다. 두 개의 밸브는 일반적으로 평행하게 작동하며 일반적으로 닫혀 있거나(NC) 또는 일반적으로 열려 있다(NO). 표준 구성에서, 즉 밸브가 닫힐 때, 배양 웰 및 특히 그 기저 챔버는 폐쇄된 구획일 수 있다. 기저 배양 챔버에 위치하며 작동 층 및 그 아래의 공동으로 이루어진 제 3 밸브는 기저 배양 챔버 내부의 압력을 변형시키는 역할을 할 수 있고, 양압 또는 음압으로 가압 여부에 따라 두 방향으로 편향될 수 있다.

기저 배양 챔버에서 세포 배양 매체를 교환하기 위해, 기저 배양의 유입구 및 배출구에 위치한 언급된 2개의 밸브가 열려있는 것이 바람직하다. 또한, 기저 배양 챔버에서 용액을 관류시키기 위해 두 개의 밸브를 개방된 상태로 유지할 수 있다.

배양 모듈 상부에, 세포 배양 모듈 리드가 가역적으로 결합되어 유입구 및/또는 배출구 웰을 폐쇄할 수 있다. 배양 모듈의 상부 또는 그 리드에 형성된 작은 채널은 유입구 및/또는 배출구 웰을 접근 홀을 통해 도킹 스테이션의 가압 시스템에 연결할 수 있다. 이것은 기저 배양 챔버에서 흐름을 생성할 수 있는 유입구 웰 내의 용액을 가압할 수 있게 한다.

일 실시예에서, 바이패스 채널은 배출구와 유입구 웰을 연결한다. 이 설정을 사용하면 재순환 유체 경로를 만들 수 있다. 다양한 시간 간격에서, 배출구 웰의 세포 배양 매체는 기저 챔버의 각 측면에 있는 밸브를 닫고, 바이패스 채널의 밸브를 열고 양압으로 배출구를 가압함으로써 유입구 웰로 이송된다. 바이패스 채널은 전형적으로 핸들링 유닛과 배양 모듈 사이에 형성된다.

또 다른 실시예에서, 바이패스 채널은 배양 모듈의 리드 내에 생성된다. 채널의 각 단부에서 리드에 통합된 작은 튜빙 또는 니들이 유입구 및 배출구 웰로 떨어진다. 바람직한 설정에서, 배출구의 튜브/니들은 배출구 웰의 바닥까지 돌출하지만, 유입구 웰로부터의 튜브/니들은 훨씬 더 짧다.

세포 배양 시스템은 바람직하게는 배양 모듈의 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 배치된 모듈 밀봉 층을 포함하어 유입구 웰, 배출구 웰 및 배양 웰이 관통 홀을 경유하여 모듈 밀봉 층을 통해 연장되도록 한다.

상부 플레이트와 하부 플레이트는, 예를 들어 약간의 과압으로 사용 후에 파손될 수 있는 리벳을 사용함으로써 가역적으로 결합될 수 있다. 접착층은 또한 두 부분을 가역적으로 결합시키는데 사용될 수 있다. 이것은 예를 들어 오일 대상물을 사용하여 고배율로 가까이 근접하여 배양막상에서 배양된 조직 또는 세포의 관찰할 수 있도록 한다.

일 실시예에서, 2개의 인접한 배양 챔버는 이들 챔버로부터의 조직들 간의 연통을 가능하게 하기 위해 서로 연결된다. 채널은 배양 막 내에서 또는 배양 막의 아래 또는 위 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 채널은 예를 들어 피브린, 피브리노겐, 콜라겐 등과 같은 겔로 충전될 수 있으며, 이 경우 배양 모듈의 상부로부터 겔을 도입하기 위해 접근 포트가 필요하다. 겔은 표면 장력에 의해 채널에서 유지된다. 채널은 또한 폴리설폰, 폴리우레탄 등과 같은 다공성 재료로 충전될 수 있다.

일 실시예에서, 핸들링 유닛과 배양 모듈 사이에 형성된 밸브는 2개의 기저 챔버 사이에 위치하여, 인접한 배양 챔버로부터 조직 사이의 연통을 정지시키거나 기저 챔버에서의 유동을 조절한다. 또한, 기저 챔버에서 유속을 제한하기 위해 추가 채널을 갖는 기저 챔버를 바이패스하는 것이 고려된다.

본 발명의 다른 양태는 배양막상에서 세포를 배양하는 방법(배양 방법)에 관한 것이다. 이것은 상기한 바와 같은 세포 배양 시스템을 얻는 단계; 배양 모듈의 배양 웰 내의 배양막 상에 세포를 시딩하는 단계; 배양 모듈의 배양막 상에 세포를 인큐베이팅하는 단계; 상기 배양 모듈을 상기 핸들링 유닛의 시트에 배열하는 단계; 배양 모듈의 배양 웰에 세포 배양 매체를 적용하는 단계; 상기 핸들링 유닛을 상기 도킹 스테이션에 연결하는 단계; 및 도킹 스테이션의 작동 공급 채널 내의 압력을 조절하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 전술한 세포 배양 시스템을 효율적으로 사용함으로써 시스템 및 그 바람직한 실시예와 관련하여 전술한 효과 및 장점을 구현할 수 있게 한다.

작동 공급 채널 내의 압력을 조정함으로써, 핸들링 유닛의 바닥의 작동 보어 내의 압력이 그에 따라 조정된다. 이와 같이, 과압 또는 저압이 작동 막에 가해져 작동 막이 양 또는 음으로 편향되게 한다. 이것은 차례로, 배양막이 그에 따라 편향되게 한다.

압력을 조정하기 위해, 도킹 스테이션의 커넥터는 전술한 압력 제어 유닛의 포트, 예를 들어 도킹 스테이션에 튜브를 통해 연결될 수 있다.

방법의 일 실시예에서, 배양 모듈의 유입구 및/또는 배출구 웰은 예를 들어 접근 홀을 통해 도킹 스테이션의 가압 시스템에 의해 가압된다. 이것은 배양 모듈의 기저 배양 챔버에서 유동을 생성할 수 있는 유입구 웰 내의 용액을 가압하는 것을 허용한다.

상기 방법의 또 다른 실시예에서, 배양 모듈은 탄성 배양막을 구비하고 유입구 웰 내의 양압은 배출구 웰 내의 음압과 동일하다. 이것은 유동 중에 배양막의 편향을 피할 수 있게 한다. 이러한 구성에서, 배양막에서 배양된 세포는 주기적으로 3 차원으로 응력을 받아 관류될 수 있으며, 즉 전단 응력 및 순환 응력에 노출된다. 상기 방법 또는 배양 모듈은 호흡 운동, 혈류에 의해 발생된 전단 응력 및 위장, 피부 또는 다른 기관에 작용하는 다른 기계적 응력에 의해 유도된 기계적 응력을 재현할 수 있게 한다. 또한 특정 조직 또는 조직 그룹의 화합물 또는 조성물의 약물 동태학 및 약력학적 행동을 연구할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법은 상기 배양 웰을 향한 상기 유입구 웰을 개폐하기 위해 상기 유입 공급 채널 내의 압력과 상기 배출구 웰을 배양 웰을 향해 개폐하기 위해 배출 공급 채널의 압력을 조절하는 단계를 포함한다. 상기 압력을 조절하기 위해, 도킹 스테이션의 다른 커넥터는 전술한 압력 제어 유닛의 포트에 예를들어 튜브를 통해 연결될 수 있다.

바람직하게는, 핸들링 유닛이 세포 배양 후드에 위치된 도킹 스테이션에 결합될 때 세포가 배양막에 시딩(seeding)되고, 핸들링 유닛이 인큐베이션 후드에 위치된 추가의 도킹 스테이션에 결합될 때 세포가 배양막 상에서 인큐베이팅되는 것이 바람직하다.

핸들링 유닛을 추가의 도킹 스테이션에 연결하기 전에, 리드로 덮혀지는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 배양 모듈의 배양 웰 내의 배양막에 세포를 시딩하고 인큐베이팅하는 단계는 배양 모듈의 배양 웰 내에서 배양막의 제 1측면에 세포를 시딩 및 인큐베이팅하는 단계, 주위의 배양 모듈을 플리핑하는 단계, 및 배양 모듈의 배양 웰에서 배양막의 제 2측면 상에 세포를 시딩하고 인큐베이팅하는 단계를 포함한다.

한 실시예에서, 상기 방법은 폐포 폐의 작동을 모방하도록 세포 배양 시스템을 구성하는 단계를 포함한다. 폐 내피 세포는 배양막의 기저 외측에서 배양될 수 있는 반면, 폐 상피 세포는 배양막의 첨단 측에서 배양될 수 있다. 폐의 폐포 장벽, 즉 배양막은 생리학적 또는 병태 생리학적 수준에서 주기적으로 응력을 받을 수 있다. 더욱 사실적으로, 콜라겐, 엘라스틴 등과 같은 기저막에서 발견되는 성분으로 제조된 배양막은 폐포의 크기와 유사한 치수를 갖는 공극/홀을 갖는 초박형 메쉬를 사용함으로써 생성되며, 전형적으로 200㎛ 내지 300㎛이다. 그러한 배양막을 생성하기 위해, 엘라스틴 및 콜라겐의 용액이 메시 상에 피펫팅되고, 표면 장력에 의해 균질한 박층으로 퍼진다. 일반적으로 막은 사용하기 전에 건조된다. 사용하기 전에 다시 수화시켜 세포를 막에서 배양한다. 기저막에서 발견된 성분의 전기 방사는 또한 배양막을 생성하는데 사용될 수 있다. 작동 층에 의해 생성된 과도한 압력이 존재하면 층의 폐포가 3차원으로 편향된다. 주어진 및 알려진 양 또는 음압의 함수에서 배양막의 편향은 시간의 함수로 모니터링될 수 있다. 배양막의 정점 측 또는 기저 측상의 세포 층상의 변화 또는 둘 모두는 편향의 변화에 의해 또는 예를 들어 FRET 프로브를 광학적으로 사용하여 검출될 수 있다.

탄성 리코일 중 배양막의 과도 응답의 배양막 강성, 배양막의 두께 또는 이들의 조합의 변화는 임피던스 또는 광 센서와 같은 센서에 의해 검출될 수 있다. 이러한 변화는 세포 증식이나 세포 사멸, 상처 손상, 세포층 합류, 세포 외 기질 생성(전형적으로 콜라겐에 국한되지 않음), 화학 물질에 의해 유도된 화합물 자체의 노출 또는 화합물 노출에 따른 조직의 변형으로 인해 발생할 수 있다.

따라서, 이들 매개 변수 중 하나 또는 여러 변수의 변화는 예를 들어 폐활량계, 폐 섬유증, COPD 또는 폐 기종으로 고통받는 환자에서 얻은 임상 매개 변수에서 관찰된 폐 기능의 변화와 관련될 수 있다. 이러한 상관 관계는 궁극적으로 세포 또는 조직이 모듈 세포 배양 시스템에서 시험될 수 있는 환자를 위한 화합물 또는 조성물의 효과를 예측할 수 있기 때문에 매우 중요하다.

본 발명에 따른 세포 배양 시스템 및 본 발명에 따른 방법은 예시적인 실시예에 의해 하기에 도면을 참조로 보다 상세히 기술된다.

도 1은 표준 실험실 설정에서 기관의 조직을 생체 내 모델링하기 위한 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 1 실시예의 전체 사시도;
도 2는 도 1의 세포 배양 시스템의 제어 유닛, 도킹 스테이션, 핸들링 유닛 및 배양 모듈의 사시도;
도 3은 도 1의 세포 배양 시스템의 도킹 스테이션, 핸들링 유닛 및 배양 모듈의 사시도;
도 4는 도 1의 세포 배양 시스템의 배양 모듈 중 하나의 분해 사시도;
도 5는 도 1의 세포 배양 시스템의 배양 모듈 중 하나의 분해 사시도;
도 6은 하나의 독립적인 마이크로 유체 시스템을 도시하는 핸들링 유닛에 가역적으로 결합된 도 1의 세포 배양 시스템의 배양 모듈의 단면도;
도 7은 도킹 스테이션에 가역적으로 결합된 도 1의 세포 배양 시스템의 핸들링 유닛의 사시도;
도 8은 도 1의 세포 배양 시스템의 핸들링 유닛 및 도킹 스테이션의 분해 사시도;
도 9는 도 1의 세포 배양 시스템의 핸들링 유닛 및 2개의 작동 층의 사시도;
도 10은 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 2 실시예의 2개의 배양 모듈을 각각 운반하는 2개의 핸들링 유닛을 갖는 도킹 스테이션의 개략도;
도 11은 배양 모듈 상에 접착된 피어싱 가능한 막을 갖는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 3 실시예의 핸들링 유닛에 연결된 관류된 배양 모듈의 단면도;
도 12는 배양 모듈 상에 접착된 피어싱 가능한 막을 갖는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 4 실시예의 핸들링 유닛에 연결된 관류된 배양 모듈의 단면도;
도 13은 간-유사 조직에 연결된 폐 유사 조직을 나타내는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 5 실시예로서 다중 기관 시스템의 단면도;
도 14는 커버 리드로부터 가압된 막에 의해 압축된 조직을 갖는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 6 실시예의 단면도;
도 15는 도킹 스테이션에 센서를 통합한 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 7 실시예의 배양 모듈 섹션의 단면도;
도 16은 핸들링 유닛 내에 센서들을 통합한 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 8 실시예의 배양 모듈 섹션의 단면도;
도 17은 배출구 웰과 유입구 웰 사이의 재순환 흐름을 갖는 세포 배양 시스템의 원리를 도시;
도 18은 세포 배양 매체를 배출구로부터 유입구로 수송하기 위해 유입구 및 배출구에 급강승하는 2개의 튜빙 또는 니들을 갖는 배양 모듈에 기밀 부착된 캡을 갖는 세포 배양 시스템; 및
도 19는 배양막을 지지하기 위해 사용될 수 있는 다양한 메쉬.

다음의 설명에서, 어떤 용어는 편의상 사용되며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. "우측", "좌측", "위", "아래", "아래" 및 "위"라는 용어는 도면에서 방향을 나타낸다. 상기 용어는 명시적으로 언급된 용어와 그 유도된 용어 및 유사한 의미의 용어로 구성된다. 또한, "밑", "아래", "하부", "위", "상부", "근위", "원위"등과 같은 공간적으로 관련된 용어는 다른 구성에 대한 하나의 요소 또는 특징 관계 또는 도면에 도시된 바와 같은 특징을 서술하는데 사용될 수 있다. 이들 공간 관련 용어는 도면에 도시된 위치 및 방향 이외에 사용 또는 작동중인 장치의 상이한 위치 및 배향을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, "하부" 또는 "밑"으로 기술된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "상부" 또는 "위"에 있을 것이다. 따라서, "하부"의 예시적인 용어는 위와 아래의 위치와 방향 모두를 포함할 수 있다. 상기 장치들은 다른 방향으로 배치될 수 있거나(90도 회전되거나 다른 방향으로 회전된), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술에 따라 해석될 수 있다. 마찬가지로 다양한 축을 중심으로 한 이동에 대한 설명에는 다양한 특수 장치 위치와 방향이 포함된다.

다양한 양태들 및 예시적인 실시예들의 도면들 및 설명에서의 반복을 피하기 위해, 많은 특징들이 많은 양태들 및 실시예들에 공통적이라는 것을 이해해야 한다. 설명이나 그림에서 한 측면을 생략한다고 해서 그 측면이 그 측면을 포함하는 실시예에서 빠져 있다는 것을 의미하지는 않는다. 그 대신, 설명을 명확하게 하고 장황한 설명을 피하기 위해 이 부분이 생략되었을 수도 있다. 이 문맥에서 다음 내용은 설명의 나머지 부분에 적용된다. 도면을 명확히 하기 위해 도면에 설명의 직접 연결된 부분에 설명되어 있지 않은 참조 기호가 들어 있으면 이전 설명 또는 다음 설명으로 참조된다. 또한, 명료성을 이유로, 도면에서 부분의 모든 특징이 참조 부호로 제공되는 것이 아니라면, 동일한 부분을 나타내는 다른 도면으로 참조된다. 2개 이상의 도면에서 동일한 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 세포 배양 시스템의 제 1 실시예로서 체외 세포 배양 시스템(100)의 개요를 도시한다. 세포 배양 시스템(100)은 기관의 조직을 모델링하기 위한 것이다. 이는 제어 유닛으로서의 제 1 제어기(106) 및 제 2 제어기(107)를 포함한다. 제 1 제어기(106)는 세포 배양 후드(110)에 의해 형성된 무균 환경 내에 위치한다. 제 2 제어기(107)는 인큐베이션 후드(109)로서의 생물 반응기 옆에 위치한다. 제어기는 제 1 도킹 스테이션(104) 및 제 2 도킹 스테이션이 튜브로서 유체 튜ㅂ빙(108)을 도킹 스테이션(105)에 연결되는 포트를 가진다. 필요에 따라, 튜빙(108)은 또한 전기 와이어, 광섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

기관 조직과 관련하여, 세포 배양 시스템(100)은 핸들링 유닛(102), 커버 리드(103) 및 복수의 배양 모듈(101)로 구성된 소모성 부분을 갖는다. 소모성 부분은 무균 환경, 즉, 세포 배양 후드(110)와 생물반응기 즉, 인큐베이션 후드 사이에서 자유롭게 움직일 수 있다. 세포 배양 시스템(100)은 세포 배양 후드(110)에 설치된 제 1 도킹 스테이션(104) 및 인큐베이션 후드(109)에 설치된 제 2 도킹 스테이션(105)을 포함한다. 각 후드(108,109)에는 조립된 소모품 부분이 도킹 스테이션(104/105) 중 하나에 연결되고 튜빙(108)를 통해 제 1 및 제 2 제어기(106, 107)에 연결된다. 소모성 부분들은 도킹 스테이션(104) 위에 배치되고 아래에 도시된 바와 같이 잠금 메커니즘에 의해 고정된다. 이렇게 하면 세포 배양 후드(110)의 세포 조작, 예를들어 세포 시딩, 매체 교환 등 및 표준 생체 내 시스템과 유사한 인큐베이션 후드(109)내의 세포 배양을 수행할 수 있다. 인큐베이션 후드(109)에서, 세포는 기계적으로 자극될 수 있다.

도 2는 제 1 및 제 2 제어기(106/107)와 함께 제 1 및 제 2 도킹 스테이션(104/105)의 설정을 보다 상세하게 도시한다. 제 1 제어기(106)는 3개의 포트(1061), 전기-공압 펌프 배열 및 상기 펌프 배열을 제어하기 위한 프로세서를 포함한다. 펌프 배열 및 상기 프로세서는 제 1 제어기(106)의 내부에 수용되어 도 2에서 보이지 않는다. 제어기는 각 포트(1061)에서 압력이 개별적으로 조절 가능하기 위해 펌핑 배열을 제어하도록 배열된다. 제 2 제어기(107)는 제 1 제어기(106)와 유사하게 구현되고 또한 3개의 포트(1071), 펌핑 배치 및 프로세서를 포함한다. 제 1 및 제 2 제어기(106/107)는 튜브(108)를 통해 각각의 제 1 및 제 2 도킹 스테이션(104/105)에 연결된다.

제어기(106, 107)는 연결부(108), 도킹 스테이션(104) 및 리드로서 커버리드(103)를 통해 신장, 매체 교환, 관류 등과 같은 특정 동작을 정의하고 제어하는데 사용된다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 핸들링 유닛(102)은 제 1 및 제 2 도킹 스테이션(104/105)에 해제 가능하게 결합될 수 있다. 핸들링 유닛(102)은 2개의 배양 모듈(101)을 해제 가능하게 수용하도록 구현된다.

도킹 스테이션(104/105)은 제어기(106/107) 및 접속부(208)로부터 핸들링 유닛(103)으로 작동을 전달하는데 사용된다. 핸들링 유닛(103)은 작동을 배양 모듈(101)로 전달한다. 그 결과, 배양 모듈(101) 내부의 작용은 소모성 부분이 도킹 스테이션(104/105)에 고정되는 경우에만 일어난다. 배양 모듈(101), 핸들링 유닛(102) 및 커버 리드(103)는 도 3에 도시된 바와 같이 가역적으로 조립 및 재조립될 수 있다. 이는 핸들링 유닛 (102)이 도킹 스테이션(104)으로부터 도킹 스테이션으로, 배양 모듈(101)이 핸들링 유닛(102)로부터 핸들링 유닛으로, 및 커버리드(103)가 핸들링 유닛(102)으로부터 핸들링 유닛으로 들어올려져 연결될 수 있다는 것을 의미한다.

도 4는 배양 모듈(101)의 일부를 도시한다. 좌측면에 상부 플레이트(118)가 아래 위로 위 아래로 도시되어 있다. 상부 플레이트(118)는 본질적으로 직사각형의 베이스 형상을 가지며, 상부 플레이트(118)에서 직선으로 중앙에 배열된 일련의 6개의 첨단 배양 챔버(122)를 포함한다. 첨단 배양 챔버(122)와 병렬로 6개의 일련의 유입구 웰(125) 및 일련의 6 개의 배출구 웰(126)이 배열된다. 첨단 배양 챔버(122) 각각은 유입구 웰(125) 중 하나와 배출구 웰(126) 중 하나 사이에 배치된다.

도 4의 우측에, 배양 모듈(101)의 하부 플레이트(119)가 위 아래 및 아래 위로 도시되어 있다. 하부 플레이트(119)는 또한 상부 플레이트(118)의 베이스 형상에 상응하는 본질적으로 직사각형인 베이스 형상을 가지며, 상부 플레이트(118)의 첨단 배양 챔버(122)와 동일하게 위치된 일련의 6개의 기저 배양 챔버(123)가 형성된다. 각각의 기저 배양 챔버(123)에 인접하여, 유입구 웰(125) 및 배출구 웰(126a), 관통 홀(138)이 하부 플레이트(119)에 제공된다.

상부 플레이트(118) 및 하부 플레이트(119)는 예를 들어 PS, PP, COC, PMMA 등과 같은 경질 플라스틱 재료로 만들어진다. 이들은 또한 폴리우레탄 등과 같은 연질 폴리머로 제조될 수 있다.

분해 사시도로 배양 모듈(101)을 도시하는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 배양 모듈(101)은 배양막(112)과 상부 플레이트(118)와 하부 플레이트(119) 사이의 모듈 밀봉 층(121)을 포함하고, 또한, 하부 플레이트(119) 아래에 배치된 다른 모듈 밀봉 층(121)을 갖는다.

도 6은 핸들링 유닛(102)에 조립 결합될 때의 단면도에서 배양 모듈(101)을 도시한다. 배양 막(112) 및 모듈 밀봉 층(121) 중 하나는 상부 플레이트(118)와 하부 플레이트 사이에 끼워진다. 이에따라 배양막(112)은 배양 모듈(101)의 배양 웰을 첨단 배양 챔버(122)와 기저 배양 챔버(123)로 분리한다. 하부 플레이트(119)와 핸들링 유닛(102) 사이에는 다른 모듈 밀봉 층(121)과 작동 층(120)이 끼워진다. 핸들링 유닛(102)은 상기 핸들링 유닛(102)을 통해 수직으로 연장되는 36개의 보어(114)를 구비한다. 상기 보어(114)는 12개의 작동 보어(1141), 12개의 유입구 보어(1142)의 직선열 및 12개의 배출구 보어(1142)의 직선 열로 이루어진다. 각각의 작동 보어(1141)는 기저 배양 챔버(123) 중 하나에 인접하고, 유입구 보어(1142) 각각은 유입구 웰(125) 중 하나에 연결되고 각각의 배출구 보어(1143)는 배출구 웰들(126) 중 하나에 연결된다. 이들의 상부 단부를 향해 상기 보어(114)는 공동 섹션으로써 공동(115)을 갖는다.

유입구 웰(125) 및 배출구 웰(126) 각각은 마이크로 유체 채널(124)에 의해 인접한 기저 배양 챔버(123)에 연결된다. 각각의 마이크로 아래에 유입구 보어(1142)의 공동(115)중 하나와 배출구 보어(1143)이 배열된다. 작동 층(120)과 함께, 이들 공동(115)은 정상 폐쇄 NC() 밸브를 형성한다. 밸브 및 각각의 마이크로 유체 채널(124)을 개방하기 위해, 작동 층(120)이 공동(115) 내로 편향되도록 각각의 공동(115)에 저압이 발생된다. 이와 같이, 마이크로 유체 채널(124)은 압력을 조절하는 제 1 또는 제 2 제어기(106, 107)에 의해 개별적으로 개폐될 수 있다.

세포 배양 시스템(100)의 사용시, 세포는 배양 후드(110) 내의 배양 모듈(101)에 먼저 시딩된다. 세포가 배양막(112)의 양 측면에서 배양될 때, 배양 모듈(101)은 배양막(112)의 기저 외측을 위로 향하게 180° 뒤집어진다. 세포를 배양막(112)에 시딩하고 부착될 때까지 인큐베이팅한다. 배양 모듈(101)을 다시 180° 뒤집어 배양막(112)의 기저 외측이 핸들링 유닛(102)을 향하게 한다. 그후, 배양 모듈(101)을 핸들링 유닛(102)에 가역적으로 결합시킨다. 이어서, 기저 배양 챔버는 세포 배양 매체로 채워진다. 이것은 핸들링 유닛(102)을 세포 배양 후드(110)의 제 1 도킹 스테이션(104)에 가역적으로 결합시킴으로써 이루어진다. 그후, 세포를 배양막(112)의 첨단 측면에 시딩할 수 있다. 그후, 핸들링 유닛(102)은 인큐베이터(109) 내에 위치된 제 2 도킹 스테이션(105)에 가역적으로 연결된다.

통상 24시간 또는 48시간 후에 세포 배양 매체를 교환하기 위해, 핸들링 유닛(102)은 세포 배양 후드(110) 내의 제 1 도킹 스테이션(104)으로 전달된다. 세포 배양 매체는 배양막(112) 표준 웰 플레이트에서와 같이 배양 막(112)의 첨단 측면에서 교환된다. 기저 배양 챔버(123)에서 세포 배양 매체를 교환하기 위해, 유입구 웰(125)은 매체로 채워지고 배출구 웰(126)은 비게 된다. 기저 배양 챔버(123)의 입구와 출구에 위치한 두 개의 밸브는 개방되고 유체는 정수압과 표면 장력의 작용에 의해 교환된다. 배출구 웰(126)에 수집된 매체는 피펫팅되고 분석될 수 있다.

이러한 조작이 이루어지면, 커버 리지(103)는 핸들링 유닛(102)의 상부에 배치되어 핸들링 유닛(102) 내의 환경을 무균 상태로 유지한다. 이어서, 배양 모듈(101) 및 커버 리드(103)를 포함하는 핸들링 유닛(102)은 인큐베이터(109)로 전달되고, 인큐베이터(109)는 각각의 제 2 도킹 스테이션(105)에 가역적으로 결합된다. 그후, 세포는 기계적 압축 또는 인장, 또는 이들의 조합하에 다양한 흐름율에서 관류 상태하에서 배양될 수 있다. 제 2 도킹 스테이션(105)에 연결된 전기-공압 제 2 제어기(107)는 관류 또는 기계적 응력 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 유도하기 위해 요구되는 압력을 발생시킨다. 전형적으로 24 또는 48시간의 특정 시간 후, 배양 모듈(101)은 세포 배양 매체를 대체하거나 조직을 화학적 화합물 또는 조성물에 노출 시키거나 분석을 위해 세포 배양 매체를 샘플링하거나 배양 모듈(101)에서 배양된 조직을 시험하기 위해 세포 배양 후드(110)로 전달된다.

도 7은 세포 배양 시스템(100)의 제 1 및 제 2 도킹 스테이션(104/105) 및 핸들링 유닛(102)의 사시도를 도시한다. 제 1 및 제 2 도킹 스테이션(104/105)은 상부 플레이트(140)과 바닥 플레이트(141)를 동일하게 구비한다. 그 변부에서 바닥 플레이트(141)는 튜빙(108)을 통해 제 1 및 제 2 제어기(106/107) 중 하나에 연결되는 복수의 커넥터(149)를 포함한다. 그 상부 표면에서 상부 플레이트(140)는 커플링 구조물(146)이 구비되어 핸들링 유닛(102)을 견고하게 고정할 수 있게 한다.

도 8에서, 제 1 및 제 2 도킹 스테이션(104/105)이 분해도로 도시되어 있다. 이에따라, 유입구 공급 채널, 배출구 공급 채널 및 작동 공급 채널을 포함하는 공급 채널의 네트워크가 장착된 것을 알 수 있다. 이들 채널 각각은 바닥 플레이트(141)에 제공된 수평 섹션(145) 및 상기 바닥 플레이트(141)을 덮는 하부 스테이션 밀봉 층(142)을 통해 연장되는 수직 섹션(144), 상부 플레이트(140) 및 상기 상부 플레이트(140)의 상부 표면에 결합된 상부 스테이션 밀봉 층(143)을 포함한다. 각각의 유입구 공급 채널 또는 그 수직 부분(144)은 핸들링 유닛(102)의 유입구 보어(1142) 중 하나의 아래에서 끝나고, 각각의 작동 공급 채널은 작동 보어(1141) 중 하나의 아래에 있고 각각의 유출구 공급 채널은 유출구 보어(1143) 중 하나에 있다. 공급 채널의 수평 섹션(145)은 커넥터(149) 중 하나에서 끝난다.

도 9는 세포 배양 시스템(100)의 핸들링 유닛(102)을 보다 상세히 도시한다. 이는 서로 분리되어 각각 하나의 배양 모듈(101)이 수용될 수 있는 2개의 시트(147)를 포함한다. 그 측면 및 종방향 측면에서, 핸들링 유닛(102)에는 물 저장조(116)가 제공된다. 그 종방향 측면에서 핸들링 유닛(102)은 배양 모듈(101)을 고정 또는 유지하기 위한 클립(113)을 구비한다. 시트(147)의 바닥 표면에서 상술한 바와 같은 공동(115)이 형성된다. 각각의 시트(147)에서, 작동 층(120)이 시트(147)의 바닥면에 놓이게 된다. 시트(147)에 배열될 때, 작동 층(120)은 공동(115)을 덮는다.

도 10에는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(200)의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 세포 배양 시스템(200)은 이하에서 명백하게 언급되는 것을 제외하고는 전술 한 세포 배양 시스템(100)과 동일하게 구현된다. 제 1 도킹 스테이션(204) 및 제 2 도킹 스테이션(205)은 각각 제 1 제어기(206) 및 제 2 제어기(207)에 연결된다. 제 1 또는 제 2 제어기(206/207)는 3개의 포트(2061/2071)를 포함한다. 도킹 스테이션(205/206)에는 2개의 핸들링 유닛(202)을 고정하도록 구성된 커플링 구조가 제공되며, 각각의 핸들링 유닛(202)은 2개의 배양 모듈(201)을 수용하기 위한 2개의 시트로 구현된다. 따라서 도킹 스테이션(204/205)은 4개의 배양 모듈(201)을 수용하게 된다.

도 11은 핸들링 유닛(902)에 조립되고 결합될 때 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(900)의 제 3 실시예의 배양 모듈(901)을 단면으로 도시한다. 배양 막(912)은 상부 플레이트(918) 및 하부 플레이트(919) 사이에 배치된다. 이에 의해, 배양막(912)은 첨단 배양 챔버(922)와 기저 배양 챔버(923)로 세포 배양 웰을 분리한다. 하부 플레이트(919)와 핸들링 유닛(902) 사이에서 작동 층(920)이 끼워진다. 유입구 웰(925) 및 배출구 웰(926)은 마이크로 유체 채널(924)에 의해 이웃하는 기저 배양 챔버(923)에 연결된다. 각각의 마이크로 유체 채널(924) 아래에는 정상 개방(NO) 밸브(948)가 배치된다.

핸들링 유닛(902)에 장착된 배양 모듈(901)은 커버리드(903)로 덮혀진다. 연속 관류를 위해, 전술한 것들에 부가적인 특징이 포함되지만 이에 한정되지는 않는다: 핸들링 유닛(902) 내의 접근 홀(927), 배양 모듈(901) 내의 수직 채널, 밀봉 포트(936), 밀봉 층(932)과 필터(930)를 고정하는 캡(931). 검은색 화살표 및 Q- 점으로 표시된 연속 관류는 제어기에 의해 제어되는 양 및 음압을 핸들링 유닛(902)의 접근 홀 및 배양 모듈(901)의 채널(928)을 유입구 웰(925) 및 배출구 웰(926)에 각각 인가함으로써 형성된다. 캡(931)으로 인해 압력은 시스템에 포함되며 연속적인 흐름이 생성될 수 있다. 필터(930)는 유체, 예를 들어 채널(928) 내부의 세포 배양 매체의 유입을 피하기 위해 사용된다. 따라서, 필터(930)는 작동을 위해 사용되는 공기와 같은 한 유체에 대해서는 투과성이지만 다른 유체에는 불투과성이다. 배양 모듈(901) 내의 다른 유체를 초기에 채우려면, 충전 후에 배양 모듈(901) 상에 캡(931) 또는 상기 캡(931)에 통합된 밀폐 접근 포트(936)를 통해 배치한다. 이와 유사하게, 배양 모듈(901)은 통합된 연속 관류 개념을 제공할 수 있다.

도 12에서, 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(300)의 제 4 실시예의 배양 모듈(301)은 조립되어 핸들링 유닛(302)에 결합될 때의 단면도로 도시된다. 배양 막(312)은 배양 모듈(301)의 상부 플레이트(318)와 하부 플레이트(319)사이에 끼워진다. 이에따라 배양 막(312)은 작동 웰을 첨단 배양 챔버(322) 및 기저 배양 챔버(323)로 분리한다. 하부 플레이트(319)와 핸들링 유닛(302) 사이에는 작동 플레이트(320)가 끼워진다. 유입구 웰(325) 및 배출구 웰(326)은 마이크로 유체 채널(324)에 의해 이웃하는 기저 배양 챔버(323)에 연결된다. 각각의 마이크로 유체 채널(324) 아래에는 정상 개방(NO) 밸브(348)가 배치된다.

핸들링 유닛(302)에 장착된 배양 모듈(301)은 커버리드(303)에 의해 덮혀진다. 연속 관류를 위해, 전술한 것들에 부가적인 특징이 포함되지만 이에 한정되지는 않는다: 접근 홀(327), 수직 채널(328), 피어싱 가능한 층(329) 및 필터들(330). 검은색 화살표 및 Q- 점으로 표시된 연속 관류는 제어기에 의해 제어되는 양 및 음압을 핸들링 유닛(302)의 접근 홀(327) 및 배양 모듈(301)의 채널(328)을 유입구 웰(325) 및 배출구 웰(326)에 각각 인가함으로써 형성된다. 피어싱가능한 캡(329)으로 인해 압력은 시스템에 포함되며 연속적인 흐름이 생성될 수 있다. 필터(330)는 유체, 예를 들어 채널(328) 내부의 세포 배양 매체의 유입을 피하기 위해 사용된다. 따라서, 필터(330)는 작동을 위해 사용되는 공기와 같은 한 유체에 대해서는 투과성이지만 다른 유체에는 불투과성이다. 배양 모듈(301) 내의 다른 유체를 초기에 채우려면, 피어싱 가능한 층(329)이 예를 들어, 니들 또는 층(330)이 충전 후에 배양 모듈(301) 상에 배치된다. 배출구 웰(326) 내의 유체는 피어싱 가능한 층(329)을 관통함으로써 또는 층(329)을 제거한 후에 유사하게 추출될 수 있다. 이와 같이, 배양 모듈(901)은 통합된 연속 관류 개념을 제공할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(400)의 제 5 실시예를 도시한다. 세포 배양 시스템(400)은 핸들링 유닛(402) 상에 배치된 배양 모듈(401)을 포함한다. 배양 모듈(401)은 배양막(412)에 의해 첨단 배양 챔버(422) 및 기저 배양 챔버(423)내에 각각 분리된 두 평행한 세포 배양 웰의 영을 가지고, 배양 막(412)은 배양 모듈(401)의 상부 플레이트(418)와 하부 플레이트(419) 사이에 끼워진다. 배양 모듈(401)은 일련의 유입구 웰(425) 및 배출구 웰(426)을 더 구비한다. 각각의 유입구 웰(425)은 마이크로 채널(424)에 의해 배출구 웰(426)에 연결된 마이크로 채널(424)에 의해 인접한 작동 챔버의 기저 배양 챔버(423)에 연결되는 마이크로 채널(424)에 의해 인접한 작동 챔버의 기저 배양 챔버(423)에 연결된다. 각각의 두 개의 웰 사이에는 정상 개방 밸브(448)가 배치된다.

핸들링 유닛(402)에 장착된 배양 모듈(401)은 커버리드(403)에 의해 덮혀진다. 상술한 바와 유사하게 연속적 재관류를 위해, 추가의 특징, 즉 핸들링 유닛(402)의 접근 홀(427), 배양 모듈(401)의 수직 채널(428), 피어싱 가능한 층(429), 캡(931), 밀폐된 접근 포트(936) 및 필터(430)가 제공된다. 흑색 화살표 및 Q-점으로 표시된 연속 관류는 유입구 웰(425) 및 배출구 웰(426)에 각각 양압 및 음압을 인가함으로써 생성된다. 피어싱 가능한 층(429)으로 인해, 압력은 시스템에 포함되고 연속적인 흐름이 생성될 수 있다. 필터(430)는 유체, 예를 들어 채널(428) 내부의 세포 배양 매체의 유입을 피하기 위해 사용된다. 배양 모듈(401)은 유입구 웰(425) 내의 밀폐 접근 포트(936), 우측 작동 웰 및 배출구 웰(426)를 포함하는 캡(431)에 의해 폐쇄된다. 좌측 작동 웰의 첨단 배양 챔버(422)는 개방되어 있다. 예를 들어, 폐 세포(435)는 좌측 개방 작동 웰에서 성장되고 우측 폐쇄 작동 웰에서 예를 들어 간세포(435)가 성장된다.

또한, 예를 들어 특정 화합물의 시스템 반응을 재현하기 위해, 복수의 상호 연결된 배양 웰을 첨가하여 추가의 조직을 모방할 수 있다. 신장, 간, 뇌, 위장관, 피부와 같은 다양한 기관과 같은 조직은 배양막에 현탁된 세포를 시딩하거나 배양 웰에서 형성된 회전 타원체, 유기체 또는 조직 절편을 첨가하여 세포 배양 시스템으로 만들 수 있다.

세포 배양 시스템(400)의 사용시, 배양 방법은 전술한 바와 동일할 수 있다. 제 1 세포 유형의 세포를 먼저 제 1 배양 웰에 시딩하고, 제 2 세포 유형의 세포를 제 2 배양 웰에 시딩한다. 따라서 상이한 유형의 세포는 예를 들어 완전히 차별화될 때까지 상이한 세포 배양 매체로 배양될 수 있다. 일단 차별화되면, 배양 모듈(401)은 핸들링 유닛(402)에 조립된다.

도 14에는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(600)의 제 6 실시예가 도시되어 있다. 세포 배양 시스템(600)은 전술한 세포 배양 시스템(900)과 매우 유사하게 구현된다. 상기 시스템과 대조적으로, 세포 배양 시스템(600)은 작동 웰의 첨단 배양 챔버로 연장되는 압력 포스트(638)를 포함한다. 압력 포스트(638)는 그 상단부가 배양 모듈에 내장된 가압용 채널(628)을 통과하는 공동 내부를 갖는다. 이 채널은 그 바닥에서 핸들링 유닛에 제공된 접근 홀내로 통과한다. 압력 포스트(638)의 중공 내부의 다른 단부는 압축 막(637)에 의해 덮인다. 접근 홀에 양의 압력을 인가함으로써, 압축 막(637)은 첨단 배양 챔버 내로 편향되어 챔버 내부의 압력이 향상된다. 이와 같이 첨단 배양 챔버 내부의 압력을 조절할 수 있다.

도 15는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(700)의 제 7 실시예를 도시한다. 세포 배양 시스템(700)은 상부 플레이트(718) 및 하부 플레이트(719)를 갖는 배양 모듈(701)을 포함한다. 이들 두 플레이트 사이에는 배양 웰을 기저 배양 챔버(723) 및 첨단 배양 챔버(722)로 분리하는 배양막(712)이 배치된다. 배양 모듈(701) 및 핸들링 유닛(702) 사이에 작동 층(720)이 끼워진다. 세포 배양 시스템(700)은 센서(733) 및 센서 커넥터(734)가 장착된 도킹 스테이션(704/705)을 더 포함한다. 여기에 언급된 부가적인 특징이 포함되나 이에 한정되지 않는다.: 센서(733) 및 센서 연결부(734). 상기 예시적인 실시예에서, 센서는 핸들링 유닛(702)에 통합되어 배양 막의 편향을 모니터링하는데 사용된다. 센서(733)로부터 센서 연결부(734)를 통해 하나 또는 복수의 제어 유닛으로 데이터가 전달된다. 거기에서 데이터는 기록되어 분석될 수 있고, 장기간 동안 특정 작용, 여기서는 배양막(712)의 편향을 연속적으로 모니터링, 제어 또는 변화시키는데 사용될 수 있다.

도 16에는 전술한 세포 배양 시스템(700)과 매우 유사하게 구현된 세포 배양 시스템(800)이 도시되어 있다. 세포 배양 시스템(800)은 상부 플레이트(818) 및 하부 플레이트(819)을 갖는 배양 모듈(801)과, 배양 웰을 기저 배양 챔버(823) 및 첨단 배양 챔버(822)로 분리하는 상기 플레이트들 사이에 배치된 배양막(812) 및 작동층(820)을 포함한다. 상기 실시예와 대조적으로, 세포 배양 시스템(800)은 핸들링 유닛(802)에 제공되는 센서(833) 및 센서 커넥터(834)를 더 포함한다.

도 17은 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(1300)의 제 9 실시예를 도시한다. 세포 배양 시스템(1300)은 배양 웰(1322), 유입구(1325) 및 배출구(1326)를 갖는 배양 모듈(1301)을 포함한다. 배양 유닛의 작동 층과 배양 모듈(1364/1365)의 작동 층 사이에 위치한 밸브는 배양 웰의 각 측면 상에 있다. 여기서 추가 특징은 배출구 웰을 유입구 웰에 연결하는 바이 패스 채널(1361)이다. 핸들링 유닛의 작동 층과 배양 모듈 사이에 또한 형성된 추가의 밸브(1360)가 두 개의 웰 사이에 위치한다.

상기 실시예는 재순환 흐름을 생성하게 한다. 배출구 웰(1326)에서 관류된 세포 배양 매체는 유입구 웰(1325)에서 운반될 수 있다. 이는 예를 들어, 세포에 의해 방출되는 사이토카인의 농도를 증가시켜 검출을 용이하게 하며, 이들 대부분은 파라크린, 오토크린 및 내분비 신호를 더 잘 모방할 수 있게 한다. 세포질 폐기물은 역시 재순환되고 신장과 같은 조직에 의해 걸러 질 수 있다.

도 18은 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(1400)의 제 10 실시예를 도시한다. 세포 배양 시스템(1400)은 배양 웰(1422), 유입구(1425) 및 배출구(1426)를 갖는 도킹 스테이션(1402)에 안착된 배양 모듈(1401)을 포함한다. 배양 모듈(1401)은 밀봉 층(1432)을 갖는 리드(1431)를 포함한다. 여기서 부가적인 특징은 배출구 웰을 유입구 웰에 연결하고 상기 리드(1431)에 위치하는 바이패스 채널(1461)이다. 2 개의 니들/튜빙(1486/1487)은 각각의 배출구/유입구 웰(1426/1425)의 바닥쪽으로 향한다.

도 19는 본 발명에 따른 세포 배양 시스템(1600)의 제 11 실시예를 도시한다. 배양막(1612)은 세포 배양막의 지지체 및/또는 스캐폴드로서 작용하는 얇은 메쉬(1690/1691/1692/1693)로 제조된다. 메쉬는 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 배양 모듈에 두 개의 플레이트 사이에 끼워진 기계력, 또는 열 본딩 또는 플라즈마 본딩으로 바닥 플레이트의 상단에 결합되는 접착력(부착, 접착층)에 의해 통합된다. 메쉬는 금속(금, 티타늄, 탄탈룸, 크롬, 백금, 마그네슘, 철, 아연, 스테인리스 스틸 및 합금 또는 스텐트에 일반적으로 사용되는 기타 재료)로 만들어질 수 있으며 직조, 화학 에칭, 레이저 커팅, 워터젯 절단, 3D 프린팅, 스탬핑(stamping), 스크린 프린팅(screen printing), 플라즈마 에칭(plasma etching) 메쉬는 또한 PS, COC, PMMA, PC, 폴리이 미드, PDMS, PU 등과 같은 하드 또는 소프트 폴리머로 만들어질 수 있으며, 사출 성형, 핫 엠보싱, 스탬핑, 레이저 커팅, 워터젯 커팅, 화학적 에칭, 플라즈마 에칭, 3D 프린팅, 스핀 코팅 등으로 제조될 수 있다. 또한, 메쉬는 셀룰로오스 또는 연신될 수 있는 임의의 다른 다공성 물질로 제조될 수 있다. 메쉬는 실리콘, 유리, 폴리머 및 마이크로 제작에 사용되는 다른 전형적인 재료를 사용하여 마이크로 일렉트로닉스/MEMS 산업의 기술을 사용하여 만들 수도 있다. 실리콘 나이트라이드, 실리콘 다이옥사이드 등의 박막 기술, 특히 포토리소그래피, 습식 및/또는 건식 에칭에 의해 생산된 파릴렌 메쉬(parylene meshes)는 예를 들어 스캐폴드 재료로서 사용될 수 있다.

메쉬는 플루로닉스, 콜라겐, 폴리락트산(PLA), 폴리락틱-코-글리콜라이드(PLGA) 등과 같은 재 흡수성 물질로 완전히 또는 부분적으로 제조되는 것이 또한 고려된다. 3D 프린팅, 스탬핑, 사출 성형, 딥 코팅, 스크린 인쇄 또는 기타 유사한 기술로 생산될 수 있다.

메쉬 재료는 또한 공간 구배를 생성하기 위해 강성 및 탄성 계수와 같은 상이한 기계적 성질을 가질 수 있다. 이러한 배열은 세포 이동, 분화 및 유지 및 기능적 수명을 유도하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 메쉬의 매듭 점/교차점이 메쉬 라인보다 높은 영율을 가짐을 알 수 있다.

특정 배양 방법에서, I 형 및 II 형 폐포 상피 세포를 콜라겐과 엘라스틴의 혼합물로 제조된 메시상에서 배양한다. 기계적 순환 응력(생리학적 또는 병태 생리 학적)에 노출되면 유형 I 및 유형 II 폐포 세포가 스트레스가 큰 영역으로 이동하지만 유형 II 세포는 응역이 적은 영역으로 이동하는 반면 유형 I 세포는 더 높은 응력을 가진 영역으로 이동한다. 폐포의 크기, 기계적 응력의 진폭, 시딩된 세포의 유형, 세포 배양 매체, 산소 농도(낮은 수준의 산소) 및 공기-액체 계면과 같은 여러 요인이 분화를 유도하고 폐포 세포의 기능을 유지하는 핵심 요소이다.

이러한 지지체/스캐폴드로 제조된 배양막은 심혈 관계, 폐, 내장, 신장, 뇌, 골수, 뼈, 치아 및 피부를 포함하는 다양한 조직을 조작하는데 사용될 수 있다. 상기 장치가 폴리-락틱-코-글리콜리드 산(PLGA)과 같은 적합한 생체 적합성 및/또는 생분해성 재료로 제조되는 경우, 생체 내 이식 또는 주입에 사용될 수 있다. 또한 여러 세포 유형의 상호 작용을 공간적으로 지역화하고 제어할 수 있는 능력은 계층적으로 설계되고 생리학적으로 올바른 조직 및 기관 유사체를 만들 수 있는 기회를 제공한다. 정의된 배열에서 여러 세포 유형의 배열은 세포 분화, 유지 보수 및 기능적 수명에 유리한 영향을 미친다.

특정 실시예에서, 이러한 지지체는 피부, 폐, 위장관, 요로 및 다른 표면과 같은 기관 유사체를 전형적으로 수 mm 내지 수 m에서 배양하는데 사용될 수 있다. 이러한 스캐폴드는 서로 적층되어 더 두꺼운 조직을 만들 수 있다.

메쉬는 또한 배양막이 전도성 물질로 제조되고, 메쉬 상에 또는 그 부근에 있는 조직 또는 세포 구조물을 모니터링하기 위한 전극으로서 사용될 수 있는 지지체/스캐폴드로서 사용될 수 있다. 세포층/장벽 무결성의 변화는 첨단 또는 기저 배양 챔버에 위치하는 다른 전극을 사용하여 검출될 수 있다.상피 세포 전기 저항은 이러한 구성을 사용하여 모니터링할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 예를 들어 전기 방사 섬유 또는 폴리설폰, 다공성 폴리 우레탄, 세라믹 등과 같은 다른 다공성 물질로 제조된 다른 3 차원 지지체는 세포 배양 시스템에 통합될 수 있다.

본 발명의 양태들 실시예들을 도시하는 상기 설명 및 첨부 도면들은 제한적으로 간주되어서는 안되며, 보호된 발명을 정의하는 청구항들로 한정되어서는 안된다. 다시 말해, 본 발명은 도면 및 전술 한 설명에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 예시 또는 예시적인 것으로 고려되어야 하며 제한적인 것이 아니다. 본 명세서 및 청구 범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 기계적, 구성적, 구조적, 전기적 및 동작 적 변화가 이루어질 수 있다. 어떤 경우에는, 잘 알려진 회로, 구조 및 기술은 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 도시되지 않았다. 따라서, 이하의 청구항의 범위 및 사상 내에서 당업자에 의해 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 본 발명은 전술한 상이한 실시예들로부터의 특징들의 임의의 조합으로 추가 실시예들을 포함한다.

본 명세서는 또한 전술한 설명 또는 이하의 설명에서 개별적으로 기술되지 않았을 수도 있지만 도시된 모든 다른 특징들을 커버한다. 또한, 도면들 및 상세한 설명에서 설명된 실시예들의 단일 대안들 및 그 특징들의 단일 대안들은 본 발명의 주제 또는 공개된 주제로부터 부인될 수 있다. 본 명세서는 청구항 또는 예시적인 실시예들에서 정의된 특징들로 구성되는 주제 뿐만 아니라 상기 특징들을 포함하는 주제를 포함한다.

또한, 청구 범위에서 "포함하는"라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 단일 유닛 또는 단계는 청구 범위에 열거된 여러 기능의 기능을 수행할 수 있다. 특정 측정 값이 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 단순한 사실만으로 상기 측정 값의 조합을 활용할 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 속성 또는 값과 관련하여 "본질적으로", "약", "대략" 등과 같은 용어는 각각 속성 또는 값을 정확하게 정의한다. 주어진 수치 값 또는 범위와 관련하여 용어 "약"은 주어진 값 또는 범위의 20% 이내, 10% 이내, 5% 이내 또는 2% 이내의 값 또는 범위를 지칭한다. 결합되거나 연결된 것으로 기술된 구성 요소는 전기적으로 또는 기계적으로 직접 결합될 수 있거나, 하나 이상의 중간 구성 요소를 통해 간접적으로 결합될 수 있다. 청구 범위 내의 임의의 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims

세포 배양 시스템(100; 200; 300; 400; 600; 700; 800; 900; 1300; 1400; 1600)에 있어서,
도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705), 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902), 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901) 및 작동 층(120, 220; 320; 420; 720; 820; 920)을 포함하고,
상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)은 배양 웰을 가지고;
상기 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902)은 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)을 착탈 가능하게 수용하고 작동 층(120, 220; 320; 420; 720; 820; 920)을 수용하기 위한 시트(147)와, 상기 배양 웰에 수용된 작동 보어를 가지는 바닥을 가지고, 상기 바닥은 작동층(120, 220; 320; 420; 720; 820; 920)에 의해 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)로부터 분리되고; 및
상기 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705)은 소정의 위치에 핸들링 유닛(102, 202; 302; 402; 702; 802; 902)을 착탈 가능하게 고정하기 위한 커플링 구조물(146)과, 작동 공급 채널을 가지고, 상기 핸들링 유닛(102, 202; 302; 402; 702; 802; 902)이 소정의 위치에서 상기 커플링 구조물(146)에 의해 고정될 때, 작동 공급 채널의 제 1 단부는 작동 보어에 연결되고 결합하며, 작동 공급 채널의 제 2 단부는 커넥터(149; 734; 834)에 연결되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)이 첨단 배양 챔버(122, 222)에서 배양 웰을 분리하는 배양 막(112; 212; 312; 412; 712; 812; 912) 및 기저 배양 챔버(123; 223; 323; 423; 723; 823; 923)을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902)의 시트(147)는 작동층(120, 220, 320, 420, 720, 820, 920)을 착탈 가능하게 수용하기 위해 배치되고; 및
상기 작동 보어는 상기 배양 웰에 결합되고, 상기 배양 모듈(101, 201; 301; 401; 701; 801; 901)이 상기 시트(147)에 배치될 때, 상기 바닥이 상기 작동 층(120, 220; 320; 420; 720; 820; 920)에 의해 상기 배양 모듈(101, 201; 301; 401; 701; 801; 901)로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)이 유입구 웰(125; 225; 325; 425; 925)과 배출구 웰을 가지고;
상기 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902)의 바닥이 유입구 보어와 배출구 보어를 가지고, 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)이 상기 시트(147)에 배치될 때, 상기 유입구 보어는 유입구 웰(125; 225; 325; 425; 925)에 결합되고 배출구 보어는 배출구 웰에 결합되고; 및
상기 도킹 스테이션(104, 105; 204,205; 704,705)은 유입구 공급 채널 및 배출구 공급 채널을 가지며, 상기 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902)이 소정의 위치에서 커플링 구조물(146)에 의해 고정될 때, 유입 공급 채널의 제 1 단부는 유입구 보어에 연결되고, 배출 공급 채널의 제 1 단부는 배출구 보어에 연결되고, 및 유입구 공급 채널과 배출구 공급 채널의 각 제 2 단부는 커넥터에 연결되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 4 항에 있어서, 펌프 배치를 가진 압력 제어 유닛(106, 107; 206, 106), 상기 펌프 배치에 연결된 적어도 하나의 포트 및 상기 펌프 배치를 제어하기 위한 프로세서를 포함하여 상기 적어도 하나의 각 포트 압력이 개별적으로 조절가능한 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 400)은 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)의 상부에 배치된 캡(931)을 포함하고, 상기 캡(931)은 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)과 상기 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902)을 통해 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705)과 유입구 웰(125; 225; 325; 425; 925)에 연결되는 채널(930)을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)의 캡(931)은 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901), 핸들링 유닛(102, 202, 302, 402, 702, 802, 902) 및 상기 배출구 웰을 통해 상기 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705)에 연결되는 제 2 채널을 갖는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)은 배양 웰 위에 배열된 작동 막(637)을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)은 핸들링 유닛(102, 202, 302, 402, 702, 802, 902)과 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901) 사이에 위치한 채널(447)로 서로 연결된 제 1 세포 유형의 제 1 배양 웰 및 제 2 세포 유형의 제 2 배양 웰을 갖는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 추가의 배양 웰이 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 2 항에 있어서, 배양막의 첨단 측면 또는 배양막의 기저 측면에서 두 배양 웰을 연결하는 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 배양막은 메쉬(1690; 1691; 1692; 1693)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 4 항에 있어서, 밸브(1360)를 가지는 채널(1361)을 포함하고, 상기 채널(1361)이 배출구 웰(1326)과 유입구 웰(1325)을 연결하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705)과 동일한 추가의 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705), 세포 배양 후드 및 인큐베이션 후드를 포함하고, 상기 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705)은 배양 후드에 배열되고, 상기 추가의 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705)은 인큐베이션 후드에 배열되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 핸들링 유닛(102, 202, 302, 402, 702, 802, 902)의 바닥의 작동 보어는 작동 층(120; 220; 320; 420; 720; 820; 920)에 이웃하는 공동 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)과 구조적으로 동일한 하나 이상의 추가의 배양 모듈(101; 201; 200)을 포함하고, 상기 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902)는 추가의 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)을 수용하기 위한 적어도 하나의 추가 시트(147)와, 상기 추가 배양 모듈(101; 201; 301; 401; 701; 801; 901)의 배양 웰과 관련된 적어도 하나의 추가된 작동 보어를 가진 바닥을 가지고; 및 도킹 스테이션(104, 105; 204, 205; 704, 705)은 추가의 작동 공급 채널을 가지고, 상기 핸들링 유닛(102; 202; 302; 402; 702; 802; 902)이 소정의 위치에서 커플링 구조물(146)에 의해 고정될 때, 상기 추가 작동 공급 채널의 제 1 단부는 상기 추가 작동 보어에 연결되고 상기 추가 작동 공급 채널의 제 2 단부는 상기 커넥터(149; 734; 834)에 연결되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
제 16 항에 있어서, 하나 이상의 추가 작동 층(120; 220; 320; 420; 420; 720; 820; 920)을 포함하고, 상기 핸들링 유닛의 추가 시트(147)는 상기 추가 작동 층(120; 220; 320; 420; 420; 720; 820; 920)을 수용하도록 배치되고, 상기 바닥은 추가 작동 층(120; 220; 320; 420; 720; 820; 920)에 의해 추가 배양 모듈(101, 201; 301; 401; 701; 801; 901)로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.