KR20140051162A - 투석 유사 치료(ｄｌｔ) 장치 - Google Patents

투석 유사 치료(ｄｌｔ) 장치 Download PDF

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KR20140051162A
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총 윙 융
카렐 도만스키
리처드 테리
데이비드 칼리쉬
알렉사 슐트
강주헌
도날드 이. 잉베르
마이클 슈퍼
리안 엠. 쿠퍼
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프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지
칠드런'즈 메디컬 센터 코포레이션
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Abstract

투석 유사 치료(dialysis like therapeutic, DLT) 장치가 제공된다. DLT 장치는 하나 이상의 전달 채널에 의해 적어도 하나의 수집 채널에 연결된 적어도 하나의 소스 채널을 포함한다. 이들 채널의 유체 접촉 표면은 미끄러운 액체가 주입된 다공성 표면(slippery liquid-infused porous surface, SLIPS)과 같은 방오(anti-fouling) 표면일 수 있다. 유체는 이들 채널을 통해 높은 유속으로 유동될 수 있다. 소스 유체의 표적 성분은 자성이거나 또는 친화성 분자를 사용하여 자성 입자에 결합될 수 있다. 자기적으로 결합된 표적 성분을 함유하는 소스 유체가 마이크로유체 장치의 소스 채널을 통해 펌핑될 수 있다. 자기장 구배가 소스 채널 내의 소스 유체에 적용되어, 자기적으로 결합된 표적 성분이 전달 채널을 통해 수집 채널 내로 이동되게 할 수 있다. 수집 채널은 수집 유체를 포함하여 표적 성분을 수집 채널로부터 플러싱할 수 있다. 표적 성분은 검출 및 진단을 위해 후속으로 분석될 수 있다. 마이크로유체 장치의 소스 채널 및 수집 채널은 각각 비장 세동맥 및 세정맥과 유사하며; 전달 채널은 비장의 굴모양 혈관(vascular sinusoid)을 모방하는데, 여기에는 옵소닌화 입자가 보류되어 있다. 이렇게, 본 장치는 유체학과 자기학을 조합함으로써 투석 유사 치료 장치로서 작용한다.

Description

투석 유사 치료(ＤＬＴ) 장치{DIALYSIS LIKE THERAPEUTIC(DLT) DEVICE}
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2011년 4월 1일에 출원된 미국 가출원 제61/470,987호에 대하여 35 U.S.C. §119(e) 하에서 이득을 주장하며, 이의 내용은 본 명세서에 그 전문이 참고로 포함된다.
본 발명은 미국 방위고등연구계획국(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA)에 의해 허여된 승인 번호 N66001-11-1-4180 및 미국 국방부(Department of Defense)에 의해 허여된 승인 번호 W81XWH-07-2-0011 하에 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 소정의 권리를 갖는다.
본 발명은 일반적으로 마이크로채널을 갖는 마이크로유체 장치 및 그의 사용 및 제조 방법에 관한 것이다.
패혈증은 현장에서 감염된 병사들뿐만 아니라 최첨단 병원 집중 치료실 (ICU)에 있는 환자들의 중대한 사망요인이기도 하는데, 그 이유는 혈중 미생물 부하가 흔히 심지어는 가장 강력한 기존 항생제 치료조차도 무기력하게 하여 다계통 부전 및 사망을 발생시키기 때문이다.
혈액여과 또는 혈액흡착 시스템과 같은 대부분의 DLT는 패혈증에서의 다계통 부전에 기여할 수 있는 작은 용질, 및 때로는 더 큰 순환 독소, 항체 및 염증성 매개체를 제거하기 위해 반투과성 여과막을 사용한다. 그러나, 이들 방법은 대부분의 병원체(예: 몇몇 작은 바이러스 이외의 것)를 분리할 수 없으며, 항미생물 면역 단백질 및 사이토카인의 제거는 감염에 대한 몸의 자연적인 방어 반응을 방해한다. 이 응용을 위해 탐구된 다른 기술은 병원체-특이적 리간드(예: 항체, 렉틴)로 코팅된 카테터 또는 중공 섬유를 사용하여 병원체를 혈액 밖으로 끌어내지만, 병원체의 국소적 결합 및 응집은 혈류를 교란시켜 응고 및 혈병 형성을 야기할 수 있으며, 이는 치명적일 수 있다. 리간드-코팅된 표면 및 반투과성 막은 또한 결합된 혈장 성분, 혈청 단백질, 또는 세균성 바이오필름에 의한 "오염(foul)"이 일어나게 될 수 있다. 또한, 이들 시스템의 용량은 또한 노출된 표면적에 의해 제한된다. 또 다른 주요 제한은 리간드의 협소하고 특이적인 결합인데, 이는 흔히 단지 한 유형의 병원체 또는 병원체 부류만을 인식한다.
따라서, 당업계에는 이러한 문제를 해결할 수 있는, 말초 혈관 내로 삽입되어, 정상 혈액 세포, 단백질, 유체 또는 전해질을 제거하지 않고서 감염성 병원체의 혈액을 신속하게 청소할 수 있는 체외 투석-유사 치료(DLT) 장치에 대한 필요성이 있다. 본 발명은 그러한 투석-유사 치료 장치를 제공한다.
개요
본 명세서에는 소스 마이크로채널 내에서 유동하는 소스 유체(예: 혈액)로부터, 소스 유체 내의 다른 성분들을 제거하거나 변경시키지 않고서, 표적 성분(예: 병원체)의 분리 및 제거를 용이하게 할 수 있는 마이크로유체 장치가 개시된다. 유체는 액체 또는 기체일 수 있다. 표적 성분은 자성이거나 또는 유동하는 소스 유체에 도입된 자성 입자에 결합될 수 있는 임의의 미립자, 분자 또는 세포 물질일 수 있다.
소스 마이크로채널(들)은 하나 이상의 전달 채널에 의해 수집 마이크로채널(들)에 연결될 수 있다. 소스 마이크로채널(들) 및 수집 마이크로채널(들)은 전달 채널(들)에 의해 분리될 수 있으며, 소스 마이크로채널(들) 및 수집 채널(들)은 임의의 배향으로, 즉 동일 평면 상에서 수평으로, 동일 평면 상에서 수직으로, 또는 둘 사이의 임의의 각도로 배열될 수 있다. 수집 채널(들) 내에서 유동하는 수집 유체는 그 내부에 배열되어 마이크로유체 장치로부터 표적 성분을 플러싱(flushing)하는 데 사용될 수 있다. 자성 표적 성분 또는 표적 성분에 결합된 자성 입자를 전달 채널 내로 그리고 수집 채널(들) (여기서, 이들은 수집 유체 내에 운반되어갈 수 있음) 내로 끌어당기기 위하여, 하나 이상의 자석 또는 자기 소스(magnetic source)가 수집 채널(들)에 인접하여 위치될 수 있거나, 또는 외부 자기장 구배가 적용될 수 있다. 자석 또는 자기장 구배 소스는, 자기장 구배가 표적 성분 또는 표적 성분에 결합된 자성 입자를 전달 채널 및 수집 채널 내로 끌어들일 수는 있지만, 표적 성분 또는 표적 성분에 결합된 자성 입자가 수집 채널 내에 머무르게 하여 수집 유체의 유동에 의한 플러싱이 불가능할 정도로 강하지는 않도록 수집 채널(들)에 대해 상대적으로 위치될 수 있다. 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 채널에 대한 자석 또는 자기장 구배의 소스(전자석의 경우)의 상대적인 위치는 하기 중 임의의 것 또는 이들 모두의 함수로서 결정될 수 있다: 자기장 및 자기장 구배의 강도, 자성 입자의 자기 특성, 표적 성분 및/또는 자성 입자의 크기, 채널의 크기 및/또는 형상, 또는 사용되는 유체의 속도 및/또는 점도.
표적 성분을 함유하는 수집 유체는 표적 성분을 분석하기 위해 추가로 처리될 수 있다. 표적 성분을 함유하는 수집 유체는 저장소 내에 수집될 수 있으며, 확인, 진단 등에서의 사용을 위해 표적 성분을 분석하기 위하여 배치(batch) 기술, 예컨대 면역염색, 배양, 폴리머라제 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR), 질량 분석 및 항생제 감수성 시험이 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 표적 성분을 함유하는 수집 유체는 표적 성분이 수집 유체와 함께 유동함에 따라 이들을 처리할 수 있는 인라인 또는 온-칩(on-chip) 진단 또는 분석 장치 내로 안내될 수 있다. 표적 성분은 자석이거나 자성 입자에 결합되기 때문에, 인라인 또는 온-칩 분석을 위한 표적 성분을 수집하거나 또는 검출 또는 분석을 위한 다른 장치로 표적 성분을 안내하는 데 자기장 구배가 사용될 수 있다.
작동 중에, 소스 유체는 소스 채널 내로 펌핑될 수 있으며, 소스 유체가 소스 채널을 통해 유동함에 따라 자기장 구배가 소스 유체에 적용될 수 있다. 펌핑은 동력 또는 수동 펌프, 원심력 또는 구심력을 사용하여 달성될 수 있다. 자기장은 소스 채널을 통해 유동하는 소스 유체에 의해 운반되는 표적 성분에 대해 추가적인 힘을 적용하여 자성 표적 성분 또는 자기적으로 결합된 표적 성분이 전달 채널 내로 이동되게 하고 결국에는 수집 채널 내로 끌어들여지게 되게 하기 위하여 유체 유동의 방향에 대해 수직인 방향으로 적용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수집 채널은 소스 채널에 대해 평행하게 연장되지만, 수집 채널은 소스 채널에 대해 횡방향으로 배열될 수 있다.
본 발명에 따라, 자기장 구배는 자성 입자 또는 자성 표적 성분에 대해 인력 또는 척력을 적용하여 그들이 전달 채널 내로 유입되게 할 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시하고 본 발명의 상기 언급된 특징 및 다른 특징 및 그들을 달성하는 방식을 보여준다. 도면에서는:
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로유체 장치의 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로유체 장치의 중심 몸체의 도면을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 마이크로유체 장치의 다양한 예시적인 분지화 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로유체 장치의 단면도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 상이한 자석 구성의 영향을 도시한다. 도 5a는 단일 막대 자석이 설치된 도킹 스테이션 내로 삽입된 폴리설폰 DLT 장치의 사진을 도시한다. 도 5b는 6개의 고정 자석(함께 조립됨)으로 이루어진 자기 셋업(magnetic setup)의 개선된 설계를 도시한다. 도 5c의 유한 요소법 자석(finite element method magnet, FEMM)에 의하면, 자속 밀도 구배는 도 5b의 자기 셋업의 구성에서, 특히 자석의 중앙에서 유의하게 증강된 것으로 밝혀졌다(Δ 대 ·). 자기 셋업의 이러한 개선된 구성은 DLT 장치의 전체에 걸쳐 극히 증강된 자기장 구배(단일 자석보다 수천배가 더 큼)를 이용할 수 있게 한다.
도 6은 알루미늄으로 제작된 중심 몸체를 나타낸 사진이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 전체 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 8a는 시린지 믹서의 다양한 모습을 도시한다.
도 8b는 도 8a에 도시된 시린지 믹서의 사용에 의한 C. 알비칸스(C. albicans)의 결합 효율을 나타낸 선 그래프이다.
도 9a는 전혈 중의 개별 C. 알비칸스 진균에 특이적으로 결합하는 자성 항체(magnetic antibody) 옵소닌의 고배율 시야를 도시한다.
도 9b는 다수의 진균 병원체를 큰 자성 집괴(magnetic clump)와 결합시키는 자성 만노스 결합성 렉틴(mannose binding lectin, MBL) 옵소닌의 더 낮은 배율의 시야를 도시한다.
도 9c는 GFP-표지 E. 콜리(E. coli) 세균에 결합하는 MBL 옵소닌의 더 낮은 배율의 시야를 도시한다.
도 9d는 최대 80 ㎖/hr의 유속에서 100%에 근접한 병원체 청소 효율(clearance efficiency)이 얻어질 수 있다는 것을 보여준다.
도 10a 및 도 10b는 도킹 스테이션의 개략도를 도시한다.
도 11은 실제의 자기장의 실험 측정치와 비교하여, 본 명세서에 기재된 마이크로유체 장치 내의 자성 비드의 수집을 위해 설계된 자속 집속기의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 미끄러운 액체가 주입된 다공성 표면(slippery liquid-infused porous surface, SLIPS)의 모습을 도시한다. 저배율(도 12a) 및 고배율(도 12b)에서의 한 어레이의 마이크로기둥(1 ㎛ 직경 x 2 ㎛ 공간)는, 거친 표면을 매끄럽게 하는 생체적합성 오일로 공간을 침윤시킴으로써 혈액 반발성 표면을 생성할 수 있다(도 12c).
도 13a 및 도 13b는 신선한 헤파린 미처리 인간 혈액이 통상적인 유리, PDMS, 및 테플론(Teflon) (PTFE) 표면 상에서는 급속히 혈병을 형성하지만, 생체적합성 오일로 함침된 나노구조화된 테플론(오일-침윤된 PTFE) 표면 상에서는 그렇지 않다는 것을 보여준다.
도 14의 A는 연동 펌프를 사용하여 투석 유사 치료(DLT) 시스템을 통해 혈액을 순환시키기 위한 실험 셋업을 도시한다. 혈액은 배큐테이너(Vacutainer) 튜브로부터 연동 펌프를 통해 폴리설폰 DLT 장치로 유동한다.
도 14의 B 및 도 14의 C는 헤파린 처리 인간 전혈을 2시간 동안 100 및 200 ㎖/h로 장치를 통해 진행시킨 후에, PBS 완충액을 5분 동안 유동시킴으로써 장치를 세척하였으며, 2시간 동안 두 유속 모두[(도 14의 B, 100 ㎖/h) 및 (도 14의 C, 200 ㎖/h)]에서 혈병이 발견되지 않았다는 것을 보여준다.
도 14의 D는 헤파린 미처리 인간 혈액을 순환시킬 경우, 혈액을 2시간 동안 100 ㎖/h로 유동했을 때 채널 내에 큰 혈병 및 혈괴를 형성하였다는 것을 보여준다.
도 15의 A 및 도 15의 B는 병렬로 연결된 2개의 DLT 장치가 혈액의 처리량을 최대 836 ㎖/h까지 대폭 증가시킬 수 있다는 것을 보여준다. 2개의 DLT 장치를 도킹 스테이션의 상부 및 하부 슬롯에 삽입하고, 2개의 출구로부터 수집된 혈액을 분석하여 혈액 내로 혼합된(spiked) C. 알비칸스의 단리 효율을 결정하였다.
도 16a는 장치 설계 및 병원체 분리의 개선을 보여주는 선 그래프 및 막대 그래프이다. 칸디다 알비칸스(Candida albicans) 병원체를 MBL-결합된 1 마이크로미터 비드에 사전결합시키고, 헤파린 항응고처리 인간 혈액 내로 혼합하였다. 선 그래프는 QPR1로 제시된 MBL-결합된 1 마이크로미터 비드 및 이전 설계를 기반으로 한 3층 폴리설폰 장치에 의한 데이터를 보여준다. 막대 그래프는 MBL-fp1 (FcMBL: 만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc) 코팅된 자성 비드 및 새로운 라미네이팅된 장치/다중 자석 셋업에 의한 데이터를 보여준다. 새로운 설계에 의해서는 360 ㎖/hr의 유속에서 병원체의 >99%를 제거한 반면, 이전 설계에 의해서는 단리 효율이 360 ㎖/hr에서 36%로 떨어졌다.
도 16b는 장치 설계 및 병원체 분리의 개선을 보여준다. 사진: 다수의 자석을 갖는 라미네이팅된 DLT 장치의 예시적인 셋업. 선 그래프: 칸디다 알비칸스 병원체를 MBL-결합된 1 마이크로미터 비드에 사전결합하고 헤파린 항응고 인간 혈액 내로 혼합하였다. 이전 설계를 기반으로 한 3층 장치로부터의 데이터를 병렬로 실행되는 새로운 라미네이팅된 장치의 2개의 카세트와 비교하였다. 새로운 설계에 의해서는 836 ㎖/hr의 유속에서 병원체의 >85%를 제거한 반면, 이전 설계에 의해서는 단리 효율이 360 ㎖/hr에서 36%로 떨어졌다.
도 17a는 자성 비드를 연속적으로 관(tubing) 내의 혈액 내로 첨가하기 위한 시린지 펌프 및 인라인 믹서와 일체화된 DLT 시스템의 개략도이다. 인라인 믹서 전체에 걸쳐 첨가된 자성 비드와 혼합된 혈액 샘플은 DLT 장치 내로 유동하고, 이어서 자기적으로 표지된 병원체를 혈액으로부터 제거하고, 이어서 정화된 혈액이 출구를 통해 유출되는데, 이때 출구는 래트 패혈증 모델의 대퇴부 카테터에 연결될 수 있다.
도 17b는 혈액으로부터의 병원체 청소/분리를 위한 마이크로유체 장치를 사용하기 위한 "간소화된 동물" 모델을 도시한다. 일회용 인라인 믹서(오메가 엔지니어링 인크.(OMEGA Engineering Inc.))를 사용하여 MBLfp1 비드를 혼합된 C. 알비칸스를 함유한 혈액 내로 도입하였다. 이 간소화된 동물 모델에서는, DLT 장치를 통해 10 ㎖/hr의 유속으로 혈액으로부터 칸디다의 88%를 청소하였다.
도 18은 버블 포집 장치의 사진이다. 이 장치는 급속히 상방으로 이동하는 공기 버블의 부력에 의해 관을 통해 유입되는 모든 버블을 제거하며, 버블을 함유하지 않는 액체 용액은 장치를 통해 유동한다. 과량의 큰 공기 버블은 3방향 밸브로부터 제거될 수 있다.
도 19는 4개의 폴리설폰 플라스틱 층으로부터 제작된 마이크로유체 장치의 개략도를 도시한다. 이 장치는 2개의 수집 채널들 사이에 위치된 소스 채널을 포함한다.
도 20은 다수의 마이크로유체 장치들을 병렬로 다중화하여 고처리량(> 1.25 L/hr) 유동 능력(flow capability)을 갖는 생체모방 비장 장치를 생성한 것을 나타낸 개략도를 도시한다.
예시적인 실시형태의 설명
본 명세서에는 소스 채널 내에서 유동하는 소스 유체로부터, 소스 유체 내의 다른 성분들을 제거하거나 변경시키지 않고서, 표적 성분의 분리 및 제거를 용이하게 할 수 있는 유체 장치가 개시된다.
유체는 액체 또는 기체일 수 있다. 표적 성분은 자성이거나 또는 유동하는 유체에 도입된 자성 입자에 결합될 수 있는 임의의 미립자, 분자 또는 세포 물질일 수 있다. 시스템의 처리량 및 효율을 개선하기 위하여 다수의 유체 장치가 직렬로 및/또는 병렬로 함께 결합될 수 있다. 표적 성분은 수집 유체 내에 수집되며, 이 수집 유체는 표적 성분을 분석하기 위해 추가로 처리될 수 있다. 표적 성분을 함유하는 수집 유체는 저장소 내에 수집될 수 있으며, 확인, 진단 등에서의 사용을 위해 표적 성분을 분석하기 위하여 배치 기술, 예컨대 면역염색, 면역검정, 배양, 폴리머라제 연쇄 반응(PCR), 질량 분석, 및 항생제 감수성 시험이 사용될 수 있다. 대안적으로, 표적 성분을 함유하는 수집 유체는 표적 성분이 수집 유체와 함께 유동함에 따라 이들을 처리할 수 있는 인라인 또는 온-칩 진단 또는 분석 장치 내로 안내될 수 있다. 표적 성분은 자석이거나 자성 입자에 결합되기 때문에, 인라인 또는 온-칩 분석을 위한 표적 성분을 수집하거나 또는 검출 또는 분석을 위한 다른 장치로 표적 성분을 안내하는 데 자기장 구배가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로유체 장치(100)를 도시한다. 도 1에 도시된 마이크로유체 장치(100)는 직사각형 몸체를 포함할 수 있지만, 다른 형상이 또한 사용될 수 있다(예: 원형, 타원형, 사다리꼴, 다각형 등). 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로유체 장치는 중심 몸체(110) (도 2에 더 상세히 도시됨) 및 외부 라미네이팅 층(120, 130)을 포함할 수 있다. 중심 몸체(110)는 라미네이팅 층(120)과 접촉된 제1 외부 표면(112) 및 라미네이팅 층(130)과 접촉된 제2 외부 표면(114)을 포함한다. 표면(112, 114)는 중심 몸체(110)의 대향하는 표면일 수 있다. 라미네이팅 층(120, 130)은 의료 등급 접착제에 의해 중심 몸체의 표면에 접합될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 중심 몸체(110)의 표면(112)은 하나 이상의 입구(142A)와 하나 이상의 출구(144A) 사이에 연장되는 하나 이상의 소스 유체 채널(140)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 입구(142A)는 라미네이팅 층(120)의 외부 표면(122) 상에 있는 개구부(142B)로부터 연장된 입구 포트(142)와 연통될 수 있다. 하나 이상의 입구(144A)는 라미네이팅 층(120)의 외부 표면(122) 상에 있는 개구부(144B)로부터 연장된 입구 포트(144)와 연통될 수 있다. 입구 포트(142) 및 출구 포트(144)는 소스 유체 채널(140)에 대해 수직으로(즉, z-방향을 따라) 배향된 것으로 도시되어 있지만, 소스 유체 채널(140)에 대해 임의의 각도(일직선상 포함)로 배향될 수 있다. 표적 성분을 함유하는 소스 유체가 하나 이상의 입구 포트(142)를 통해 소스 채널(140) 내로 유입되고, 하나 이상의 출구 포트(144)를 통해 마이크로유체 장치(100)로부터 빠져나간다.
수집 채널(150)은 소스 채널(140)에 대해 평행하게 연장된 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시형태에서, 수집 채널(150)은 소스 채널(140)에 대해 수직으로(또는 각을 이루어서) 연장될 수 있다. 이들은 수평으로 또는 수직으로 배열될 수 있다.
소스 유체 채널(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 중심 몸체(110)의 길이(예: y-방향)를 따라 연장될 수 있다. 소스 채널(140)은 임의의 다각형, 비-다각형, 원형, 또는 난형 단면의 것일 수 있다. 일부 실시형태에서, 소스 채널(140)은 단면이 직사각형일 수 있다. 개별 소스 유체 채널(140)의 단면 치수는, 표적 성분을 자기장에 더 효과적으로 노출시키고 끌어당겨진 표적 성분을 전달 채널(160)을 향해 안내하도록 설계될 수 있다. 일 실시형태에서, 소스 유체 채널(140)은 자기장에 대한 노출 면적을 최대화하기 위하여 편평한 기하구조를 가질 수 있다. 게다가, 소스 유체 채널(140)은 소스 유체가 소스 채널(140)을 통과함에 따라 소스 유체의 유속을 느리게 하여 자기적으로 결합된 표적 성분의 개수를 최대화하여 전달 채널(160) 내로 이동하도록 설계될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 중심 몸체(110)의 표면(114)은 하나 이상의 입구(152A)와 하나 이상의 출구(154A) 사이에 연장되는 하나 이상의 수집 유체 채널(150)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 입구(152A)는 라미네이팅 층(130)의 외부 표면(132) 상에 있는 개구부(152B)로부터 연장된 입구 포트(152)와 연통될 수 있다. 하나 이상의 입구(154A)는 라미네이팅 층(130)의 외부 표면(132) 상에 있는 개구부(154B)로부터 연장된 입구 포트(154)와 연통될 수 있다. 입구 포트(152) 및 출구 포트(154)는 수집 유체 채널(150)에 대해 수직으로(즉, z-방향을 따라) 배향된 것으로 도시되어 있지만, 수집 유체 채널(150)에 대해 임의의 각도(일직선상 포함)로 배향될 수 있다. 수집 유체가 하나 이상의 입구 포트(132)를 통해 수집 채널(130) 내로 유입되고, 하나 이상의 출구 포트(134)를 통해 마이크로유체 장치(100)로부터 빠져나간다.
소스 채널(140)과 마찬가지로, 수집 채널(150)은 임의의 다각형, 비-다각형, 원형, 또는 난형 단면의 것일 수 있다. 그러나, 각각의 소스 채널(140) 및 수집 채널(150)의 단면은 독립적으로 선택된다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 모든 소스 채널(140) 및 수집 채널(150)의 단면은 동일하거나, 전부 상이하거나, 또는 동일한 것과 상이한 것의 임의의 조합일 수 있다. 일부 실시형태에서, 수집 채널(140)은 단면이 직사각형일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 중심 몸체(110)는 소스 채널을(140) 수집 채널(150)과 연결하는 하나 이상의 전달 채널(160)을 포함할 수 있다. 전달 채널(160)이 소스 채널(140) 및 수집 채널(150)에 대해 실질적으로 수직으로 배향된 것으로 도시되어 있지만, 전달 채널(160)은 소스 채널(140)에 대해 다양한 각도(예: 1 내지 90도, 여기서 0도는 소스 채널(140) 내에서의 유동의 방향에 상응함, 도 3 참조)로 배향될 수 있다. 일부 실시형태에서, 전달 채널(160)은 수집 채널(150) 및 소스 채널(140)에 대해 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다. 이러한 수직 구성은 수집 채널(150) 내에서 유동하는 수집 유체가 전달 채널(들)(160) 내의 유체와 비교하여 더 낮은 정압(static pressure)을 가져서 전달 채널(들) (160) 내의 자성 비드 및 결합된 표적 성분이 수집 유체 내로 끌어들여지게 될 것이라는 베르누이 원리(Bernoulli principle)를 활용할 수 있다.
전달 채널(160)은 임의의 다각형, 비-다각형, 원형, 또는 난형 단면의 것일 수 있다. 일부 실시형태에서, 전달 채널은 단면이 직사각형일 수 있다. 전달 채널(160)은 표적 성분, 예를 들어 자성 입자 결합된 표적 성분을 소스 채널(140)로부터 수송하여 결국에는 수집 채널(150)을 통해 마이크로유체 장치(100)로부터 플러싱되게 하는 역할을 한다. 자성 입자에 결합된 표적 성분은, 자성 입자를 수송 채널(160) 내로 축출하는 외부 자기력을 적용함으로써, 소스 채널(140) 내에서 유동하는 소스 유체의 남아 있는 성분으로부터 분리될 수 있다. 전달 채널(160)은 90도 코너를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 코너 각도 및 형상, 예컨대 90보다 더 높거나 낮은 각도 또는 둥근 코너가 또한 이용될 수 있다. 전달 채널들 사이의 간격이 또한 원하는 대로 조정될 수 있다. 예를 들어, 전달 채널은 약 10 ㎛ 내지 약 5 mm 정도 이격될 수 있다. 일부 실시형태에서, 전달 채널은 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 정도 이격될 수 있다.
소스 유체 채널(140) 및 수집 유체 채널(150)뿐만 아니라 전달 채널(160)의 개수, 크기, 형상, 배향 및 간격은 원하는 시스템 성능 및 효율에 따라 변동될 수 있다.
소스 유체 채널(140) 및 수집 유체 채널(150)은 독립적으로 길이가 약 l mm 내지 약 10 cm이고, 폭이 약 0.1 mm 내지 약 10 mm이고, 깊이가 약 0.1 mm 내지 약 2 mm일 수 있다. 일부 실시형태에서, 소스 채널(140) 및 수집 채널(150)은 동일한 치수, 즉 동일한 길이, 폭, 및 깊이를 갖는다.
일 바람직한 실시형태에서, 소스 유체를 수송하기 위한 소스 채널(140)은 2 cm 길이 x 2 mm 폭 x 0.16 mm 높이일 수 있다.
일부 실시형태에서, 수집 유체를 수송하기 위한 수집 채널(150)은 독립적으로 2 cm 길이 x 2 mm 폭 x 0.16 mm 높이일 수 있다.
일부 실시형태에서, 전달 채널(160)은 단면 치수가 약 1 mm x 200 ㎛ 내지 약 10 mm x 1 mm이다. 일부 실시형태에서, 전달 채널(160)은 단면 치수가 약 100 ㎛ (두께) x 100 ㎛ (폭) 내지 약 1 mm x 400 ㎛이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 중심 몸체(110)의 외부 표면(112, 114)은 라미네이팅 층(120, 130)으로 각각 라미네이팅되어 밀봉 및 밀폐된 채널 세트를 형성할 수 있으며, 이러한 채널 세트는 유체가 누설 없이 또는 그대로 장치 사이에서 이동할 수 있게 한다. 중심 몸체(110)와 접촉된, 라미네이팅 층(120)의 표면은 소스 유체 채널(140), 입구(142A), 또는 출구(144A)의 일부를 포함할 수 있으며, 즉 소스 유체 채널(140), 입구(142A), 또는 출구(144A)의 일부분이 라미네이팅 층(120) 내에 있다. 대안적으로, 라미네이팅 층(112)은 소스 유체 채널(140), 입구(142A), 또는 출구(144A)의 일부를 포함하지 않으며, 즉 소스 유체 채널(140), 입구(142A), 또는 출구(144A)는 완전히 중심 몸체 내에 있다.
유사하게, 중심 몸체(110)와 접촉된, 라미네이팅 층(130)의 표면은 수집 유체 채널(150), 입구(152A), 또는 출구(154A)의 일부를 포함할 수 있으며, 즉 수집 유체 채널(150), 입구(152A), 또는 출구(154A)의 일부분이 라미네이팅 층(130) 내에 있다. 대안적으로, 라미네이팅 층(130)은 소스 유체 채널(150), 입구(152A), 또는 출구(154A)의 일부를 포함하지 않으며, 즉 소스 유체 채널(150), 입구(152A), 또는 출구(154A)는 완전히 중심 몸체 내에 있다.
또한, 마이크로채널 조립체들 중 하나 이상뿐만 아니라 전체 장치의 구성은 다른 설계를 가질 수 있으며, 도면에 도시된 것으로 제한되어서는 안 된다는 것을 유의해야 한다. 추가로, 채널 조립체 내의 채널들이 원형 단면을 갖는 것으로 도시될 수 있기는 하지만, 이들 채널은 정사각형, 직사각형, 난형, 다각형 등을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 다른 단면 형상을 가질 수 있거나, 또는 마이크로매칭 기술을 이용하여 생성될 수 있는 바와 같이 길이를 따라 치수 및 형상이 변동되는 채널들을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 소스 유체 채널(140)뿐만 아니라 수집 유체 채널(150)은 그들의 각각의 입구 포트로부터 개별 분지들로 분지될 수 있으며, 소스 유체 채널(140) 및 수집 채널(150)의 개별 분지들은 그들의 각각의 출구 포트로 수렴된다. 도 1 및 도 2에 4개의 분지가 도시되어 있기는 하지만, 임의의 개수의 분지, 심지어는 1개의 분지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라, 도 3a는 각각이 수집 채널 및 소스 채널인 16개의 분지를 예시하고, 도 3b는 각각이 수집 채널 및 소스 채널인 32개의 분지를 예시한다. 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 분지의 개수는 시스템의 원하는 성능 및 효율의 함수로서 선택될 수 있다.
소스 유체 채널(140) 및 수집 유체 채널(150)은 서로 거울대칭을 이루며, 동일하거나 유사한 분지형 구성을 가질 수 있다. 게다가, 소스 채널(140)의 각각의 개별 분지 및 수집 채널(150)의 상응하는 분지는 이들을 연결시키는 적어도 하나의 전달 채널(160)을 포함할 수 있다.
소스 채널(140) 및 수집 채널(150)은 서로에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 소스 채널(140)과 수집 채널(150) 사이의 간격은 약 5 ㎛ 내지 약 10 mm의 범위일 수 있다. 일부 실시형태에서, 소스 채널(140)과 수집 채널(150) 사이의 간격은 약 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로유체 장치의 단면도를 예시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 소스 유체가 입구 포트(142)를 통해 소스 채널(140)로 진입하며, 여기서 소스 유체(화살표로 나타냄)는 소스 채널(140)을 통해 장치(100)를 통과하고 출구 포트(144)를 통해 장치(100)를 빠져나간다.
소스 유체는 세균 및 효모, 암/종양 세포 또는 요망되는 표적 성분(예컨대, 줄기 세포, 태아 세포, 사이토카인 또는 항체)를 포함한 표적 성분(99), 예컨대 병원체를 함유하는 소스 유체일 수 있다. 이들 표적 성분(99)은 마이크로유체 장치(100)로 진입되기 전에 소정의 표적 성분(99)에 부착되도록 컨디셔닝되거나 개질된 자성 입자(98)와 혼합될 수 있다.
유동하는 소스 유체로부터 표적 성분(99)을 포획하기 위하여, 하나 이상의 자기 소스(410), 예컨대 네오디뮴 자석이 마이크로유체 장치(100)의 수집 채널(150)에 인접하여 위치될 수 있다. 다른 유형의 자석이 사용될 수 있으며, 이에 따라 네오디뮴으로 제한되지 않는다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 자석(들)은 사마륨 코발트, 페라이트, 알니코 등으로 제조될 수 있거나, 또는 내부 또는 외부 전자석을 사용하여 자기장 구배를 발생시킬 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자석(410)은 전달 채널(160) 위로 수직으로 위치되어, 자석(310)에 의해 적용된 자기장 구배가 자성 비드(98)를 끌어당겨서 자성 비드(98)가 자석(310)을 향해 이동되게 된다. 구체적으로는, 자석(410)으로부터의 자기장 구배는 소스 유체 내의 자기적으로 결합된 표적 성분(99)이 전달 채널(160)을 통해 수집 채널(150) 내로 이동되게 한다. 이들 성분은 수집 유체가 그곳을 통해 플러싱될 때 제거되고 수집될 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 자기적으로 결합된 표적 성분(99)은 전달 채널(160) 내로 이동되고 거기에 침강되어(settle), 플러싱 작동에 의해 수집 채널(150) 내로 끌어들여질 수 있다. 소스 유체 및 수집 유체가 마이크로유체 장치(100) 내에서 동일한 방향으로 유동하는 것으로 도시되어 있기는 하지만, 소스 유체 및 수집 유체는 마이크로유체 장치(100) 내에서 반대 방향으로 유동할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수집 유체가 입구 포트(152)를 통해 수집 유체 채널(150)로 진입하고, 출구 포트(154)를 향해 수집 유체 채널(110)을 통과한다. 입구 포트(106A, 106B)는 동일한 입구 포트일 수 있으며, 출구 포트(108A, 108B)는 동일한 출구 포트일 수 있다.
수집 채널(150), 및 바람직하게는 포트(152, 154)는 수집 유체로 최대 용량까지 충전된다는 것을 유의해야 한다. 그러나, 일부 실시형태에서, 수집 유체는 수집 채널(150)을 통해 계속적으로 유동하지 않으며, 대신에 수집 채널(150)을 통해 간헐적으로 또는 주기적으로 유동되는데, 후자에서는 수집 유체가 유동하는 간격 및 수집 유체가 정상 상태이거나 더 느린 속도로 유동하는 간격이 있다. 수집 유체가 연속적으로 유동하는 것이 아니라 수집 채널(150) 내에 정체되게 할 수 있기 때문에, 전달 채널로 진입하는 자기적으로 결합된 표적 성분은 장치를 빠져나가지 않고서 일정 시간 동안 이들 전달 채널(160) 내에 보류되게 될 수 있다.
일단 수집 유체가 유동하기 시작하여, 수집 채널(150) 내에서 정체 상태로부터 유동 상태로 변화되면, 전달 채널(160) 내에 남아 있는 자기적으로 결합된 표적 성분은 수집 채널(150) 내로 끌어들여질 수 있는데, 이는 비장의 굴(sinus)로부터 폐기물을 운반해가는 림프액의 주기적 유동과 유사하다. 수집 채널 내의 유동하는 수집 유체는 전달 채널에 비하여 더 낮은 정압(static pressure)을 가질 수 있어서 전달 채널 내에 존재하는 자성 비드 및 결합된 표적 성분이 수집 유체 스트림 내로 유입되게 될 수 있다. 이러한 소정의 압력 또는 유동 차는, 수집 유체가 "플러싱" 작동 동안 수집 채널(150)을 통해 유동할 때 생성될 수 있으며, 여기서 플러싱 작동은 원하는 지속시간을 갖도록 제어될 수 있다. 플러싱 작동의 지속시간을 제어함으로써, 수집 채널(150) 내로 전달되는 소스 유체의 양이 또한 제어될 수 있다.
마이크로유체 장치는 표적 성분 또는 병원체 축적을 검출하는 하나 이상의 광학적 또는 임피던스 마이크로전자 센서를 포함할 수 있는데, 이때 이러한 센서는 마이크로유체 장치 내에 일체화된다. 마이크로유체 장치는 피드백 루프를 포함시킬 수 있는데, 여기서는 센서가 제어기 및/또는 하나 이상의 펌프와 통신하여 수집 유체의 유동(예: 시작/중단 지속시간, 유속 등)을 자동으로 제어한다. 게다가, 마이크로유체 장치의 외부에 하나 이상의 자성 비드 트랩이 도 1의 시스템에 사용될 수 있는데, 이는 소스 유체가 소스로 반환되거나 소스 유체 수집기에 투입되기 전에 다른 메커니즘에 의해 청소되지 않은 임의의 남아 있는 입자를 제거하기 위하여 사용된다. 마이크로유체 장치는 수집 채널 및/또는 소스 유체 채널의 입구 및/또는 출구에서 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 마이크로유체 장치는 전달 채널로 진입하거나 이것을 빠져나가는 자기적으로 결합된 표적 성분의 유동을 제어하도록 전달 채널에서 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다.
고처리량을 제공하기 위하여, 2개 이상의 마이크로유체 장치가 다중화 시스템으로 함께 다중화될 수 있다. 예를 들어, 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과의 마이크로유체 장치가 함께 연결될 수 있다. 다중화 시스템에서, 마이크로유체 장치는 정화 효율 또는 처리 유속(throughput flow rate)을 각각 최대화하기 위하여 직렬로 또는 병렬로 함께 연결될 수 있다.
병렬 연결의 경우, 각각의 장치의 소스 입구는 동일한 소스 유체 소스에 연결될 수 있고, 소스 출구는 동일한 소스 유체 수집기에 연결될 수 있다. 직렬 연결의 경우, 하나의 마이크로유체 장치의 소스 출구는 제2 장치의 소스 입구에 연결될 수 있다. 게다가, 다중화 시스템 내의 마이크로유체 장치들은 2개의 마이크로유체 장치가 자기 소스를 공유할 수 있도록 배치될 수 있다.
다중화 시스템에서, 다수의 마이크로유체 장치들은 스페이서를 사용하여 함께 연결될 수 있다. 스페이서는 마이크로유체 장치와 동일한 재료로 제작될 수 있다. 스페이서는 개별 마이크로유체 장치들 사이에 자석의 삽입을 위한 갭을 제공할 수 있으며, 개별 마이크로유체 장치의 소스 채널과 수집 채널 포트를 상호연결하기 위한 구멍을 포함할 수 있다. 소스 유체가 생물학적 유체(예: 혈액)일 때, 다중화 시스템의 말단 마이크로유체 장치는 표준 혈액 및 식염수 커넥터를 갖는 접합된 블록을 포함할 수 있다. 다중화 장치는 세정되고, 멸균되고, 무균 백 내로 삽입되어 사용 직전에 개봉될 수 있다. 채널 기하구조, 장치당 채널의 개수, 및 다중화 시스템당 장치의 개수는 원하는 소스 유체(예: 혈액), 유동 용량뿐만 아니라 병원체 분리 효율을 만족시키도록 최적화될 수 있다.
소스 유체가 혈액일 때, 마이크로유체 장치의 소스 채널 및 수집 채널은 각각 비장 세동맥 및 세정맥과 유사하며; 전달 채널은 비장의 굴모양 혈관(vascular sinusoid)을 모방하는데, 여기에는 유동이 간헐적이고 옵소닌화 입자가 보류되어 있으며; 캐리어 유체 채널은 림프액을 모방하는데, 이 림프액은 결국에는 옵소닌화 입자를 청소한다. 도 20은 다수의 마이크로유체 장치를 병렬로 다중화하여 고처리량(> 1.25 L/hr) 유동 능력을 갖는 생체모방 비장 장치를 생성한 것을 나타낸 개략도를 도시한다.
마이크로유체 장치의 처리량을 추가로 증가시키기 위하여, 마이크로유체 장치는 2개의 수집 채널들 사이에 위치된 소스 유체 채널을 포함할 수 있다. 소스 유체 채널은 하나 이상의 전달 채널에 의해 2개의 수집 채널 각각에 연결될 수 있다. 예를 들어, 단일 수집 유체 채널과 정렬된 단일 소스 유체 채널로부터 2 x 0.16 mm의 채널 단면을 갖는 16-채널 PDMS 마이크로유체 장치를 사용하여 최대 80 ㎖/hr의 유속으로 전혈로부터 모든 비드-결합된 진균성 병원체의 95% 초과를 분리하였다. 단면을 2 x 0.32 mm로 2배로 하고 2개의 수집 채널(하나는 소스 채널의 위쪽에 있고 하나는 소스 채널의 아래쪽에 있음)을 사용함으로써, 유사한 청소 효율이 최대 유속 -1600 ㎖/hr에서 얻어질 수 있다. 도 19는 어떻게 마이크로유체 장치가 2개의 수집 채널들 사이에 위치된 소스 채널을 포함하는 4개의 폴리설폰 플라스틱 층으로 구성될 수 있는지를 도시한다. 혈액 및 식염수와 같은 유체는, 표면 상에 마이크로밀링된(micromilled) 오목한 채널 특징부를 갖는 "플라스틱-층(plastic-layer)들" 사이에 형성된 "유체-층(fluidic-layer)" 내로 유입된다. 혈액-유체-채널(blood-fluidic-channel), 즉 소스 채널은 플라스틱-층(2, 3)들 사이에 형성된다. 플라스틱 층(1, 2뿐만 아니라 3, 4)은 혈액-유체-층의 위쪽 및 아래쪽에 식염수-유체-층, 즉 수집 채널을 형성한다.
혈소판이 활성화되고 혈병 형성을 유도하는 위험을 최소화하기 위하여, 채널의 형상은 살아있는 고유량 혈관(예: 작은 동물의 대동맥)의 형상을 모방하고 이에 따라 전단(shear)을 최소화하도록 신중하게 선택될 수 있다. 채널 기하구조 및 유속은 비뉴턴 유체 역학의 컴퓨터 시뮬레이션(앤시스(ANSYS)의 플루엔트(Fluent) 및 CFX 소프트웨어 패키지)을 통해 채널 전체를 통한 전단 교란을 최소화하도록 최적화될 수 있다. 혼합 및 혈액 손실 또는 희석을 최소화하기 위해 혈액과 식염수 사이의 멀티페이스 시뮬레이션이 사용될 수 있다. 비개질된 기계가공된 표면이 헤파린의 존재하에 혈병 형성을 유도한다면, 이들은 방오 표면을 제공하도록 물리적으로 또는 화학적으로 개질될 수 있다(화학적 증기 폴리싱, 플라즈마 처리, 나노패턴화 등).
다른 채널 고려사항에는 자기장의 급속한 붕괴 도달(이는 채널 깊이를 제한할 수 있음), 폭의 증가에 따른 채널의 구조적 완전성의 저하, 및 채널 치수의 감소에 따른 전단 응력의 증가가 포함된다.
합성 표면 상에서의 혈병 형성은 의학 분야에서 오랫동안에 걸쳐 만연된 문제인데, 이는 단백질 흡수에 의해 표면 상에서 개시되며, 이러한 단백질 흡수는 혈소판 점착 및 활성화를 촉진시킬 뿐만 아니라, 트롬빈의 방출을 촉진시키는데, 이는 피브린 혈병 형성을 활성화한다. 따라서, 마이크로유체 장치의 유체 접촉 표면, 예를 들어 장치를 소스 또는 수집기에 연결하는 채널 또는 관(tubing) 또는 카테터는 분해에 저항하거나 유동 및 작동을 용이하게 하기 위하여 코팅 또는 처리될 수 있다. 예를 들어, 소스 유체 채널, 수집 채널, 전달 채널, 또는 이들 채널을 유체 소스에 연결하는 관 또는 카테터의 유체 접촉 표면은 방오 표면일 수 있다.
옹(Wong) 등의 문헌[Nature, 2011, 477: 443-447] (이의 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨)은 본 명세서에 기재된 마이크로유체 장치에 사용될 수 있는 방오 표면을 기술한다. 옹 등에 기술된 바와 같이, 방오 표면은 저표면 에너지의 화학적으로 불활성인 퍼플루오르화 오일의 침윤층에 의해 분리된 한 어레이의 나노- 및 마이크로-구조물이 사용될 수 있는데, 이때 플루오르화 오일은 표면 구조물의 특징부에 의해 정위치에 유지된다(도 12).
이들의 조합은 다공성 구조물이 저에너지 액체를 정위치에 유지하기 때문에 표면 상에 물리적으로 매끄러운 윤활 필름을 생성할 수 있다. 이러한 얇은 윤활 필름은 표면 불균일성을 최소화하고, 보류력을 감소시키고, 표면을 따른 액체 이동성을 향상시키는데, 이는 세포의 지질 이중층과 다르지 않다. 따라서, 표면과의 접촉은 최소한으로 이루어지고, 액체는 고도로 이동성인 상태로 유지된다. 윤활 필름은, 예를 들어 문헌[Wenzel, R.N. Ind . Eng . Chem. 1936, 28: 988-994] 및 [Courbin, L., et al Nature Materials, 2007, 6: 661-664]에 기술된 바와 같이 다공성 물질에 의해 유도된 액체 흡수(imbibing) 과정에 의해 생성될 수 있다. 다공성 물질의 물리적 조도(roughness)는 윤활 유체의 습윤(wetting)을 유도할 뿐만 아니라, 이는 또한 표면에 대한 윤활 유체의 점착을 위한 추가의 표면적을 제공할 수 있다.
"액체-유사" 표면은 신선한 헤파린 미처리 인간 혈액과 접촉될 때 혈소판의 점착 및 피브린 혈병 형성을 방지하는 데 극히 효과적일 수 있다. 도 13a에서 알 수 있는 바와 같이, 신선한 헤파린 미처리 인간 전혈(0.75 ㎖)은, 퍼플루오르화 오일(플루오리너트(Flluorinert) FC-70, 쓰리엠 코포레이션(3M Corp.))로 함침된 마이크로구조화된 PTFE(테플론(Teflon); 1 ㎛ 기공 크기)로 구성된 기재에서는 비드를 형성하고 이로부터 미끄러져 나간 반면, 이는 대조의 매끄러운 PTFE뿐만 아니라 유리에서는 신속하게 응고되고 이것에 점착하였다.
따라서, 이러한 특성은 이 종류에서는 최초를 나타내는데, 그 이유는 다른 인공 표면은 연장된 기간 동안 활성화 및 혈전증을 방지할 수 없기 때문이다. 이들 항응고 표면은 혈액 성분의 점착 및 혈병 형성을 제어하는 새로운 방법을 제공한다. 게다가, 이들 항응고 표면은 응고를 생성하지 않고서 마이크로유체 장치를 통한 혈류를 지지할 수 있다. 따라서, 혈액 내로의 또는 마이크로유체 장치 내에의 항응고제의 첨가에 대한 필요성이 감소될 수 있다. "액체-유사" 표면은 미끄러운 액체가 주입된 다공성 표면(SLIPS)으로도 지칭된다.
이미 혈액 적합성에 대해 FDA 승인된 테플론 또는 폴리설폰과 같은 중합체에 패턴화된 교차하는 벽 및 기둥과 같은 소수성의 융기된 표면 구조물의 어레이를 마이크로미터 규모로 생성하기 위하여 마이크로성형 기술이 이용될 수 있다. 침윤 액체는 다수의 상이한 액체, 예컨대 FDA-승인 폴리플루오로알콕시(PFA)로부터 선택될 수 있다. 제작된 항응고 표면은 매끈하며, 혈액을 포함한 다양한 액체를 반발할 수 있다. 침윤 액체를 국한시키기(confine) 위하거나 혈액 성분 및 혈병의 부착에 저항하는 유효성을 결정하기 위하여, 상이한 특징부 크기 및 다공도를 갖는 광범위한 표면 구조물이 이용될 수 있다. 규소 기판에서의 나노구조화된 기둥의 어레이는 반도체 가공 방법 및 기술의 정확성을 활용하도록 제작될 수 있다. 기둥 어레이 기판은 폴리설폰 또는 PDMS와 같은 FDA-승인 재료에서 복제품을 제조하기 위한 마스터로서 사용될 수 있다. 특징부 크기는 수백 나노미터 내지 마이크로미터의 범위(예: 100 내지 1000 nm)일 수 있으며, 이때 어스펙트비는 약 1:1 내지 약 10:1이다. 전기화학적 침착(deposition)을 사용하여 금속 마이크로유체 장치의 유체 접촉 표면 상에 인시츄(in situ) 다공성 나노-섬유질 구조물이 생성될 수 있다. 다양한 몰폴로지 및 다공도의 생체적합성 폴리피롤 나노구조물의 인시츄 합성은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 2010년 7월 19일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/353,505호 및 문헌[Kim, P. et al ., Nano Letters, in press (2011)]을 참조한다.
이들 구조물은 상이한 윤활 액체의 최적의 습윤 및 점착력을 결정하는 데 이용될 수 있다. 폴리플루오르화 화합물의 부류로부터 다수의 상이한 오일이 이용될 수 있다. 이들 후보대상은 그들의 혈병 형성 방지 성능, 생리학적 조건 하에서의 화학적 안정성, 및 장치의 표면으로부터의 침출(leaching) 수준에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 생물의학적 응용에서의 사용에 대해 승인된 화합물(예: 혈액 대체물, MRI 조영제 등)이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, PFC 퍼플루브론 또는 퍼플루오로옥틸브로마이드(알리안스 파마슈티칼(Alliance Pharmaceutical))이 이용될 수 있다.
표면은 혈액에 대한 노출 후에, 표면 특성화 기술, 예컨대 형광 및 주사 전자 현미경법(SEM)을 사용하여 혈소판 또는 피브린 점착의 증거를 찾기 위하여 분석될 수 있다. 폴리플루오르화 화합물은 다양한 용매 중에서 난용성을 나타내는데, 이는 모니터링에 대한 어떠한 난관을 야기시킬 수 있다. 이러한 난관을 극복하기 위하여, 분석은 플루오르화 용매 중으로의 추출과, 이에 이어서 행해지는 크로마토그래피, 질량 분석, 및 19F-NNMR의 조합을 수반할 수 있다.
고혈류량의 존재하에 이들 표면의 유효성 및 안정성을 시험한 후에, 유체 침출의 어떠한 영향도 최소화하기 위해 구조적 설계(즉, 기둥-간격, 기공 크기 등)가 추가로 최적화될 수 있다. 생물학적 유체와 접촉된 비오염성 표면의 장기간 성능으로 변환될 수 있는 데이터를 획득하기 위하여, 체온보다 더 높은 온도에서의 광범위한 가속 침출 시험이 수행될 수 있다. 이들 화합물 중 다수는 비독성인 것으로 보고되어 있지만, 필요에 따라서는 선택된 함침 유체의 필요한 독물학적 스크리닝이 수행될 수 있다.
일부 실시형태에서, 마이크로유체 장치의 유체 접촉 표면, 예를 들어 채널, 관 또는 카테터는 항응고제로 코팅될 수 있다. 예시적인 항응고제에는 헤파린, 헤파린 대체물, 살리실산, D-페닐알라닐-L-프롤릴-L-아르기닌 클로로메틸 케톤(PPACK), 히루딘, 안크로드(ANCROD)® (사독(snake venom), 비프로낙스(VIPRONAX)®), 조직 플라스미노겐 활성제(tPA), 유로키나제, 스트렙토키나제, 플라스민, 프로트롬빈감소성 항응고제(prothrombopenic anticoagulant), 혈소판 포스포디에스테라제 억제제, 덱스트란, 트롬빈 길항제/억제제, 에틸렌 디아민 테트라아세트산(EDTA), 산 시트레이트 덱스트로스(acid citrate dextrose, ACD), 시트르산나트륨, 시트레이트 포스페이트 덱스트로스(citrate phosphate dextrose, CPD), 불화나트륨, 옥살산나트륨, 옥살산칼륨, 옥살산리튬, 요오도아세트산나트륨, 요오도아세트산리튬 및 이들의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
적합한 헤파린성 항응고제에는 천연, 합성, 또는 생합성 소스로부터의 헤파린 또는 그의 활성 단편 및 분획이 포함된다. 헤파린 및 헤파린 대체물의 예에는 헤파린 칼슘, 예컨대 칼시파린; 저분자량 헤파린, 예컨대 에녹사파린 및 로베녹스; 헤파린 나트륨, 예컨대 헤파린, 리포-헤핀, 리쿠아에민 나트륨, 및 판헤프린; 헤파린 나트륨 디하이드로에르고타민 메실레이트; 리튬 헤파린; 및 암모늄 헤파린이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
적합한 프로트롬빈감소성 항응고제에는 아니신디온, 디쿠마롤, 와파린 나트륨 등이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 기재된 방법에 사용하기에 적합한 포스포디에스테라제 억제제의 예에는 아나그렐리드, 디피리다몰, 펜톡시필린, 및 테오필린이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
적합한 덱스트란에는 덱스트란 70, 예컨대 히스코(HYSKON)™ (코퍼서지컬, 인크.(CooperSurgical, Inc.), 미국 코네티컷주 셸턴 소재) 및 마크로덱스(MACRODEX)™ (파마링크, 인크.(Pharmalink, Inc.), 스웨덴 우플란스 베스비 소재), 및 덱스트란 75, 예컨대 젠트란(GENTRAN)™ 75(박스터 헬스케어 코포레이션(Baxter Healthcare Corporation))가 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
적합한 트롬빈 길항제에는 히루딘, 비발리루딘, 레피루딘, 데시루딘, 아르가트로반, 멜라가트란, 지멜라가트란 및 다비가트란이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용되는 항응고제에는 또한 인자 Xa 억제제, 인자 Ha 억제제, 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 다양한 직접 인자 Xa 억제제가 당업계에 공지되어 있으며, 이에는 문헌[Hirsh and Weitz, Lancet, 93:203-241, (1999)]; [Nagahara et al. Drugs of the Future, 20: 564-566, (1995)]; [Pinto et al, 44: 566-578, (2001)]; [Pruitt et al, Biorg. Med. Chem. Lett., 10: 685-689, (1000)]; [Quan et al, J. Med. Chem. 42: 2752-2759, (1999)]; [Sato et al, Eur. J. Pharmacol, 347: 231 -236, (1998)]; [Wong et al, J. Pharmacol. Exp. Therapy, 292:351-357, (1000)]에 기재된 것들이 포함된다. 예시적인 인자 Xa 억제제에는 DX-9065a, RPR-120844, BX-807834 및 SEL 시리즈 Xa 억제제가 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. DX-9065a는 합성 비펩티드 프로판산 유도체인 571 D 선택적 인자 Xa 억제제이다. 이는 나노몰 범위에서의 일정한 억제와 함께 경쟁적인 방식으로 인자 Xa를 직접적으로 억제한다. 예를 들어, 문헌[Herbert et al, J. Pharmacol. Exp. Ther. 276:1030-1038 (1996)] 및 [Nagahara et al, Eur. J. Med. Chem. 30(suppl):140s-143s (1995)]을 참조한다. 비펩티드 합성 인자 Xa 억제제로서, RPR-120844(롱-프랑 로라(Rhone-Poulenc Rorer))는 중심 주형(central template)으로서 3-(S)-아미노-2-피롤리디논을 혼입시킨(incorporate) 신규한 억제제의 시리즈 중 하나이다. 신규한 인자 Xa 억제제의 SEL 시리즈(SEL1915, SEL-2219, SEL-2489, SEL-2711: 셀렉티드)는 조합 화학(combinatorial chemistry)에 의해 제조된 L-아미노산을 기재로 한 펜타펩티드이다. 이들은 인자 Xa 및 pM 범위에서의 효력에 대해 고도로 선택적이다.
인자 Ha 억제제에는 DUP714, 히루로그, 히루딘, 멜라가트란 및 이들의 조합이 포함된다. 멜라가트란(Melagatran)은 문헌[Hirsh and Weitz, Lancet, 93:203-241, (1999)] 및 [Fareed et al. Current Opinion in Cardiovascular, pulmonary and renal investigational drugs, 1:40-55, (1999)]에 기술된 전구약물인 지멜라가트란(ximelagatran)의 활성 형태이다.
영구 자석 또는 전자석을 사용하여 소스 채널을 향해 지향되는 자기장 구배를 발생시킬 수 있으며, 그럼으로써 강한 자기장 구배는 자기적으로 결합된 표적 성분, 예컨대 세포, 분자, 및/또는 병원체를 소스 유체로부터 전달 채널 내로, 그리고 선택적으로는 수집 채널 내로 이동되도록 지향시킨다(direct). 자기장 구배를 형상화 및/또는 집속시키기 위한 전자석뿐만 아니라 관련 플레이트의 예는 공개된 미국 특허 출원 제2009-호에 개시되어 있는데, 예를 들어 네오디뮴 자석이며, 마이크로유체 장치(100)의 수집 채널(150)에 인접하여 위치될 수 있다. 다른 유형의 자석이 사용될 수 있으며 이에 따라 네오디뮴으로 한정되지 않는다는 것을 유의해야 한다.
소스 유체로부터의 자성 비드의 완전한 제거를 보장하는 자기 구배 구성이 생성될 수 있다. 임의적인 자기장 내에서의 비드 궤도 및 유체 유동은 시뮬레이션을 사용하여 예측될 수 있으며, 이는 적합한 장치 구성을 찾는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 11은 실제의 자기장의 실험 측정치와 비교하여, 본 명세서에 기재된 마이크로유체 장치 내의 자성 비드의 수집을 위해 설계된 자속 집속기의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 시뮬레이션 결과는 실제의 데이터와 일치하였다. 따라서, 시뮬레이션은 최적의 분리 효율을 위한 장치 구성을 찾는 데 사용될 수 있다.
본 발명자들은 자기 소스의 기하구조를 변경시킴으로써 자기장 구배가 개선될 수 있다는 것을 알아내었다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 수집 채널을 따라 다수의 더 작은 자석을 위치시키도록 제공할 경우, 이는 수집 채널에 인접한 단일 자석을 사용하는 것에 비하여 상대적으로 자속 밀도 구배를 약 103배 증가시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 2개 이상(예: 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과)의 자석이 수집 채널에 인접하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 수집 채널은 2개 이상(예: 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과)의 인접한 섹션으로 세분화될 수 있으며, 이때 각각의 섹션에는 그 자체의 자기 소스가 공급된다.
수집 채널에 인접한 자석은 2개 이상(예: 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과)의 자석의 적층체일 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 2개 이상(예: 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과)의 자석이 수집 채널에 인접하여 위치될 수 있으며, 여기서 이들 자석 중 적어도 하나(예: 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과, 모두 포함)는 2개 이상(예: 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과)의 자석의 적층체이다.
일부 실시형태에서, 자기 소스는 단일 자석일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자기 소스는 함께 적층된 복수의 자석일 수 있다. 예를 들어, 자기 소스는 치수가 4" x 1" x 1/8"인 단일 NdFeB N42 자석일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자기 소스는 함께 적층된 2개 이상의 NdFeB N42 자석, 예를 들어 치수가 2" x 1/4" x 1/8"이고 두께를 통해 자화된 NdFeB N42 자석일 수 있다.
일부 실시형태에서, 자기 소스는 1500회 권선수, 47개 솔레노이드, 및 C자형 강 코어(steel core)로 제작된 전자석일 수 있지만, 다른 자석 설계도 사용될 수 있다. 자기장 집속기(이 또한 고투자율 강으로부터 기계가공됨)는 3 mm로 이격된 2개 이상의 개별 융기부(ridge) (1 x 1 x 20 mm; w x h x l)를 가지며, 자석의 상부면에 부착될 수 있다. 융기부의 상부 표면과 자석의 대향면 사이의 전체 에어 갭(air gap)은 5.7 mm일 수 있다. 집중기의 전자기장 강도는 테슬러미터(Teslameter; 에프.더블유. 벨(F.W. Bell) 5080)를 사용하여 측정될 수 있으며, 전자기장 구배는 융기부의 표면에 수직한 0.25 mm의 거리에서 전자기장 강도의 변화를 측정함으로써 정량화될 수 있다.
소스 채널에 적용되는 자기장 구배를 형상화 및/또는 집속하기 위하여 각각의 채널의 전체 길이 위로 직접 연결되는(run) 표면 융기부를 갖는 별개의 자기장 구배 집속기 층이 사용될 수 있다. 이 자기장 집속기는 장치 몸체 내부에 배치되지 않기 때문에, 다수의 채널들이 단일 장치 내부에 조밀하게 어레이되어 처리량을 증가시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 다수의 자기장 구배 집속기가 삽입된 다수의 장치들을 수직으로 적층함으로써 추가의 다중화가 달성될 수 있는데, 이때 이들 자기장 구배 집속기는 단일 전자석 하우징 내부의 각각의 마이크로유체 장치 몸체 사이에 배치된다.
수집 채널을 통한 수집 유체의 주기적 유동은 전달 채널 내의 자기적으로 결합된 표적 성분이 수집 유체 내로 유입되게 할 수 있으며, 그럼으로써 이어서, 표적 세포를 장치로부터 플러싱함으로써 이것이 제거되고 수집될 수 있다. 다중화는 각각의 장치 내의 채널의 개수를 증가시킴으로써, 그리고 다수의 장치들을 병렬 및/또는 직렬 구성으로 적층함으로써 달성될 수 있다.
유체 및 장치 특성화에 따라, 소스 유체 및 수집 유체는 마이크로유체 장치를 통해 약 1 ㎖/hr 내지 약 2000 ㎖/hr 범위의 속도로 유동할 수 있다. 유사하게, 수집 유체는 또한 마이크로유체 장치를 통해 약 1 ㎖/hr 내지 약 2000 ㎖/hr 범위의 속도로 유동할 수 있다.
일부 실시형태에서, 소스 유체는 마이크로유체 장치를 통해 약 5 ㎖/hr 내지 약 1000 ㎖/hr 범위의 속도로 유동할 수 있다.
일부 실시형태에서, 소스 유체는 대상체의 정맥 혈류 속도와 실질적으로 유사한 유속으로 유동할 수 있다.
소스 유체가 혈액일 경우, 마이크로유체 장치는 방오 표면을 포함시킴으로써 혈소판 활성화 또는 혈병 형성 없이 2시간 이상 동안 100 ㎖/hr의 혈류를 지지할 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로유체 장치는 혈소판 활성화 또는 혈병 형성 없이 8시간 동안 500 ㎖/hr의 혈류를 지지할 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로유체 장치는 12시간 이상 동안 1000 ㎖/hr의 혈류를 지지할 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로유체 장치는 24시간 이상 동안 1250 ㎖/hr의 혈류를 지지할 수 있다. 일부 실시형태에서, 마이크로유체 장치는 24시간 이상 동안 1500 ㎖/hr의 혈류를 지지할 수 있다.
2개 이상의 마이크로유체 장치를 병렬로 연결함으로써 높은 유속이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 2개의 마이크로유체 장치를 병렬로 연결함으로써 800 ㎖/hr 초과의 유속이 얻어질 수 있다. 3개 이상의 마이크로유체 장치를 병렬로 연결함으로써 1250 ㎖/hr의 유속이 얻어질 수 있다. 이러한 추산치는 단면이 2 mm x 0.16 mm인 채널을 기반으로 한다. 생리학적으로 적절한(physiologically relevant) 혈류는 작은 동물의 맥동 혈액 펌프(이스마테크(Ismatech))를 사용하여 평가될 수 있는데, 이는 위스 연구소(Wyss Institute)에서 입수가능하며 최대 1.2 L/hr의 유동을 제공할 수 있다(더 큰 동물에 대해서는 더 큰 유속을 갖는 모델이 또한 이용가능하다). 예를 들어, 혈액은 5 ㎖/hr 내지 30 ㎖/h 범위의 유속으로 래트 패혈증 모델(300 g의 위스타(Wistar) 수컷 래트)에 연결된 DLT 장치를 통해 유동될 수 있다. 더 고차의 포유류, 예컨대 사람의 경우에는, 지속적 정정맥 회로(continuous veno-venous circuit)에 대해 500 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr 범위의 유속이 사용될 수 있다. 동정맥루(arterivenous fistula)를 사용하는 투석형 유동 회로와 관련하여 사용될 경우, 1 L/hr 초과의 속도가 얻어질 수 있다. 최적의 유속은 동물의 대퇴 정맥/동맥에서의 생리학적으로 허용되는 혈류에 기초하여 결정될 수 있다.
본 명세서에 기재된 장치는 생체적합성 재료로 제작될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "생체적합성 재료"는, 대상체의 생물학적 조직 내로 삽입되거나 그에 인접하여 배치될 때 시간이 경과함에 따라 유의한 면역 반응 또는 유해한 조직 반응(예: 독성 반응 또는 유의한 자극)을 유도하지 않고 현저하게 열화되지 않거나, 또는 그것이 혈액과 접촉될 때 혈병 형성 또는 응고를 유도하지 않는 임의의 중합체 재료를 말한다. 적합한 생체적합성 재료에는 폴리이미드, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌이민, 및 폴리비닐아민, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 및 폴리스티렌의 유도체 및 공중합체가 포함된다. 장치는 단일 유형의 재료 또는 상이한 유형의 재료들의 조합으로 제작될 수 있다.
일부 실시형태에서, 장치는 알루미늄, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌 폴리설폰, 폴리카르보네이트, 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌, 폴리비닐리딘 플루오라이드, 폴리실리콘(polysilicon), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에테르 설폰), 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에틸렌 글리콜), 스티렌-아크릴로니트릴 수지, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐리덴디플루오라이드, 폴리(비닐 피롤리돈), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제작된다.
일부 실시형태에서, 장치는 시스템에 사용되는 유체에 적합한 재료로 제작될 수 있다. 본 명세서에 기재된 플라스틱은 많은 유체와 함께 사용될 수 있지만, 일부 재료는 고도로 산성이거나 알칼리성인 유체가 사용될 때 분해될 수 있으며, 소스 유체로부터의 표적 성분의 제거가 소스 유체의 조성 및 특성을 변화시킬 수 있다고 인식된다. 이들 실시형태에서는, 비자성 금속 및 다른 재료, 예컨대 스테인리스 강, 티타늄, 백금, 합금, 세라믹 및 유리가 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 장치는 알루미늄으로 제작될 수 있다.
일부 실시형태에서, 장치는 FDA-승인 재료로 제작될 수 있다.
일부 실시형태에서, 소스 채널, 전달 채널 및 수집 채널에 상이한 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
열가소성 혈액 적합성 재료, 예컨대 FDA-승인 폴리설폰 중합체가 이용될 수 있는데, 이는 마이크로유체 장치의 강성을 증가시켜 그의 다중화 및 대량 생산을 더 용이하게 한다. 열가소성 시트에서의 소스 채널, 수집 채널, 및 전달 채널은 1 ㎛ 분해능을 갖는 5축 마이크롤루션(Microlution) 5100-S 마이크로밀링 머신을 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 대량 복제 기술, 예컨대 핫 엠보싱(hot embossing) 또는 사출 성형이 이용될 수 있다.
마이크로유체 장치는 마이크로성형된 생체적합성 재료의 2개 이상의 개별 층을 접합함으로써 제작될 수 있다. 예를 들어, 소스 유체 채널 및 수집 유체 채널을 포함하는 중심 몸체가 먼저 제작될 수 있다. 이어서, 적절한 라미네이팅 층이 제작된 중심 몸체에 접합될 수 있다.
개별 층은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제작될 수 있다. 예를 들어, 장치의 라미네이팅 층들 중 하나 이상은 장치의 중심 몸체에 사용된 것과 상이한 재료의 것일 수 있다. 예를 들어, 자기 소스와 접촉되거나 그 바로 옆에 있는 장치의 라미네이트 층은 장치의 나머지 부분과 상이한 재료로 제조될 수 있다. 그러한 층은 중합체 박막일 수 있다. 이는 자기 소스와 표적 성분에 결합된 자성 비드가 유동하는 소스 채널 사이의 거리를 감소시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 라미네이팅 층은 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 2축 배향 폴리프로필렌(BOPP), 아크릴, 또는 이들의 임의의 조합으로 제조될 수 있다.
라미네이팅 층은 임의의 두께의 것일 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 더 얇은 라미네이팅 층이 더 우수한 분리 효율을 허용한다는 것을 알아내었다. 따라서, 일부 실시형태에서, 라미네이팅 층은 두께가 약 0.01 mm 내지 약 10 mm의 범위일 수 있다. 일 실시형태에서, 라미네이팅 층은 두께가 약 0.1 mm이다.
항응고성 SLIP 표면을 얻기 위한 마이크로유체 장치는 일련의 물리화학적 공정들에 의해 처리되는데, 이때 이러한 공정들은 고온 및 기계적 응력에 대한 내성을 필요로 하는 극한 조건에서 가동된다. 따라서, 마이크로유체 장치는 SLIP 표면을 제작하는 데 사용되는 극한 조건을 견뎌낼 수 있는 재료로 제작될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 마이크로유체 장치의 중심 몸체는 알루미늄으로 제작될 수 있다. 중심 몸체에 알루미늄을 사용할 경우, 이는 마이크로유체 장치 채널 상에 SLIPS 표면을 제작하는 데 있어 더 많은 선택지를 가능하게 한다. 알루미늄은 화학적 증착, 화학적 세정 공정, 고온에서의 중합체 침착을 포함한 많은 표면 개질 공정을 견뎌낼 수 있는 능력 및 용이한 제작을 제공한다. 도 6은 알루미늄으로 제작된 중심 몸체를 도시한다.
도 7은 본 명세서에 기재된 마이크로유체 장치(702)를 포함시킨 전체 시스템의 블록 다이어그램을 예시한다. 특히, 시스템(700)은 하나 이상의 마이크로유체 장치(702)를 포함할 수 있다. 하나의 장치(702)만이 도 7에 도시되어 있기는 하지만, 하나 초과의 장치(700)가 시스템의 일부로서 이용될 수 있다는 것을 유의해야 하는데, 이러한 시스템에서 다수의 마이크로유체 장치(702)는 직렬로 및/또는 병렬로 서로 연결될 수 있다. 대안적으로, 다수의 마이크로유체 장치(702)가 시스템에 사용될 수 있으며, 그럼으로써 각각의 마이크로유체 장치(702)는 하나 이상의 유체 소스(들) (704)과 하나 이상의 유체 수집기(들) (708) 사이에서 따로따로 또는 개별적으로 연결될 수 있다.
도 7의 시스템은 하나 이상의 소스 유체 소스(704)를 포함할 수 있고, 소스 유체를 마이크로유체 장치(702)로 펌핑하도록 구성될 수 있다. 유체 소스(704)는 인간 또는 동물일 수 있으며, 여기서 혈액 및/또는 다른 생물학적 유체가 인간 또는 동물로부터 직접 채취된다. 유체 소스(704)는 또한 비생물학적 유체의 소스, 예컨대 오염된 급수, 액화된 식품 소스, 또는 미립자 또는 성분의 제거로부터 이득을 얻을 수 있는 임의의 유체(액체 또는 기체)일 수 있다. 이에는, 예를 들어 물로부터의 오염물의 제거, 석유계 윤활제의 세정 및 연소 배기 가스로부터의 미립자 방출의 제거가 포함될 수 있다.
일부 실시형태에서, 마이크로유체 장치(702)로 진입하기 전에 자성 입자를 주입하고 이를 소스 유체와 혼합하기 위해 혼합 구성요소(709), 예컨대 저전단 믹서 또는 자기 교반기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 자성 입자를 소스 유체와 혼합하기 위해 저전단 믹서가 사용될 수 있다. 일회용 인라인 믹서(이는 중합체 관 내에 나선형 배플(baffle)을 갖는 일련의 혼합 부재를 포함함)가 오메가 엔지니어링 인크.(OMEGA Engineering Inc., 미국 코네티컷주 소재; 카탈로그 번호 FMX8213 및 FMX8214)로부터 획득될 수 있다.
일부 실시형태에서, 믹서는 나선형 인라인 믹서이다. 일부 실시형태에서, 믹서는 시린지 믹서(도 8a)이다. 시린지 믹서는 응고를 유도하지 않고서 5분 미만에 병원체에 대한 입자의 결합이 90%를 얻도록, 펌핑하는 동안 전혈 중의 표적 성분(예: 병원체)에 대한 자성 입자의 결합을 가속시킬 수 있다(도 8b). 그 결과, 병원체-특이적 항체로 코팅된 자성 비드를 사용하여, 인간 전혈에서의 병원체 청소 효율이, 35 ㎖/hr 초과의 유속에서는 95%에 가깝게, 그리고 70 ㎖/hr 초과의 유속에서는 거의 80%로 달성될 수 있다. 자성 MBL-옵소닌은 항체-코팅된 비드와 비교하여 진균 또는 E. 콜리에 결합될 때 더 많은 병원체에 결합하고 더 큰 자성 비드-세포 클러스터를 생성하기 때문에, 최대 80 ㎖/hr의 유속에서 100%에 가까운 훨씬 더 큰 병원체 청소 효율이 얻어질 수 있다(도 9a 내지 도 9d).
높은 속도로의 연속적인 소스 유체 유동을 유지하면서 소스 유체(예: 혈액) 내의 표적 성분(예: 병원체)에 대한 효율적인 비드 결합을 달성하기 위하여, 2개 이상의 시린지 믹서가 체크-밸브에 의해 연결될 수 있으며, 이들은 단일 왕복동식 시린지 펌프 상에 장착될 수 있다. 제1 시린지는 혈액을 비드와 혼합하며, 제2 시린지는 마지막 혼합된 배치(batch)를 분배하고(dispense) 이 사이클은 연속적으로 반복된다. 예를 들어, 원하는 유속이 100 ㎖/hr (=1.67 ㎖/min)이고 혼합 기간이 10분이라면, 각각의 시린지는 각각의 사이클에 대해 16.7 ㎖의 혈액을 끌어들이도록 설정될 수 있다. 한 가지 이점은 유속 및 인큐베이션 시간이 시린지 믹서 내에서 따로따로 조정될 수 있으며, 각각의 왕복동식 시린지 펌프로서 최대 4x60 ㎖ 시린지(각각의 10분 사이클에 대해 240 ㎖ 용량)를 처리할 수 있다는 것이다. 병렬로 연결된 다수의 셋업에 의해, 1440 ㎖/hr의 연속 유속이 생성될 수 있다. 게다가, 옵소닌 코팅된 비드는 자기적으로 수집된 후에 재이용될 수 있어서, 이들은 단일 장치에 의해 연속적인 병원체 포획 능력을 제공하도록 재순환되게 할 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 가공된 MBL이 사용될 수 있거나, 또는 2 ㎛ 트랙-에칭된 멤브레인을 가로지르는 유동 여과를 사용하여 미결합 자성 입자가 병원체 결합된 자성 입자로부터 수집될 수 있는데; 이 크기의 기공을 통과하는 미결합 비드가 재사용될 수 있다.
자성 입자는 최적화된 속도로 믹서(709) 내로 계속적으로 주입될 수 있다. 이 스테이지에서, 자성 입자는 소스 유체 내의 표적 성분에 선택적으로 결합하고 단지 이들 표적 성분에 대해서만 자기 이동성(magnetic mobility)을 부여할 것이다. 소스 유체가 믹서(709)로부터 마이크로유체 장치(702) 내로 유동함에 따라, 마이크로유체 채널의 낮은 어스펙트비는 소스 유체의 기하구조를 효과적으로 편평화하여 자기장 구배에 대한 노출 면적을 최대화할 뿐만 아니라, 자기적으로 결합된 병원체가 이동하여, 수집 채널로 향하는 도중의 전달 채널에 도달하기까지의 거리를 최소화한다. 전달 채널 및 소스 유체 채널(들)은 수집 유체, 예컨대 식염수로 사전-충전될 수 있지만, 다른 적합한 유체, 예컨대 본 명세서에 기재된 수집 유체가 또한 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 펌프(706)가 마이크로유체 장치(702)에 연결되어 유체가 마이크로유체 장치(702)를 통해 유동되게 할 수 있다. 펌프(706)가 마이크로유체 장치(702)로부터 하류측에 도시되어 있기는 하지만, 펌프(706)는 추가적으로/대안적으로 마이크로유체 장치(702)로부터 상류측에 위치될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 일 실시형태에서, 펌프(706)는 하나 이상의 소스 유체 수집기(708)에 연결될 수 있는데, 여기서는 유출 유체의 일부 또는 전부가 수집되고 저장된다.
소스 유체가 생물학적 유체인 일 실시형태에서, 마이크로유체 장치(702)를 통과하는 생물학적 유체는 생물학적 유체가 채취된 인간 또는 동물로 반환될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 펌프(706)는 (라인(705)을 통해) 유체 소스(704)에 연결될 수 있으며, 그럼으로써 유출되는 유체는 유체 소스(104)로 재순환되어 마이크로유체 장치(702)에 의해 처리될 수 있다. 펌프(706)는 전자식 자동-제어 펌프 또는 수동 작동식 펌프일 수 있다. 대안적으로, 유체 소스는 중력이, 펌프의 도움을 받거나 받지 않고서, 소스 유체를 마이크로유체 장치(702)를 통해 밀어내게 할 수 있도록 들어올려질 수 있다. 마이크로유체 시스템(700)은 마이크로유체 장치(702)의 입구 및/또는 출구에 연결된 하나 이상의 유동 밸브(703, 707)를 포함하여, 소스 유체의 유동이, 예를 들어 수집 유체가 수집 채널을 통해 유동하는 시간 동안 중단되게 할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 공기 버블 트랩(726)이 마이크로유체 장치(702)에 연결되어, 유체 라인 내의 임의의 공기 버블이 마이크로유체 장치(702)를 통해 유동하는 유체로부터 포획 또는 제거되게 할 수 있다. 트랩(726)이 마이크로유체 장치(702)로부터 하류측에 도시되어 있기는 하지만, 트랩(726)은 추가적으로/대안적으로 마이크로유체 장치(702)로부터 상류측에 위치될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 일 실시형태에서, 트랩(726)은 소스 유체 수집기(708)에 연결될 수 있는데, 여기서는 유출 유체의 일부 또는 전부가 수집되고 저장된다.
일 실시형태에서, 마이크로유체 장치(702)는 또한 하나 이상의 수집 유체 소스(710)에 연결될 수 있는데, 이때 수집 유체 소스(710)는 수집 유체를 마이크로유체 장치(702)에 공급하는 것이다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 펌프(712)가 수집 유체 소스(710)에 연결되어 수집 유체를 마이크로유체 장치(702)에 공급할 수 있다. 펌프(706)와 마찬가지로, 도 7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 펌프(72)가 추가적으로/대안적으로 상류측 대신에 마이크로유체 장치(702)로부터 하류측에 위치될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 또한, 펌프(712)는 선택적이며, 수집 유체를 마이크로유체 장치(702)를 통해 수집 유체 수집기(114) 또는 인라인 분석 또는 검출 장치로 밀어넣기 위해 시린지 또는 다른 적절한 장치(또는 중력)이 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다.
일 실시형태에서, 마이크로유체 장치(702)는 수집 유체 수집기(714)에 연결될 수 있으며, 그럼으로써 유출되는 수집 유체가 수집기(714) 내에 저장된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수집기(714)는 (라인(715)을 통해) 수집 유체 소스(710)에 연결될 수 있으며, 그럼으로써 유출되는 수집 유체는 수집 유체 소스(710)로 반환되어 마이크로유체 장치(702)를 통해 재순환될 수 있다. 수집 유체를 수집 유체 소스(710)로 반환시키기 전에, 수집 유체는, 예를 들어 여과하거나 자기적 분리 기술을 사용함으로써 처리되어 자기적으로 결합된 표적 성분을 제거할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 자기 소스(716)가 마이크로유체 장치(702) 부근에 위치될 수 있다. 자기 소스(716)는 본 명세서에 논의된 바와 같이, 소스 유체 내의 표적 성분에 부착된 자성 입자를 제거하는 데 도움이 된다.
시스템(700)은 또한 시스템 내의 구성요소들 중 하나 이상에 결합된 하나 이상의 제어기(718)를 포함할 수 있다. 제어기(718)는 바람직하게는 하나 이상의 프로세서(720) 및 하나 이상의 로컬/원격 저장 메모리(722)를 포함한다. 시스템의 작동을 제어하고 사용자에게 실시간으로 결과, 작동 및/또는 성능 데이터를 표시하도록 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 디스플레이(724)가 제어기(718)에 결합될 수 있다. 제어기(718)는 선택적으로 펌프(706) 및/또는 펌프(712)에 연결되어, 개별적으로 또는 집합적으로 이들 구성요소의 작동 파라미터, 예컨대 유속 및/또는 마이크로유체 장치(702)의 안과 밖에서의 각각의 유체의 유동의 개시 및 종료를 제어할 수 있다. 선택적으로, 제어기(718)는 유체 소스(704, 710), 밸브(703, 707), 믹서 구성요소(709) 및/또는 수집기(708, 714)에 연결되어, 이들 구성요소 내의 밸브를 작동시키고/시키거나 각각의 유체 또는 자성 비드를 시스템 내에서 제어된 방식으로 선택적으로 분배시킬 수 있다. 선택적으로, 제어기(718)는 하나 이상의 자기 소스(716)에 연결되어, 자기 소스(716)에 공급되는 전원, 전압 및/또는 전류를 선택적으로 제어하여 자기장 구배를 제어 및 조정하여, 마이크로유체 장치(702)의 성능을 제어하도록 할 수 있다. 또한, 제어기(718)는 마이크로유체 장치(702)에 대해 원하는 거리에서 자기장 구배의 힘 수준(force level)을 선택적으로 위치시키고 제어하여, 마이크로유체 장치(702)의 채널에 적용되는 자기장 구배를 선택적으로 제어하는 것이 가능하다. 도시되어 있지는 않지만, 제어기(718)는 마이크로유체 장치(702) 및/또는 시스템(700) 내 다른 구성요소 내에 있는 다양한 센서에 연결되어, 시스템(700) 내에서 이동하는 유체 및/또는 표적 성분의 거동 및 상호작용을 모니터링하고 분석할 수 있다. 제어기(718)는 시스템(700)의 작동을 제어하기 위해 펌프, 밸브 및 센서에 연결된 소프트웨어 및 하드웨어 인터페이스를 포함하는 개인용 컴퓨터일 수 있다. 대안적으로, 제어기(718)는 시스템(700)을 제어하기 위해 펌프, 밸브 및 센서와 인터페이스하도록 전용 소프트웨어를 사용하여 특이적으로 설계 또는 프로그래밍된 전용 마이크로 제어기일 수 있다. 도 7에 도시된 시스템은 예시적이며, 본 명세서의 발명 개념으로부터 벗어나지 않고서 추가 구성요소, 다른 구성요소 또는 더 적은 구성요소가 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다.
일부 실시형태에서, 시스템(700)은, 축적된 표적 성분을 제거하기 위해 수집 채널(150) 내의 유동을 어떻게 제어할지를 결정하기 위하여, 전달 채널(714)을 통해 수집 채널(150) 내로의 표적 성분의 이동을 모니터링하는 센서를 포함할 수 있다. 센서는, 전달 채널 또는 수집 채널을 통해 센서 상에 투영되는 광을 표적 성분이 차단함에 따라 표적 성분의 축적을 검출하거나 표적 성분에 의해 반사되는 광을 검출하는 하나 이상의 광학 센서일 수 있다. 광학 검출기는 단순 포토다이오드 또는 더 복잡한 영상화 장치, 예컨대 CCD 기반 카메라일 수 있다. 소정량의 표적 성분이 전달 채널 또는 수집 채널 내에 축적되었다는 것을 센서가 검출할 때, 센서로부터 제어기로의 신호는, 제어기가 수집 채널 내의 유동을 변화(예: 증가)되게 하거나, 플러싱 작동을 개시되게 할 수 있다. 동시에, 제어기는 펌프(106)를 중단시키고/시키거나 밸브(703, 707)를 작동시켜 소스 채널(140)을 통한 소스 유체의 유동을 중단 또는 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 기재된 마이크로유체 장치 및 시스템은 설계 및 제작의 간소화, 매우 높은 유량의 처리량, 더 높은 처리 효율, 및 최소한의 혈액 변경(예: 혈병, 손실, 희석)을 나타낸다. 이러한 간소한 설계는 또한 2개의 유체의 복잡한 제어 및 인접한 층류 스트림들 사이의 안정한 경계의 유지에 대한 필요성을 제거하고, 다중화를 간소화한다. 이는 제조 및 조립하는 데 덜 비용이 들고 더 간소하며, 지속적 신장 대체 요법(continuous renal replacement therapy, CRRT), 체외막 산소화(extracorporeal membrane oxygenation, ECMO), 및 지속적 정정맥 혈액여과(continuous veno-venous hemofiltration, CVVH)에 사용되는 것들과 같은 기존의 혈액 여과 생물의학 장치 내로 일체화될 유사하거나 향상된 능력을 나타낼 것 같다.
마이크로유체 장치(702) 및 자석(716)는 하우징, 즉 장치 하우징 내에 위치될 수 있다. 장치 하우징은 다수의 마이크로유체 장치들 및 자기 소스들을 연결하고 물리적으로 조립하는 데 사용될 수 있다. 하우징은 마이크로유체 장치들 및 자기 소스들의 1개 이상(예: 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 또는 그 초과)의 세트를 수용할 수 있는 확장성(scalable) 조립체를 가질 수 있다. 예를 들어, 교번하는 극을 갖는 개별 영구 자석(예컨대, NIB 자석)이, 이들 자석의 일부가 히트 싱크(heat sink)에서의 핀(fin)처럼 노출된 상태로 남겨질 수 있도록 하여 하우징 내에 고정될 수 있다. 이들 자성 핀은, 다중화된 마이크로유체 장치들 사이에 끼워맞추고 양쪽 면 상의 자성 입자 결합된 표적 성분의 분리를 가능하게 하기 위해 적당하게 간격을 둘 수 있다.
하우징은 임의의 비자성 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 하우징은 알루미늄, 플라스틱, 플라스틱(예: 다를린 플라스틱(Darlin plastic)) 등으로 제조될 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 도킹 스테이션의 개략도를 도시한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "소스 유체"는 표적 성분을 포함하는 임의의 유동성 물질을 말한다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 소스 유체는 액체(예: 수성 또는 비수성), 초임계 유체, 기체, 용액, 현탁액 등일 수 있다.
일부 실시형태에서, 소스 유체는 생물학적 유체이다. 용어 "생물학적 유체" 및 "생물유체"는 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용되며, 용액, 현탁액, 분산액, 및 겔을 포함한 생물학적 기원의 수성 유체를 말하며, 이에 따라 비용해된 미립자 물질을 함유할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 예시적인 생물학적 유체에는 혈액(전혈, 혈장, 제대혈 및 혈청), 젖분비 생성물(예: 젖), 양수, 복막액, 객담, 타액, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 흡인물, 땀(perspiration), 점액, 액화된 대변, 활액(synovial fluid), 림프액, 눈물, 기관 흡인물, 및 이들의 분획이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
한 군의 생물학적 유체의 또 다른 예는, 예를 들어, 원핵생물(예: 세균) 및 진핵생물(예: 동물 세포, 식물 세포, 효모, 진균)을 포함한 단세포 또는 다세포 유기체의 세포 배양액(배양 또는 발효에 의해 얻어진 것들을 포함하며, 그의 분획을 포함함)이다.
한 군의 생물학적 유체의 또 다른 예는 세포 용해액(그의 분획 포함)이다. 예를 들어, 세포(예컨대, 적혈구, 백혈구, 배양 세포)가 수거되고 용해되어 세포 용해물(예: 생물학적 유체)을 얻을 수 있으며, 이로부터 관심 대상의 분자(예: 헤모글로빈, 인터페론, T-세포 성장 인자, 인터루킨)가 본 발명의 도움으로 분리될 수 있다.
한 군의 생물학적 유체의 또 다른 예는 배양 배지액(그의 분획 포함)이다. 예를 들어, 생물학적 생성물(예: 배양 배지 내에서 배양된 세포에 의해 분비되는 단백질)을 포함하는 배양 배지가 수집되고, 관심 대상의 분자가 본 발명의 도움으로 그로부터 분리될 수 있다.
일부 실시형태에서, 소스 유체는 비생물학적 유체이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "비생물학적 유체"는 본 명세서에 정의된 바와 같은 용어로서의 생물학적 유체가 아닌 임의의 수성, 비수성 또는 기체상 샘플을 말한다. 예시적인 비생물학적 유체에는 물, 해수, 염수, 유기 용매, 예컨대 알코올(예: 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올 등...), 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소(예: 액체 탄화수소), 산, 가솔린, 석유, 액화 샘플(예: 액화 식품), 기체(예: 산소, CO2, 공기, 질소, 또는 불활성 기체), 및 이들의 임의의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
일부 실시형태에서, 소스 유체는, 생물의학적 및 분자 생물학 응용과 같은 것을 위한 실험실 또는 임상 환경에서 사용되는, 배지 또는 시약 용액이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "배지"는 세포 생존성을 유지하고 증식을 지지하는 영양소를 함유하는, 세포 집단을 배양하거나(예: "배양 배지"), 또는 조직 또는 세포 집단을 유지하기 위한 배지를 말한다. 세포 배양 배지는 하기 중 임의의 것을 적절한 조합으로 함유할 수 있다: 염(들), 완충액(들), 아미노산, 글루코스 또는 다른 당(들), 항생제, 혈청 또는 혈청 대체물, 및 다른 성분, 예컨대 펩티드 성장 인자 등. 특정 세포 유형에 대해 통상적으로 사용되는 세포 배양 배지는 당업계에 공지되어 있다. 이러한 배지에는 세포가 이미 첨가된 배지, 즉 진행 중인 세포 배양 실험으로부터 얻어진 배지, 또는 다른 실시형태에서는, 세포 첨가 전의 전의 배지를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "시약"은 생물의학적 및 분자 생물학 응용을 위한 실험실 또는 임상 환경에서 사용되는 임의의 용액을 말한다. 시약에는 식염수 용액, PBS 용액, 완충 용액, 예컨대 인산염 완충액, EDTA, Tris 용액 등이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 시약 용액은 다른 시약 용액을 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, Tris 용액과 EDTA 용액을 특정비로 배합하여, 분자 생물학 응용에서 사용하기 위한 "TE" 시약을 생성한다.
소스 유체는 마이크로채널을 통해 임의의 원하는 유속으로 유동할 수 있다. 예를 들어, 소스 유체는 소스 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "수집 유체"는 표적 성분 자성 입자 복합체를 수집하는 데 사용될 수 있는 임의의 유동성 물질을 말한다. 소스 유체와 마찬가지로, 수집 유체 또한 액체(예: 수성 또는 비수성), 초임계 유체, 기체, 용액, 현탁액 등일 수 있다.
수집 유체의 선정은 특정 응용 및 소스 유체에 좌우된다. 일반적으로, 수집 유체는 소스 유체 및/또는 표적 성분-자성 입자 복합체에 적합하도록 선정된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 소스 유체와의 적합성은 수집 유체가 유사한 밀도, Cp, 엔탈피, 내부 에너지, 점도, 줄-톰슨 계수(Joule-Thomson coefficient), 비부피(specific volume), Cv, 엔트로피, 열 전도도, 등장성 및/또는 소스 유체에 대한 표면 장력을 갖는다는 것을 의미한다. 일부 실시형태에서, 수집 유체는 소스 유체와 혼화성이다. 일부 다른 실시형태에서, 수집 유체는 소스 유체와 비혼화성이다.
본 발명에 따르면, 수집 유체는 소스 유체 및 정화 공정에 적합한 유체일 수 있다. 따라서, 수집 유체는 소스 유체 중에 혼합될 때 소스 유체를 오염시키지 않을 임의의 유체일 수 있다. 일부 실시형태에서, 수집 유체는 소스 유체와 동일하거나 유사한 조성물일 수 있다. 예를 들어, 소스 유체가 생물유체인 경우, 적합한 수집 유체는 등장성 식염수 용액, 혈청(예컨대, 소태아 혈청)을 함유하는 식염수 용액, 생리학적 염 용액, 완충액, 세포 배양 배지 등과 같은 것이다. 일반적으로, 수집 유체는 세포에 대한 삼투압 손실 및 확산적 물질 전달을 최소화하기 위하여 생물유체와 비교하여 등장성이어야 한다. 수집 유체가 적절한 작동을 위한 소스 유체의 점도와 일치할 필요는 없기는 하지만, 유사한 점도는 전단 혼합을 최소화할 수 있다. 소스 유체가 생물학적 유체일 때, 수집 유체는 일반적으로 비독성 유체이다. 특히 인간 환자에 관련된 치료학적 응용에는 생체적합성 또는 주사가능한 용액이 바람직하다. 일부 실시형태에서, 수집 유체는 생물학적 유체, 생체적합성 유체 또는 생물학적 유체 대체물이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "생체적합성 유체"는 대상체의 체내로 주입하기에 적절한 임의의 유체를 말하며, 이에는 생리 식염수 및 그의 덜 진한 유도체, 링거 락테이트, 및 고장성 정질 용액(hypertonic crystalloid solution); 혈액 및 혈액의 분획(혈장, 혈소판, 알부민 및 한랭침전물(cryoprecipitate) 포함); 혈액 대체물(헤타스타치(hetastarch), 중합 헤모글로빈, 퍼플루오로카본 포함); 리포신(LIPOSYN) (정맥내 공급에 사용되는 지질 에멀젼); 식염수 또는 멸균수로 재구성된 혈액 또는 혈청 성분, 및 이들의 조합이 포함된다.
일부 실시형태에서, 수집 유체에는 생물학적 유체, 생리학적으로 허용되는 유체, 생체적합성 유체, 물, 유기 용매, 예컨대 알코올(예: 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올 등...), 식염수 용액(예: 등장성 식염수 용액), 당용액, 탄화수소(예: 액체 탄화수소), 산, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유체가 포함된다. 일부 실시형태에서, 수집 유체는 표적 성분을 함유하지 않는 소스 유체이다. 일부 실시형태에서, 수집 유체는 기체, 예컨대 산소, CO2, 공기, 질소, 또는 불활성 기체이다.
일부 실시형태에서, 수집 유체는 식염수이거나, 식염수로부터 형성된다.
수집 유체는 소스 유체와 비교하여 동일하거나 상이한 유속으로 유동할 수 있다. 예를 들어, 수집 유체는 수집 채널(150)을 통해 1 ㎖/hr 내지 1000L/hr의 속도로 유동할 수 있다. 게다가, 마이크로유체 장치(100) 내의 수집 유체에 적용되는 압력은 소스 유체의 혼합 또는 손실을 방지하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 수집 유체는, 수집 유체가 전달 채널(160)로 진입하여 소스 유체와 혼합되는 것을 방지하기 위해, 소스 유체보다 더 낮은 압력으로 유지될 수 있다. 대안적으로, 수집 유체(이는 소스 유체에 적합함)는 소스 유체보다 더 높은 압력으로 유지되어, 일부 수집 유체가 전달 유체(160)로 진입하여 수집 채널(150) 내로의 소스 유체의 진입 및 손실을 방지하게 할 수 있다. 일 실시형태에서, 그리고 하기에 추가로 기재된 바와 같이, 수집 유체의 유동은 유동 상태와 정체 상태 또는 거의 정체인 상태 사이에서 순환될 수 있다. 예를 들어, 수집 유체는 정상 또는 정체 상태이고 표적 성분이 수집 채널(150) 및/또는 전달 채널(160) 내에 축적되기에 충분한 기간 동안 상대적으로 높은 압력을 유지할 수 있으며, 정해진 양의 표적 성분이 (예를 들어, 시간 또는 부피의 함수로서) 축적되었을 때, 수집 유체는 동일한 압력에서 유동 상태로 순환되어 표적 성분을 플러싱하고 수집 채널(150)을 더 청정한 수집 유체로 대체할 수 있으며, 이때 이는 남아 있는 소스 유체를 변경시키지 않고서 행해진다. 주기적인 플러싱 작동은 수집 채널(150) 내의 압력을 낮추어서 전달 채널 내의 유체를 수집 채널(150) 내로 끌어들여 표적 성분의 플러싱을 용이하게 할 수 있다. 플러싱 작동 동안, 전달 채널(160) 및/또는 수집 채널(150) 내로의 소스 유체의 손실을 최소화하거나 방지하기 위하여 소스 유체는 중단되거나, 정체 상태이거나, 또는 거의 정체 상태일 수 있다.
자성 입자는 임의의 크기 또는 형상의 것일 수 있다. 예를 들어, 자성 입자는 구형, 막대형, 타원형, 원통형, 원반형 등일 수 있다. 일부 실시형태에서, 실질적으로 구형인 형상을 갖는 자성 입자가 사용될 수 있다. 화학적 응집 및 비특이적 결합을 최소화하기 위해 규정된 표면 화학의 입자가 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "자성 입자"는 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되거나 또는 비제로 자화율을 갖는 나노- 또는 마이크로-규모 입자를 말한다. 용어 "자성 입자"는 또한 친화성 분자와 접합된 자성 입자를 포함한다. 자성 입자는 상자성 또는 초상자성 자성 입자일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자는 초상자성일 수 있다. 자성 입자는 본 명세서에서 비드로도 지칭될 수 있다.
일부 실시형태에서, 철에 대한 노출로부터 표적 성분을 보호하기 위해 중합체 셸을 갖는 자성 입자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 철에 대한 노출로부터 표적 세포를 보호하기 위해 중합체 코팅된 자성 입자가 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자 또는 비드는, 소스 유체에 대해 바람직하지 않은 변화를 일으키지 않도록 하기 위해, 사용되는 유체에 적합하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 생물학적 유체에 대해, 자성 입자는 잘 알려진 생체적합성 재료로 제조될 수 있다.
자성 입자의 크기는 1 nm 내지 1 mm의 범위일 있다. 예를 들어, 자성 입자의 크기는 약 250 nm 내지 약 250 ㎛일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자의 크기는 약 0.1 ㎛ 내지 약 50 ㎛일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자의 크기는 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자의 크기는 약 50 nm 내지 약 5 ㎛일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자의 크기는 약 100 nm 내지 약 1 ㎛일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자의 크기는 약 1 ㎛일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 입자의 크기는 약 114 nm일 수 있다. 일부 실시형태에서, 자성 비드의 크기는 약 50 nm, 2.8 ㎛ 또는 약 4.5 μ일 수 있다.
본 발명자들은 또한 상이한 표적 성분(예: 병원체)이 상이한 크기의 자성 입자에 상이한 효율로 결합된다는 것을 알아내었다. 따라서, 상이한 크기의 자성 입자가 함께 사용될 수 있다. 이는 표적 성분을 자성 입자에 대한 표적 성분의 결합을 향상시키거나 소스 유체로부터의 상이한 표적 성분의 분리를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시형태에서, 자성 입자는 자성 나노-입자 또는 자성 마이크로입자일 수 있다. 자성 나노입자는 자기장을 사용하여 조작될 수 있는 한 부류의 나노입자이다. 그러한 입자는 일반적으로 자성 원소, 예컨대 철, 니켈 및 코발트 및 이들의 화학적 화합물로 이루어진다. 자성 나노-입자는 잘 알려져 있으며, 이들의 제조 방법은 당업계에, 예를 들어 미국 특허 제6,878,445호; 제5,543,158호; 제5,578,325호; 제6,676,729호; 제6,045,925호 및 제7,462,446호, 및 미국 특허 공개 제2005/0025971호; 제2005/0200438호; 제2005/0201941호; 제2005/0271745호; 제2006/0228551호; 제2006/0233712호; 제2007/01666232호 및 제2007/0264199호에 기술되어 있으며, 이들 모두의 내용은 그 전문이 본 명세서에 참고로 포함된다.
자성 입자는 친화성 분자에 결합될 수 있는 작용기를 갖거나 갖지 않은 상태로 용이하게 그리고 널리 구매가능하다. 적합한 초상자성 입자가, 예컨대 미국 뉴욕주 레이크 석세스 소재의 다이날 인크.(Dynal Inc.); 미국 매사추세츠주 케임브리지 소재의 퍼셉티브 다이아그노스틱스, 인크.(PerSeptive Diagnostics, Inc.); 미국 캘리포니아주 칼스배드 소재의 인비트로겐 코포레이션(Invitrogen Corp.); 미국 캘리포니아주 산 리앤드로 소재의 코텍스 바이오켐 인크.(Cortex Biochem Inc.); 및 미국 인디애나주 피셔스 소재의 뱅스 래버러토리즈(Bangs Laboratories)로부터 구매가능하다. 자성 비드 또는 입자는 또한 밀테니 바이오텍(Miltenyi Biotech) (50 nm 자성 나노입자), 및 인비트로겐(2.8 ㎛ 또는 4.5 ㎛ 자성 마이크로비드)로부터 입수가능하다. 일부 실시형태에서, 자성 입자는 다이날 자성 비드, 예컨대 마이온 다이나비즈(MyOne Dynabeads)이다.
자성 입자의 표면은 표적 성분과 선택적으로 결합되는 결합성 분자를 포함하도록 작용화될 수 있다. 이들 결합성 분자는 본 명세서에서 친화성 분자로도 지칭된다. 결합성 분자는 각각의 자성 입자에 공유 결합 또는 비공유 결합(예: 입자의 표면 상에의 분자의 흡착)될 수 있다. 결합성 분자는 접근가능한 표적 성분의 임의의 부분에 결합될 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 결합성 분자는 표면 상의 접근가능한 병원체의 임의의 항원, 예를 들어 표면 항원에 결합되도록 선택될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "결합성 분자" 또는 "친화성 분자"는 표적 성분에 결합될 수 있는 임의의 분자를 말한다. 친화성 분자의 대표적인 예에는 항체, 항체의 일부, 항체의 항원 결합성 단편, 항원, 옵소닌, 렉틴, 단백질, 펩티드, 핵산(DNA, RNA, PNA, 및 이들의 혼합물인 핵산이거나 뉴클레오티드 유도체 또는 유사체를 포함하는 핵산); 수용체 분자, 예컨대 인슐린 수용체; 수용체에 대한 리간드(예: 인슐린 수용체에 대해 인슐린); 및 또 다른 분자에 대해 친화성을 갖는 생물학적 분자, 화학적 분자 또는 다른 분자, 예컨대 비오틴 및 아비딘이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 결합성 분자는 전체의 천연 발생 분자를 포함할 필요는 없으며, 예를 들어 항체의 Fab 단편과 같이 천연 또는 비천연 발생 분자의 일부, 단편 또는 소단위(subunit)만으로 이루어질 수 있다. 결합성 분자는 검출될 수 있는 마커를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 친화성 분자는 옵소닌 또는 그의 단편을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "옵소닌"은 식세포작용 과정을 위한 결합 인핸서로서 작용하는, 미생물 또는 병원체의 표면에 결합되거나 부착될 수 있는 천연 발생 및 합성 분자를 말한다. 본 명세서에 기재된 가공된 분자에 사용될 수 있는 옵소닌의 예에는 비트로넥틴, 피브로넥틴, 보체 성분, 예컨대 Clq(그의 성분 폴리펩티드 사슬 A, B 및 C 중 임의의 것 포함), 보체 단편, 예컨대 C3d, C3b 및 C4b, 만노스 결합성 단백질, 교착소(conglutinin), 계면활성 단백질 A 및 D, C-반응성 단백질(C-reactive protein, CRP), 알파2-마크로글로불린, 및 면역글로불린, 예를 들어 면역글로불린의 Fc 부분이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
일부 실시형태에서, 친화성 분자는 탄수화물 인식 도메인 또는 그의 탄수화물 인식 부분을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "탄수화물 인식 도메인"은 병원체의 표면 상의 탄수화물에 적어도 일부가 결합될 수 있는 영역을 말한다.
일부 실시형태에서, 친화성 분자는 렉틴 또는 그의 탄수화물 인식 또는 결합성 단편 또는 부분을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "렉틴"은 사카라이드(즉, 탄수화물)와 특이적으로 상호작용하는 임의의 분자(천연 단백질 또는 유전자적으로 변형된 단백질 포함)를 말한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "렉틴"은 또한 원하는 탄수화물 결합 특이성을 갖는 임의의 종(식물, 동물, 곤충 및 미생물을 포함하지만 이로 한정되지는 않음)으로부터 유도된 렉틴을 말할 수 있다. 식물 렉틴의 예에는 콩과(Leguminosae) 렉틴 패밀리, 예컨대 ConA, 대두 응집소, 및 렌틸 렉틴이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 식물 렉틴의 다른 예는 렉틴의 벼과(Gramineae) 및 가지과(Solanaceae)이다. 동물 렉틴의 예에는 S형 렉틴, C형 렉틴, P형 렉틴, 및 I형 렉틴, 및 갈렉틴의 주요 군의 임의의 공지된 렉틴이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 일부 실시형태에서, 탄수화물 인식 도메인은 C형 렉틴, 또는 그의 단편으로부터 유도될 수 있다.
콜렉틴은 콜라겐 함유 C형 렉틴의 수퍼패밀리에 속하는 가용성 패턴 인식 수용체(pattern recognition receptor, PRR)이다. 예시적인 콜렉틴에는 제한 없이, 만난 결합성 렉틴(MBL) 또는 만노스 결합성 단백질, 계면활성 단백질 A (SP-A), 계면활성 단백질 D (SP-D), 콜렉틴 리버 1 (CL-L1), 콜렉틴 플라센타 1 (CL-P1), 교착소, 43 kDa의 콜렉틴(CL-43), 46 kDa의 콜렉틴(CL-46), 및 이들의 단편이 포함된다.
일부 실시형태에서, 친화성 분자는 탄수화물 결합성 단백질의 완전한 아미노산 서열을 포함한다.
일반적으로, 본 기술분야에서 인식된 임의의 재조합 탄수화물 결합성 단백질 또는 탄수화물 인식 도메인이 친화성 분자에 사용될 수 있다. 예를 들어, 재조합 만노스 결합성 렉틴(미국 특허 제5,270,199호; 제6,846,649호; 및 미국 특허 출원 제2004/0,229,212호에 개시된 것들이 예시될 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니며, 이들 모두의 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨)이 친화성 분자를 작제하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 친화성 분자는 만노스 결합성 렉틴(MBL) 또는 그의 탄수화물 결합성 단편 또는 부분을 포함한다. 만노스 결합성 단백질(MBP)이라고도 불리는 만노스 결합성 렉틴은 광범위한 미생물 또는 병원체(바이러스, 세균, 진균, 원생동물)의 표면 상의 탄수화물에 결합함으로써 선천성 면역 반응에서 역할을 할 수 있는 칼슘-의존성 혈청 단백질이며, 여기서 이는 보체 시스템을 활성화할 수 있다. MBL은 또한 식세포에 의한 인식 및 섭취를 용이하게 하기 위해 병원체의 표면을 태깅함으로써 직접 옵소닌으로서의 역할을 하고 병원체의 결합 및 흡수를 매개할 수 있다.
일부 실시형태에서, 친화성 분자는 2011년 1월 19일에 출원된 PCT 출원 PCT/US2011/021603호 및 2011년 1월 18일에 출원된 미국 가출원 제61/508,957호(이들 둘 모두의 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨)에 기술된 MBL 또는 MBL의 가공된 형태(FcMBL: 만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc, 또는 Akt-FcMBL: 서열 AKT(알라닌, 리신, 트레오닌)의 N-말단 아미노산 트리펩티드와 함께 만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc)를 포함한다. MBL 및 가공된 MBL에 대한 아미노산 서열은 다음과 같다:
(i) MBL 전체 길이(서열번호 1): MSLFPSLPLL LLSMVAASYS ETVTCEDAQK TCPAVIACSS PGINGFPGKD GRDGTKGEKG EPGQGLRGLQ GPPGKLGPPG NPGPSGSPGP KGQKGDPGKS PDGDSSLAAS ERKALQTEMA RIKKWLTFSL GKQVGNKFFL TNGEIMTFEK VKALCVKFQA SVATPRNAAE NGAIQNLIKE EAFLGITDEK TEGQFVDLTG NRLTYTNWNE GEPNNAGSDE DCVLLLKNGQ WNDVPCSTSH LAVCEFPI
(ii) 시그날 서열을 갖지 않는 MBL(서열번호 2): ETVTCEDAQK TCPAVIACSS PGINGFPGKD GRDGTKGEKG EPGQGLRGLQ GPPGKLGPPG NPGPSGSPGP KGQKGDPGKS PDGDSSLAAS ERKALQTEMA RIKKWLTFSL GKQVGNKFFL TNGEIMTFEK VKALCVKFQA SVATPRNAAE NGAIQNLIKE EAFLGITDEK TEGQFVDLTG NRLTYTNWNE GEPNNAGSDE DCVLLLKNGQ WNDVPCSTSH LAVCEFPI
(iii) 절단된(truncated) MBL(서열번호 3): AASERKALQT EMARIKKWLT FSLGKQVGNK FFLTNGEIMT FEKVKALCVK FQASVATPRN AAENGAIQNL IKEEAFLGIT DEKTEGQFVD LTGNRLTYTN WNEGEPNNAG SDEDCVLLLK NGQWNDVPCS TSHLAVCEFP I
(iv) MBL의 탄수화물 인식 도메인(CRD) (서열번호 4): VGNKFFLTNG EIMTFEKVKA LCVKFQASVA TPRNAAENGA IQNLIKEEAF LGITDEKTEG QFVDLTGNRL TYTNWNEGEP NNAGSDEDCV LLLKNGQWND VPCSTSHLAV CEFPI
(v) 넥부(neck) + MBL의 탄수화물 인식 도메인(서열번호 5): PDGDSSLAAS ERKALQTEMA RIKKWLTFSL GKQVGNKFFL TNGEIMTFEK VKALCVKFQA SVATPRNAAE NGAIQNLIKE EAFLGITDEK TEGQFVDLTG NRLTYTNWNE GEPNNAGSDE DCVLLLKNGQ WNDVPCSTSH LAVCEFPI
(vi) FcMBL.81(서열번호 6): EPKSSDKTHT CPPCPAPELL GGPSVFLFPP KPKDTLMISR TPEVTCVVVD VSHEDPEVKFNWYVDGVEVH NAKTKPREEQ YNSTYRVVSV LTVLHQDWLN GKEYKCKVSN KALPAPIEKT ISKAKGQPRE PQVYTLPPSR DELTKNQVSL TCLVKGFYPS DIAVEWESNG QPENNYKTTPPVLDSDGSFF LYSKLTVDKS RWQQGNVFSC SVMHEALHNH YTQKSLSLSP GAPDGDSSLAASERKALQTE MARIKKWLTF SLGKQVGNKF FLTNGEIMTF EKVKALCVKF QASVATPRNA AENGAIQNLI KEEAFLGITD EKTEGQFVDL TGNRLTYTNW NEGEPNNAGS DEDCVLLLKN GQWNDVPCST SHLAVCEFPI
(vii) Akt-FcMBL(서열번호 7): AKTEPKSSDKTHT CPPCPAPELL GGPSVFLFPP KPKDTLMISR TPEVTCVVVD VSHEDPEVKF NWYVDGVEVH NAKTKPREEQ YNSTYRVVSV LTVLHQDWLN GKEYKCKVSN KALPAPIEKT ISKAKGQPRE PQVYTLPPSR DELTKNQVSL TCLVKGFYPS DIAVEWESNG QPENNYKTTP PVLDSDGSFF LYSKLTVDKS RWQQGNVFSC SVMHEALHNH YTQKSLSLSP GAPDGDSSLA ASERKALQTE MARIKKWLTF SLGKQVGNKF FLTNGEIMTF EKVKALCVKF QASVATPRNA AENGAIQNLI KEEAFLGITD EKTEGQFVDL TGNRLTYTNW NEGEPNNAGS DEDCVLLLKN GQWNDVPCST SHLAVCEFPI
(viii) FcMBL.111(서열번호 8): EPKSSDKTHT CPPCPAPELL GGPSVFLFPP KPKDTLMISR TPEVTCVVVD VSHEDPEVKF NWYVDGVEVH NAKTKPREEQ YNSTYRVVSV LTVLHQDWLN GKEYKCKVSN KALPAPIEKT ISKAKGQPRE PQVYTLPPSR DELTKNQVSL TCLVKGFYPS DIAVEWESNG QPENNYKTTP PVLDSDGSFF LYSKLTVDKS RWQQGNVFSC SVMHEALHNH YTQKSLSLSP GATSKQVGNKF FLTNGEIMTF EKVKALCVKF QASVATPRNA AENGAIQNLI KEEAFLGITD EKTEGQFVDL TGNRLTYTNW NEGEPNNAGS DEDCVLLLKN GQWNDVPCST SHLAVCEFPI
일부 실시형태에서, 미생물-표적화 분자는 서열번호 1 내지 서열번호 8로부터 선택된 아미노산 서열을 포함한다.
렉틴 또는 그의 변형된 버전을 포함하는 친화성 분자는 광역 스펙트럼 병원체 결합성 분자로서 작용할 수 있다. 따라서, 병원체를 포획 또는 분리하기 위해, 광역 스펙트럼 병원체 결합성 분자로서 렉틴(예: MBL 및 MBL의 유전공학적으로 가공된 변형체(FcMBL 및 Akt-FcMBL))을 이용하는 장치 및 방법은 병원체를 확인하지 않고도 수행될 수 있다.
MBL의 자연 다중결합가(natural multivalency)를 회복시킨 옵소닌 코팅된 자성 비드(직경 1 ㎛)를 사용하여 시험관내에서(in vitro) 수행된 병원체 결합 연구에서, MBL의 천연 형태 및 가공된 형태 둘 모두는, 식염수 용액, 혈청 대체물(혈청 알부민을 함유하는 식염수) 또는 전혈로부터 자기적으로 단리될 때 C. 알비칸스, P. 아에루기노사, B. 수브틸리스(B. subtilis), E. 콜리, B. 세노세파시아(B. cenocepacia), 클레브시엘라(Klebsiella), S. 에피데르미디스(S. epidermidis)를 포함한 유사한 광범위의 살아있는 병원체에 결합되는 것으로 확인되었다. 진균성 병원체(C. 알비칸스)를 사용하여, 본 발명자들은 혈청 대체물에서 단지 10분의 결합 후에 97.5 ± 3.2%의 단리 효율을 달성할 수 있었다.
가공된 MBL (FcMBL 또는 AKT-FcMBL)은 일시적 트랜스펙션에 의해 293F 세포에서 생성될 수 있다. CHO-K1 세포에서의 안정한 발현 시스템을 개발하여 대량의 시약(>10 pg/세포/일: ~1 gm/L)을 제공할 수 있다. 클론을 선택한 후에, 생산성에 대한 항-Fc ELISA, 효력에 대한 만난 결합, 및 순도 및 조립(assembly)에 대한 HPLC-SEC 및 SDS-PAGE를 포함한 다수의 검정에서 벤치마크 가공된 MBL(일시적 발현에 의해 생성됨)에 대하여 단백질 생성물이 시험될 수 있다. 일단 약 1 gm의 가공된 MBL이 생성되면, 가공된 MBL을 생성하는 안정한 클론이 이 옵소닌을 제조하는 데 사용될 수 있다.
MBL이 광역 스펙트럼 결합을 갖기는 하지만, 현재 MBL에 의한 인식을 피하는 다수의 병원성 미생물(예: 캡슐화된 그람 양성 세균, 예컨대 S. 아우레우스(S. aureus) 및 S. 뉴모니아(S. pneumonia), 뿐만 아니라 E. 페칼리스(E. faecalis ) 및 H1N 바이러스)이 있다. 포괄적인 병원체 단리 마이크로유체 장치 능력을 달성하기 위하여, MBL의 만노스 결합 부위의 지식(문헌[Chang et al., J. Mol. Biol., 1994, 5: 241(1): 125-127])이 활용될 수 있으며, 병원체 결합의 MBL의 스펙트럼을 증가시키기 위해 지향 진화 기술(directed evolution technologies)과 함께 돌연변이가 사용될 수 있다. 파지 상에 디스플레이된 MBL의 탄수화물 결합 구역을 갖는 옵소닌 디스플레이 라이브러리가 형성되고, 천연 MBL에 의해 인식되지 않는 다양한 병원체로부터의 상이한 표면 표적을 사용하여 단기간에 많은 라운드의 양성 및 음성 스크리닝과 조합될 수 있다. 파지는 세균에서 발현되기 때문에, 위스 연구소(Wyss Institute)의 조지 처치(George Church)에 의해 최근에 개발된 다중화된 자동화 게놈 가공(Multiplexed Automated Genome Engineerig, MAGE) 기술이 MBL을 암호화하는 파지 DNA의 서열을 신속하게 변형시키는 데 사용될 수 있다. MAGE는 자동화 재조합-기반 유전자 가공 접근법을 이용하여, 살아있는 세포에서의 수천개의 특이적 염색체상의 위치를 고효율로 신속하게 변경시켜, 하루에 최대 43억의 상이한 게놈 변이체를 발생시키는 능력을 제공한다. 이는 결합된 병원체를 방출하도록 선택적으로 유도될 수 있는 MBL 옵소닌의 생성을 가능하게 하여, 옵소닌-코팅된 비드가 병원체 단리의 반복된 라운드를 위해 마이크로유체 장치로 다시 재순환될 수 있도록 할 수 있다. 천연 MBL에 의해 인식되지 않는 병원성 미생물(또는 Fc 융합 단백질로서 발현되는 이들 병원체로부터의 항원)의 패널을 사용하는 선택 기술이 병원체의 더 광역의 스펙트럼에 결합되는 가공된 MBL의 변형된 버전을 확인하는 데 사용될 수 있다. 자기적으로-태그된 병원체 또는 독소와 함께 풀 다운 검정(pull down assay)을 사용하여, 결합된 단백질에 대해 스크리닝할 수 있다. 게다가, MBL을 IgG보다는 IgM에 융합시킴으로써 병원체 결합의 결합활성(avidity)이 증가될 수 있으며, 이들 가공된 리간드는 다중결합가를 최적화하기 위해 상이한 비드 코팅 밀도로 시험될 수 있다.
핵산 기반 결합성 분자에는 압타머(aptamer)가 포함된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "압타머"는 왓슨-크릭 염기쌍 형성(Watson-Crick base pairing) 또는 삼중쇄(triplex) 형성 이외의 기전에 의해, 선택된 비-올리고뉴클레오티드 분자 또는 분자들의 집단을 특이적으로 인식할 수 있는 일본쇄, 부분 일본쇄, 부분 이본쇄 또는 이본쇄 뉴클레오티드 서열을 의미한다. 압타머에는 제한 없이, 뉴클레오티드, 리보뉴클레오티드, 데옥시리보뉴클레오티드, 뉴클레오티드 유사체, 개질된 뉴클레오티드 및 골격 개질을 포함하는 뉴클레오티드, 분기점(branchpoint) 및 비뉴클레오티드 잔기, 그룹 또는 브리지(bridge)를 포함하는 규정된 서열 세그먼트 및 서열이 포함될 수 있다. 분자에 결합되기 위한 압타머의 선택 방법은 당업계에 널리 공지되어 있으며, 통상의 기술자가 용이하게 접근가능하다. 압타머를 포함하는 올리고뉴클레오티드는, 예를 들어 약 1개의 뉴클레오티드 내지 약 100개의 뉴클레오티드, 약 5개의 뉴클레오티드 내지 약 50개의 뉴클레오티드, 또는 약 10개의 뉴클레오티드 내지 약 25개의 뉴클레오티드의 임의의 길이의 것일 수 있다. 일반적으로, 핵산 골격(scaffold)에 대한 하이브리드화에 있어서의 더 긴 올리고뉴클레오티드는 가공된 미생물 표면-결합 도메인과 기질 사이에 더 강한 결합 강도를 발생시킬 수 있다.
본 명세서에 기재된 태양의 일부 실시형태에서, 결합성 분자는 다클론 및/또는 단일클론 항체 및 이들의 항원-결합성 유도체 또는 단편일 수 있다. 잘 알려진 항원 결합성 단편에는, 예를 들어 단일 도메인 항체(dAbs; 이는 단일 VL 또는 VH 항체 도메인으로 본질적으로 이루어짐), Fv 단편(일본쇄 Fv 단편(scFv) 포함), Fab 단편, 및 F(ab')2 단편이 포함된다. 그러한 항체 분자의 작제 방법은 당업계에 익히 공지되어 있다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "항체"는 온전한 면역글로불린을 말하거나 또는 Fc(결정화가능 단편) 영역 또는 Fc 영역의 FcRn 결합성 단편을 갖는 단일클론 또는 다클론 항원-결합성 단편을 말한다. 항원-결합성 단편은 재조합 DNA 기술에 의해 또는 온전한 항체의 효소적 또는 화학적 절단에 의해 생성될 수 있다. "항원-결합성 단편"에는, 특히 Fab, Fab', F(ab')2, Fv, dAb, 및 상보성 결정 영역(complementarity determining region, CDR) 단편, 일본쇄 항체(scFv), 단일 도메인 항체, 키메라 항체, 디아바디(diabody) 및 폴리펩티드에 대해 특이적 항원 결합을 부여하기에 충분한 면역글로불린의 적어도 일부를 함유하는 폴리펩티드가 포함된다. 용어 Fab, Fc, pFc', F(ab') 2 및 Fv는 표준 면역학적 의미로 사용된다(문헌[Klein, Immunology (John Wiley, New York, N.Y., 1982)]; [Clark, W. R. (1986) The Experimental Foundations of Modern Immunology (Wiley & Sons, Inc., New York)]; [Roitt, I. (1991) Essential Immunology, 7th Ed., (Blackwell Scientific Publications, Oxford)]). 다양한 항원에 대해 특이적인 항체 또는 항원-결합성 단편은 알앤디 시스템즈(R&D Systems), 비디 바이오사이언시즈(BD Biosciences), 이-바이오사이언시즈(e-Biosciences) 및 밀테니와 같은 판매업체로부터 구매가능하거나, 또는 통상의 기술자에게 공지된 방법에 의해 이들 세포-표면 마커에 대해 발생될 수 있다.
일부 실시형태에서, 결합성 분자는 세포-표면 마커 또는 세포-표면 분자와 결합될 수 있다. 일부 추가의 실시형태에서, 결합성 분자는 세포-표면 마커와 결합되지만, 그러한 세포-표면 마커에 의해 매개된 하류측 시그날 전달 사건의 개시를 일으키지는 않는다. 세포-표면 분자에 특이적인 결합성 분자에는 항체 또는 그의 단편, 천연 또는 재조합 리간드, 소분자, 핵산 및 그의 유사체, 세포내 항체(intrabody), 압타머, 렉틴, 및 다른 단백질 또는 펩티드가 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 사용되는 "세포-표면 마커"는 세포의 외부 표면 상의 임의의 분자를 말한다. 통상적으로 세포-표면 상에서 발견되지 않는 몇몇 분자는 재조합 기술에 의해 가공되어 세포의 표면 상에 발현될 수 있다. 포유류 세포 상에 존재하는 많은 천연 발생 세포-표면 마커는 "CD" 또는 "분화 집단(cluster of differentiation)" 분자라 칭한다. 세포-표면 마커는 흔히 항체가 결합될 수 있는 항원 결정기를 제공한다.
따라서, 본 명세서에 정의된 바와 같이, "세포-표면 마커에 특이적인 결합성 분자"는 선택적으로 그 세포-표면 마커와 반응하거나 그것에 결합될 수 있지만, 또 다른 세포-표면 마커 또는 항원에 대해서는 거의 또는 전혀 검출불가능한 반응성을 갖는 임의의 분자를 말한다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 세포-표면 마커에 특이적인 친화성 분자는 일반적으로 마커의 독특한 구조적 특징을 인식한다. 본 명세서에 기재된 태양의 일부 실시형태에서, 세포-표면 마커에 특이적인 바람직한 친화성 분자는 다클론 및/또는 단일클론 항체 및 이들의 항원-결합성 유도체 또는 단편이다.
결합성 분자는 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법 중 임의의 것을 사용하여 자성 입자에 접합될(conjugated) 수 있다. 친화성 분자는 자성 입자에 공유적 또는 비공유적으로 결합(coupled) 또는 접합될(conjugated) 수 있다. 친화성 분자와 자성 입자 사이의 공유 결합은 링커(linker)에 의해 매개될 수 있다. 친화성 분자와 자성 입자 사이의 비공유 결합은 이온 상호작용, 반데르 발스 상호작용, 쌍극자-쌍극자 상호작용, 수소 결합, 정전기 상호작용, 및/또는 형상 인식 상호작용에 기반할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "링커"는 화합물의 두 부분을 연결하는 유기 부분(organic moiety)을 의미한다. 링커는 통상적으로 직접 결합 또는 원자(예컨대, 산소 또는 황), 단위(예컨대, NH, C(O), C(O)NH, SO, SO2, SO2NH) 또는 원자들의 사슬(예컨대, 치환 또는 비치환된 C1-C6 알킬, 치환 또는 비치환된 C2-C6 알케닐, 치환 또는 비치환된 C2-C6 알키닐, 치환 또는 비치환된 C6-C12 아릴, 치환 또는 비치환된 C5-C12 헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 C5-C12 헤테로사이클릴, 치환 또는 비치환된 C3-C12 사이클로알킬)이 포함되며, 여기서 하나 이상의 메틸렌에는 O, S, S(O), SO2, NH, C(O)가 개재되거나 하나 이상의 메틸렌은 이로써 종료될 수 있다.
일부 실시형태에서, 결합성 분자는 결합 분자 쌍(coupling molecule pair)의 사용에 의해 자성 입자에 결합된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "결합 분자 쌍"은 서로에 대해 특이적으로 결합하는 제1 분자와 제2 분자의 쌍을 말한다. 결합 쌍의 한 구성원은 친화성 분자와 접합되며, 제2 구성원은 자성 입자와 접합된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "특이적 결합"은 결합 쌍의 제1 구성원이 다른 분자보다 결합 쌍의 제2 구성원에 대해 더 큰 친화성 및 특이성으로 결합하는 것을 말한다.
예시적인 결합 쌍에는 상응하는 항체 또는 그의 결합 부분 또는 단편과 조합된 임의의 합텐성 또는 항원성 화합물(예: 디곡시제닌 및 항-디곡시제닌; 마우스 면역글로불린 및 염소 항-마우스 면역글로불린), 및 비면역학적 결합 쌍(예: 비오틴-아비딘, 비오틴-스트렙트아비딘, 호르몬(예: 티록신 및 코르티솔-호르몬 결합성 단백질), 수용체-수용체 작용제, 수용체-수용체 길항제(예: 아세틸콜린 수용체-아세틸콜린 또는 그의 유사체), IgG-단백질 A, 렉틴-탄수화물, 효소-효소 보조인자, 효소-효소 억제제, 및 핵산 이중쇄를 형성할 수 있는 상보적 올리고뉴클레오티드 쌍) 등이 포함된다. 결합 쌍은 또한 음으로 하전된 제1 분자 및 양으로 하전된 제2 분자를 포함할 수 있다.
결합 분자 쌍과의 접합을 사용하는 하나의 비제한적인 예는 비오틴-샌드위치 방법(biotin-sandwich method)이다. 예를 들어, 문헌[Davis et al., 103 PNAS 8155 (2006)]을 참조한다. 함께 접합하고자 하는 2개의 분자를 비오티닐화하고, 이어서 4가 스트렙트아비딘을 사용하여 함께 접합한다. 게다가, 비오티닐화를 위한 수용체 펩티드(acceptor peptide; AP로 지칭됨)의 15-아미노산 서열에 펩티드가 결합될 수 있다[문헌(Chen et al., 2 Nat. Methods 99 (2005))]. 이 수용체 펩티드 서열은 E. 콜리 효소 비오틴 리가제(BirA; Id.)에 의한 부위-특이적 비오티닐화를 가능하게 한다. 가공된 미생물 표면-결합 도메인이 고체 기질과의 접합을 위해 유사하게 비오티닐화될 수 있다. 많은 시판용 키트가 또한 단백질의 비오티닐화를 위해 이용가능하다. 고체 표면에 대한 접합을 위한 또 다른 예는 PLP-매개된 생물접합을 사용하는 것일 것이다. 예를 들어, 문헌[Witus et al., 132 JACS 16812 (2010)]을 참조한다.
일부 경우에, 표적 성분은 친화성 결합 쌍의 한 구성원을 포함한다. 그러한 경우에, 결합 쌍의 제2 구성원이 친화성 분자로서 자성 입자에 접합될 수 있다.
일부 실시형태에서, 자성 입자는 둘 이상의 상이한 친화성 분자로 작용화된다. 둘 이상의 상이한 친화성 분자는 동일한 표적 성분 또는 상이한 표적 성분을 표적으로 할 수 있다. 예를 들어, 자성 입자는 항체 및 렉틴으로 작용화되어 다수의 표면 항원 또는 세포-표면 마커를 동시에 표적으로 할 수 있다. 또 다른 예에서, 자성 입자는 상이한 세포 상의 표면 항원 또는 세포-표면 마커를 표적으로 하는 항체로, 또는 폭넓은 다양한 병원체 상의 표면 마커를 인식하는 만노스 결합성 렉틴과 같은 렉틴으로 작용화될 수 있다.
일부 실시형태에서, 결합성/친화성 분자는 표적 세포의 표면 상의 수용체에 결합되는 리간드이다. 그러한 리간드는 천연 발생 분자, 그의 단편 또는 합성 분자 또는 그의 단편일 수 있다. 일부 실시형태에서, 리간드는 표적 세포와의 결합을 위해 선택된 비천연 분자이다. 세포 결합성 비천연 리간드를 선택하기 위한 고처리량 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 통상의 기술자가 용이하게 이용가능하다. 예를 들어, 문헌[Anderson, et al., Biomaterial microarrays: rapid, microscale screening of polymer-cell interaction. Biomaterials (2005) 26:4892-4897]; [Anderson, et al., Nanoliter-scale synthesis of arrayed biomaterials and application to human embryonic stem cells. Nature Biotechnology (2004) 22:863-866]; [Orner, et al., Arrays for the combinatorial exploration of cell adhesion. Journal of the American Chemical Society (2004) 126:10808-10809]; [Falsey, et al., Peptide and small molecule microarray for high throughput cell adhesion and functional assays. Bioconjugate Chemistry (2001) 12:346-353]; [Liu, et al., Biomacromolecules (2001) 2(2): 362-368]; 및 [Taurniare, et al., Chem . Comm . (2006): 2118-2120]을 참조한다.
일부 실시형태에서, 결합성 분자 및/또는 자성 입자는 표지(label), 예컨대 형광 표지 또는 비오틴 표지를 사용하여 접합될 수 있다. 표지를 사용하여 접합될 경우, 결합성 분자 및 자성 입자는 각각 "표지된 결합성 분자" 및 "표지된 자성 입자"로 지칭된다. 일부 실시형태에서, 결합성 분자 및 자성 입자는 둘 모두 독립적으로 표지, 예컨대 형광 표지 또는 비오틴 표지를 사용하여 접합된다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 그러한 표지화는 소스 유체 내의 표적 성분에 선택적으로 결합되는 방법의 효율 및/또는 유효성을 용이하게 트래킹할 수 있게 한다. 예를 들어, 다중-형광 표지화는 자유 자성 입자, 자유 표적 성분 및 자성 입자-표적 성분 복합체를 구별하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "표지"는 표적의 존재를 나타내는 검출가능한 시그날을 생성할 수 있는 조성물을 말한다. 적합한 표지에는 형광 분자, 방사성 동위원소, 뉴클레오티드 발색단, 효소, 기질, 화학발광 부분, 자성 입자, 생물발광 부분 등이 포함된다. 그렇기 때문에, 표지는 본 명세서에 기재된 방법 및 장치에서 사용될 수 있는 분광학적, 광화학적, 생화학적, 면역화학적, 전기적, 광학적 또는 화학적 수단에 의해 검출가능한 임의의 조성물이다. 예를 들어, 결합성 분자 및/또는 자성 입자는 또한 c-Myc, HA, VSV-G, HSV, FLAG, V5, 또는 HIS와 같은 검출가능한 태그로 표지화될 수 있는데, 이는 그 표지에 특이적인 항체, 예를 들어 항-c-Myc 항체를 사용하여 검출될 수 있다.
예시적인 형광 표지에는 하이드록시쿠마린, 석신이미딜 에스테르, 아미노쿠마린, 석신이미딜 에스테르, 메톡시쿠마린, 석신이미딜 에스테르, 캐스케이드 블루, 하이드라지드, 퍼시픽 블루, 말레이미드, 퍼시픽 오렌지, 루시퍼 옐로, NBD, NBD-X, R-피코에리트린(PE), PE-Cy5 접합체(사이크롬(Cychrome), R670, 트리-컬러(Tri-Color), 퀀텀 레드), PE-Cy7 접합체, 레드 613, PE-텍사스 레드, PerCP, 페리디닌 엽록소 단백질, TruRed(PerCP-Cy5.5 접합체), FluorX, 플루오레세인이소티오시아네이트(FITC), BODIPY-FL, TRITC, X-로다민(XRITC), 리사민(Lissamine) 로다민 B, 텍사스 레드, 알로피코시아닌(APC), APC-Cy7 접합체, 알렉사 플루오르(Alexa Fluor) 350, 알렉사 플루오르 405, 알렉사 플루오르 430, 알렉사 플루오르 488, 알렉사 플루오르 500, 알렉사 플루오르 514, 알렉사 플루오르 532, 알렉사 플루오르 546, 알렉사 플루오르 555, 알렉사 플루오르 568, 알렉사 플루오르 594, 알렉사 플루오르 610, 알렉사 플루오르 633, 알렉사 플루오르 647, 알렉사 플루오르 660, 알렉사 플루오르 680, 알렉사 플루오르 700, 알렉사 플루오르 750, 알렉사 플루오르 790, Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5 또는 Cy7이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
자성 입자의 표적 성분에 대한 결합도는, 자기장이 적용될 때, 결합된 표적 성분이 이동될 그러한 결합도이다. 표적 성분과의 자성 입자의 결합은 친화성 분자, 즉 표적 성분에 결합되는 자성 입자의 표면 상의 친화성 분자를 통해 매개된다는 것이 이해되어야 한다. 표적 성분에 대한 자성 입자의 결합은 통상의 기술자에게 공지된 방법 또는 검정, 예컨대 리간드 결합 반응속도론적 검정(ligand binding kinetic assay) 및 포화 검정(saturation assay)을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 표적 성분 및 자성 입자의 결합 반응속도는 결합도를 최적화하기 위하여 배치(batch) 조건 하에서 조사될 수 있다. 또 다른 예에서, 표적 성분에 결합되는 데 필요한 자성 입자의 양은 배치 조건 하에서 자성 입자 대 표적 성분의 비를 변동시킴으로써 확인될 수 있다. 결합 효율은 임의의 반응속도 관계, 예컨대 1차 관계를 따를 수 있다. 일부 실시형태에서, 결합 효율은 랭뮤어 흡착 모델(Langmuir adsorption model)을 따른다.
본 명세서에 기재된 마이크로유체 장치의 분리 효율은, 마이크로유체 장치에 대해 용이하게 적응가능하고 당업계에 공지된 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 소스 유체 중에 재현탁하기 전에, 친화성 분자 및 표적 성분과 접합된 자성 입자를 적절한 배지 내에서 사전-인큐베이션하여 최대 결합을 가능하게 한다. 전자석 전류의 변동이 분리 효율에 미치는 영향은, 예를 들어 PBS 중에 현탁된 표적 성분-자성 입자 복합체를 사용하여 분석될 수 있다. 수집 유체의 점도가 혈액과 같은 생물학적 유체와의 그의 유체역학적 상호작용에 어떻게 영향을 주는지를 시험하기 위하여, 점도를 변동시키는 데 의료 등급의 덱스트란(40 kDa, 시그마(Sigma))이 사용될 수 있다. 예를 들어, 덱스트란을 5, 10 및 20%로 PBS 중에 용해시켜 실온에서의 점도가 2, 3, 11 센티푸아즈인 용액을 생성할 수 있다. 소스 입구, 소스 출구, 및 소스 채널로부터 샘플이 수집되고, 유세포 측정(flow cytometry)에 의해 분석되어 자성 입자 및 입자 결합된 표적 성분의 분리 효율을 평가할 수 있다. 효율은 다음과 같이 계산될 수 있다: 효율 = 1 - X소스 출구/X소스 입구. 소스 유체에 적절한 마커를 사용하여 소스 유체 손실을 정량화할 수 있다. 예를 들어, 적혈구의 OD600을 측정함으로써 혈액 손실을 정량화할 수 있다(손실 = OD수집 출구/OD소스 출구).
자성 입자를 표적 성분에 결합시키기 위한 최적 시간은 사용되는 장치 또는 방법의 세부사항에 따라 변동될 수 있다. 자성 입자를 표적 성분에 결합시키기 위한 최적의 혼합 및/또는 인큐베이션 시간은 통상의 기술자에게 잘 알려진 반응속도론적 검정을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 반응속도론적 검정은 사용되는 장치 또는 방법의 세부사항, 예컨대 부피, 농도, 혼합이 수행되는 방법 및 장소 등을 모방하는 조건 하에서 수행될 수 있다. 표적 성분에 대한 자성 입자의 결합 속도는 별개의 마이크로유체 혼합 채널들 내에서 혼합을 수행함으로써 증가될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "표적 성분"은 소스 유체로부터 여과 또는 분리하고자 하는 임의의 분자, 세포 또는 미립자를 말한다. 표적 세포 성분의 대표적인 예에는 포유류 세포, 바이러스, 세균, 진균, 효모, 원생동물, 미생물, 기생충 등이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 표적 분자의 대표적인 예에는 호르몬, 사이토카인, 단백질, 펩티드, 프리온, 렉틴, 올리고뉴클레오티드, 오염성 분자 및 입자, 분자적 및 화학적 독소, 엑소솜 등이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 표적 성분은 또한 비생물학적 유체에서 발견되는 오염물, 예컨대 물 또는 석유 제품 내의 병원체 또는 납을 포함한다. 기생충에는 원생동물문(phylum Protozoa), 편형동물문(phylum Platyhelminthes), 대형동물문(phylum Aschelminthes), 구두동물문(phylum Acanthocephala), 및 절지동물문(phylum Arthropoda)에 속하는 유기체가 포함된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "분자적 독소"는 독소가 제시된 숙주 내에서 유해한, 유독한 또는 해로운 영향의 발생을 일으키거나 개시하는 유기체에 의해 생성되는 화합물을 말한다. 그러한 유해한 조건에는 열, 구역, 설사, 체중 감소, 신경학적 장애, 신장 장애, 출혈 등이 포함될 수 있다. 독소에는 세균성 독소, 예컨대 콜레라 독소 및 E. 콜리의 열에 불안정한 독소 및 열에 안정한 독소, 클로스트리듐 디피실레(Clostridium difficile)의 A 및 B형 독소, 에어로리신(aerolysin), 용혈소 등; 원생동물, 예컨대 지아르디아(Giardia)에 의해 생성되는 독소; 진균에 의해 생성되는 독소 등이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 이 용어에는 외독소, 즉 세포외 생성물로서 유기체에 의해 분비되는 독소, 및 장독소, 즉 유기체의 장 내에 존재하는 독소가 포함된다.
일부 실시형태에서, 표적 성분은 살아있는 세포 또는 죽은 세포(원핵 세포 및 진핵 세포, 이에는 포유류 세포 포함), 바이러스, 세균, 진균, 효모, 원생동물, 미생물, 기생충 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 생체입자/병원체이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 병원체는 질환을 일으키는 임의의 유기체 또는 미생물이다.
예시적인 포유류 세포에는 줄기 세포, 암 세포, 전구 세포, 면역 세포, 혈액 세포, 태아 세포 등이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
예시적인 진균(fungi) 및 효모에는 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 칸디다 트로피칼리스(Candida tropicalis), 칸디다 스텔라토이데아(Candida stellatoidea), 칸디다 글라브라타(Candida glabrata), 칸디다 크루세이(Candida krusei), 칸디다 파라프실로시스(Candida parapsilosis), 칸디다 귈리에르몬디(Candida guilliermondii), 칸디다 비스와나티(Candida viswanathii), 칸디다 루시타니아에(Candida lusitaniae), 로도토룰라 무실라기노사(Rhodotorula mucilaginosa), 아스페르길루스 푸미가투스(Aspergillus fumigatus), 아스페르길루스 플라부스(Aspergillus flavus), 아스페르길루스 클라바투스(Aspergillus clavatus), 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 크립토콕쿠스 라우렌티(Cryptococcus laurentii), 크립토콕쿠스 알비두스(Cryptococcus albidus), 크립토콕쿠스 가티(Cryptococcus gattii), 히스토플라스마 캅술라툼(Histoplasma capsulatum), 뉴모시스티스 지로베시(Pneumocystis jirovecii) (또는 뉴모시스티스 카리니(Pneumocystis carinii)), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 및 이들의 임의의 조합이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
예시적인 세균에는 탄저균, 캄필로박터, 콜레라균, 디프테리아균, 장독소원성 E. 콜리(E. coli), 지아르디아(giardia), 임균, 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori), B형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza B), 비피막형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza non-typable), 수막구균, 백일해균, 폐렴구균, 살모넬라, 이질균, 연쇄구균 B, A군 연쇄구균, 파상풍균, 비브리오 콜레라에(Vibrio cholerae), 예르시니아, 포도상구균, 슈도모나스(Pseudomonas) 종, 클로스트리디아(Clostridia) 종, 미코박테리움 투베르쿨로시스(Mycobacterium tuberculosis), 미코박테리움 레프라에(Mycobacterium leprae), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 살모넬라 티피(Salmonella typhi), 시겔라 디센테리아에(Shigella dysenteriae), 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis), 브루셀라(Brucella) 종, 레기오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila), 리케차에(Rickettsiae), 클라미디아(Chlamydia), 클로스트리디움 페르프린겐스(Clostridium perfringens), 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum), 스타필로콕쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 트레포네마 팔리둠(Treponema pallidum), 헤모필루스 인플루엔자에(Haemophilus influenzae), 트렙토네마 팔리둠(Treptonema pallidum), 클레브시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 크립토스포리디움 파르붐(Cryptosporidium parvum), 스트렙토콕쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae), 보르데텔라 페르투시스(Bordetella pertussis), 네이세리아 메닌기티데스(Neisseria meningitides), 및 이들의 임의의 조합이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
예시적인 기생충에는 엔타모에바 히스톨리티카(Entamoeba histolytica); 플라스모디움(Plasmodium) 종, 레이시마니아(Leishmania) 종, 톡소플라스모시스(Toxoplasmosis), 헬민트스(Helminths ), 및 이들의 임의의 조합이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
예시적인 바이러스에는 HIV-1, HIV-2, 간염 바이러스(B형 및 C형 간염 포함), 에볼라(Ebola) 바이러스, 웨스트 나일(West Nile) 바이러스, 및 헤르페스 바이러스, 예컨대 HSV-2, 아데노바이러스, 뎅기 혈청형 1 내지 4형, 에볼라, 엔테로바이러스, 1형 또는 2형 단순 헤르페스 바이러스, 인플루엔자, 일본 말뇌염(Japanese equine encephalitis), 노르워크(Norwalk), 파필로마 바이러스, 파르보바이러스 B19, 루벨라, 루베올라, 박시니아, 바리셀라, 사이토메갈로바이러스, 엡스테인-바르(Epstein-Barr) 바이러스, 6형 인간 헤르페스 바이러스, 7형 인간 헤르페스 바이러스, 8형 인간 헤르페스 바이러스, 마마 바이러스, 수포성 구내염(Vesicular stomatitis) 바이러스, A형 간염 바이러스, B형 간염 바이러스, C형 간염 바이러스, D형 간염 바이러스, E형 간염 바이러스, 폴리오바이러스, 리노바이러스, 코로나바이러스, A형 인플루엔자 바이러스, B형 인플루엔자 바이러스, 홍역 바이러스, 폴리오마바이러스, 인간 파필로마 바이러스, 호흡기 세포융합(Respiratory syncytial) 바이러스, 아데노바이러스, 콕삭키 바이러스, 뎅기 바이러스, 멈프스 바이러스, 라비에스 바이러스, 라우스 육종 바이러스, 황열병 바이러스, 에볼라 바이러스, 마르부르크 바이러스, 라사열 바이러스, 동부 말뇌염 바이러스, 일본 뇌염 바이러스, 세인트 루이스 뇌염 바이러스, 머레이 계곡열(Murray Valley fever) 바이러스, 웨스트 나일 바이러스, 리프트 계곡열(Rift Valley fever) 바이러스, A형 로타바이러스, B형 로타바이러스, C형 로타바이러스, 신드비스 바이러스, 1형 인간 T-세포 백혈병 바이러스, 한타바이러스, 루벨라 바이러스, 원숭이 면역결핍 바이러스, 및 이들의 임의의 조합이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
비생물학적 유체에서 발견되는 예시적인 오염물에는 미생물(예: 크립토스포리듐, 지아르디아 람블리아(Giardia lamblia), 세균, 레지오넬라, 대장균군(Coliform), 바이러스, 진균), 브롬산염, 아염소산염, 할로아세트산, 트리할로메탄, 클로라민, 염소, 이산화염소, 안티몬, 비소, 수은(무기), 질산염, 아질산염, 셀렌, 탈륨, 아크릴아미드, 알라클로르, 아트라진, 벤젠, 벤조(a)피렌(PAH), 카르보푸란, 탄소, 에트라클로라이드(etrachloride), 클로르단, 클로로벤젠, 2,4-D, 달라폰, 1,2-디브로모-3-클로로프로판(DBCP), o-디클로로벤젠, p-디클로로벤젠, 1,2-디클로로에탄, 1,1-디클로로에틸렌, 시스-1,2-디클로로에틸렌, 트랜스-1,2-디클로로에틸렌, 디클로로메탄, 1,2-디클로로프로판, 디(2-에틸헥실) 아디페이트, 디(2-에틸헥실) 프탈레이트, 디노세브(Dinoseb), 디옥신(2,3,7,8-TCDD), 디콰트(Diquat), 엔도탈(Endothall), 엔드린(Endrin), 에피클로로히드린, 에틸벤젠, 에틸렌 디브로마이드, 글리포세이트, 헵타클로르, 헵타클로르 에폭사이드, 헥사클로로벤젠, 헥사클로로사이클로펜타디엔, 납, 린단(Lindane), 메톡시클로르, 옥사밀(Oxamyl)(바이데이트(Vydate)), 폴리염화 화합물, 바이페닐(PCB), 펜타클로로페놀, 피클로람(Picloram), 시마진(Simazine), 스티렌, 테트라클로로에틸렌, 톨루엔, 톡사펜(Toxaphene), 2,4,5-TP(실벡스(Silvex)), 1,2,4-트리클로로벤젠, 1,1,1-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 비닐 클로라이드, 및 자일렌이 포함될 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니다.
장치를 위한 예시적인 용도
본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 및 방법은 다양한 응용을 위한 신규한 이점을 제공하는데, 이러한 이점에는 치료학적 응용(예: 생물여과, 독소 청소, 병원체 청소, 사이토킨 또는 면역 조절자의 제거), 여과, 풍부화(enrichment), 정제, 진단 등이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 및 방법은 소스 유체로부터 표적 성분을 선택적으로 분리하는 데 사용된다. 비제한적인 예로, 본 명세서에 제공된 장치, 시스템, 및 방법은 치료를 필요로 하는 대상체를 치료함에 있어서 생물학적 유체로부터 세포, 생체입자, 병원체, 분자 및/또는 독소를 분리하는 데 사용될 수 있다.
분리된 표적 성분은 진단, 배양, 감수성 시험, 약물 내성 시험, 병원체 형 결정(typing) 또는 아형 결정(sub-typing), PCR, NMR, 질량 분석, IR 분광법, 면역염색, 및 면역검정을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 임의의 목적을 위해 이용될 수 있다. 병원체의 확인 및 형 결정은 감염성 질환의 임상 관리에서 중요하다. 미생물의 정확한 정체는 질환 상태를 건강한 상태로부터 구분하는 데 사용될 뿐만 아니라, 어떠한 항생제 또는 다른 항미생물 치료제가 치료에 가장 적합한지를 결정하는 데 기본이 된다. 따라서, 대상체의 혈액으로부터 분리된 병원체는 병원체 형 결정 및 아형 결정에 사용될 수 있다. 병원체 형 결정의 방법은 당업계에 익히 공지되어 있으며, 이에는 다양한 표현형 특징, 예컨대 성장 특성; 색; 세포 또는 콜로니 몰폴로지; 항생제 감수성; 염색; 냄새; 및 특이적 항체와의 반응성, 및 분자법, 예컨대 DNA 또는 RNA에 대한 특이적 핵산 프로브의 하이브리드화에 의한 유전자형 결정(genotyping); 게놈 시퀀싱; RFLP; 및 PCR 지문분석(fingerprinting)을 사용하는 것이 포함된다.
PCR 지문분석에서, PCR에 의해 생성된 단편의 크기가 식별자로서 사용된다. 이러한 유형의 검정에서, 프라이머는 가변 개수의 연쇄 반복 서열(variable numbers of tandem repeated sequence; 진핵생물에서 VNTRs로 지칭됨)를 포함하는 영역을 표적으로 한다. 반복의 개수, 및 이에 따라 PCR 앰플리콘(amplicon)의 길이는 주어진 병원체의 특성일 수 있으며, 단일 반응에서의 이들 좌(locus)의 수 개의 공증폭(co-amplification)은 특이적이고 재현가능한 지문을 생성할 수 있으며, 이는 근연종(closely related species) 사이의 구별을 가능하게 한다. 유기체들이 매우 근연인 경우, 증폭의 표적은 크기 차이를 나타낼 수 없으며, 증폭된 세그먼트는 더 정확한 확인을 달성하기 위하여 추가로 탐침되어야 한다. 이는 서열-특이적 연결 사건을 위한 템플릿으로서 PCR 단편의 내부를 사용함으로써 달성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법, 시스템, 및 장치는 또한 감염된 대상체 내에 존재하는 병원체의 상이한 하위집단 또한 상이한 병원체들의 조합이 있는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 병원체의 아형을 신속하게 결정하는 능력은 단일 개체에서의 다수의 형에 의한 감염으로부터, 그리고 상이한 병원체 아형에 의한 감염으로부터의 임상 결과의 비교를 가능하게 할 수 있다. 많은 경우에, 병원체 아형은 특이적 약물에 의한 치료의 차별적인 효능과 관련되어 왔다. 예를 들어, HCV 형은 인터페론의 치료의 차별적인 효능과 관련되어 왔다. 병원체 아형 형에 대한 감염된 개체의 사전-스크리닝은 임상의가 더 정확한 진단을 하게 하고, 비용이 많이 들지만 성과없는 약물 치료를 피하게 할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 표적 성분의 제거 또는 분리는 표적 성분의 양이 소스 유체에서 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 100% (완전히 감소) 이상 감소된다는 것을 의미한다.
혈액으로부터의 병원체 청소
일부 실시형태에서, 본 명세서에 제공된 장치, 시스템, 및 방법은 패혈증 관련 표적 성분의 제거를 필요로 하는 대상체의 혈액으로부터 패혈증 관련 표적 성분을 제거하는 데 사용된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 패혈증 관련 표적 성분은 대상체에서의 패혈증의 발생에 기여할 수 있는 임의의 분자 또는 생체입자를 말한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "패혈증"은 전신성 미생물 감염에 대한 신체 또는 대상체의 반응을 말한다. 패혈증은 면역손상 환자의 사망의 주요 원인이며, 미국에서 연간 200,000 초과의 사망자수의 원인이 된다. 패혈증의 발병은 급속히 성장하는 감염제가 혈액을 포화시키고 대상체의 면역학적 청소 기전을 압도할 때 일어난다. 대부분의 기존의 치료는 효과적이지 않으며, 대상체는 혈병 형성, 관저하, 쇼크, 및 다기관 부전으로 인해 사망할 수 있다.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 제공된 장치, 시스템, 및 방법은 치료를 필요로 하는 대상체를 치료하는 데 종래의 치료법과 조합하여 사용된다. 예를 들어, 본 명세서에 제공된 장치, 시스템, 및 방법은 패혈증 치료를 위한 종래의 치료법, 예컨대 살진균제와 함께 사용된다. 또 다른 예에서, 본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 및 방법은 암을 갖는 대상체를 치료하는 데 사용된다. 본 방법은 대상체로부터 획득된 생물학적 유체로부터 암 세포를 제거하는 단계, 및 추가의 치료를 제공하는 단계를 포함하는데, 이러한 추가의 치료에는 화학요법, 방사선 요법, 스테로이드, 골수 이식, 줄기 세포 이식, 성장 인자 투여, ATRA(all-trans-retinoic acid, 올-트랜스-레티노산) 투여, 히스타민 이염산염(세플렌(Ceplene)) 투여, 인터루킨-2(프로루킨(Proleukin)) 투여, 젬투주맙 오조가마이신(마일로타그(Mylotarg)) 투여, 클로파라빈 투여, 파르네실 트랜스퍼라제 억제제 투여, 데시타빈 투여, MDR1(다중약물-내성 단백질)의 억제제 투여, 삼산화비소 투여, 리툭시맙 투여, 시타라빈(ara-C) 투여, 안트라사이클린 투여(예컨대, 다우노루비신 또는 이다루비신), 이마티닙 투여, 다사타닙 투여, 닐로티닙 투여, 푸린 유사체(예컨대, 플루다라빈) 투여, 알렘투주맙(항-CD52) 투여, (사이클로포스파미드와 함께 플루다라빈), 플루다라빈 투여, 사이클로포스파미드 투여, 독소루비신 투여, 빈크리스틴 투여, 프레드니솔론 투여, 레날리도미드 투여, 플라보피리돌 투여, 또는 이들의 임의의 조합이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 일부 실시형태에서, 본 명세서에 제공된 장치, 시스템, 및 방법은 대상체에게 임의의 다른 치료법을 제공하지 않고서 치료를 필요로 하는 대상체를 치료하는 데 사용된다. 예를 들어, 본 명세서에 제공된 장치, 시스템, 및 방법은 치료, 병원체 및/또는 독소 청소를 필요로 하는 대상의 패혈증 치료, 생물학적 유체로부터의 병원체 및/또는 독소 청소에 사용된다.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 및 방법은 소스 유체로부터 표적 성분을 정화 또는 풍부화하는 데 사용된다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 장치, 시스템, 및 방법은 화학 반응의 생성물 또는 세포 배양에서 생성된 분자를 정화하는 데 사용될 수 있다.
본 발명자들은 병원체 청소에 대한 마이크로유체 장치의 생체내(in vivo) 시험을 이미 수행한 바 있다. 병원체 청소에 대한 마이크로유체 장치의 생체내 시험을 진균성 병원체로 정맥 주사된 래빗에서 시험하였다. 마이크로유체 시스템을 통한 연속 혈액 관(12 ㎖/hr) 30분 후에도 래빗은 마이크로유체 장치를 잘 견디었다. 건강한 비장이 정맥 주사 수분 후에 대부분의 미생물을 여과하는 것을 감소시키기 위하여, 더 생리학적으로 적절한 패혈증 동물 모델이 사용될 수 있다. 예를 들어, 광역 스펙트럼 옵소닌을 사용하여 마이크로유체 장치의 효능을 결정하거나 입증하기 위하여 래트 복강내 패혈증 모델(문헌[Weinstein et al., Infect. Immun., 1974, 10(6): 1250-1255])이 확립될 수 있다. 이 모델은 앤드류 온더동크 박사(Dr. Andrew Onderdonk)가 개발하였으며(문헌[Onderdonk et al., Infect. Immun., 1974, 10(6): 1255-1259]), 1979년 이래로 모든 주요 항생제의 승인에 사용되어 왔다.
한 마리의 래트로부터의 맹장 내용물의 접종물, 또는 세균성 또는 진균성 미생물의 알려진 배양액을 또 다른 래트의 복강 내로 삽입함으로써 파종성 패혈증을 일으킨다. 이 맹장 접종물은 복잡하며, 조건(facultative) 유기체(예: E. 콜리, 엔테로콕쿠스(Enteroccoccus), 스텝토콕쿠스(Steptococcus), 및 스타필로콕쿠스(Staphyloccocus))뿐만 아니라, 절대 혐기성균(예: 박테로이데스(Bacteroides), 프레보텔라(Prevotella), 클로스트리듐(Clostridium), 및 푸소박테륨(Fusobacterium))의 혼합물을 함유한다. 래트에서 일어나는 감염 과정은 총상, 칼에 의한 상처와 같은 대장에 대한 외상, 외상 후의 장 파열, 및 결장 수술 동안의 사고성 복막 오염 후에 인간에서 일어나게 될 것과 유사하다.
마이크로유체 장치의 시험은 MBL 코팅된 자성 비드를 사용하여 래트 모델에서 수행될 수 있다. 감염성 병원체의 삽입 후 시간 경과에 따라 동물로부터 채취된 혈액 샘플에서 병원체 개수를 정량화할 수 있으며, 이들 샘플에서 미생물 검출이 가능하고나서 24시간 후에 혈액 정화 연구가 개시될 수 있다. 카테터를 래트의 2개의 대퇴 정맥 내로 외과적으로 넣을 수 있고, 헤파린 처리된 혈액을 혈액 주입 펌프를 사용하여 생체모방 비장 장치를 통해 재순환할 수 있으며(유속 < 100 ㎖/hr); 건강한 공여자 래트로부터의 적합성 혈액을 사용하여 회로를 프라이밍할 수 있다. 혈액 정화 효율은 장치를 통해 3시간(이는 래트의 전체 혈액 부피가 시스템을 여러 번 통과하기에 충분한 시간임) 동안 혈액을 통과시킨 후에 결정될 수 있으며, 또한 동물 생존은 뒤이은 5일에 걸쳐 측정될 수 있다.
따라서, 견고하고, 휴대가능하며, 고속으로 연속 유동을 취급할 수 있고, 아픈 대상체, 환자, 또는 군인의 말초 혈관 내에 용이하게 삽입되어, 감염원을 먼저 확인해야 할 필요 없이 혈액 매개 감염성(blood-borne) 병원체를 제거하는 혈액 정화 장치가 본 명세서에 제공된다.
소스 유체로부터 희귀 세포 집단의 단리 및 풍부화
본 발명의 일부 태양에서, 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템은 소스 유체로부터 희귀 세포 집단, 예컨대 줄기 세포, 전구 세포, 암 세포, 또는 태아 세포 집단을 단리 및 풍부화하는 데 사용될 수 있다. 환자의 전체 혈액 부피가 장치를 통해 순환될 수 있기 때문에, 이 방법을 사용하여 저빈도 집단이 확인될 수 있다. 그러한 세포 집단은 소스 유체 내에 존재하는 작은 분율의 세포를 나타낼 수 있으며, 달리 단리하거나 풍부화하는 것이 어려울 수 있다.
희귀 세포 집단이 단리되거나 풍부화될 수 있는 소스 유체는 그러한 세포가 존재할 수 있는 임의의 유체 샘플일 수 있다. 일부 실시형태에서, 소스 유체는 유체 형태로 천연적으로 발견되는 생물학적 샘플, 예컨대 전혈, 혈장, 혈청, 양수, 제대혈, 림프액, 뇌척수액, 소변, 객담, 흉수(pleural fluid), 눈물, 모유, 유두 흡인물, 및 타액이다. 다른 실시형태에서, 생물유체 샘플은 희귀 세포 집단이 단리되거나 풍부화될 수 있는 고체 또는 반고체 조직, 기관, 또는 다른 생물학적 샘플로부터 제조된 유체 샘플이다. 그러한 실시형태에서, 단일-세포 집단이 조직 또는 기관으로부터 제조되고, 본 명세서에 기재된 방법 및 장치에서의 사용을 위해 완충액, 예컨대 혈청을 함유하는 식염수 용액 중에 재현탁될 수 있다. 그러한 단일-세포 현탁액은 슬라이드, 효소 처리, 또는 조직 분해기(tissue dissociator)를 사용하는 수동 방법과 같은 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법 및 장치에서의 사용을 위해 단일-세포 현탁액이 제조될 수 있는 조직 및 기관에는 골수, 흉선, 대변, 피부 절편, 비장 조직, 췌장 조직, 심장 조직, 폐 조직, 지방 조직, 결합 조직, 상피하 조직, 상피 조직, 간 조직, 신장 조직, 자궁 조직, 호흡 조직, 위장 조직, 비뇨생식관 조직 및 암 조직이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다.
본 태양의 하나 이상의 실시형태에서, 희귀 세포 집단에 특이적인 하나 이상의 마커, 예컨대 세포-표면 마커에 의해, 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템을 사용한 단리 및 풍부화를 위해, 희귀 세포 집단, 예컨대 줄기 세포 집단이 확인될 수 있다. 따라서, 그러한 실시형태에서, 희귀 세포 집단 상이나 내에 존재하는 마커 중 하나 이상에 특이적인 결합성 분자에 결합되거나 접합된 자성 입자가 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 친화성 분자는 마커에 특이적인 항체 또는 항원-결합성 단편이다. 일부 실시형태에서, 희귀 세포 집단 상이나 내에서 발견되는 하나 이상의 마커에 특이적인 하나 이상의 친화성 분자가 자성 입자에 접합된다. 예를 들어, 하나의 자성 입자가 다수의 상이한 친화성 분자에 접합될 수 있으며, 여기서 각각의 친화성 분자는 희귀 세포 집단과 관련된 상이한 마커에 특이적이다. 또 다른 예에서는, 자성 입자들의 조합이 사용되는데, 여기서는 각각의 자성 입자가 단일 세포 마커에 특이적인 친화성 분자에 접합되거나 결합되며, 그러한 입자들의 조합이 희귀 세포 집단을 단리하거나 풍부화하는 데 사용된다. 하나 이상의 실시형태에서, 희귀 세포 집단은 줄기 세포 또는 전구 세포 집단이다.
예시적인 세포 마커에는 하기의 마커 중 하나 이상이 포함될 수 있지만 이로 한정되는 것은 아니다: c-Myc, CCR4, CD15 (SSEA-1, 루이스(Lewis) X), CD24, CD29 (인테그린 β1), CD30, CD49f (인테그린 α6), CD9, CDw338 (ABCG2), E-카드헤린(E-Cadherin), 나노그(Nanog), Oct3/4, Smad2/3, So72, SSEA-3, SSEA-4, STAT3 (pS727), STAT3 (pY705), STAT3, TRA-1-60, TRA-1-81, CD117 (SCF R, c-kit), CD15 (SSEA-1, 루이스 X), VASA (DDX4), CD72, 사이토케라틴 7, Trop-2, GFAP, S100B, 네스틴(Nestin), 노치1(Notch1), CD271 (p75, NGFR/NTR), CD49d (인테그린 α4), CD57 (HNK-1), MASH1, 뉴로제닌(Neurogenin) 3, CD146 (MCAM, MUC18), CD15s (시알릴 루이스 x), CD184 (CXCR4), CD54 (ICAM-1), CD81 (TAPA-1), CD95 (Fas/APO-1), CDw338 (ABCG2), Ki-67, 노긴(Noggin), So71, So72, 비멘틴, α-사이누클레인 (pY125), α-사이누클레인, CD112, CD56 (NCAM), CD90 (Thy-1), CD90.1 (Thy-1.1), CD90.2 (Thy-1.2), ChAT, 콘탁틴(Contactin), 더블코르틴, GABA A 수용체, Gad65, GAP-43 (뉴로모둘린), GluR 델타 2, GluR2, GluR5/6/7, 글루타민 합성효소, 재기드1(Jagged1), MAP2 (a+b), MAP2B, mGluR1 알파, mGluR1, N-카드헤린, 뉴로필라멘트 NF-H, 뉴로필라멘트 NF-M, 뉴로필린-2, 니카스트린(Nicastrin), P-당단백질, p150 글루드(Glued), Pax-5, PSD-95, 세로토닌 수용체 5-HT 2AR, 세로토닌 수용체 5-HT 2BR, SMN, 시냅신 I, 시냅토피신, 시냅토태그민, 신택신, Tau, TrkB, 투비(Tubby), 티로신 하이드록실라제, 비멘틴, CD140a (PDGFR α), CD44, CD44H (Pgp-1, H-CAM), CRABP2, 피브로넥틴, Sca-1 (Ly6A/E), β-카테닌, GATA4, HNF-1β (TCF-2), N-카드헤린, HNF-1α, Tat-SF1, CD49f (인테그린 α6), Gad67, 뉴로필린-2, CD72, CD31 (PECAM1), CD325 (M-카드헤린), CD34 (뮤코시알린, gp 105-120), NF-YA, CD102, CD105 (엔도글린), CD106 (VCAM-1), CD109, CD112, CD116 (GM-CSF 수용체), CD117 (SCF R, c-kit), CD120a (TNF 수용체 I형), CD120b (TNF 수용체 II형), CD121a (IL-1 수용체, I형/p80), CD124 (IL-4 수용체 α), CD141 (트롬보모둘린), CD144 (VE-카드헤린), CD146 (MCAM, MUC18), CD147 (뉴로텔린), CD14, CD151, CD152 (CTLA-4), CD157, CD166 (ALCAM), CD18 (인테그린 β2 사슬, CR3/CR4), CD192 (CCR2), CD201 (EPCR), CD202b (TIE2) (pY1102), CD202b (TIE2) (pY992), CD202b (TIE2), CD209, CD209a (CIRE, DC-SIGN), CD252 (OX-40 리간드), CD253 (TRAIL), CD262 (TRAIL-R2, DR5), CD325 (M-카드헤린), CD36, CD45 (백혈구 공통 항원, Ly-5), CD45R (B220), CD49d (인테그린 α4), CD49e (인테그린 α5), CD49f (인테그린 α6), CD54 (ICAM-1), CD56 (NCAM), CD62E (E-셀렉틴), CD62L (L-셀렉틴), CD62P (P-셀렉틴), CDw93 (C1qRp), Flk-1 (KDR, VEGF-R2, Ly-73), HIF-1α, IP-10, α-악티닌, 아넥신 VI, 카베올린-2, 카베올린-3, CD66, CD66c, 코넥신-43, 데스민, 마이오제닌, N-카드헤린, CD325 (E-카드헤린), CD10, CD124 (IL-4 수용체 α), CD127 (IL-7 수용체 α), CD38, HLA-DR, 말단 트랜스퍼라제 (TdT), CD41, CD61 (인테그린 β3), CD11c, CD13, CD114 (G-CSF 수용체), CD71 (트랜스페린 수용체), PU.1, TER-119/적혈구 세포 (Ly-76), CaM 키나제 IV, CD164, CD201 (EPCR), CDw338 (ABCG2), CDw93 (C1qRp), MRP1, Notch1, P-당단백질, WASP (Wiskott-Aldrich Syndrome Protein, 비스코트-알드리히 증후군 단백질), Acrp30 (아디포넥틴), CD151, β-에놀라제 (ENO-3), 액틴, CD146 (MCAM, MUC18), MyoD, IGFBP-3, CD271 (p75, NGFR/NTR), CD73 (엑토-5'-뉴클레오티다제), 및 TAZ.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "단리하다" 및 "단리 방법"은 표적 성분이 소스 유체로부터 제거되는 공정을 말한다. 세포의 단리에 관련하여, 용어 "단리하다" 및 "단리 방법"은 세포 또는 세포 집단이 원래 발견되었던 대상체 또는 유체 샘플로부터, 또는 그러한 세포 또는 세포들의 자손으로부터 제거되는 공정을 말한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단리된 세포 집단에 대하여 용어 "단리된 집단"은 소스 유체로부터 제거 및 분리된 세포 집단, 또는 그러한 샘플에서 발견되는 혼합 또는 불균일 세포 집단을 말한다. 그러한 혼합 집단에는, 예를 들어 단리된 혈액으로부터 획득된 말초 혈액 단핵 세포의 집단, 또는 조직 샘플의 세포 현탁액, 예컨대 비장으로부터 제조된 단일-세포 현탁액이 포함된다. 하나 이상의 실시형태에서, 단리된 집단은 세포가 단리되었거나 풍부화된 불균일 집단과 비교하여 실질적으로 순수한 세포 집단이다. 이 태양 및 본 명세서에 기재된 모든 태양의 하나 이상의 실시형태에서, 단리된 집단은 단리된 전구 세포 집단이다. 하나 이상의 실시형태에서, 단리된 세포 또는 세포 집단, 예컨대 전구 세포 집단은 단리된 세포 집단 또는 실질적으로 순수한 세포 집단 내의 세포의 수를 추가로 확대시키기 위하여, 예를 들어 성장 인자 또는 사이토카인의 존재하에, 시험관내에서 추가로 배양된다. 그러한 배양은 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 본 명세서에 개시된 방법에 의해 획득된 단리되거나 또는 실질적으로 순수한 전구 세포 집단은 나중에 제2 대상체 내로 도입되거나, 또는 세포 집단이 원래 단리되었던 대상체 내로 재도입된다(예: 동종 이식).
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 특정 세포 집단에 관하여 "실질적으로 순수한"이라는 용어는 전체 세포 집단을 구성하는 세포에 대하여 약 75% 이상, 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상, 약 98% 이상, 또는 약 99% 이상이 순수한 세포 집단을 말한다. 다시 말해서, 본 명세서에 개시된 방법을 사용하여 단리된 전구 세포의 집단에 관하여 "실질적으로 순수한" 또는 "본질적으로 정제된"이라는 용어는 본 명세서에서의 용어에 의해 정의된 전구 세포가 아닌 세포를 약 25% 미만, 약 20% 미만, 약 15% 미만, 약 10% 미만, 약 9% 미만, 약 8% 미만, 약 7% 미만, 약 6% 미만, 약 5% 미만, 약 4% 미만, 약 4% 미만, 약 3% 미만, 약 2% 미만, 약 1% 미만, 또는 1% 미만 함유하는 전구 세포의 집단을 말한다.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 방법, 시스템, 및 장치를 사용하여 희귀 세포 집단이 풍부화된다. 용어 "풍부화" 또는 "풍부화된"은 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용되며, 한 유형의 세포, 예컨대 전구 세포의 수율(분율)이 출발 생물유체 샘플, 예컨대 배양액 또는 인간 전혈에서의 그 유형의 세포의 분율에 비하여, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 또는 75% 이상 증가된다는 것을 의미한다.
소스 유체로부터의 암 세포의 제거
본 명세서에 기재된 방법, 시스템, 및 장치는 또한 암 치료를 위한 치료법, 예컨대 암(예컨대, 혈액 악성종양)이 걸릴 위험에 처했거나 암에 걸린 환자 또는 대상체로부터 획득된 소스 유체에 존재하는 암 세포의 제거, 또는 다른 기관 부위로부터의 전이 세포의 제거에 사용하는 데 신규한 이점을 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 암 세포는 ALL, B-CLL, CML, AML 암 세포, 또는 유방, 폐, 신장, 뇌, 척수, 간, 비장, 혈액, 기관지, 중추 신경계, 자궁경부, 결장, 직장 및 충수, 대장, 소장, 방광, 고환, 난소, 골반, 림프절, 식도, 자궁, 담도, 췌장, 담낭, 포도막, 망막, 상부 호흡소화관(예: 입술, 구강(입), 비강, 부비동, 인두, 및 후두), 난소, 부갑상선, 송과선, 뇌하수체, 전립선, 결합 조직, 골격근, 타액선, 갑상선, 흉선, 요도, 또는 외음으로부터의 암 세포이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "혈액 악성종양"은 혈액, 골수, 및 림프절에 영향을 주는 암의 유형을 말한다. 이들 3개는 면역 시스템을 통해 밀접하게 관련되어 있기 때문에, 이들 3개 중 하나에 영향을 주는 질환은 흔히 다른 것에도 역시 영향을 주게 될 것이다: 림프종은 기술적으로 림프절의 질환이기는 하지만, 이는 흔히 골수로 확산되어 혈액에 영향을 주며, 때때로 파라단백질을 생성시킨다.
혈액 악성종양은 골수 세포주 및 림프 세포주의 2개의 주요 혈액 세포 계통 중 어느 하나로부터 유도될 수 있다. 골수 세포주는 통상적으로 과립구, 적혈구, 혈소판, 대식세포 및 비만 세포를 생성하고; 림프 세포주는 B, T, NK 및 혈장 세포를 생성한다. 림프종, 림프성 백혈병, 및 골수종은 림프구계(lymphoid line)로부터 발생되는 이상(condition)인 반면, 급성 및 만성 골수성 백혈병, 골수이형성 증후군 및 골수증식성 질환은 골수 기원의 암 세포를 수반한다.
본 태양의 일부 실시형태에서, ALL, B-CLL, CML 또는 AML과 같은 암에 걸렸거나 그러한 암에 걸릴 위험에 처한 대상체는 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템을 사용하여 치료된다. 그러한 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템은 암에 걸렸거나 암에 걸릴 위험에 처한 대상체로부터 획득된 소스 유체로부터 암 세포를 제거하는 데 사용된다. 일부 실시형태에서, 소스 유체는 대상체로부터 획득된 혈액 또는 골수와 같은 생물학적 유체이다.
일부 실시형태에서, 대상체로부터 획득된 소스 유체로부터 암 세포를 제거하기 위하여, 암 세포 집단에 특이적인, 하나 이상의 마커, 예컨대 세포-표면 마커에 특이적인 결합성 분자가 사용된다. 따라서, 그러한 실시형태에서, 암 세포 집단 상이나 내에 존재하는 마커 중 하나 이상에 특이적인 결합성 분자에 결합되거나 접합된 자성 입자가 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 결합성 분자는 암세포 집단 상이나 내에 존재하는 마커에 특이적인 항체 또는 항원-결합성 단편이다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 단지 CLL 세포 상에만 존재하는 B 세포 경쇄(light chain)에 특이적인 단일클론 항체가 자성 입자에 결합되거나 접합될 수 있으며, 그러한 접합된 자성 입자는 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템을 사용하여 CLL을 갖는 대상체로부터의 유체 샘플과 접촉되어 CLL 세포를 제거할 수 있다.
일부 실시형태에서, 암세포 집단 상이나 내에서 발견되는 하나 이상의 마커에 특이적인 하나 이상의 결합성 분자가 자성 입자에 접합된다. 예를 들어, 하나의 자성 입자가 다수의 상이한 친화성 분자에 접합될 수 있으며, 여기서 각각의 결합성 분자는 암 세포 집단과 관련된 상이한 마커에 특이적이다. 또 다른 예에서는, 자성 입자들의 조합이 사용되는데, 여기서는 각각의 자성 입자가 한 유형의 결합성 분자, 예컨대 암 세포 표면 마커에 특이적인 항체에 접합되거나 결합되며, 그러한 입자들의 조합이 암 세포 집단을 단리하거나 풍부화하는 데 사용된다.
예시적인 암 마커의 예에는 CD19, CD20, CD22, CD33, CD52, 단형(monotypic) 표면 IgM, CD10, Bcl-6, CD79a, CD5, CD23, 및 말단 데옥시트랜스퍼라제(TdT)가 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 암 세포(예컨대, 백혈병)에 대응하여 증가되거나 암 세포에 독특한 것으로 확인되는 임의의 추가의 마커가 또한 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템의 범주 내에 포함된다.
본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템의 범주 내에서 유용한 다른 암 항원에는, 예를 들어 PSA, Her-2, Mic-1, CEA, PSMA, 미니-MUC, MUC-1, HER2 수용체, 면역글로불린, 미로(labyrinthine), SCP-1, NY-ESO-1, SSX-2, N-말단 차단된 가용성 사이토케라틴, 43 kD 인간 암 항원, PRAT, TUAN, Lb 항원, 암태아성 항원, 폴리아데닐레이트 폴리머라제, p53, mdm-2, p21, CA15-3, 종양단백질(oncoprotein) 18/스타스민, 및 인간 과립형 칼리크레인), 흑색종 항원 등이 포함된다.
본 명세서에 기재된 태양의 다른 실시형태에서, 방법 및 시스템은 암에 걸렸거나 암에 걸릴 위험에 처한 대상체로부터 획득된 소스 유체로부터 표적 암 세포를 제거하는 단계를 포함하며, 제거된 암 세포에 유전자 분석을 수행하여 암의 원인 또는 성질을 확인하는 단계를 추가로 포함한다. 그러한 확인은 향상된 치료 방식 및 효능을 가능하게 할 수 있다. 이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 이는 추가로 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템이 개인화된 의학 치료에 사용될 수 있게 한다. 예를 들어, 제거된 세포에 대한 그러한 유전자 분석은 AML 소인(predisposition)에 관여하는 인과적 염색체 전좌 사건 중 어느 것이 대상체의 AML을 일으키고 있는지를 확인하는 데, 예컨대 그 전좌가 염색체 10과 11 사이에서 일어나고 있다는 것을 확인하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "암"은 주위 조직을 침습하고 새로운 신체 부위로 전이하는 경향이 있는 종양 세포의 증식을 특징으로 하는 다양한 악성 종양 중 임의의 것을 말하며, 이는 그러한 악성 종양 성장을 특징으로 하는 병리학적 이상(pathological condition)으로도 지칭된다. 혈관은 신체 내의 어딘가 다른 곳으로 전이 및 확산되도록 도관을 제공한다. 전이 부위에 도달하면, 이어서 암 세포는 새로운 혈액 공급 네트워크를 확립하는 데 착수한다. 본 명세서에 개시된 방법에서는 암 치료를 받는 대상이 포함되는데, 이때 암에는 항문, 방광, 담관, 골, 뇌, 유방, 자궁경부, 결장/직장, 자궁내막, 식도, 눈, 담낭, 두경부, 간, 신장, 후두, 폐, 종격(흉부), 입, 난소, 췌장, 음경, 전립선, 피부, 소장, 위, 척수, 꼬리뼈, 고환, 갑상선 및 자궁에서 발견되는 것들과 같은 모든 유형의 암종 및 육종이 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니다. 암종의 유형에는 유두종/암종, 융모막암종, 내배엽동종양, 기형종, 선종/선암종, 흑색종, 섬유종, 지방종, 평활근종, 횡문근종, 중피종, 혈관종, 골종, 연골종, 신경교종, 림프종/백혈병, 편평상피 암종, 소세포 암종, 대세포 미분화 암종, 기저 세포 암종 및 비부비동 미분화 암종이 포함된다. 육종의 유형에는 연조직 육종, 예컨대 포상 연부 육종, 혈관육종, 피부섬유육종, 데스모이드 종양, 결합조직형성 소원형 세포 종양, 골외성 연골육종, 골외성 골육종, 섬유육종, 혈관주위세포종, 혈관육종, 카포시 육종(Kaposi's sarcoma), 평활근육종, 지방육종, 림프관육종, 림프육종, 악성 섬유 조직구종, 신경섬유육종, 횡문근육종, 활막 육종, 및 아스킨 종양(Askin's tumor), 유잉 육종(Ewing's sarcoma; 원시 신경외배엽성 종양), 악성 혈관내피종, 악성 신경초종, 골육종, 및 연골육종이 포함된다.
본 명세서에 기재된 방법, 장치 및 시스템은 또한 치료법(방사선 요법 또는 화학적 요법)에 대한 암 환자의 환자 특유 및 일반적 반응을 결정하는 데 유용하다. 예를 들어, 치료 계획의 개시 전과 후에 대상체로부터의 순환 종양 세포가 단리되고 분석될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법, 장치 및 시스템은 또한 암 병기분류(cancer staging) 및/또는 악성 종양의 조기 진단을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 자성 입자는 자유 입자 및 세포 결합된 입자의 용이한 검출을 위하여 표지로 태그될 수 있다. 분리된 세포는 또한 병기 특이적 마커에 대해 분석될 수 있다. 암의 병기는 암이 얼마만큼 확대되었는지에 대한 설명자(통상 번호 I 내지 IV)이다. 병기는 흔히 종양의 크기, 종양이 얼마나 깊게 침투했는지, 종양이 인접한 기관을 침습하였는지의 여부, (만약 전이되었다면) 종양이 얼마나 많은 림프절에 전이되었는지, 그리고 종양이 원위 기관까지 확대되었는지의 여부를 고려한다. 암의 병기분류는 중요한데, 그 이유는 진단시의 병기가 생존의 가장 강력한 예측인자이고, 치료가 흔히 병기에 기초하여 변경되기 때문이다. 치료가 병기에 직접 관련되기 때문에 올바른 병기분류가 중요하다. 올바르지 않은 병기분류는 부적절한 치료, 및 환자 생존성의 실질적인 감소로 이어질 수 있다. 하나의 세포의 간과는 미스태깅(mistagging)을 의미하며 암의 심각한 예기치 않은 확대로 이어질 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "치료하다" 또는 "치료" 또는 "치료하는"은 치료학적 치료 및 예방적 또는 방지적 조치(여기서의 목적은 질환의 발생을 예방 또는 감속시키는 것임) 둘 모두를 말한다. 예에 의해 한정되고자 함이 없이, 질환이 암일 경우, 예를 들어 종양 발생, 암의 확대의 감속, 또는 부적절한 증식 또는 세포량(cell mass)과 관련된 이상, 질환 또는 장애 중 적어도 하나(예를 들어, 암)의 효과 또는 증상의 감소가 치료로 여겨질 것이다. 치료가 일반적으로 "유효하다"고 하면, 이는 그 용어가 본 명세서에 정의된 바와 같이, 하나 이상의 증상 또는 임상 마커가 감소되는 경우이다.
대안적으로, 질환의 진행이 감소되거나 중단되는 경우 치료는 "유효하다". 즉, "치료"는 증상 또는 마커의 개선뿐만 아니라, 치료의 부재하에 예측될 수 있는 증상의 진행 또는 악화를 중지시키거나 또는 적어도 감속시키는 것을 포함한다. 유익하거나 원하는 임상 결과에는 하나 이상의 증상(들)의 경감, 질환 정도의 감소, 질환의 안정화된(즉, 악화되지 않는) 상태, 질환 진행의 지연 또는 감속, 질환 상태의 개선 또는 완화(palliation), 및 관해(remission)(부분적이든 전체적이든 관계없이)가 포함되지만 이로 한정되는 것은 아니며, 이때 이들은 검출가능하든 검출불가능하든 관계없다. 또한, "치료"는 치료를 받지 않을 경우의 예측되는 생존과 비교하여 생존을 연장시키는 것을 의미할 수 있다. 치료를 필요로 하는 대상체에는 이미 암으로 진단받은 대상체뿐만 아니라, 전이로 인해 2차 종양을 발생시킬 것 같은 대상체도 포함된다.
일부 태양에서, 본 명세서에 기재된 방법, 장치, 및 시스템은 소스 유체 내의 표적 성분의 존재를 분석하는 데 및 검출하는 데 사용될 수 있다. 소스 유체로부터 분리한 후에, 표적 성분은 그러한 표적 성분의 검출을 위한 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용하여 분석될 수 있다. 예를 들어, 표적 성분은 표지, 예컨대 염료, 항체, 표적 성분과 결합되고 용이하게 검출가능한 분자, 또는 표적 성분과 결합되고 표지와 접합되는 분자로 태그될 수 있다. 대안적으로, 광학 기술(예: 현미경법, 위상 대조 영상화 등)과 같은 다른 방법이 표적 성분의 검출에 사용될 수 있다.
수집 유체는, 수집 유체가 여전히 수집 마이크로채널 내에 있는 동안에 분석될 수 있거나, 또는 수집 유체의 일부가 제거되고 그 제거된 일부가 표적 성분의 존재에 대해 분석될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수집 유체로부터의 자성 입자가 수집 유체로부터 분리되고, 결합된 표적 성분의 존재에 대해 분석될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수집 채널의 출구 포트는 인라인 또는 온-칩 진단 장치에 연결되어 표적 성분을 분석하는 데 사용될 수 있다. 이 실시형태에서, 인라인 또는 온-칩 진단 장치는 자기적으로 결합된 표적 성분에 인라인 분석 및 시험을 수행하기 위하여, 그리고 예를 들어 상대적으로 작은 부피의 생물유체 내에서의 저농도의 병원체의 검출을 제공하기 위하여, 자기적으로 결합된 표적 성분의 이동을 제어하는 데 자기장 구배를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수집 유체로부터 자기적으로 결합된 표적 성분을 분리 또는 단리하는 데 자기장 구배를 사용하고, 이어서 염료, 항체, 비표지된 광학적 또는 고상(solid-state) 검출 기술 중 하나 이상을 사용하여 분석될 수 있다.
알루미늄으로 제작된 중심 몸체를 포함하는 마이크로유체 장치의 일 실시형태를 사용하여, 본 발명자들은 418 ㎖/h에서 ~90%의 단리 효율로 혈액으로부터 1 ㎛ 자성 비드 결합된 C. 알비칸스를 단리할 수 있었다. 추가적으로, 2개의 마이크로유체 장치를 병렬로 사용하여, 본 발명자들은 418 ㎖/h에서 85% 초과의 단리 효율로 혈액으로부터 1 ㎛ WT-MBL 자성 비드 결합된 C. 알비칸스를 단리할 수 있었다.
본 명세서에 기재된 태양의 하나 이상의 실시형태에서, 본 발명의 다중화된 장치는, 혈액 응고를 유도하거나 다른 혈액 세포 또는 분자 성분들의 상당한 손실을 일으키지 않고서, 전혈로부터 살아있는 진균성 병원체의 정화가 85% 초과로 가능하였다. 일부 그러한 실시형태에서, 전혈은 836 ㎖의 속도로 유동할 수 있다. 이러한 결과는 본 명세서에 기재된 신규한 다중화된 마이크로유체-마이크로자기 세포 분리 설계가 표적 성분 분리 효율을 유지하면서 훨씬 더 높은 부피의 처리량을 제공하며, 이에 따라 혈액 정화와 같은 임상 응용에 있어서의 그들의 가치를 확인시켜 준다는 것을 명백히 입증한다.
마이크로유체-마이크로자기 세포 분리기에 대한 이전의 설계를 능가하는 본 발명의 설계의 혁신은, 본 설계는 입자를 제거하기 위하여, (a) 수집 유체(예: 식염수)의 계속적으로 유동하는 제2 스트림, 또는 (b) 2개의 층류 스트림들 사이의 안정한 경계의 유지((a) 및 (b)는 US 제2009-0078614호 및 US 제2009-0220932호에 이미 기술된 마이크로유체 장치에서 중심적 요소임) 어느 것도 사용하지 않는다는 것을 포함한다. 따라서, 본 발명의 시스템은 그의 간소성 및 견고성이 개선되며; 또한, 혈액과 식염수 용액 사이의 유체역학의 불균형으로 인해 혈액이 손실되거나 희석될 수 없다. 이러한 생체모방 설계는 비장의 굴을 모방하는데, 여기서는 혈류 속도가 상대적으로 느리고 간헐적이며, 옵소닌화 병원체가 보류되어 있다. 이어서, 수집 유체 내의 식염수를 사용하여 "굴"(sinus)을 주기적으로 플러싱하는데, 이는 림프 여포를 통한 림프액 및 노폐물의 침투 유동(percolating flow)을 모방한다.
유체 세정
도 20은 본 명세서에 기재된 마이크로유체 장치를 사용하여 유체를 처리하여 자성 비드에 결합된 표적 성분을 제거하는 방법의 플로우 차트를 도시한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 2002에서, 수집 유체는 수집 채널 내로 펌핑되고, 전달 채널 및 소스 채널의 일부 또는 전부를 충전시킬 수 있다. 2004에서, 소스 유체는 자성 비드와 혼합 등에 의해 배합될 수 있다. 자성 비드는 소스 유체 내의 표적 성분이 자성 비드에 결합될 수 있게 하는 친화성 코팅을 포함할 수 있다. 2006에서, 전원을 전자석에 적용하거나 소스 채널에 대해 소정 위치에 영구 자석을 위치시키는 등에 의해 자기장 구배를 소스 채널에 적용할 수 있다. 2008에서, 소스 유체는 소스 채널 내를 통해 펌핑되어, 자성 비드(및 거기에 결합된 임의의 표적 성분)를 자기장 구배에 노출시킨다. 2010에서, 자성 비드 및 표적 성분은 전달 채널을 통해 수집 채널로 이동한다. 2012에서, 시스템은 규정량의 자성 비드가 수집 채널 내에 축적되었고 수집 채널이 플러싱될 필요가 있는지의 여부를 결정하기 위해 체크한다. 이는 소정 부피의 소스 유체 유동 후에 또는 소정 기간 후에 행해질 수 있거나, 또는 센서로부터의 시그날에 기초하여, 수집 유체가 수집 채널 내로 유입되게 하여, 수집 채널을 플러싱하여 자성 비드를 수집 채널 밖으로 방출되게 할 수 있다. 플러싱 공정 동안, 소스 유체 유동은 플러싱 공정의 지속기간 동안 감소 또는 중단될 수 있다. 충분한 자성 비드가 수집 채널 내에 축적되지 않았다면, 이 공정은 2008로 반환되고, 소스 유체는 소스 채널 내로 계속 유입된다.
일반적으로, 본 방법은, 먼저 소스 유체를 마이크로유체 장치 내의 소스 유체 채널을 통해 통과시키는 단계(여기서, 소스 유체는 표적 성분에 부착된 자성 입자를 함유함); 수집 유채 채널이 하나 이상의 개별적인 전달 채널을 통해 소스 유체 채널과 연통되게 하도록 수집 유체를 마이크로유체 장치 내의 수집 유체 채널 내에 넣는 단계; 및 자기장 구배가, 자성 입자 및 자성 입자 결합된 표적 성분이 소스 유체 채널로부터 적어도 하나의 개별적인 전달 채널을 통해 수집 유체 채널 내로 이동되게 하도록, 자기장 구배를 소스 유체에 적용하는 단계를 포함한다.
친화성/결합성 분자 코팅된 자성 입자는 소스 유체가 소스 유체 채널에 공급되기 전에 소스 유체 내로 첨가될 수 있다. 일부 실시형태에서, 소스 유체(예: 혈액)의 연속 유동을 유지하면서 더 긴 비드-병원체 인큐베이션 기간을 가능하게 하기 위하여 반배치식 혼합 공정이 제공된다. 그러한 공정은 또한 종래의 지속적 정정맥 혈액여과 유닛 내로의 일체화를 가능하게 하며, 이때 이러한 유닛은 혈액농축기(hemaconcentrator), 온혈기(blood warmer) 및 산소화 기술을 사용한다. 일부 추가의 실시형태에서는, 정화된 생물학적 유체가 생물학적 시스템(예컨대, 패혈증 환자)으로 반환되기 전에 모든 남아 있는 자성 입자를 제거하 위해, 초고효율 자기 트랩과 같은 추가의 안전 장치(safety feature)가 또한 본 명세서에 기재된 장치에 부가된다.
원하는 표적 성분의 제거 후에, "정화된" 소스 유체 및/또는 표적 성분을 함유하는 수집 유체는 검출 또는 분석과 같은 추가의 처리를 위해 이송될 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 정화된 유체는 소스로 반환될 수 있다. 생물학적 유체의 경우에, 정화된 생물학적 유체는 원래의 생물학적 시스템으로 반환될 수 있거나, 또는 또 다른 대상체나 배양 배지, 생물학적 스캐폴드(biological scaffold), 생물반응기 등으로 반환될 수 있다. 일부 실시형태에서, 정화된 생물학적 유체가 원래의 생물학적 시스템으로 반환되기 전에, 정화된 생물학적 유체에 후처리, 예를 들어 추가 처리, 여과 또는 (혈액) 가온 공정을 수행할 것이 요망될 수 있다. 추가로, 원한다면, "정화된" 소스 유체의 적어도 일부는 소스 유체 채널 내로 다시 재순환될 수 있다.
또한, 수집 유체로부터 수집 유체 및 자성 입자의 적어도 일부를 수집할 수 있다. 자성 입자는 임의의 자성 입자가 표적 성분을 함유하는지의 여부를 검출하기 전에 수집 유체로부터 분리될 수 있다. 분리된 자성 입자를 분석하여 자성 입자에 부착된 표적 성분의 양을 정량화할 수 있다.
이 방법은 선택된 양의 시간 동안 유동을 개시하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 수집 유체 내의 자성 입자는 마이크로유체 장치로부터 제거된다. 수집 유체의 통과는 수집 유체를 불규칙적 또는 주기적인 간격으로 수집 유체 채널을 통해 간헐적으로 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이 태양의 하나 이상의 실시형태에서, 소스 유체는 혈액, 제대혈, 혈청, 혈장, 소변, 액화된 대변 샘플, 뇌척수액, 양수, 림프, 점액, 눈문, 기관 흡인물, 객담, 식염수, 완충액, 생리학적 염 용액 또는 세포 배양 배지를 포함하는 군 내의 하나 이상으로부터 선택된다.
이 태양의 하나 이상의 실시형태에서, 수집 유체는 등장성 식염수이다.
이 태양의 하나 이상의 실시형태에서, 표적 성분은 병원체, 줄기 세포, 암 세포, 태아 세포, 혈액 세포 또는 면역 세포, 사이토카인, 호르몬, 항체, 혈액 단백질, 또는 분자적 또는 화학적 독소로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 명세서에 개시된 다양한 태양은 번호가 매겨진 하기의 단락 중 하나 이상에 의해 기재될 수 있다:
1. 마이크로유체 장치로서,
(i) a. 제1 외부 표면 상에 존재하고 소스 입구와 소스 출구 사이에 연결된 소스 채널;
b. 제2 외부 표면 상에 존재하고 수집 입구와 수집 출구 사이에 연결된 수집 채널; 및
c. 상기 소스 채널과 상기 수집 채널을 연결하는 적어도 하나의 전달 채널
을 포함하는 중심 몸체(central body);
(ii) 상기 중심 몸체의 제1 외부 표면과 접촉된 제1 라미네이팅 층으로서,
상기 소스 입구는 제1 라미네이트 층의 외부 표면 상의 소스 입구 포트와 연통하고, 상기 소스 출구는 제1 라미네이트 층의 외부 표면 상의 소스 출구 포트와 연통하고, 상기 제1 라미네이팅 층 및 상기 중심 몸체의 제1 외부 표면은 상기 소스 채널을 정의하는 것인 제1 라미네이트 층;
(iii) 상기 중심 몸체의 제2 외부 표면과 접촉된 제2 라미네이팅 층으로서,
상기 수집 입구는 제2 라미네이트 층의 외부 표면 상의 수집 입구 포트와 연통하고, 상기 수집 출구는 제2 라미네이트 층의 외부 표면 상의 수집 출구 포트와 연통하고, 상기 제2 라미네이팅 층 및 상기 중심 몸체의 제2 외부 표면은 상기 수집 채널을 정의하는 것인 제2 라미네이트 층; 및
(iv) 상기 수집 채널에 인접하여 배치되고, 상기 소스 채널 내에서 유동하는 유체에 자기장 구배를 적용하여 상기 소스 채널 내의 표적 성분이 상기 적어도 하나의 전달 채널 또는 상기 수집 채널 내로 이동되게 하도록 구성된 하나 이상의 자기장 구배 소스
를 포함하는 마이크로유체 장치.
2. 단락 1에 따른 마이크로유체 장치로서,
(i) 상기 소스 입구 포트에 연결되고 소스 유체를 상기 소스 채널에 전달하기 위한 유체 소스로서,
상기 소스 유체는 상기 소스 유체로부터 제거하고자 하는 표적 성분을 포함하는 것인 유체 소스; 및
(ii) 상기 수집 입구 포트에 연결되고, 수집 유체를 상기 수집 채널에 전달하여 상기 수집 채널 및 상기 적어도 하나의 전달 채널을 충전하기 위한 수집 유체 소스
를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
3. 단락 1 또는 단락 2에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 채널, 상기 수집 채널, 또는 상기 적어도 하나의 전달 채널 중 적어도 하나의 유체 접촉 표면은 항응고 표면인, 마이크로유체 장치.
4. 단락 3에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 유체 접촉 표면은 미끄러운 액체가 주입된 다공성 표면(slippery liquid-infused porous surface, SLIPS)인, 마이크로유체 장치.
5. 단락 3 또는 단락 4에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 유체 접촉 표면은 항응고제로 코팅된, 마이크로유체 장치.
6. 단락 1 내지 단락 5 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 제1 라미네이팅 층의 두께가 약 0.01 mm 내지 약 10 mm인, 마이크로유체 장치.
7. 단락 6에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 제1 라미네이팅 층의 두께가 약 0.07 mm 내지 약 0.1 mm인, 마이크로유체 장치.
8. 단락 1 내지 단락 7 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 제2 라미네이팅 층의 두께가 약 0.01 mm 내지 약 10 mm인, 마이크로유체 장치.
9. 단락 6에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 제2 라미네이팅 층의 두께가 약 0.07 mm 내지 약 0.1 mm인, 마이크로유체 장치.
10. 단락 1 내지 단락 9 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 입구에 연결되고 복수의 자성 입자를 상기 소스 유체에 전달하도록 구성된 인라인 믹서 장치를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
11. 단락 1 내지 단락 10 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
a. 상기 소스 입구; 또는
b. 상기 소스 출구
에 직접적 또는 간접적으로 연결된 인라인 버블 포집 장치를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
12. 단락 1 내지 단락 11 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 채널과 상기 수집 채널 사이의 거리가 약 10 ㎛ 내지 약 10 mm인, 마이크로유체 장치.
13. 단락 12에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 채널과 상기 수집 채널 사이의 거리가 약 500 ㎛인, 마이크로유체 장치.
14. 단락 1 내지 단락 13 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 채널 및 상기 수집 채널은 독립적으로 길이가 약 l mm 내지 약 10 cm이고, 폭이 약 0.1 mm 내지 약 100 mm이고, 깊이가 약 0.1 mm 내지 약 20 mm인, 마이크로유체 장치.
15. 단락 1 내지 단락 14 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 채널과 상기 수집 채널은 실질적으로 유사한 치수를 갖는, 마이크로유체 장치.
16. 단락1 내지 단락 15 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm인, 마이크로유체 장치.
17. 단락 1 내지 단락 16 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 수집 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm인, 마이크로유체 장치.
18. 단락 1 내지 단락 17 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 적어도 하나의 전달 채널은 단면 치수가 약 200 ㎛ x 10 mm 내지 약 1 mm x 100 mm인, 마이크로유체 장치.
19. 단락 18에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 적어도 하나의 전달 채널은 단면 치수가 약 400 ㎛ x 2 mm인, 마이크로유체 장치.
20. 단락 1 내지 단락 19 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 전달 채널들 사이의 간격이 약 10 ㎛ 내지 약 5 mm인, 마이크로유체 장치.
21. 단락 20에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 전달 채널들 사이의 간격이 약 3 mm인, 마이크로유체 장치.
22. 단락 1 내지 단락 21 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 장치는 길이가 약 2 cm 내지 약 100 cm이고, 폭이 약 2 cm 내지 약 100 cm이고, 깊이가 약 2 cm 내지 약 100 cm인, 마이크로유체 장치.
23. 단락 1 내지 단락 22 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 장치는 길이가 약 128 mm이고, 폭이 약 57 mm이고, 깊이가 약 2 mm인, 마이크로유체 장치.
24. 단락 1 내지 단락 23 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 장치는 길이가 약 128 mm이고, 폭이 약 57 mm이고, 깊이가 약 2 mm이고; 상기 소스 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm이고; 상기 수집 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm이고; 상기 적어도 하나의 전달 채널은 단면 치수가 약 400 ㎛ x 2 mm이고; 전달 채널들 사이의 간격은 약 3 mm인, 마이크로유체 장치.
25. 단락 1 내지 단락 24 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 전달 채널 중 적어도 하나는 상기 소스 채널에 대해 90도 미만의 각도로 배향되는, 마이크로유체 장치.
26. 단락 1 내지 단락 25 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 중심 몸체, 상기 제1 라미네이팅 층, 또는 상기 제2 라미네이팅 층은 생체적합성 재료로 제작되는, 마이크로유체 장치.
27. 단락 1 내지 단락 26 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 중심 몸체, 상기 제1 라미네이팅 층, 또는 상기 제2 라미네이팅 층은 FDA 승인 혈액 적합성 재료로 제작되는, 마이크로유체 장치.
28. 단락 1 내지 단락 27 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 중심 몸체, 상기 제1 라미네이팅 층, 또는 상기 제2 라미네이팅 층은 알루미늄, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌 폴리설폰, 폴리카르보네이트, 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌, 폴리비닐리딘 플루오라이드, 폴리실리콘(polysilicon), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에테르 설폰), 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에틸렌 글리콜), 스티렌-아크릴로니트릴 수지, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐리덴디플루오라이드, 폴리(비닐 피롤리돈), 스테인리스 강, 티타늄, 백금, 합금, 세라믹 및 유리, 비자성 금속, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제작되는, 마이크로유체 장치.
29. 단락 1 내지 단락 28 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 자기장 구배는 상기 소스 채널 내의 표적 성분이 상기 적어도 하나의 수집 채널 내로 이동되게 하기에 충분한, 마이크로유체 장치.
30. 단락 1 내지 단락 29 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 유체는 혈액, 혈장, 혈청, 젖분비 생성물(lactation product), 젖, 양수, 복막액, 객담, 타액, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 흡인물, 땀(perspiration), 점액, 액화된 대변 샘플, 활액(synovial fluid), 림프액, 눈물, 기관 흡인물, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 생물학적 유체인, 마이크로유체 장치.
31. 단락 1 내지 단락 30 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 소스 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 비생물학적 유체인, 마이크로유체 장치.
32. 단락 1 내지 단락 31 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 수집 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
33. 단락 32에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 수집 유체는 등장성 식염수, 생물학적 유체, 생체적합성 유체 또는 생물학적 유체 대체물인, 마이크로유체 장치.
34. 단락 1 내지 단락 33 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 수집 출구에 연결되고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분을 분석하도록 구성된 인라인 진단 장치를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
35. 단락 34에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 인라인 진단 장치는, 수집 챔버에 인접하고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 챔버 내에 수집되게 하도록 구성된 자기장 구배 소스를 포함하는, 마이크로유체 장치.
36. 단락 1 내지 단락 35 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
a. 상기 소스 유체는 상기 소스 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하고;
b. 상기 수집 유체는 상기 수집 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하는, 마이크로유체 장치.
37. 단락 1 내지 단락 36 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는, 마이크로유체 장치.
38. 단락 1 내지 단락 37 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합되는, 마이크로유체 장치.
39. 단락 1 내지 단락 38 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합된 결합성/친화성 분자(binding/affinity molecule)에 결합되는, 마이크로유체 장치.
40. 단락 39에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 결합성/친화성 분자는 항체, 항원, 단백질, 펩티드, 핵산, 수용체 분자, 수용체를 위한 리간드, 렉틴, 탄수화물, 지질, 친화성 결합 쌍의 한 구성원, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
41. 단락 39 또는 단락 40에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 결합성/친화성 분자는 MBL (mannose binding lectin, 만노스 결합성 렉틴), FcMBL (만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), AKT-FcMBL (서열 AKT(알라닌, 리신, 트레오닌)의 N-말단 아미노산 트리펩티드와 함께 만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
42. 단락 39 내지 단락 41 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 결합성/친화성 분자는 서열번호(SEQ ID NO.) 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6, 서열번호 6, 서열번호 7, 서열번호 8, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 아미노산 서열을 포함하는, 마이크로유체 장치.
43. 단락 38 내지 단락 42 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 입자는 상자성인, 마이크로유체 장치.
44. 단락 38 내지 단락 43 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 입자의 크기가 0.1 nm 내지 500 ㎛의 범위인, 마이크로유체 장치.
45. 단락 38 내지 단락 44 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 입자는 구형, 막대형, 타원형, 원통형, 또는 원반형인, 마이크로유체 장치.
46. 단락 1 내지 단락 45 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 표적 성분은 살아있는 세포 또는 죽은 세포(원핵 세포 또는 진핵 세포), 바이러스, 세균, 진균, 효모, 원생동물, 미생물, 기생충 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 생체입자/병원체인, 마이크로유체 장치.
47. 단락 46에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 표적 성분은
a. 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 칸디다 트로피칼리스(Candida tropicalis), 칸디다 스텔라토이데아(Candida stellatoidea), 칸디다 글라브라타(Candida glabrata), 칸디다 크루세이(Candida krusei), 칸디다 파라프실로시스(Candida parapsilosis), 칸디다 귈리에르몬디(Candida guilliermondii), 칸디다 비스와나티(Candida viswanathii), 칸디다 루시타니아에(Candida lusitaniae), 로도토룰라 무실라기노사(Rhodotorula mucilaginosa), 아스페르길루스 푸미가투스(Aspergillus fumigatus), 아스페르길루스 플라부스(Aspergillus flavus), 아스페르길루스 클라바투스(Aspergillus clavatus), 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 크립토콕쿠스 라우렌티(Cryptococcus laurentii), 크립토콕쿠스 알비두스(Cryptococcus albidus), 크립토콕쿠스 가티(Cryptococcus gattii), 히스토플라스마 캅술라툼(Histoplasma capsulatum), 뉴모시스티스 지로베시(Pneumocystis jirovecii) (또는 뉴모시스티스 카리니(Pneumocystis carinii)), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 진균 또는 효모;
b. 탄저균, 캄필로박터, 콜레라균, 디프테리아균, 장독소원성 E. 콜리(E. coli), 지아르디아(giardia), 임균, 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori), B형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza B), 비피막형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza non-typable), 수막구균, 백일해균, 폐렴구균, 살모넬라, 이질균, 연쇄구균 B, A군 연쇄구균, 파상풍균, 비브리오 콜레라에(Vibrio cholerae), 예르시니아, 포도상구균, 슈도모나스(Pseudomonas) 종, 클로스트리디아(Clostridia) 종, 미코박테리움 투베르쿨로시스(Mycobacterium tuberculosis), 미코박테리움 레프라에(Mycobacterium leprae), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 살모넬라 티피(Salmonella typhi), 시겔라 디센테리아에(Shigella dysenteriae), 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis), 브루셀라(Brucella) 종, 레기오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila), 리케차에(Rickettsiae), 클라미디아(Chlamydia), 클로스트리디움 페르프린겐스(Clostridium perfringens), 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum), 스타필로콕쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 트레포네마 팔리둠(Treponema pallidum), 헤모필루스 인플루엔자에(Haemophilus influenzae), 트렙토네마 팔리둠(Treptonema pallidum), 클레브시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 크립토스포리디움 파르붐(Cryptosporidium parvum), 스트렙토콕쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae), 보르데텔라 페르투시스(Bordetella pertussis), 네이세리아 메닌기티데스(Neisseria meningitides), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 세균;
c. 엔타모에바 히스톨리티카(Entamoeba histolytica); 플라스모디움(Plasmodium) 종, 레이시마니아(Leishmania) 종, 톡소플라스모시스(Toxoplasmosis), 헬민트스(Helminths ), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 기생충;
d. HIV-1, HIV-2, 간염 바이러스(B형 및 C형 간염 포함), 에볼라(Ebola) 바이러스, 웨스트 나일(West Nile) 바이러스, 및 헤르페스 바이러스, 예컨대 HSV-2, 아데노바이러스, 뎅기 혈청형 1 내지 4형, 에볼라, 엔테로바이러스, 1형 또는 2형 단순 헤르페스 바이러스, 인플루엔자, 일본 말뇌염(Japanese equine encephalitis), 노르워크(Norwalk), 파필로마 바이러스, 파르보바이러스 B19, 루벨라, 루베올라, 박시니아, 바리셀라, 사이토메갈로바이러스, 엡스테인-바르(Epstein-Barr) 바이러스, 6형 인간 헤르페스 바이러스, 7형 인간 헤르페스 바이러스, 8형 인간 헤르페스 바이러스, 마마 바이러스, 수포성 구내염(Vesicular stomatitis) 바이러스, A형 간염 바이러스, B형 간염 바이러스, C형 간염 바이러스, D형 간염 바이러스, E형 간염 바이러스, 폴리오바이러스, 리노바이러스, 코로나바이러스, A형 인플루엔자 바이러스, B형 인플루엔자 바이러스, 홍역 바이러스, 폴리오마바이러스, 인간 파필로마 바이러스, 호흡기 세포융합(Respiratory syncytial) 바이러스, 아데노바이러스, 콕삭키 바이러스, 뎅기 바이러스, 멈프스 바이러스, 라비에스 바이러스, 라우스 육종 바이러스, 황열병 바이러스, 에볼라 바이러스, 마르부르크 바이러스, 라사열 바이러스, 동부 말뇌염 바이러스, 일본 뇌염 바이러스, 세인트 루이스 뇌염 바이러스, 머레이 계곡열(Murray Valley fever) 바이러스, 웨스트 나일 바이러스, 리프트 계곡열(Rift Valley fever) 바이러스, A형 로타바이러스, B형 로타바이러스, C형 로타바이러스, 신드비스 바이러스, 1형 인간 T-세포 백혈병 바이러스, 한타바이러스, 루벨라 바이러스, 원숭이 면역결핍 바이러스, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 바이러스; 또는
e. (a) 내지 (d)의 임의의 조합
인, 마이크로유체 장치.
48. 단락 46에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 표적 성분은 줄기 세포, 암 세포, 전구 세포, 면역 세포, 혈액 세포, 태아 세포 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 세포인, 마이크로유체 장치.
49. 단락 1 내지 단락 48 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치로서,
상기 표적 성분은 호르몬, 사이토카인, 단백질, 펩티드, 프리온, 렉틴, 올리고뉴클레오티드, 분자적 또는 화학적 독소, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
50. 시스템으로서,
(i) 단락 1 내지 단락 49 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치;
(ii) 상기 소스 채널에 연결되고 소스 유체를 상기 소스 채널에 전달하는 유체 소스로서,
상기 소스 유체는 상기 소스 유체로부터 제거하고자 하는 표적 성분을 포함하는 것인 유체 소스;
(iii) 상기 소스 채널에 연결되고 상기 소스 유체를 상기 소스 채널 내로 펌핑하도록 구성된 소스 펌프;
(iv) 상기 소스 채널 및 상기 유체 소스에 연결되고 상기 소스 유체를 자성 입자와 혼합하도록 구성된 소스 믹서;
(v) 상기 수집 입구에 연결되고, 수집 유체를 상기 제1 수집 채널에 전달하고 상기 표적 성분을 상기 적어도 하나의 전달 채널로부터 상기 수집 채널 내로 끌어들여 상기 표적 성분을 상기 수집 채널로부터 플러싱(flushing)하도록 구성된 수집 유체 소스;
(vi) 상기 수집 입구 및 상기 수집 유체 소스에 연결되고 상기 수집 유체를 상기 수집 채널 내로 펌핑하도록 구성된 수집 펌프;
(vii) 프로세서 및 관련 메모리를 가지며,
a. 상기 소스 펌프에 결합되어 상기 소스 채널을 통한 소스 유체의 유동을 제어하고,
b. 상기 수집 펌프에 결합되어 상기 수집 채널을 통한 상기 수집 유체의 유동을 제어하는,
제어기
를 포함하는 시스템.
51. 단락 50에 따른 시스템으로서,
상기 수집 출구에 연결되고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분을 분석하도록 구성된 인라인 진단 장치를 추가로 포함하는, 시스템.
52. 단락 51에 따른 시스템으로서,
상기 인라인 진단 장치는, 상기 수집 챔버에 인접하고 상기 제1 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 챔버 내에 수집되게 하도록 구성된 자기장 구배 소스를 포함하는, 시스템.
53. 단락 51항 또는 단락 52에 따른 시스템으로서,
상기 인라인 진단 장치는 상기 표적 성분을 분석하기 위하여 염료, 항체, 비표지 광학 기술, 또는 고상 검출 기술 중 하나 이상을 사용하는, 시스템.
54. 단락 50 내지 단락 53 중 어느 한 단락에 따른 시스템으로서,
상기 자기장 구배는 상기 소스 채널 내의 표적 성분이 상기 수집 채널 내로 이동되게 하기에 충분한, 시스템.
55. 소스 유체의 정화(clensing) 방법으로서,
i. 단락 1 내지 단락 50 중 어느 한 단락에 따른 마이크로유체 장치를 제공하는 단계;
ii. 소스 유체가 상기 소스 채널을 통해 유동되게 하는 단계로서, 상기 소스 유체는 상기 소스 유체로부터 제거/분리하고자 하는 표적 성분을 포함하는 것인 단계;
iii. 상기 수집 채널 내에 수집 유체를 제공하는 단계;
iv. 상기 소스 채널 내의 상기 소스 유체에 자기장 구배를 적용함으로써, 상기 표적 성분이 상기 적어도 하나의 전달 채널 중 하나 내로 이동되는 단계
를 포함하는 방법.
56. 단락 55에 따른 방법으로서,
상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 유동되게 하고, 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 채널로부터 제거되는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
57. 단락 55 또는 단락 56에 따른 방법으로서,
상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 연속적으로 유동되게 하고, 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 채널로부터 제거되는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
58. 단락 56 또는 단락 57에 따른 방법으로서,
상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 주기적 간격으로 유동되게 하고, 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 채널로부터 제거되는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
59. 단락 55 내지 단락 58 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 소스 유체는 혈액, 혈장, 혈청, 젖분비 생성물, 젖, 양수, 복막액, 객담, 타액, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 흡인물, 땀, 점액, 액화된 대변 샘플, 활액(synovial fluid), 림프액, 눈물, 기관 흡인물, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 생물학적 유체인, 방법.
60. 단락 55 내지 단락 58 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 소스 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 비생물학적 유체인, 방법.
61. 단락 55 내지 단락 60 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 수집 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
62. 단락 55항 내지 단락 61 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 수집 유체는 등장성 식염수, 생물학적 유체, 생체적합성 유체 또는 생물학적 유체 대체물인, 방법.
63. 단락 55 내지 단락 62 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는, 방법.
64. 단락 55 내지 단락 63 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합되는, 방법.
65. 단락 55 내지 단락 64 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합된 결합성/친화성 분자에 결합되는, 방법.
66. 단락 65에 따른 방법으로서,
상기 결합성/친화성 분자는 항체, 항원, 단백질, 펩티드, 핵산, 수용체 분자, 수용체를 위한 리간드, 렉틴, 탄수화물, 지질, 친화성 결합 쌍의 한 구성원, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
67. 단락 65 또는 단락 66에 따른 방법으로서,
상기 결합성/친화성 분자는 MBL (만노스 결합성 렉틴), FcMBL (만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), AKT-FcMBL (서열 AKT(알라닌, 리신, 트레오닌)의 N-말단 아미노산 트리펩티드와 함께 만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
68. 단락 65 내지 단락 67 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 결합성/친화성 분자는 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6, 서열번호 6, 서열번호 7, 서열번호 8, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 아미노산 서열을 포함하는, 방법.
69. 단락 64 내지 단락 68 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 입자는 상자성인, 방법.
70. 단락 64 내지 단락 69 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 입자의 크기가 0.1 nm 내지 1 mm의 범위인, 방법.
71. 단락 64 내지 단락 70 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 입자는 구형, 막대형, 타원형, 원통형, 또는 원반형인, 방법.
72. 단락 55 내지 단락 71 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 표적 성분은 살아있는 세포 또는 죽은 세포(원핵 세포 또는 진핵 세포), 바이러스, 세균, 진균, 효모, 원생동물, 미생물, 기생충 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 생체입자/병원체인, 방법.
73. 단락 72에 따른 방법으로서, 상기 표적 성분은
a. 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 칸디다 트로피칼리스(Candida tropicalis), 칸디다 스텔라토이데아(Candida stellatoidea), 칸디다 글라브라타(Candida glabrata), 칸디다 크루세이(Candida krusei), 칸디다 파라프실로시스(Candida parapsilosis), 칸디다 귈리에르몬디(Candida guilliermondii), 칸디다 비스와나티(Candida viswanathii), 칸디다 루시타니아에(Candida lusitaniae), 로도토룰라 무실라기노사(Rhodotorula mucilaginosa), 아스페르길루스 푸미가투스(Aspergillus fumigatus), 아스페르길루스 플라부스(Aspergillus flavus), 아스페르길루스 클라바투스(Aspergillus clavatus), 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 크립토콕쿠스 라우렌티(Cryptococcus laurentii), 크립토콕쿠스 알비두스(Cryptococcus albidus), 크립토콕쿠스 가티(Cryptococcus gattii), 히스토플라스마 캅술라툼(Histoplasma capsulatum), 뉴모시스티스 지로베시(Pneumocystis jirovecii) (또는 뉴모시스티스 카리니(Pneumocystis carinii)), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 진균 또는 효모;
b. 탄저균, 캄필로박터, 콜레라균, 디프테리아균, 장독소원성 E. 콜리(E. coli), 지아르디아(giardia), 임균, 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori), B형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza B), 비피막형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza non-typable), 수막구균, 백일해균, 폐렴구균, 살모넬라, 이질균, 연쇄구균 B, A군 연쇄구균, 파상풍균, 비브리오 콜레라에(Vibrio cholerae), 예르시니아, 포도상구균, 슈도모나스(Pseudomonas) 종, 클로스트리디아(Clostridia) 종, 미코박테리움 투베르쿨로시스(Mycobacterium tuberculosis), 미코박테리움 레프라에(Mycobacterium leprae), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 살모넬라 티피(Salmonella typhi), 시겔라 디센테리아에(Shigella dysenteriae), 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis), 브루셀라(Brucella) 종, 레기오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila), 리케차에(Rickettsiae), 클라미디아(Chlamydia), 클로스트리디움 페르프린겐스(Clostridium perfringens), 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum), 스타필로콕쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 트레포네마 팔리둠(Treponema pallidum), 헤모필루스 인플루엔자에(Haemophilus influenzae), 트렙토네마 팔리둠(Treptonema pallidum), 클레브시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 크립토스포리디움 파르붐(Cryptosporidium parvum), 스트렙토콕쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae), 보르데텔라 페르투시스(Bordetella pertussis), 네이세리아 메닌기티데스(Neisseria meningitides), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 세균;
c. 엔타모에바 히스톨리티카(Entamoeba histolytica); 플라스모디움(Plasmodium) 종, 레이시마니아(Leishmania) 종, 톡소플라스모시스(Toxoplasmosis), 헬민트스(Helminths ), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 기생충;
d. HIV-1, HIV-2, 간염 바이러스(B형 및 C형 간염 포함), 에볼라(Ebola) 바이러스, 웨스트 나일(West Nile) 바이러스, 및 헤르페스 바이러스, 예컨대 HSV-2, 아데노바이러스, 뎅기 혈청형 1 내지 4형, 에볼라, 엔테로바이러스, 1형 또는 2형 단순 헤르페스 바이러스, 인플루엔자, 일본 말뇌염(Japanese equine encephalitis), 노르워크(Norwalk), 파필로마 바이러스, 파르보바이러스 B19, 루벨라, 루베올라, 박시니아, 바리셀라, 사이토메갈로바이러스, 엡스테인-바르(Epstein-Barr) 바이러스, 6형 인간 헤르페스 바이러스, 7형 인간 헤르페스 바이러스, 8형 인간 헤르페스 바이러스, 마마 바이러스, 수포성 구내염(Vesicular stomatitis) 바이러스, A형 간염 바이러스, B형 간염 바이러스, C형 간염 바이러스, D형 간염 바이러스, E형 간염 바이러스, 폴리오바이러스, 리노바이러스, 코로나바이러스, A형 인플루엔자 바이러스, B형 인플루엔자 바이러스, 홍역 바이러스, 폴리오마바이러스, 인간 파필로마 바이러스, 호흡기 세포융합(Respiratory syncytial) 바이러스, 아데노바이러스, 콕삭키 바이러스, 뎅기 바이러스, 멈프스 바이러스, 라비에스 바이러스, 라우스 육종 바이러스, 황열병 바이러스, 에볼라 바이러스, 마르부르크 바이러스, 라사열 바이러스, 동부 말뇌염 바이러스, 일본 뇌염 바이러스, 세인트 루이스 뇌염 바이러스, 머레이 계곡열(Murray Valley fever) 바이러스, 웨스트 나일 바이러스, 리프트 계곡열(Rift Valley fever) 바이러스, A형 로타바이러스, B형 로타바이러스, C형 로타바이러스, 신드비스 바이러스, 1형 인간 T-세포 백혈병 바이러스, 한타바이러스, 루벨라 바이러스, 원숭이 면역결핍 바이러스, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 바이러스; 또는
e. (a) 내지 (d)의 임의의 조합
인, 방법.
74. 단락 72에 따른 방법으로서,
상기 표적 성분은 줄기 세포, 암 세포, 전구 세포, 면역 세포, 혈액 세포, 태아 세포 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 세포인, 방법.
75. 단락 55 내지 단락 71 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 표적 성분은 호르몬, 사이토카인, 단백질, 펩티드, 프리온, 렉틴, 올리고뉴클레오티드, 분자적 또는 화학적 독소, 엑소솜, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
76. 단락 64 내지 단락 75 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 소스 채널을 통한 상기 소스 유체의 유동을 개시하기 전에 상기 입자를 상기 소스 유체 내로 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
77. 단락 64 내지 단락 75 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 소스 채널을 통한 상기 소스 유체의 유동을 개시한 후에 상기 입자를 상기 소스 유체 내로 첨가하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
78. 단락 55 내지 단락 77 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 수집 채널로부터 상기 수집 유체의 적어도 일부를 수집하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
79. 단락 55 내지 단락 78 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
표적 성분의 추가의 분리를 위하여 상기 소스 채널을 통한 제2 통과를 위해 상기 소스 유체의 일부를 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
80. 단락 55 내지 단락 79 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 표적 성분의 10% 이상이 상기 소스 유체로부터 제거되는, 방법.
81. 단락 55 내지 단락 80 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 소스 유체는 상기 소스 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하는, 방법.
82. 단락 55 내지 단락 81 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 수집 유체는 상기 수집 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하는, 방법.
83. 단락 55 내지 단락 82 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 수집 채널을 통한 유속은 간헐적인, 방법.
84. 단락 83에 따른 방법으로서,
상기 수집 유체의 유동은, 소정 부피의 소스 유체가 상기 소스 채널을 통과할 때까지는 꺼지고(off), 이어서 상기 수집 유체의 유동이 소정 유속으로 소정 시간 동안 켜지는(on), 방법.
85. 단락 84에 따른 방법으로서,
상기 소스 채널을 통한 유동은 상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 유동하는 동안 중단되는, 방법.
86. 단락 55 내지 단락 85 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
수집 유체 수집기 내에 상기 표적 성분을 함유하는 상기 수집 유체를 수집하는 단계, 상기 수집 유체 수집기로부터 적어도 하나의 표적 성분을 제거하는 단계, 및 면역-염색, 배양, PCR, 질량 분석 및 항생제 감수성 시험을 포함한 군으로부터의 공정 중 하나 이상을 사용하여 상기 제거된 표적 성분을 분석하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
87. 단락 55 내지 단락 86 중 어느 한 단락에 따른 방법으로서,
상기 수집 출구에 연결되고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분을 분석하도록 구성된 인라인 진단 장치를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
88. 단락 87에 따른 방법으로서,
상기 인라인 진단 장치는, 수집 챔버에 인접하고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 챔버 내에 수집되게 하도록 구성된 자기장 구배 소스를 포함하는, 방법.
일부 선택된 정의
달리 언급되지 않거나 문맥으로부터 암시되지 않는 한, 하기의 용어 및 어구는 하기에 제공되는 의미를 포함한다. 달리 명시적으로 언급되지 않거나 문맥으로부터 명백하지 않는 한, 하기의 용어 및 어구는 그 용어 또는 어구가 속한 기술분야에서 획득한 의미를 배제하지 않는다. 이러한 정의는 본 명세서에 기재된 태양의 특정 실시형태를 설명하는 데 도움이 되기 위해 제공되며, 청구된 발명을 제한하고자 하는 것은 아닌데, 그 이유는 본 발명의 범주는 특허청구범위에 의해서만 제한되기 때문이다. 추가로, 달리 문맥에 의해 요구되지 않는 한, 단수 용어는 복수형을 포함할 것이며, 복수 용어는 단수형을 포함할 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는" 또는 "포함하다"는 조성물, 방법, 및 이들의 각각의 구성요소(들)에 관련하여, 이들이 본 발명에 유용하지만, 명시되지 않은 요소가 유용하든 그렇지 않든 간에 이들의 포함에 여전히 개방되어 있음을 말하고자 할 때 사용된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "로 본질적으로 이루어진"은 주어진 실시형태에 필요한 요소들을 말한다. 이 용어는 본 발명의 그러한 실시형태의 기본적이고 신규하거나 기능적인 특성(들)에 실질적으로 영향을 주지 않는 추가 요소의 존재를 허용한다.
용어 "로 이루어진"은 본 명세서에 기재된 조성물, 방법, 및 이들의 각각의 구성요소가 실시형태의 설명에서 언급되지 않은 임의의 요소를 배제하는 것을 말한다.
작동 실시예에서나 달리 지시된 곳 이외에, 본 명세서에 사용되는 성분 또는 반응 조건의 양을 표현하는 모든 수치는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식된 것으로 이해되어야 한다. 용어 "약"은 백분율과 함께 사용될 때 언급된 값의 ±5% 를 의미할 수 있다. 예를 들어, 약 100은 95 내지 105를 의미한다.
단수 용어("a," "an," 및 "the")는 문맥이 달리 명확히 나타내지 않는 한 복수 지시대상을 포함한다. 유사하게, 단어 "또는"은 문맥이 달리 명확히 지시하지 않는 한 "및"을 포함하고자 한다. 따라서, 예를 들어, "방법"에 대한 언급은 본 명세서에 기재되고/되거나 본 개시내용 등을 읽을 때 통상의 기술자에게 명백해질 유형의 하나 이상의 방법, 및/또는 단계를 포함한다.
본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 개시내용의 실시 또는 시험에 사용될 수 있기는 하지만, 적합한 방법 및 재료가 하기에 설명된다. 용어 "포함한다"는 "함유한다"를 의미한다. 약어 "예(e.g.)"는 라틴어 'exempli gratia'로부터 유래되며, 본 명세서에서 비제한적인 예를 지시하는 데 사용된다. 따라서, 약어 "예"는 용어 "예를 들어(for example)"와 동의어이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "대상체"는 인간 또는 동물을 의미한다. 통상 동물은 영장류, 설치류, 가축 또는 수렵 동물과 같은 척추동물이다. 영장류에는 침팬지, 사이노몰거스 원숭이, 거미 원숭이, 및 마카크(예: 붉은털원숭이(Rhesus))가 포함된다. 설치류에는 마우스, 래트, 마멋, 흰담비, 래빗 및 햄스터가 포함된다. 가축 및 수렵 동물에는 소, 말, 돼지, 사슴, 들소, 버팔로, 고양잇과 종(예: 애완용 고양이), 갯과 종(예: 개, 여우, 늑대), 조류 종(예: 닭, 에뮤, 타조), 및 물고기(예: 송어, 메기 및 연어)가 포함된다. 환자 또는 대상체에는 전술된 것의 임의의 하위세트, 예를 들어 상기 모두가 포함되지만, 그러나 인간, 영장류 또는 설치류와 같은 하나 이상의 집단 또는 종은 배제시킨다. 본 명세서에 기재된 태양의 특정 실시형태에서, 대상체는 포유류, 예를 들어 영장류, 예를 들어 사람이다. 용어 "환자" 및 "대상체"는 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용된다.
일부 실시형태에서, 대상체는 포유류이다. 포유류는 인간, 인간 이외의 영장류, 마우스, 래트, 래빗, 개, 고양이, 말, 또는 소일 수 있지만, 이들 예로 한정되는 것은 아니다. 인간 이외의 포유류는 유리하게는 장애의 동물 모델을 나타내는 대상체로서 사용될 수 있다.
대상체는 본 명세서에 기재된 임의의 미생물 또는 병원체에 의해 야기된 질환 또는 장애로 이미 진단받았거나 이러한 질환 또는 장애를 앓고 있거나 갖는 것으로 확인된 대상체일 수 있다. 단지 예로서, 대상체는 패혈증, 염증성 질환, 또는 감염으로 진단될 수 있다.
하기의 실시예는 본 발명의 일부 실시형태 및 태양을 예시한다. 본 발명의 사상 또는 범주를 변경시키지 않고서 다양한 변경, 부가, 치환 등이 수행될 수 있으며, 그러한 변경 및 변형은 하기의 특허청구범위에 정의된 본 발명의 범주 내에 포함된다는 것이 관련 기술의 숙련자에게 명백할 것이다. 하기의 실시예는 어떠한 식으로든 본 발명을 제한하지 않는다.
실시예
실시예 1: 고유량 마이크로유체역학
FDA-승인 혈액 적합성 재료인 폴리설폰으로 마이크로유체 장치를 제작하였다. 이 장치에 한쪽 면이 접착제로 커버된 광학적으로 투명한 필름을 라미네이팅하였다. 사전에, 본 발명자들은 최대 360 ㎖/h의 높은 유속에서의 장치의 능력을 조사하였지만; 그러나, 혈액은 단시간 동안 주입하였다. 따라서, 본 발명자들은 건강한 인간 공여자로부터 수집된 헤파린 처리 인간 전혈을 2시간 동안 100 및 200 ㎖/h의 유속으로 순환시켰다(도 14). 장치를 통해 혈액을 순환시킨 후에, 채널 내에 남아 있는 혈액을 PBS 완충액으로 세척하였다. 장치 내에서 전단 응력에 의한 혈병은 형성되지 않았다. 그러나, 장치를 통해 2시간 동안 헤파린 미처리 인간 전혈을 순환시켰을 때, 본 발명자들은 채널 표면에 부착된 수 개의 큰 혈병을 발견하였다. 항응고 표면(예: SLIPS)을 장치에 적용함으로써 이 문제를 해결할 수 있다.
더욱이, 본 발명자들은 2개의 폴리설폰계 마이크로유체 장치를 병렬로 연결하여 처리량을 대폭 증가시켰다(총계 836 ㎖/h, 각각의 장치에서 418 ㎖/h). 본 발명자들은 병렬로 연결된 2개의 마이크로유체 장치 내로 혈액(CPDA-1이 첨가됨)이 분기된다는 것을 성공적으로 입증하였는데, 여기서 2개의 장치 사이의 유량에서의 차이는 총계 836 ㎖/h의 유속에서 5% 미만인 것으로 결정되었다. (도 15의 A 및 도 15의 B). 이는 본 발명의 마이크로유체 장치가 패혈증 환자의 큰 혈액 부피의 처리 및 정화에 사용될 수 있도록 다수의 마이크로유체 장치를 병렬로 일체화할 수 있다는 것을 나타낸다.
항응고성 SLIP 표면을 얻기 위한 마이크로유체 장치는 일련의 물리화학적 공정들에 의해 처리되는데, 이때 이러한 공정들은 고온 및 기계적 응력에 대한 내성을 필요로 하는 극한 조건에서 가동된다. 따라서, 본 발명자들은 또한 알루미늄을 사용하여 마이크로유체 장치를 제조하였다(도 6). 알루미늄은 화학적 증착, 화학적 세정 공정, 고온에서의 중합체 침착을 포함한 많은 표면 개질 공정을 견뎌낼 수 있는 능력 및 용이한 제작을 제공한다. 또한, 알루미늄 장치에 광학적으로 투명한 필름을 라미네이팅하고, 이어서 본 발명자들은 이 장치를 통해 5분 동안 418 ㎖/h로 인간 혈액(1 단위의 CPDA-1을 첨가함)을 주입하였다. 이 데이터는 알루미늄 DLT 장치가 높은 유속(단일 장치에서 418 ㎖/h)에서도 단시간 동안 혈병 형성을 일으키지 않았다는 것을 보여주었다.
실시예 2: 패혈증 동물 모델
본 발명자들은 이전의 마이크로유체 장치의 설계에 대하여 1 ㎛ MBL 접합된 자성 비드에 결합된 병원체의 단리 효율을 향상시키도록 개선하였다. 장치를 가로지르는 높은 자속 밀도 구배를 활용하여 자성 비드 결합된 병원체를 끌어당기기 위하여, 본 발명자들은 상부 및 하부의 폴리설폰 층을 한쪽 면이 접착제로 코팅된 중합체 박막으로 대체하였는데, 이는 고정 자석과 자성 비드 결합된 병원체가 유동하는 하부에 있는 혈액 채널 사이의 거리를 감소시킨다. 자속 밀도 구배는 자석으로부터의 거리가 증가함에 따라 대폭 감소하기 때문에, 이러한 개선된 제작 방법은 자석 표면 바로 부근에서 극히 강한 자력을 이용할 수 있게 한다. 더욱이, 자석 주위의 자기장을 평가하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 연구에 의하면, 자석들의 기하구조를 변경시킴으로써 자력을 개선할 수 있다는 것이 더 정확히 밝혀졌다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 새로운 설계에서의 자속 밀도 구배는 이전의 자석 셋업보다 대략적으로 최대 ~103배 더 큰 것으로 평가되었다. 이 이론적 평가는 2개의 실험 셋업, 즉 단일 자석(4" x 1" x 1/8", NdFeB N42) 및 조립된 자석들(2" x 1/4" x 1/8", NdFeB N42, 두께를 통해 자화됨)로부터 얻어진 단리 효율을 비교함으로써 입증되었다.
더욱이, 본 발명자들은 마이크로유체 장치 내의 전달 채널의 형상을 변경시켰는데, 이때 전달 채널을 통해 자성 비드 결합된 병원체가 자력에 의해 끌어당겨지고 소스 채널로부터 수집 채널 내로 끌어들여진다. 이전 설계에서, 자성 비드 결합된 병원체는 원형 관통-구멍들의 어레이들 사이에서 채널 벽에 막혔을(stuck)a막혔을 가능성이 높은데, 이는 단리된 병원체를 회수할 수 없게 한다. 따라서, 본 발명자들은 전달 채널의 형상을 변경시켰다. 본 발명자들은 단면 2 mm x 400 ㎛의 전달 채널 또는 그 채널의 중앙에 슬릿(각각의 채널 내에 29개의 슬릿, 장치 내에 16개의 분지된-채널)을 제조하여, 모든 자성 비드 및 비드 결합된 병원체가 이들 슬릿을 통해 식염수 채널 내로 끌어당겨질 수 있고 비드-결합된 병원체가 DLT 장치의 벽에 막히지 않도록 보장하였다. 이러한 새로운 특징은 또한 자기적으로 단리된 병원체가 혈액 정화 후에 회수될 수 있게 하였다.
본 발명자들은 장치로부터 자성 비드-결합된 병원체를 수집하고, 이어서 이들을 감자 덱스트로스 평판 상에 플레이팅함으로써, DLT 장치 내에서 단리된 병원체의 개수를 정량하였다. 이들 결과에 의하면, 단리된 병원체를 DLT 장치로부터 수집할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 대조적으로, 원형 전달 채널을 갖는 이전 장치는 단리된 병원체를 수집 채널로부터 회수할 수 없었는데, 이는 비드-결합된 병원체가 장치 내의 더 하부의 혈액 채널 네트워크의 벽에 막힌(stuck) 것에 기인될 가능성이 높다. 슬릿들을 갖는 이러한 개선된 설계는 패혈증 환자의 혈액으로부터 포획된 병원체의 정량적 및 정성적 분석을 수행할 수 있게 하며, 추가로 이는 부작용을 피할 수 있는 더 적절한 항생제를 사용하여 패혈증 환자를 치료하도록 부가 정보를 임상의에게 제공한다.
이들 개선된 설계를 모두 함께 조합했을 경우, 이는 도 16에 도시된 바와 같이 상당히 개선된 단리 능력 및 증가된 처리량으로 이어졌다. 본 발명자들은 본 장치의 새로운 설계의 단리 효율을 정량화하였다. 각각이 1 ㎛ akt Fc MBL 비드 및 1 ㎛ 야생형 MBL 비드에 결합된 C. 알비칸스를 인간 혈액(CPDA-1) 내로 혼합하고, 본 발명의 개선된 DLT 장치를 사용하여 418 ㎖/h에서도 90% 초과의 효율로 혈액으로부터 제거하였다. 실시예 1에 논의된 바와 같이, 병렬로 연결된 2개의 장치는 836 ㎖/h의 유속에서도 비교할 만한 결과(85%의 단리 효율)를 생성하였는데, 여기서 본 발명자들은 1 ㎛ WT-MBL 자성 비드 결합된 C. 알비칸스를 인간 혈액(CPDA-1) 내로 혼합하였다. 병렬로 운행한 2개의 DLT 장치는 유사한 단리 결과(도 15에서 상부 DLT 장치로부터 84.9%, 그리고 하부에 있는 DLT 장치로부터 85.6%)를 생성하였는데, 이는 혈액이 각각의 DLT 장치 내로 동등하게 분포되었는지를 크로스-체크한다. 더욱이, 증강된 자력을 이용하는 이러한 개선된 설계는 추가로 자성 나노입자(114 nm 직경)를 사용한 세균의 효율적인 단리가 그들을 더 효율적으로 포획할 수 있게 한다. 대조 실험으로서, 본 발명자들은 적용된 자기장 없이 DLT 장치를 통해 1 ㎛ 자성 비드 결합된 C. 알비칸스를 함유하는 혈액을 유동시켰으며, 병원체 분리는 관찰되지 않았다.
게다가, 본 발명자들은 또한, 자유 병원체를 함유하는 혈액으로부터 병원체 제거 효율을 결정하기 위하여, 인라인 믹서를 DLT 관 내로 일체화하였는데, 이는 패혈증 혈액 정화의 보다 현실적인 실험 조건을 모방한다(도 17). 고점성 용액의 혼합용으로 개발된 일회용 인라인 믹서(오메가 엔지니어링 인크, 미국 코네티컷주 소재)는 중합체 관 내에 나선형 배플을 갖는 일련의 혼합 부재로 이루어진다. 자성 비드(1 ㎛ akt Fc MBL, 3.5x108 비드/㎖)를 7.1 ㎕/min의 유속으로 관 내로 도입하고(여기서는 혼합된 C. 알비칸스를 함유하는 혈액이 유동함), 이어서 혈액 및 자성 비드를 연동 펌프와 DLT 장치 사이에 배치된 인라인 믹서 내에서 함께 혼합하였다. 수컷 위스타 래트의 대퇴 정맥 내의 혈액 유속(18 ㎖/h)을 기술한 이전 연구에 기초하여 이 조건에서의 DLT 시스템의 유속(10 ㎖/h)을 가정하고, 이 래트 패혈증 모델에 대해 DLT 시스템을 작동하여, 체외 DLT 시스템이 혈액을 순환시킬 수 있는 최적의 유속을 추가로 밝혀낼 수 있다. 주어진 조건(10 ㎖/h, 50 cm 길이 관)으로, 혈액 샘플(CPDA-1, 5 mM CaCl2, 혼합된 C. 알비칸스)을 비드와 ~5분 동안 혼합하고, DLT 시스템을 통해 유동하였으며, 이어서 혼합된 C. 알비칸스의 ~88%를 혈액으로부터 청소하였다.
마지막으로, 실시예 1에 기재된 바와 같이, DLT 장치 채널 네트워크에 대해 SLIPS 표면을 형성하기 위한 더 많은 선택지를 탐색하기 위하여 본 발명자들은 또한 알루미늄으로부터 DLT 장치를 제조하였다. 알루미늄 DLT 장치는 폴리설폰 DLT 장치와 동일한 설계 파라미터를 갖는다. 본 발명자들은 알루미늄 DLT 장치가 418 ㎖/h에서 비교할 만한 단리 효율(~90%)로 혈액으로부터 1 ㎛ 자성 비드 결합된 C. 알비칸스를 단리할 수 있다는 것을 확인하였다.
실시예 3: 래트 패혈증 모델
본 발명자들은 마이크로유체 시스템을 래트 패혈증 모델에 맞추기 위하여 마이크로유체 장치 및 관 셋업을 변경하였다. 래트 내의 작은 혈액 부피는 정질 용액으로 프라이밍하기 위한 장치 및 관의 부피의 감소를 가능하게 하여 래트 내의 혈액의 희석 효과를 최소화하였다. 장치의 개선된 설계는 1.2 ㎖의 혈액 채널 네트워크 및 1 ㎖의 관을 갖는 반면, 이전 장치는 2.5 ㎖가 혈액 채널 네트워크의 프라이밍을 가능하게 하였다. 더욱이, 혈액 스트림 내의 공기 버블은 생체내 모델에서 치명적인 공기 색전증(air embolism)을 야기시킬 수 있기 때문에, 본 발명자들은 또한 버블 포집 장치(#25014, www.restek.com)를 DLT 시스템과 함께 일체화하여(도 18) 마이크로유체 시스템 내의 공기 버블을 완전히 제거하였다. 관 내에서 우연히 생성된 공기 버블은 완전히 제거될 수 있다. 과량의 공기 버블이 관을 통해 유입되는 경우에는, 버블 포집 장치에 앞서 3방향 밸브를 통해 그러한 버블을 제거할 수 있다.
다른 실시형태가 본 발명의 범주 및 사상 내에 있다. 예를 들어, 소프트웨어의 성질로 인해, 상기에 기재된 기능은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 하드와이어링, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 기능을 구현하는 특징부가, 기능의 일부가 상이한 물리적 위치에서 구현되도록 분포되는 것을 포함하여 물리적으로 다양한 위치에 위치될 수 있다.
이미 지시되어 있지 않은 범위까지, 본 명세서에 기재되고 예시된 다양한 실시형태 중 임의의 하나는 본 명세서에 개시된 다른 실시형태들 중 임의의 것에서 보여준 특징부를 포함시키도록 추가로 변경될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 이해될 것이다.
확인된 모든 특허 및 다른 간행물은, 예를 들어 본 발명과 함께 사용될 수 있는 그러한 간행물에서 기술된 방법론을 설명하고 개시하려는 목적으로 본 명세서에 참고로 명시적으로 포함된다. 이들 간행물은 오로지 본 출원의 출원일 전의 그들의 개시 때문에 제공된다. 이에 관하여 어떤 것도, 본 발명자들이 종래 발명에 의해 또는 임의의 다른 이유로 그러한 개시보다 선행되지 않음을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 이들 문헌의 내용에 관한 표현 및 날짜에 관한 모든 진술은 출원인이 이용가능한 정보에 기초하며, 이들 문헌의 내용 또는 날짜의 정확함에 대해 어떠한 것도 인정하는 것으로 여겨지지 않는다.
SEQUENCE LISTING <110> PRESIDENT AND FELLOWS OF HARVARD COLLEGE CHILDREN'S MEDICAL CENTER CORPORATION <120> DIALYSIS LIKE THERAPEUTIC (DLT) DEVICE <130> 002806-070281-PCT <140> PCT/US2012/031864 <141> 2012-04-02 <150> 61/470,987 <151> 2011-04-01 <160> 8 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 248 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 1 Met Ser Leu Phe Pro Ser Leu Pro Leu Leu Leu Leu Ser Met Val Ala 1 5 10 15 Ala Ser Tyr Ser Glu Thr Val Thr Cys Glu Asp Ala Gln Lys Thr Cys 20 25 30 Pro Ala Val Ile Ala Cys Ser Ser Pro Gly Ile Asn Gly Phe Pro Gly 35 40 45 Lys Asp Gly Arg Asp Gly Thr Lys Gly Glu Lys Gly Glu Pro Gly Gln 50 55 60 Gly Leu Arg Gly Leu Gln Gly Pro Pro Gly Lys Leu Gly Pro Pro Gly 65 70 75 80 Asn Pro Gly Pro Ser Gly Ser Pro Gly Pro Lys Gly Gln Lys Gly Asp 85 90 95 Pro Gly Lys Ser Pro Asp Gly Asp Ser Ser Leu Ala Ala Ser Glu Arg 100 105 110 Lys Ala Leu Gln Thr Glu Met Ala Arg Ile Lys Lys Trp Leu Thr Phe 115 120 125 Ser Leu Gly Lys Gln Val Gly Asn Lys Phe Phe Leu Thr Asn Gly Glu 130 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Asp Gly Asp Ser Ser Leu Ala Ala Ser Glu Arg Lys Ala Leu Gln 1 5 10 15 Thr Glu Met Ala Arg Ile Lys Lys Trp Leu Thr Phe Ser Leu Gly Lys 20 25 30 Gln Val Gly Asn Lys Phe Phe Leu Thr Asn Gly Glu Ile Met Thr Phe 35 40 45 Glu Lys Val Lys Ala Leu Cys Val Lys Phe Gln Ala Ser Val Ala Thr 50 55 60 Pro Arg Asn Ala Ala Glu Asn Gly Ala Ile Gln Asn Leu Ile Lys Glu 65 70 75 80 Glu Ala Phe Leu Gly Ile Thr Asp Glu Lys Thr Glu Gly Gln Phe Val 85 90 95 Asp Leu Thr Gly Asn Arg Leu Thr Tyr Thr Asn Trp Asn Glu Gly Glu 100 105 110 Pro Asn Asn Ala Gly Ser Asp Glu Asp Cys Val Leu Leu Leu Lys Asn 115 120 125 Gly Gln Trp Asn Asp Val Pro Cys Ser Thr Ser His Leu Ala Val Cys 130 135 140 Glu Phe Pro Ile 145 <210> 6 <211> 380 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polypeptide <400> 6 Glu Pro Lys Ser Ser Asp Lys Thr His Thr Cys Pro Pro Cys Pro Ala 1 5 10 15 Pro Glu Leu Leu Gly Gly Pro Ser Val Phe Leu Phe Pro Pro Lys Pro 20 25 30 Lys Asp Thr Leu Met Ile Ser Arg Thr 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Arg Ile Lys Lys 245 250 255 Trp Leu Thr Phe Ser Leu Gly Lys Gln Val Gly Asn Lys Phe Phe Leu 260 265 270 Thr Asn Gly Glu Ile Met Thr Phe Glu Lys Val Lys Ala Leu Cys Val 275 280 285 Lys Phe Gln Ala Ser Val Ala Thr Pro Arg Asn Ala Ala Glu Asn Gly 290 295 300 Ala Ile Gln Asn Leu Ile Lys Glu Glu Ala Phe Leu Gly Ile Thr Asp 305 310 315 320 Glu Lys Thr Glu Gly Gln Phe Val Asp Leu Thr Gly Asn Arg Leu Thr 325 330 335 Tyr Thr Asn Trp Asn Glu Gly Glu Pro Asn Asn Ala Gly Ser Asp Glu 340 345 350 Asp Cys Val Leu Leu Leu Lys Asn Gly Gln Trp Asn Asp Val Pro Cys 355 360 365 Ser Thr Ser His Leu Ala Val Cys Glu Phe Pro Ile 370 375 380 <210> 7 <211> 383 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthetic polypeptide <400> 7 Ala Lys Thr Glu Pro Lys Ser Ser Asp Lys Thr His Thr Cys Pro Pro 1 5 10 15 Cys Pro Ala Pro Glu Leu Leu Gly Gly Pro Ser Val Phe Leu Phe Pro 20 25 30 Pro Lys Pro Lys Asp Thr Leu Met Ile Ser Arg Thr Pro Glu Val Thr 35 40 45 Cys Val Val Val Asp Val 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Claims (88)

  1. 마이크로유체 장치로서,
    (i) a. 제1 외부 표면 상에 존재하고 소스 입구와 소스 출구 사이에 연결된 소스 채널;
    b. 제2 외부 표면 상에 존재하고 수집 입구와 수집 출구 사이에 연결된 수집 채널; 및
    c. 상기 소스 채널과 상기 수집 채널을 연결하는 적어도 하나의 전달 채널
    을 포함하는 중심 몸체(central body);
    (ii) 상기 중심 몸체의 제1 외부 표면과 접촉된 제1 라미네이팅 층으로서,
    상기 소스 입구는 제1 라미네이트 층의 외부 표면 상의 소스 입구 포트와 연통하고, 상기 소스 출구는 제1 라미네이트 층의 외부 표면 상의 소스 출구 포트와 연통하고, 상기 제1 라미네이팅 층 및 상기 중심 몸체의 제1 외부 표면은 상기 소스 채널을 정의하는 것인 제1 라미네이트 층;
    (iii) 상기 중심 몸체의 제2 외부 표면과 접촉된 제2 라미네이팅 층으로서,
    상기 수집 입구는 제2 라미네이트 층의 외부 표면 상의 수집 입구 포트와 연통하고, 상기 수집 출구는 제2 라미네이트 층의 외부 표면 상의 수집 출구 포트와 연통하고, 상기 제2 라미네이팅 층 및 상기 중심 몸체의 제2 외부 표면은 상기 수집 채널을 정의하는 것인 제2 라미네이트 층; 및
    (iv) 상기 수집 채널에 인접하여 배치되고, 상기 소스 채널 내에서 유동하는 유체에 자기장 구배를 적용하여 상기 소스 채널 내의 표적 성분이 상기 적어도 하나의 전달 채널 또는 상기 수집 채널 내로 이동되게 하도록 구성된 하나 이상의 자기장 구배 소스
    를 포함하는 마이크로유체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    (i) 상기 소스 입구 포트에 연결되고 소스 유체를 상기 소스 채널에 전달하기 위한 유체 소스로서,
    상기 소스 유체는 상기 소스 유체로부터 제거하고자 하는 표적 성분을 포함하는 것인 유체 소스; 및
    (ii) 상기 수집 입구 포트에 연결되고, 수집 유체를 상기 수집 채널에 전달하여 상기 수집 채널 및 상기 적어도 하나의 전달 채널을 충전하기 위한 수집 유체 소스
    를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소스 채널, 상기 수집 채널, 또는 상기 적어도 하나의 전달 채널 중 적어도 하나의 유체 접촉 표면은 항응고 표면인, 마이크로유체 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유체 접촉 표면은 미끄러운 액체가 주입된 다공성 표면(slippery liquid-infused porous surface, SLIPS)인, 마이크로유체 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 유체 접촉 표면은 항응고제로 코팅된, 마이크로유체 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 라미네이팅 층의 두께가 약 0.01 mm 내지 약 10 mm인, 마이크로유체 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 라미네이팅 층의 두께가 약 0.07 mm 내지 약 0.1 mm인, 마이크로유체 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 라미네이팅 층의 두께가 약 0.01 mm 내지 약 10 mm인, 마이크로유체 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 라미네이팅 층의 두께가 약 0.07 mm 내지 약 0.1 mm인, 마이크로유체 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 입구에 연결되고 복수의 자성 입자를 상기 소스 유체에 전달하도록 구성된 인라인 믹서 장치를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    a. 상기 소스 입구; 또는
    b. 상기 소스 출구
    에 직접적 또는 간접적으로 연결된 인라인 버블 포집 장치를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 채널과 상기 수집 채널 사이의 거리가 약 10 ㎛ 내지 약 10 mm인, 마이크로유체 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 소스 채널과 상기 수집 채널 사이의 거리가 약 500 ㎛인, 마이크로유체 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 채널 및 상기 수집 채널은 독립적으로 길이가 약 l mm 내지 약 10 cm이고, 폭이 약 0.1 mm 내지 약 100 mm이고, 깊이가 약 0.1 mm 내지 약 20 mm인, 마이크로유체 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 채널과 상기 수집 채널은 실질적으로 유사한 치수를 갖는, 마이크로유체 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm인, 마이크로유체 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm인, 마이크로유체 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전달 채널은 단면 치수가 약 200 ㎛ x 10 mm 내지 약 1 mm x 100 mm인, 마이크로유체 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전달 채널은 단면 치수가 약 400 ㎛ x 2 mm인, 마이크로유체 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달 채널들 사이의 간격이 약 10 ㎛ 내지 약 5 mm인, 마이크로유체 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전달 채널들 사이의 간격이 약 3 mm인, 마이크로유체 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 길이가 약 2 cm 내지 약 100 cm이고, 폭이 약 2 cm 내지 약 100 cm이고, 깊이가 약 2 cm 내지 약 100 cm인, 마이크로유체 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 길이가 약 128 mm이고, 폭이 약 57 mm이고, 깊이가 약 2 mm인, 마이크로유체 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 길이가 약 128 mm이고, 폭이 약 57 mm이고, 깊이가 약 2 mm이고; 상기 소스 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm이고; 상기 수집 채널은 길이가 약 25 mm이고, 폭이 약 2 mm이고, 깊이가 약 0.6 mm이고; 상기 적어도 하나의 전달 채널은 단면 치수가 약 400 ㎛ x 2 mm이고; 전달 채널들 사이의 간격은 약 3 mm인, 마이크로유체 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달 채널 중 적어도 하나는 상기 소스 채널에 대해 90도 미만의 각도로 배향되는, 마이크로유체 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심 몸체, 상기 제1 라미네이팅 층, 또는 상기 제2 라미네이팅 층은 생체적합성 재료로 제작되는, 마이크로유체 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심 몸체, 상기 제1 라미네이팅 층, 또는 상기 제2 라미네이팅 층은 FDA 승인 혈액 적합성 재료로 제작되는, 마이크로유체 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심 몸체, 상기 제1 라미네이팅 층, 또는 상기 제2 라미네이팅 층은 알루미늄, 폴리디메틸실록산, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌 폴리설폰, 폴리카르보네이트, 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌, 폴리비닐리딘 플루오라이드, 폴리실리콘(polysilicon), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에테르 설폰), 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에틸렌 글리콜), 스티렌-아크릴로니트릴 수지, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐리덴디플루오라이드, 폴리(비닐 피롤리돈), 스테인리스 강, 티타늄, 백금, 합금, 세라믹 및 유리, 비자성 금속, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제작되는, 마이크로유체 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기장 구배는 상기 소스 채널 내의 표적 성분이 상기 적어도 하나의 수집 채널 내로 이동되게 하기에 충분한, 마이크로유체 장치.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 유체는 혈액, 혈장, 혈청, 젖분비 생성물(lactation product), 젖, 양수, 복막액, 객담, 타액, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 흡인물, 땀(perspiration), 점액, 액화된 대변 샘플, 활액(synovial fluid), 림프액, 눈물, 기관 흡인물, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 생물학적 유체인, 마이크로유체 장치.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 비생물학적 유체인, 마이크로유체 장치.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 수집 유체는 등장성 식염수, 생물학적 유체, 생체적합성 유체 또는 생물학적 유체 대체물인, 마이크로유체 장치.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 출구에 연결되고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분을 분석하도록 구성된 인라인 진단 장치를 추가로 포함하는, 마이크로유체 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 인라인 진단 장치는, 수집 챔버에 인접하고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 챔버 내에 수집되게 하도록 구성된 자기장 구배 소스를 포함하는, 마이크로유체 장치.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    a. 상기 소스 유체는 상기 소스 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하고;
    b. 상기 수집 유체는 상기 수집 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하는, 마이크로유체 장치.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는, 마이크로유체 장치.
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합되는, 마이크로유체 장치.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합된 결합성/친화성 분자(binding/affinity molecule)에 결합되는, 마이크로유체 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 결합성/친화성 분자는 항체, 항원, 단백질, 펩티드, 핵산, 수용체 분자, 수용체를 위한 리간드, 렉틴, 탄수화물, 지질, 친화성 결합 쌍의 한 구성원, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
  41. 제39항 또는 제40항에 있어서,
    상기 결합성/친화성 분자는 MBL (mannose binding lectin, 만노스 결합성 렉틴), FcMBL (만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), AKT-FcMBL (서열 AKT(알라닌, 리신, 트레오닌)의 N-말단 아미노산 트리펩티드와 함께 만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
  42. 제39항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합성/친화성 분자는 서열번호(SEQ ID NO.) 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6, 서열번호 6, 서열번호 7, 서열번호 8, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 아미노산 서열을 포함하는, 마이크로유체 장치.
  43. 제38항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자는 상자성인, 마이크로유체 장치.
  44. 제38항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자의 크기가 0.1 nm 내지 500 ㎛의 범위인, 마이크로유체 장치.
  45. 제38항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자는 구형, 막대형, 타원형, 원통형, 또는 원반형인, 마이크로유체 장치.
  46. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 살아있는 세포 또는 죽은 세포(원핵 세포 또는 진핵 세포), 바이러스, 세균, 진균, 효모, 원생동물, 미생물, 기생충 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 생체입자/병원체인, 마이크로유체 장치.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 표적 성분은
    a. 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 칸디다 트로피칼리스(Candida tropicalis), 칸디다 스텔라토이데아(Candida stellatoidea), 칸디다 글라브라타(Candida glabrata), 칸디다 크루세이(Candida krusei), 칸디다 파라프실로시스(Candida parapsilosis), 칸디다 귈리에르몬디(Candida guilliermondii), 칸디다 비스와나티(Candida viswanathii), 칸디다 루시타니아에(Candida lusitaniae), 로도토룰라 무실라기노사(Rhodotorula mucilaginosa), 아스페르길루스 푸미가투스(Aspergillus fumigatus), 아스페르길루스 플라부스(Aspergillus flavus), 아스페르길루스 클라바투스(Aspergillus clavatus), 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 크립토콕쿠스 라우렌티(Cryptococcus laurentii), 크립토콕쿠스 알비두스(Cryptococcus albidus), 크립토콕쿠스 가티(Cryptococcus gattii), 히스토플라스마 캅술라툼(Histoplasma capsulatum), 뉴모시스티스 지로베시(Pneumocystis jirovecii) (또는 뉴모시스티스 카리니(Pneumocystis carinii)), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 진균 또는 효모;
    b. 탄저균, 캄필로박터, 콜레라균, 디프테리아균, 장독소원성 E. 콜리(E. coli), 지아르디아(giardia), 임균, 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori), B형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza B), 비피막형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza non-typable), 수막구균, 백일해균, 폐렴구균, 살모넬라, 이질균, 연쇄구균 B, A군 연쇄구균, 파상풍균, 비브리오 콜레라에(Vibrio cholerae), 예르시니아, 포도상구균, 슈도모나스(Pseudomonas) 종, 클로스트리디아(Clostridia) 종, 미코박테리움 투베르쿨로시스(Mycobacterium tuberculosis), 미코박테리움 레프라에(Mycobacterium leprae), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 살모넬라 티피(Salmonella typhi), 시겔라 디센테리아에(Shigella dysenteriae), 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis), 브루셀라(Brucella) 종, 레기오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila), 리케차에(Rickettsiae), 클라미디아(Chlamydia), 클로스트리디움 페르프린겐스(Clostridium perfringens), 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum), 스타필로콕쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 트레포네마 팔리둠(Treponema pallidum), 헤모필루스 인플루엔자에(Haemophilus influenzae), 트렙토네마 팔리둠(Treptonema pallidum), 클레브시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 크립토스포리디움 파르붐(Cryptosporidium parvum), 스트렙토콕쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae), 보르데텔라 페르투시스(Bordetella pertussis), 네이세리아 메닌기티데스(Neisseria meningitides), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 세균;
    c. 엔타모에바 히스톨리티카(Entamoeba histolytica); 플라스모디움(Plasmodium) 종, 레이시마니아(Leishmania) 종, 톡소플라스모시스(Toxoplasmosis), 헬민트스(Helminths ), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 기생충;
    d. HIV-1, HIV-2, 간염 바이러스(B형 및 C형 간염 포함), 에볼라(Ebola) 바이러스, 웨스트 나일(West Nile) 바이러스, 및 헤르페스 바이러스, 예컨대 HSV-2, 아데노바이러스, 뎅기 혈청형 1 내지 4형, 에볼라, 엔테로바이러스, 1형 또는 2형 단순 헤르페스 바이러스, 인플루엔자, 일본 말뇌염(Japanese equine encephalitis), 노르워크(Norwalk), 파필로마 바이러스, 파르보바이러스 B19, 루벨라, 루베올라, 박시니아, 바리셀라, 사이토메갈로바이러스, 엡스테인-바르(Epstein-Barr) 바이러스, 6형 인간 헤르페스 바이러스, 7형 인간 헤르페스 바이러스, 8형 인간 헤르페스 바이러스, 마마 바이러스, 수포성 구내염(Vesicular stomatitis) 바이러스, A형 간염 바이러스, B형 간염 바이러스, C형 간염 바이러스, D형 간염 바이러스, E형 간염 바이러스, 폴리오바이러스, 리노바이러스, 코로나바이러스, A형 인플루엔자 바이러스, B형 인플루엔자 바이러스, 홍역 바이러스, 폴리오마바이러스, 인간 파필로마 바이러스, 호흡기 세포융합(Respiratory syncytial) 바이러스, 아데노바이러스, 콕삭키 바이러스, 뎅기 바이러스, 멈프스 바이러스, 라비에스 바이러스, 라우스 육종 바이러스, 황열병 바이러스, 에볼라 바이러스, 마르부르크 바이러스, 라사열 바이러스, 동부 말뇌염 바이러스, 일본 뇌염 바이러스, 세인트 루이스 뇌염 바이러스, 머레이 계곡열(Murray Valley fever) 바이러스, 웨스트 나일 바이러스, 리프트 계곡열(Rift Valley fever) 바이러스, A형 로타바이러스, B형 로타바이러스, C형 로타바이러스, 신드비스 바이러스, 1형 인간 T-세포 백혈병 바이러스, 한타바이러스, 루벨라 바이러스, 원숭이 면역결핍 바이러스, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 바이러스; 또는
    e. (a) 내지 (d)의 임의의 조합
    인, 마이크로유체 장치.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 표적 성분은 줄기 세포, 암 세포, 전구 세포, 면역 세포, 혈액 세포, 태아 세포 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 세포인, 마이크로유체 장치.
  49. 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 호르몬, 사이토카인, 단백질, 펩티드, 프리온, 렉틴, 올리고뉴클레오티드, 분자적 또는 화학적 독소, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로유체 장치.
  50. 시스템으로서,
    (i) 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 따른 마이크로유체 장치;
    (ii) 상기 소스 채널에 연결되고 소스 유체를 상기 소스 채널에 전달하는 유체 소스로서,
    상기 소스 유체는 상기 소스 유체로부터 제거하고자 하는 표적 성분을 포함하는 것인 유체 소스;
    (iii) 상기 소스 채널에 연결되고 상기 소스 유체를 상기 소스 채널 내로 펌핑하도록 구성된 소스 펌프;
    (iv) 상기 소스 채널 및 상기 유체 소스에 연결되고 상기 소스 유체를 자성 입자와 혼합하도록 구성된 소스 믹서;
    (v) 상기 수집 입구에 연결되고, 수집 유체를 상기 제1 수집 채널에 전달하고 상기 표적 성분을 상기 적어도 하나의 전달 채널로부터 상기 수집 채널 내로 끌어들여 상기 표적 성분을 상기 수집 채널로부터 플러싱(flushing)하도록 구성된 수집 유체 소스;
    (vi) 상기 수집 입구 및 상기 수집 유체 소스에 연결되고 상기 수집 유체를 상기 수집 채널 내로 펌핑하도록 구성된 수집 펌프;
    (vii) 프로세서 및 관련 메모리를 가지며,
    a. 상기 소스 펌프에 결합되어 상기 소스 채널을 통한 소스 유체의 유동을 제어하고,
    b. 상기 수집 펌프에 결합되어 상기 수집 채널을 통한 상기 수집 유체의 유동을 제어하는,
    제어기
    를 포함하는 시스템.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 수집 출구에 연결되고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분을 분석하도록 구성된 인라인 진단 장치를 추가로 포함하는, 시스템.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 인라인 진단 장치는, 상기 수집 챔버에 인접하고 상기 제1 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 챔버 내에 수집되게 하도록 구성된 자기장 구배 소스를 포함하는, 시스템.
  53. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    상기 인라인 진단 장치는 상기 표적 성분을 분석하기 위하여 염료, 항체, 비표지 광학 기술, 또는 고상 검출 기술 중 하나 이상을 사용하는, 시스템.
  54. 제50항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기장 구배는 상기 소스 채널 내의 표적 성분이 상기 수집 채널 내로 이동되게 하기에 충분한, 시스템.
  55. 소스 유체의 정화(clensing) 방법으로서,
    i. 제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 따른 마이크로유체 장치를 제공하는 단계;
    ii. 소스 유체가 상기 소스 채널을 통해 유동되게 하는 단계로서, 상기 소스 유체는 상기 소스 유체로부터 제거/분리하고자 하는 표적 성분을 포함하는 것인 단계;
    iii. 상기 수집 채널 내에 수집 유체를 제공하는 단계;
    iv. 상기 소스 채널 내의 상기 소스 유체에 자기장 구배를 적용함으로써, 상기 표적 성분이 상기 적어도 하나의 전달 채널 중 하나 내로 이동되는 단계
    를 포함하는 방법.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 유동되게 하고, 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 채널로부터 제거되는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  57. 제55항 또는 제56항에 있어서,
    상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 연속적으로 유동되게 하고, 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 채널로부터 제거되는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  58. 제56항 또는 제57항에 있어서,
    상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 주기적 간격으로 유동되게 하고, 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 채널로부터 제거되는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  59. 제55항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 유체는 혈액, 혈장, 혈청, 젖분비 생성물, 젖, 양수, 복막액, 객담, 타액, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 흡인물, 땀, 점액, 액화된 대변 샘플, 활액(synovial fluid), 림프액, 눈물, 기관 흡인물, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 생물학적 유체인, 방법.
  60. 제55항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 비생물학적 유체인, 방법.
  61. 제55항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 유체는 물, 유기 용매, 식염수 용액, 당용액, 탄수화물 용액, 지질 용액, 핵산 용액, 탄화수소, 산, 가솔린, 석유, 액화 식품, 기체, 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  62. 제55항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 유체는 등장성 식염수, 생물학적 유체, 생체적합성 유체 또는 생물학적 유체 대체물인, 방법.
  63. 제55항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는, 방법.
  64. 제55항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합되는, 방법.
  65. 제55항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 자기장 구배에 의해 끌어당겨지거나 반발되는 입자에 결합된 결합성/친화성 분자에 결합되는, 방법.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 결합성/친화성 분자는 항체, 항원, 단백질, 펩티드, 핵산, 수용체 분자, 수용체를 위한 리간드, 렉틴, 탄수화물, 지질, 친화성 결합 쌍의 한 구성원, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  67. 제65항 또는 제66항에 있어서,
    상기 결합성/친화성 분자는 MBL (만노스 결합성 렉틴), FcMBL (만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), AKT-FcMBL (서열 AKT(알라닌, 리신, 트레오닌)의 N-말단 아미노산 트리펩티드와 함께 만노스 결합성 렉틴에 융합된 IgG Fc), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  68. 제65항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합성/친화성 분자는 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6, 서열번호 6, 서열번호 7, 서열번호 8, 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 아미노산 서열을 포함하는, 방법.
  69. 제64항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자는 상자성인, 방법.
  70. 제64항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자의 크기가 0.1 nm 내지 1 mm의 범위인, 방법.
  71. 제64항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자는 구형, 막대형, 타원형, 원통형, 또는 원반형인, 방법.
  72. 제55항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 살아있는 세포 또는 죽은 세포(원핵 세포 또는 진핵 세포), 바이러스, 세균, 진균, 효모, 원생동물, 미생물, 기생충 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 생체입자/병원체인, 방법.
  73. 제72항에 있어서, 상기 표적 성분은
    a. 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 칸디다 트로피칼리스(Candida tropicalis), 칸디다 스텔라토이데아(Candida stellatoidea), 칸디다 글라브라타(Candida glabrata), 칸디다 크루세이(Candida krusei), 칸디다 파라프실로시스(Candida parapsilosis), 칸디다 귈리에르몬디(Candida guilliermondii), 칸디다 비스와나티(Candida viswanathii), 칸디다 루시타니아에(Candida lusitaniae), 로도토룰라 무실라기노사(Rhodotorula mucilaginosa), 아스페르길루스 푸미가투스(Aspergillus fumigatus), 아스페르길루스 플라부스(Aspergillus flavus), 아스페르길루스 클라바투스(Aspergillus clavatus), 크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans), 크립토콕쿠스 라우렌티(Cryptococcus laurentii), 크립토콕쿠스 알비두스(Cryptococcus albidus), 크립토콕쿠스 가티(Cryptococcus gattii), 히스토플라스마 캅술라툼(Histoplasma capsulatum), 뉴모시스티스 지로베시(Pneumocystis jirovecii) (또는 뉴모시스티스 카리니(Pneumocystis carinii)), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 진균 또는 효모;
    b. 탄저균, 캄필로박터, 콜레라균, 디프테리아균, 장독소원성 E. 콜리(E. coli), 지아르디아(giardia), 임균, 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori), B형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza B), 비피막형 헤모필루스 인플루엔자(Hemophilus influenza non-typable), 수막구균, 백일해균, 폐렴구균, 살모넬라, 이질균, 연쇄구균 B, A군 연쇄구균, 파상풍균, 비브리오 콜레라에(Vibrio cholerae), 예르시니아, 포도상구균, 슈도모나스(Pseudomonas) 종, 클로스트리디아(Clostridia) 종, 미코박테리움 투베르쿨로시스(Mycobacterium tuberculosis), 미코박테리움 레프라에(Mycobacterium leprae), 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 살모넬라 티피(Salmonella typhi), 시겔라 디센테리아에(Shigella dysenteriae), 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis), 브루셀라(Brucella) 종, 레기오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila), 리케차에(Rickettsiae), 클라미디아(Chlamydia), 클로스트리디움 페르프린겐스(Clostridium perfringens), 클로스트리디움 보툴리눔(Clostridium botulinum), 스타필로콕쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 트레포네마 팔리둠(Treponema pallidum), 헤모필루스 인플루엔자에(Haemophilus influenzae), 트렙토네마 팔리둠(Treptonema pallidum), 클레브시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 크립토스포리디움 파르붐(Cryptosporidium parvum), 스트렙토콕쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae), 보르데텔라 페르투시스(Bordetella pertussis), 네이세리아 메닌기티데스(Neisseria meningitides), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 세균;
    c. 엔타모에바 히스톨리티카(Entamoeba histolytica); 플라스모디움(Plasmodium) 종, 레이시마니아(Leishmania) 종, 톡소플라스모시스(Toxoplasmosis), 헬민트스(Helminths ), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 기생충;
    d. HIV-1, HIV-2, 간염 바이러스(B형 및 C형 간염 포함), 에볼라(Ebola) 바이러스, 웨스트 나일(West Nile) 바이러스, 및 헤르페스 바이러스, 예컨대 HSV-2, 아데노바이러스, 뎅기 혈청형 1 내지 4형, 에볼라, 엔테로바이러스, 1형 또는 2형 단순 헤르페스 바이러스, 인플루엔자, 일본 말뇌염(Japanese equine encephalitis), 노르워크(Norwalk), 파필로마 바이러스, 파르보바이러스 B19, 루벨라, 루베올라, 박시니아, 바리셀라, 사이토메갈로바이러스, 엡스테인-바르(Epstein-Barr) 바이러스, 6형 인간 헤르페스 바이러스, 7형 인간 헤르페스 바이러스, 8형 인간 헤르페스 바이러스, 마마 바이러스, 수포성 구내염(Vesicular stomatitis) 바이러스, A형 간염 바이러스, B형 간염 바이러스, C형 간염 바이러스, D형 간염 바이러스, E형 간염 바이러스, 폴리오바이러스, 리노바이러스, 코로나바이러스, A형 인플루엔자 바이러스, B형 인플루엔자 바이러스, 홍역 바이러스, 폴리오마바이러스, 인간 파필로마 바이러스, 호흡기 세포융합(Respiratory syncytial) 바이러스, 아데노바이러스, 콕삭키 바이러스, 뎅기 바이러스, 멈프스 바이러스, 라비에스 바이러스, 라우스 육종 바이러스, 황열병 바이러스, 에볼라 바이러스, 마르부르크 바이러스, 라사열 바이러스, 동부 말뇌염 바이러스, 일본 뇌염 바이러스, 세인트 루이스 뇌염 바이러스, 머레이 계곡열(Murray Valley fever) 바이러스, 웨스트 나일 바이러스, 리프트 계곡열(Rift Valley fever) 바이러스, A형 로타바이러스, B형 로타바이러스, C형 로타바이러스, 신드비스 바이러스, 1형 인간 T-세포 백혈병 바이러스, 한타바이러스, 루벨라 바이러스, 원숭이 면역결핍 바이러스, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 바이러스; 또는
    e. (a) 내지 (d)의 임의의 조합
    인, 방법.
  74. 제72항에 있어서,
    상기 표적 성분은 줄기 세포, 암 세포, 전구 세포, 면역 세포, 혈액 세포, 태아 세포 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 세포인, 방법.
  75. 제55항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분은 호르몬, 사이토카인, 단백질, 펩티드, 프리온, 렉틴, 올리고뉴클레오티드, 분자적 또는 화학적 독소, 엑소솜, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  76. 제64항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 채널을 통한 상기 소스 유체의 유동을 개시하기 전에 상기 입자를 상기 소스 유체 내로 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  77. 제64항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 채널을 통한 상기 소스 유체의 유동을 개시한 후에 상기 입자를 상기 소스 유체 내로 첨가하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  78. 제55항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 채널로부터 상기 수집 유체의 적어도 일부를 수집하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  79. 제55항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    표적 성분의 추가의 분리를 위하여 상기 소스 채널을 통한 제2 통과를 위해 상기 소스 유체의 일부를 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  80. 제55항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 성분의 10% 이상이 상기 소스 유체로부터 제거되는, 방법.
  81. 제55항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스 유체는 상기 소스 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하는, 방법.
  82. 제55항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 유체는 상기 수집 채널을 통해 1 ㎖/hr 내지 2000 ㎖/hr의 속도로 유동하는, 방법.
  83. 제55항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 채널을 통한 유속은 간헐적인, 방법.
  84. 제83항에 있어서,
    상기 수집 유체의 유동은, 소정 부피의 소스 유체가 상기 소스 채널을 통과할 때까지는 꺼지고(off), 이어서 상기 수집 유체의 유동이 소정 유속으로 소정 시간 동안 켜지는(on), 방법.
  85. 제84항에 있어서,
    상기 소스 채널을 통한 유동은 상기 수집 유체가 상기 수집 채널을 통해 유동하는 동안 중단되는, 방법.
  86. 제55항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    수집 유체 수집기 내에 상기 표적 성분을 함유하는 상기 수집 유체를 수집하는 단계, 상기 수집 유체 수집기로부터 적어도 하나의 표적 성분을 제거하는 단계, 및 면역-염색, 배양, PCR, 질량 분석 및 항생제 감수성 시험을 포함한 군으로부터의 공정 중 하나 이상을 사용하여 상기 제거된 표적 성분을 분석하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  87. 제55항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 출구에 연결되고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분을 분석하도록 구성된 인라인 진단 장치를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  88. 제87항에 있어서,
    상기 인라인 진단 장치는,
    수집 챔버에 인접하고 상기 수집 유체 내의 상기 표적 성분이 상기 수집 챔버 내에 수집되게 하도록 구성된 자기장 구배 소스를 포함하는, 방법.
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