종양 미세환경 모사 및 약물 평가를 위한 U자형 미세트랩 기반의 미세유체칩
U-shaped microtrap-based microfluidic chip for tumor microenvironment simulation and drug evaluation
특허 요약
본 발명은 종양 미세환경 모사 및 약물 평가를 위한 U자형 미세트랩 기반의 미세유체칩및 이의 활용 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미세유체칩(미세 유체 플랫폼)과 하이브리드 스페로이드 모델이 복잡한 체내 종양 미세환경의 암-면역 시스템을 효과적으로 모방하며, 약물 스크리닝 및 개인 맞춤형 치료에 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 시스템은 혈류의 거동을 모사하는 미세 유체의 흐름을 만들어 기존의 정적인 장치보다 더욱 생체 내부와 관련성 높은 약물 전달, 면역 반응 등의 현상을 규명할 수 있는 가능성을 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

(a) 일정한 크기의 스페로이드를 하기의 구조를 갖는 미세유체 시스템에 주입하는 단계로서,미세 유체 시스템은 입구쪽으로 열린 U자형(U-shape) 미세트랩이 50~200개 위치하도록 설계된 구조층(structure layer); 및 구조층을 덮는 구조로 구조층 위에 위치하며, 시료를 유입시키기 위한 유입구와 시료를 배출하기 위한 유출구가 위치하도록 설계된 채널층(channel layer);으로 구성되는 단계;(b) 상기 단계 (a)의 미세유체 시스템의 유입구로 배양액을 흘려주어 유출구로 잔여 스페로이드를 제거하는 단계; 및(c) 미세유체 시스템의 유입구로 새로운 배양액을 흘려주어, 미세유체 시스템 내에서 스페로이드를 배양하는 단계;를 포함하는 스페로이드 배양방법.

2

제1항에 있어서, 상기 스페로이드는 종양 스페로이드인, 배양방법.

3

제2항에 있어서, 상기 종양 스페로이드는, 종양세포 및 면역세포를 하이브리드한 하이브리드 스페로이드인, 배양방법.

4

(i) 일정한 크기의 종양 스페로이드를 하기의 구조를 갖는 미세유체 시스템에 주입하는 단계로서,미세 유체 시스템은 입구쪽으로 열린 U자형(U-shape) 미세트랩이 50200개 위치하도록 설계된 구조층(structure layer); 및 구조층을 덮는 구조로 구조층 위에 위치하며, 시료를 유입시키기 위한 유입구와 시료를 배출하기 위한 유출구가 위치하도록 설계된 채널층(channel layer);으로 구성되며,종양 스페로이드는 50300 세포의 종양세포를 포함하되, 종양세포:면역세포가 1~6:1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 것인 단계;(ii) 상기 단계 (i)의 미세유체 시스템의 유입구로 배양액을 흘려주어 유출구로 잔여 스페로이드를 제거하는 단계; 및(iii) 미세유체 시스템의 유입구로 새로운 배양액을 흘려주는 단계;를 포함하는 종양 미세환경 구축방법.

5

제4항에 있어서, 상기 종양세포는, 흑색종, 뇌종양, 양성성상세포종, 악성성상세포종, 뇌하수체 선종, 뇌수막종, 뇌림프종, 림프종, 핍지교종, 두개내인종, 상의세포종, 뇌간 종양, 두경부 종양, 후두암세포, 구인두암세포, 비강/부비동암세포, 비인두암세포, 침샘암세포, 하인두암세포, 갑상선암세포, 구강암세포, 흉부종양, 폐암세포, 소세포성 폐암세포, 비소세포성 폐암세포, 흉선암세포, 종격동 종양, 식도암세포, 유방암세포, 남성유방암세포, 복부종양, 위암세포, 간암세포, 담낭암세포, 담도암세포, 췌장암세포, 소장암세포, 대장암세포, 항문암세포, 방광암세포, 신장암세포, 전립선암세포, 고환암세포, 자궁암세포, 자궁경부암세포, 자궁내막암세포, 난소암세포, 자궁육종, 편평상피세포암세포, 신경모세포종, 망막 모세포종 및 피부암세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인, 종양 미세환경 구축방법.

6

제4항에 있어서, 상기 면역세포는, 대식세포, 림프구, T 세포, B 세포 및 NK 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인, 종양 미세환경 구축 방법.

7

제4항에 있어서, 상기 종양 스페로이드가 종양세포:면역세포가 1:1의 비율로 첨가되어 형성됨으로써, 낮은 전이성을 가진 종양 미세환경을 구축하는 것인, 종양 미세환경 구축방법.

8

제4항에 있어서, 상기 종양 스페로이드가 종양세포:면역세포가 2~6:1의 비율로 첨가되어 형성됨으로써, 높은 전이성을 가진 종양 미세환경을 구축하는 것인, 종양 미세환경 구축방법.

9

제4항에 있어서, 단계 (iii)의 배양액은 0.1~10%(w/v) FBS를 포함하는 것인, 종양 미세환경 구축방법.

10

제4항에 있어서, 단계 (iii)의 배양액은 분당 1~3 ㎕의 유속으로 흘려주는 것인, 종양 미세환경 구축방법.

11

(a) 일정한 크기의 스페로이드를 하기의 구조를 갖는 미세유체 시스템에 주입하는 단계로서,미세 유체 시스템은 입구쪽으로 열린 U자형(U-shape) 미세트랩이 50~200개 위치하도록 설계된 구조층(structure layer); 및 구조층을 덮는 구조로 구조층 위에 위치하며, 시료를 유입시키기 위한 유입구와 시료를 배출하기 위한 유출구가 위치하도록 설계된 채널층(channel layer);으로 구성되는 단계;(b) 상기 단계 (a)의 미세유체 시스템의 유입구로 배양액을 흘려주어 유출구로 잔여 스페로이드를 제거하는 단계; 및(c) 미세유체 시스템의 유입구로 새로운 배양액을 흘려주어, 미세유체 시스템 내에서 스페로이드를 배양하는 단계;를 포함하되,상기 단계 (c)의 배양액에 시료를 첨가하거나,단계 (b)와 (c) 사이에, 각 스페로이드에 시료를 처리하는 것을 포함하는, 약물 스크리닝 방법.

12

(i) 일정한 크기의 종양 스페로이드를 하기의 구조를 갖는 미세유체 시스템에 주입하는 단계로서,미세 유체 시스템은 입구쪽으로 열린 U자형(U-shape) 미세트랩이 50200개 위치하도록 설계된 구조층(structure layer); 및 구조층을 덮는 구조로 구조층 위에 위치하며, 시료를 유입시키기 위한 유입구와 시료를 배출하기 위한 유출구가 위치하도록 설계된 채널층(channel layer);으로 구성되며,종양 스페로이드는 50300 세포의 종양세포를 포함하되, 종양세포:면역세포가 1~6:1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 것인 단계;(ii) 상기 단계 (i)의 미세유체 시스템의 유입구로 배양액을 흘려주어 유출구로 잔여 스페로이드를 제거하는 단계; 및(iii) 미세유체 시스템의 유입구로 새로운 배양액을 흘려주는 단계; 를 포함하되,상기 단계 (iii)의 배양액에 시료를 첨가하거나,단계 (ii)와 (iii) 사이에, 각 스페로이드에 시료를 처리하는 것을 포함하는, 항암제 스크리닝 방법.

13

제12항에 있어서, (iv) 유출구로 수득한 배양액으로부터 TNF-α 또는 TGF-β1의 발현 정도를 측정하여 TNF-α의 발현 정도가 시료 처리 전에 비해 증가되거나 TGF-β1의 발현 정도가 시료 처리 전에 비해 감소되었을 경우, 해당 시료를 항암제로 판별하는 단계;를 포함하는 것인, 항암제 스크리닝 방법.

14

제12항에 있어서, (iv) 세포사멸 정도를 측정하여 시료 처리 전에 비해 세포사멸 정도가 증가되었을 경우, 해당 시료를 항암제로 판별하는 단계;를 더 포함하는 것인, 항암제 스크리닝 방법.

15

입구쪽으로 열린 U자형(U-shape) 미세트랩이 50~200개 위치하도록 설계된 구조층(structure layer); 및구조층을 덮는 구조로 구조층 위에 위치하며, 시료를 유입시키기 위한 유입구와 시료를 배출하기 위한 유출구가 위치하도록 설계된 채널층(channel layer);으로 구성된 미세유체칩.

16

제15항에 있어서, 상기 U자형(U-shape) 미세트랩은, 높이 300400 ㎛, 내부 지름 200350 ㎛로 설계되는 것이고,상기 채널층의 유입구는 폭 8001,200 ㎛, 높이 500700 ㎛를 갖도록 설계된 것이고, 유출구는 폭 1,3001,700 ㎛, 높이 500700 ㎛를 갖도록 설계된 것인, 미세유체칩.

17

제15항에 있어서, 상기 미세유체칩의 구조층 및 채널층은 폴리디메틸실록산 폴리머(polydimethylsiloxane polymer) 및 경화제(curing agent)가 10:0.5~2.5 (w/w)로 혼합된 폴리디메틸실록산 주형으로 제작된 것인, 미세유체칩.