KR20170051072A - Microfluidic device for hippocampus neural circuit reconstruction and method of reconstructing hippocampus neural circuit using the same - Google Patents

Abstract

Translated fromKorean

본 발명은 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치 및 이를 이용한 해마 신경 회로 재건 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치는 기판(30) 및 상기 기판(30)에 적층되는 미세유체채널 소자(10)를 포함할 수 있으며, 상기 미세유체채널 소자(10)에는 세포배양을 위한 세 개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)과 상기 복수 개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c) 중 적어도 둘 사이를 연결하는 미세통로부(23a, 23b, 23c)가 형성될 수 있다.The present invention relates to a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron, and a method for reconstructing a hippocampal neuron using the same. More specifically, the microfluidic channel device for reconstructing the hippocampal neuron circuit may include a substrate 30 and a microfluidic channel device 10 stacked on the substrate 30, Microcavity portions 23a, 23b, and 23c are formed to connect the three cell culture channels 11a, 11b, and 11c for cell culture with at least two of the plurality of cell culture channels 11a, 11b, and 11c .

Description

Translated fromKorean

해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치 및 이를 이용한 해마 신경 회로 재건 방법 {MICROFLUIDIC DEVICE FOR HIPPOCAMPUS NEURAL CIRCUIT RECONSTRUCTION AND METHOD OF RECONSTRUCTING HIPPOCAMPUS NEURAL CIRCUIT USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron, and a method for reconstructing a hippocampal neural circuit using the microfluidic channel device and a method for reconstructing a hippocampal neuron using the microfluidic channel device.

본 발명은 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치 및 이를 이용한 해마 신경 회로 재건 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron, and a method for reconstructing a hippocampal neuron using the same.

우리 몸의 컨트롤 타워 역할을 하는 가장 중요한 부위인 뇌는 전 세계적으로 연구가 활발하게 진행되고 있지만 아직 태동기에 있으며 연구의 중요성이 증대되고 있다. 또한 뇌 연구는 고령화 및 사회의 복잡화가 진행됨에 따라 증가하고 있는 뇌신경질환의 예방 및 치료를 위한 핵심 기술분야이며, 인간의 건강과 행복한 삶을 위해 극복해야 할 인류의 난제이다.Brain, which is the most important part of our body's control tower, is under active research all over the world, but it is still in its infancy and the importance of research is growing. In addition, brain research is a core technology field for the prevention and treatment of cranial nerve diseases that are increasing as aging society and societies become complicated. It is a human challenge to overcome for human health and happiness.

BT, IT, NT 등 다학제적인 차원에서 뇌를 이해하고자 하는 시도가 계속 이루어지고 있다. 뇌에는 약 천억 개의 신경세포가 존재하며 하나의 신경세포는 약 만개의 신경연접을 형성하여 다른 신경세포들과 신호를 주고받는다. 신경연접은 신경세포간의 신호전달에 있어 아주 중요한 역할을 담당하며 다양한 뇌 질환과도 관련이 있다.Attempts to understand the brain in a multidisciplinary way such as BT, IT, and NT continue to be made. There are about 100 billion nerve cells in the brain, and one nerve cell forms about 10,000 nerve synapses and sends signals to other neurons. Neuronal synapses play a very important role in signal transduction between neurons and are associated with various brain diseases.

1952년 로마에서 열린 1차 국제 신경병리학회에서 정신분열병에 대한 신경병리는 없다고 하였다. 그러나 해마의 기능적 이상이 정신분열병을 일으킬 수 있음이 제시되었고 이 후 동물 실험 및 임상 연구를 통해 정신분열병과 해마의 이상 소견과의 관련성을 지지하는 수많은 결과들이 보고되어 왔다. 해마가 정신분열병의 병인과 관련된 부위로서 관심을 받는 주 이유는 해마의 기능인 여과 기능의 이상 또는 기억과 관련된 정보 처리 기능의 이상이 정신분열병 환자에서 보이는 연상(사고)의 장애 또는 인지 기능 장애를 설명할 수 있는 모델로 사용될 수 있기 때문이다.The first international neuropathology conference in Rome in 1952 stated that there was no neuropathology for schizophrenia. However, it has been suggested that functional abnormalities of the hippocampus can cause schizophrenia. Numerous results have been reported supporting the association of schizophrenia with abnormal findings of hippocampus through animal experiments and clinical studies. The main reason why the hippocampus is interested as a site related to the pathogenesis of schizophrenia is that the abnormality of the hippocampal function of filtering function or the information processing function associated with memory explains the disorder or cognitive impairment seen in schizophrenic patients This is because it can be used as a model that can be used.

또한 해마는 전전두피질 및 측좌핵이나 편도와 같은 피질 하 부위와도 밀접하게 연결되어 있기 때문에 각 해당 부위와 관련되는 인지 기능 장애와 정서/행동 장애를 연관하여 설명할 수 있다. 특히 최근 정신분열병 환자의 인지 기능 장애가 환자의 사회적 직업적 무능력과 관련이 깊고 비전형 항정신병 약물이 기존 전형적 항정신병 약물에 비해 정신분열병 환자의 인지 기능 개선에 좀 더 효과적이라는 보고들은 항정신병 약물의 해마 내 작용에 대한 연구가 매우 중요함을 제시한다.Since the hippocampus is also closely connected to the subcortical regions such as anterior scalp and lateral nucleus or tonsil, it can be explained by associating cognitive dysfunctions with emotional / behavioral disorders related to each part. In particular, recent cognitive dysfunctions in schizophrenic patients are related to the social and occupational inability of patients and reports that atypical antipsychotic drugs are more effective in improving cognitive function in schizophrenic patients than conventional typical antipsychotic drugs. It is suggested that the study on the action is very important.

한편 신경연접을 연구하기 위해 다양한 방법이 개발되었으며 최근 미세유체채널을 이용하여 연구가 이루어지고 있다. 대부분 미세유체채널을 이용한 신경연접 연구는 마이크로 스케일의 채널 내부에 시·공간적으로 유체흐름을 조절하거나 채널의 구조물을 이용하여 유체압력의 차이를 만들어 물질 흐름을 조절하여 신경연접 형성 및 특성을 관찰하는 형태로 진행 중이다.Meanwhile, various methods have been developed to study synaptic connections and recent studies have been made using microfluidic channels. Most neuroanatomical studies using microfluidic channels are based on observing the formation and properties of synaptic connections by regulating fluid flow in a micro-scale channel, Is in progress.

생체 외에서 신경연접을 형성시키기 위한 미세유체채널 장치의 제작이 보고된 바 있으나, 보고된 미세유체채널 장치는 세포배양 채널의 상부영역이 닫혀있어 산소 및 영양분 공급이 원활하게 이루어지지 않아 세포접시에 배양하여 수행되는 세포 실험에 비해 재현성이 떨어진다는 단점이 있다.The microfluidic channel device for forming neuronal synapses in vitro has been reported. However, the microfluidic channel device reportedly has a problem that since the upper region of the cell culture channel is closed and oxygen and nutrient supply is not smoothly performed, And it is disadvantageous in that the reproducibility is inferior to that of the cell experiments performed.

나아가, 미세유체채널 장치를 이용하여 뇌의 해마 신경 회로를 재건하기 위한 시도가 이루어지고 있는데, 여러 층 또한 여러 신경군집이 신경연접을 통해 형성되어 있는 뇌 해마 신경 회로의 특성상, 종래의 미세유체채널 장치를 이용한 복잡한 신경회로의 재현은 장치의 구조적 관점에서 한계가 있다.In addition, an attempt has been made to reconstruct the hippocampal neural circuit of the brain using a microfluidic channel device. Due to the characteristics of the cerebral hippocampal neural circuit in which various nerve clusters are formed through synaptic connections, Representation of complex neural circuits using devices is limited in terms of the structural aspects of the device.

따라서 생체 외 뇌의 해마 신경 회로 재현과 신경연접 형성 연구에 보다 적합한 미세유체채널 장치 디자인이의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for a microfluidic channel device design that is more suitable for the reproduction of hippocampal neurons in the in vitro brain and the study of neuronal synapse formation.

이에, 본 발명자들은 종래의 미세유체채널 장치의 구조를 변형하고 세포배양 채널의 상부영역을 개방함으로써 세포 실험의 재현성을 높이고 해마 신경 회로 재건에 적합한 미세유체채널 장치 디자인을 고안함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors completed the present invention by modifying the structure of a conventional microfluidic channel device and opening the upper region of a cell culture channel to improve the reproducibility of cell experiments and designing a microfluidic channel device design suitable for reconstruction of the hippocampal neural circuit .

본 발명의 목적은,SUMMARY OF THE INVENTION [0006]

기판(substrate); 및A substrate; And

상기 기판 상에 적층되는 미세유체채널 소자;를 포함하고,And a microfluidic channel element laminated on the substrate,

상기 미세유체채널 소자에는,In the microfluidic channel element,

세포배양을 위한 복수 개의 세포배양 채널; 및A plurality of cell culture channels for cell culture; And

상기 복수 개의 세포배양 채널 중 적어도 둘 사이를 연결하는 미세통로부가 형성된, 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치를 제공하는데 있다.The present invention also provides a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron, the microcirculation channel connecting at least two of the plurality of cell culture channels.

본 발명의 다른 목적은 상기 미세유체채널 장치를 이용하여 해마 전체의 신경 회로를 재건하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for reconstructing a neural circuit of the entire hippocampus using the microfluidic channel device.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 미세유체채널 장치를 이용하여 해마 신경 회로의 각 영역을 부분적으로 재건하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for partially reconstructing each region of a hippocampal neural circuit using the microfluidic channel device.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은,In order to solve the above-described problems,

기판(substrate); 및A substrate; And

상기 기판 상에 적층되는 미세유체채널 소자;를 포함하고,And a microfluidic channel element laminated on the substrate,

상기 미세유체채널 소자에는,In the microfluidic channel element,

세포배양을 위한 복수 개의 세포배양 채널; 및A plurality of cell culture channels for cell culture; And

상기 복수 개의 세포배양 채널 중 적어도 둘 사이를 연결하는 미세통로부가 형성된, 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치를 제공한다.And a micro channel section connecting at least two of the plurality of cell culture channels is formed.

일 측면에 따르면, 상기 기판은 커버 글라스(cover glass)로 이루어질 수 있다.According to an aspect, the substrate may be made of a cover glass.

일 측면에 따르면, 상기 기판 상에 적층되는 층은 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다.According to one aspect, the layer deposited on the substrate may be polydimethylsiloxane (PDMS).

일 측에 따르면, 상기 기판과 미세유체채널 소자는 산소 플라즈마 처리에 의해 서로 접합될 수 있다.According to one aspect, the substrate and the microfluidic channel elements can be bonded together by oxygen plasma treatment.

일 측에 따르면, 상기 미세유체채널 소자는 접합 처리 없이 기판 상에 적층될 수 있다.According to one aspect, the microfluidic channel element may be laminated on a substrate without bonding treatment.

일 측에 따르면, 상기 미세통로부는 복수 개의 격벽으로 분리된 복수 개의 미세통로로 형성될 수 있다.According to one aspect, the micro passage portion may be formed of a plurality of micro passages separated into a plurality of partition walls.

일 측에 따르면, 상기 복수 개의 미세통로는 신경세포의 돌기가 통과하는 공간이다.According to one aspect, the plurality of micro-channels are spaces through which protrusions of nerve cells pass.

일 측에 따르면, 상기 미세통로는 폭이 동일한 일측 입구와 타측 출구를 가질 수 있다.According to one aspect, the micro passageways may have one side inlet and the other side outlet having the same width.

일측에 따르면, 상기 미세통로는 폭이 넓은 일측 입구와 폭이 좁은 타측 출구를 가질 수 있다.According to one aspect, the micro channel may have a wide one side inlet and a narrow other side outlet.

일 측에 따르면, 상기 미세유체채널 소자의 세포배양 채널 하부에 접합된 기판은 폴리 L 리신(Poly L Lysine; PLL), 폴리 D 리신(Poly D Lysine; PDL), 라미닌, 콜라겐, 피브린, 피브로넥틴 및 마트리젤로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 신경세포 친화 물질로 코팅될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the substrate bonded to the lower part of the cell culture channel of the microfluidic channel device comprises at least one of polyL lysine (PLL), poly D lysine (PDL), laminin, collagen, fibrin, Martriel and the like can be coated with one or more kinds of nerve cell-affinity materials.

일 측에 따르면, 상기 세포 배양 공간의 바닥은 표면처리를 통해 미세 구조물이 추가로 형성될 수 있다.According to one aspect, the bottom of the cell culture space may be further formed with a microstructure through surface treatment.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 미세유체채널 장치를 이용한 해마 전체의 신경 회로 재건 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a neural circuit reconstruction method of the entire hippocampus using the aforementioned microfluidic channel device.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 미세유체채널 장치를 이용한 해마 신경 회로의 각 영역을 부분적으로 재건 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for partially reconstructing each region of a hippocampal nerve circuit using the above-described microfluidic channel device.

본 발명의 미세유체채널 장치는 종래의 세포배양 공간의 상부영역이 닫혀있어 산소 및 물질이동이 원활하게 이루어지지 않았던 종래의 미세유체채널 장치의 구조를 변형하여 세포배양 공간의 상부영역을 개방함으로써 세포 실험의 재현성을 높일 수 있다.The microfluidic channel device of the present invention modifies the structure of a conventional microfluidic channel device in which the upper region of the conventional cell culture space is closed and oxygen and mass transfer are not performed smoothly to open the upper region of the cell culture space, The reproducibility of the experiment can be enhanced.

또한, 본 발명의 미세유체채널 장치는 다수의 세포배양 채널을 가지고 있어 최근 활발하게 진행되고 있는 뇌 연구에서 유용한 플랫폼으로 사용할 수 있고, 본 발명의 미세유체채널 장치를 이용하여 다양한 신경군집이 신경연접을 통해 서로 연결되어 있는 신경 회로를 재건하기에 유용하다.In addition, since the microfluidic channel device of the present invention has a plurality of cell culture channels, it can be used as a useful platform in brain research which is actively under progress. The microfluidic channel device of the present invention can be used for various neural communities, Which is useful for reconstructing neuronal circuits that are connected to each other through a magnetic field.

나아가, 본 발명의 미세유체채널 장치는 신경연접 형성뿐만 아니라 신경세포의 형태, 분화 및 성장 특성 등을 연구하는데 적합하며, 해마 신경 회로가 형성된 후에는 칼슘이미징, 전기생리측정, 면역염색법 및 웨스턴블롯 등을 통해 신경군집의 특성을 분석하는데 유용하다.Further, the microfluidic channel device of the present invention is suitable for studying the morphology, differentiation and growth characteristics of nerve cells, as well as neuron synaptic formation. After the hippocampal neural circuit is formed, calcium microarray imaging, electrophysiological measurement, Which is useful for analyzing the characteristics of neural communities.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치를 도시한 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 미세통로를 보여주는 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 저면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 미세통로를 통하여 세포의 신경돌기가 성장하는 것을 보여주는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 변형된 미세통로를 보여주는 단면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 변형된 미세통로를 보여주는 저면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 변형예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 평면도이다.1 is a perspective view illustrating a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional perspective view illustrating a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional perspective view illustrating a micro channel of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
4 is a bottom perspective view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
5 is a sectional view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the growth of neurites of a cell through a micro channel of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional perspective view illustrating a modified micro channel of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
8 is a bottom perspective view showing a modified micro channel of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to a modification of the present invention.
10 is a plan view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is located on another member, it includes not only when a member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 단면을 도시한 단면 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1 및 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치는 기판(30) 및 상기 기판(30)에 적층되는 미세유체채널 소자(10)를 포함할 수 있으며, 상기 미세유체채널 소자(10)에는 세포배양을 위한 세 개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)과 상기 복수 개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c) 중 적어도 둘 사이를 연결하는 미세통로부(23a, 23b, 23c)가 형성될 수 있다.1 and 2, a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention may include asubstrate 30 and amicrofluidic channel device 10 stacked on thesubstrate 30 11b and 11c for culturing cells and at least two of the plurality ofcell culture channels 11a, 11b and 11c are connected to themicrofluidic channel device 10,Portions 23a, 23b, and 23c may be formed.

상기 기판(30)은 이로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 커버 글라스로 이루어질 수 있으며, 상기 미세유체채널 소자(10)는 이로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다.Thesubstrate 30 may be, but is not limited to, a cover glass. Themicrofluidic channel device 10 may include, but is not limited to, polydimethylsiloxane (PDMS) .

이때 상기 미세유체채널 소자는, 예를 들어 감광액과 실리콘 웨이퍼를 주 재료로 하여 반도체공정을 통해 몰드를 만들고 투명하며 생체 적합한 고분자 물질인 PDMS를 이용하여 제작될 수 있다.At this time, the microfluidic channel device can be manufactured using PDMS, which is a transparent and biocompatible polymer material, for example, using a photosensitive liquid and a silicon wafer as a main material, through a semiconductor process.

상기 기판(30)과 미세유체채널 소자(10)는 산소 플라즈마 처리에 의해 서로 접합될 수 있다. 산소 플라즈마 처리에 의해 접합하는 기술은 접합이 간편하고 접합력이 강하다는 장점이 있다.Thesubstrate 30 and themicrofluidic channel devices 10 may be bonded to each other by oxygen plasma treatment. The technique of joining by the oxygen plasma treatment is advantageous in that the joining is simple and the joining force is strong.

상기 미세유체채널 소자(10)는 실험의 목적과 필요에 따라 접합 처리 없이 기판(30) 상에 적층될 수 있다. 접합 처리 없이 적층된 미세유체채널 소자(10)는 세포를 배양한 후 적정 시간에 커버 글라스로부터 분리될 수 있으며, 이때 커버 글라스 상에 배양된 세포는 웨스턴 블랏, 실시간 중합 효소 연쇄반응, 면역염색법 등을 추가 실시하는 것이 가능하여 세포 또는 형성된 신경군집의 특성을 분석하는데 유용하다.Themicrofluidic channel device 10 may be stacked on thesubstrate 30 without any bonding treatment according to the purpose of the experiment and need. Themicrofluidic channel device 10 laminated without the bonding treatment can be separated from the cover glass at an appropriate time after culturing the cells. At this time, the cells cultured on the cover glass are subjected to Western blotting, real-time PCR, Which is useful for analyzing the characteristics of cells or formed nerve assemblies.

상기 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)은 세포를 배양할 수 있는 공간으로 상부영역이 개방되어 이를 통해 세포를 직접 주입할 수 있고 동시에 배양액을 교체할 수 있다.Thecell culture channels 11a, 11b, and 11c are spaces in which cells can be cultured, and the upper region is opened so that cells can be directly injected and the culture medium can be replaced at the same time.

또한 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)의 상부영역이 개방되어 세포배양 시 요구되는 산소 및 영양분의 공급이 원활하게 이루어져 세포 실험의 재현성을 높일 수 있다.In addition, the upper region of thecell culture channels 11a, 11b, and 11c is opened, and oxygen and nutrients required for cell culture can be smoothly supplied, so that reproducibility of cell experiments can be improved.

이때, 상기 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)의 형태는 원 또는 다각형일 수 있고, 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)의 크기와 개수는 실험하고자 하는 신경 군집 및 종류에 따라 달라질 수 있다.At this time, thecell culture channels 11a, 11b, and 11c may be in a circular or polygonal shape, and the size and number of thecell culture channels 11a, 11b, and 11c may vary depending on the neural communities and types to be tested .

배양하는 세포의 종류에 따라, 상기 세포배양 채널(11a, 11b, 11c) 하부에 접합된 기판(30)은 세포의 생존성과 지속성을 향상시키기 위해 세포 친화 물질로 코팅될 수 있다.Depending on the type of cells to be cultured, thesubstrate 30 bonded under thecell culture channels 11a, 11b, and 11c may be coated with a cell-affinity material to improve the viability and sustainability of the cells.

상기 세포 친화 물질은, 예를 들어, 폴리 L 리신(Poly L Lysine; PLL), 폴리 D 리신(Poly D Lysine; PDL), 라미닌, 콜라겐, 피브린, 피브로넥틴 및 마트리젤로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The cell-affinity substance may be at least one selected from the group consisting of poly L lysine (PLL), poly D lysine (PDL), laminin, collagen, fibrin, fibronectin, One can be included.

또한, 상기 미세유체채널 소자(10)의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c) 하부에 접합된 기판(30)은 표면처리를 통해 미세 구조물이 추가로 형성될 수 있다.Thesubstrate 30 bonded to thecell culture channels 11a, 11b, and 11c of themicrofluidic channel device 10 may further have a microstructure formed thereon through surface treatment.

구체적으로, 상기 미세 구조물은 반도체공정을 통해 형성된 마이크로 나노 구조이며, 예를 들어 미세 막대일 수 있다. 형성된 미세 막대는 세포를 지지하는 역할을 하여 세포의 유지 및 성장에 도움을 줄 수 있다.Specifically, the microstructure is a micro-nano structure formed through a semiconductor process, and may be, for example, a microstructure. The formed micro-rods support the cells and can help maintain and grow the cells.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 미세통로를 보여주는 단면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 저면 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional perspective view illustrating a micro-channel of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치(1)의 복수 개의 미세통로(15a, 15b 15c)는 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)에서 배양된 신경세포의 돌기가 통과하는 공간으로, 세포배양 채널(11a, 11b, 11c) 사이에 형성되어 복수 개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c) 중 적어도 둘 사이를 연결할 수 있다.2 and 3, a plurality of micro-channels 15a and15b 15c of themicrofluidic channel device 1 for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention includescell culture channels 11a, 11b, and 11c, 11b, and 11c, and may connect at least two of the plurality ofcell culture channels 11a, 11b, and 11c to each other.

도 3 내지 5를 참고하면, 상기 복수 개의 미세통로(15a, 15b, 15c)는 복수 개의 격벽(13a, 13b, 13c)으로 구분될 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 5, the plurality ofmicro passages 15a, 15b, and 15c may be divided into a plurality ofpartition walls 13a, 13b, and 13c.

이때, 상기 복수 개의 미세통로(15a, 15b, 15c)의 형태는 직선의 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 지그재그 또는 곡선의 형태일 수 있다. 미세통로(15a, 15b, 15c)의 길이와 폭도 사용하는 신경세포의 종류 및 특성에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 미세통로의 폭은 신경돌기의 일반적인 두께 범위 안에서 조절될 수 있으며, 신경돌기가 통과할 수 있는 범위라면 특별히 제한하지 않는다. At this time, the shape of the plurality ofmicro passageways 15a, 15b, 15c may be a linear shape, but is not limited thereto, and may be a zigzag or a curved shape. The length and width of the micro channels (15a, 15b, 15c) can be variously controlled depending on the type and characteristics of the neuron used. The width of the micro-channels can be controlled within a general thickness range of the nerve processes and is not particularly limited as long as the nerve processes can pass through.

상기 세 개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)은 삼각형 형태로 배치되어 있고 각각의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c) 사이에 형성된 복수 개의 미세통로(15a, 15b, 15c)는 격벽(13a, 13b, 13c)으로 구분되어 일정한 간격으로 형성되어 있으며, 미세통로(15a, 15b, 15c)와 격벽(13a, 13b, 13c)은 미세통로부(23a, 23b, 23c)를 형성한다.The threecell culture channels 11a, 11b and 11c are arranged in a triangular shape and a plurality ofmicro channels 15a, 15b and 15c formed between thecell culture channels 11a, Themicro passages 15a, 15b and 15c and thepartition walls 13a, 13b and 13c formmicro passages 23a, 23b and 23c.

구체적으로, 세포배양 채널(11a)과 세포배양 채널(11b) 사이에는 미세통로부(23a)가 형성될 수 있고, 세포배양 채널(11b)과 세포배양 채널(11c) 사이에는 미세통로부(23b)가 형성될 수 있으며, 세포배양 채널(11c)와 세포배양 채널(11a) 사이에는 미세통로부(23c)가 형성될 수 있다.Specifically, amicro channel section 23a can be formed between thecell culture channel 11a and thecell culture channel 11b, and amicro channel section 23b can be formed between thecell culture channel 11b and thecell culture channel 11c. And amicro passage portion 23c may be formed between thecell culture channel 11c and thecell culture channel 11a.

상기 3개의 미세통로부(23a, 23b, 23c) 중 적어도 어느 하나는 실험 목적에 따라 폐쇄될 수도 있다.At least one of the threemicro passageways 23a, 23b, and 23c may be closed according to an experimental purpose.

이때, 미세통로부(23a, 23b, 23c)는 중심에서 교차하는 Y자 형태로 형성되어 있고 세 개의 통로부가 교차하여 중심에 형성되는 접합부(21)는 각각 세 개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)에서 배양되는 신경세포의 돌기가 한곳에서 만나는 것을 방지해주는 역할을 한다.At this time, themicro passage portions 23a, 23b, and 23c are formed in a Y-shape crossing at the center, and thejunction portions 21 formed at the center of the three passage portions cross each other are formed in threecell culture channels 11a, 11b, 11c) of the nerve cells that are cultured in one place to prevent the confrontation.

또한 도 3 내지 도 5를 참고하면, 각 미세통로(15a, 15b, 15c)의 양 끝은 일측 입구(17a, 17b, 17c)와 타측 출구(19a, 19b, 19c)를 갖는다. 구체적으로, 세포배양 채널(11a)과 세포배양 채널(11b) 사이에 형성된 미세통로(15a)의 양 끝은 일측 입구(17a)와 타측 출구(19a)를 가지고, 세포배양 채널(11b)과 세포배양 채널(11c) 사이에 형성된 미세통로(15b)의 양 끝은 일측 입구(17b)와 타측 출구(19b)를 가지며, 세포배양 채널(11c)과 세포배양 채널(11a) 사이에 형성된 미세통로(15c)의 양 끝은 일측 입구(17c)와 타측 출구(19c)를 가진다.3 to 5, both ends of themicro passageways 15a, 15b and 15c have oneinlet 17a, 17b and 17c and theother outlet 19a, 19b and 19c. Specifically, both ends of themicro channel 15a formed between thecell culture channel 11a and thecell culture channel 11b have oneside inlet 17a and theother side outlet 19a, and thecell culture channel 11b and the cell Both ends of themicro channel 15b formed between theculture channels 11c have oneside inlet 17b and theother side outlet 19b and are connected to a micro channel formed between thecell culture channel 11c and thecellculture channel 11a 15c have oneside inlet 17c and theother side outlet 19c.

이때, 상기 미세통로의 입구(17a, 17b, 17c)와 출구(19a, 19b, 19c)의 폭은 동일할 수 있다.At this time, the widths of theinlets 17a, 17b, 17c and theoutlets 19a, 19b, 19c of the micro passages may be the same.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 미세통로(15a, 15b, 15c)를 통하여 신경세포(3)의 신경돌기가 성장하는 것을 보여주는 개념도이다.FIG. 6 is a conceptual diagram showing the growth of neurons of thenerve cells 3 through the micro-channels 15a, 15b, and 15c of the microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 소자의 변형예를 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 소자의 변형예를 도시한 저면 사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 소자의 변형예를 도시한 단면도이다.FIG. 7 is a perspective view showing a modified example of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a perspective view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a modified example of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

본 발명의 상기 변형예는 미세통로(15a, 15b, 15c)의 일측 입구(16a, 16b, 16c)와 타측 출구(18a, 18b, 18c)의 폭이 변형된 것이다. 따라서, 미세통로(15a, 15b, 15c)의 입구(16a, 16b, 16c)와 출구(18a, 18b, 18c), 미세통로(15a, 15b, 15c)와 격벽(14a, 14b, 14c)이 형성하는 미세통로부(24a, 24b, 24c)를 제외한 나머지 부분은 도 3의 구성과 동일하므로 설명을 생략한다.This modification of the present invention is a modification of the widths of the oneside inlet 16a, 16b, 16c and theother side outlet 18a, 18b, 18c of themicro passageways 15a, 15b, 15c. Therefore, it is possible to form the micro-channels 15a, 15b and 15c at theinlet 16a, 16b and 16c and theoutlets 18a, 18b and 18c, themicro passages 15a, 15b and 15c and thepartition walls 14a, 14b and 14c The remaining portions except for themicro passage portions 24a, 24b, and 24c are the same as those in FIG. 3, and thus description thereof is omitted.

도 7 내지 9를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치(1)의 변형예는 미세유체채널 소자(10)에 형성된 복수 개의 미세통로(15a, 15b, 15c)가 격벽(14a, 14b 14c)으로 구분되어 일정한 간격으로 형성되어 있으며, 각 미세통로(15)의 양 끝은 일측 입구(16a, 16b, 16c)와 타측 출구(18a, 18b, 18c)를 갖는다.7 to 9, a modification of themicrofluidic channel device 1 for reconstructing a hippocampal neuron according to an embodiment of the present invention includes a plurality ofmicro passageways 15a, 15b, and 15c formed in themicrofluidic channel device 10, 16b and 16c and theother outlets 18a, 18b and 18c are formed at the both ends of eachmicro passageway 15. Themicro passageways 15a and 15c are divided intobarrier ribs 14a and 14b, .

구체적으로, 세포배양 채널(11a)과 세포배양 채널(11b) 사이에 형성된 미세통로(15a)의 양 끝은 일측 입구(16a)와 타측 출구(18a)를 가지고, 세포배양 채널(11b)과 세포배양 채널(11c) 사이에 형성된 미세통로(15b)의 양 끝은 일측 입구(16b)와 타측 출구(18b)를 가지며, 세포배양 채널(11c)과 세포배양 채널(11a) 사이에 형성된 미세통로(15c)의 양 끝은 일측 입구(16c)와 타측 출구(18c)를 가진다.Specifically, both ends of themicro channel 15a formed between thecell culture channel 11a and thecell culture channel 11b have oneside inlet 16a and theother side outlet 18a, and thecell culture channel 11b and the cell Both ends of themicro channel 15b formed between theculture channels 11c have oneside inlet 16b and theother side outlet 18b and are connected to a micro channel formed between thecell culture channel 11c and thecellculture channel 11a 15c have oneside inlet 16c and theother side outlet 18c.

이때, 단방향의 신경돌기 성장을 위해 상기 미세통로의 일측 입구(16a, 16b, 16c)의 폭은 타측 출구(18a, 18b, 18c)의 폭 보다 넓을 수 있다. 이와 같이, 미세통로(15a, 15b, 15c)의 입구(16a, 16b, 16c) 폭을 넓혀 미세통로(15a, 15b, 15c)를 통한 신경돌기의 성장확률을 높일 수 있으며, 미세통로(15a, 15b, 15c)를 통한 신경돌기의 성장 확률이 높아질수록 반대편 세포배양 채널에 존재하는 세포군집과의 신경연접을 맺을 확률이 더 높아진다.At this time, the width of oneinlet 16a, 16b, 16c of the micro channel may be larger than the width of theother outlet 18a, 18b, 18c for unidirectional neurite growth. As described above, the width of theopenings 16a, 16b and 16c of themicro passages 15a, 15b and 15c can be increased to increase the probability of growth of the neurites through themicro passages 15a, 15b and 15c, 15b, and 15c, the probability of neuronal synaptic connection with cell clusters existing on the opposite cell culture channel becomes higher.

도 7을 참고하면, 상기 미세통로(15a, 15b, 15c)와 격벽(14a, 14b, 14c)은 미세통로부(24a, 24b, 24c)를 형성하며, 세 개의 미세통로부(24a, 24b, 24c)는 도 3의 미세통로부(23a, 23b, 23c)와 같이 중심에서 교차하는 Y자 형태로 형성되어 있다.7, themicro passageways 15a, 15b and 15c and thepartition walls 14a, 14b and 14c formmicro passageways 24a, 24b and 24c, and threemicro passageways 24a, 24b, 24c are formed in a Y-shape crossing at the center as in themicro passage portions 23a, 23b, 23c in Fig.

도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치의 평면도이다.10 is a plan view of a microfluidic channel device for reconstructing a hippocampal neuron according to another embodiment of the present invention.

상기 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치는 미세유체채널 소자(10)에 5개의 세포배양 채널(12a, 12b, 12c, 12d, 12e) 및 4개의 미세통로부(25a, 25b, 25c, 25d)가 형성되어 있고, 교차부(21)가 형성되어 있지 않는다는 것을 제외하고 도 1 내지 9에 도시된 미세유체채널 장치의 구성을 모두 동일하게 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.The microfluidic channel device for reconstructing a hippocampus neuron according to another embodiment of the present invention includes fivecell culture channels 12a, 12b, 12c, 12d, and 12e and fourmicrochannel channels 12a, 1 to 9 except that theportions 25a, 25b, 25c, and 25d are formed and the crossingportions 21 are not formed. Therefore, description of the same configuration will be omitted.

도 10을 참고하면, 본 발명의 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치(1)는 오각형의 모양으로 배치된 5개의 세포배양 채널(12a, 12b, 12c, 12d, 12e) 및 상기 5개의 세포배양 채널(12a, 12b, 12c, 12d, 12e) 중 적어도 둘 사이를 연결하는 미세통로부(25a, 25b, 25c, 25d)가 형성된 미세유체채널 소자(10)를 포함할 수 있다.10, themicrofluidic channel device 1 for reconstructing a hippocampal neuron of the present invention comprises fivecell culture channels 12a, 12b, 12c, 12d, and 12e arranged in a pentagon shape, And amicrofluidic channel element 10 havingmicro passageways 25a, 25b, 25c and 25d connecting at least two of thechannels 12a, 12b, 12c, 12d and 12e.

이때, 상기 세포배양 채널(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)은 원 모양일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다각형 다각형일 수 있다.At this time, thecell culture channels 12a, 12b, 12c, 12d, and 12e may be circular but may be polygonal polygonal.

상기 세포배양 채널(12a)과 세포배양 채널(12b) 사이에는 미세통로부(25a)가 형성될 수 있고, 세포배양 채널(12b)과 세포배양 채널(12c) 사이에는 미세통로부(25b)가 형성될 수 있으며, 세포배양 채널(12c)과 세포배양 채널(12d) 사이에는 미세통로부(25c)가 형성될 수 있고, 세포배양 채널(12d)과 세포배양 채널(12e) 사이에는 미세통로부(25d)가 형성될 수 있다. 그러나, 세포배양 채널(12e)과 세포배양 채널(12a) 사이에는 미세통로부가 형성되지 않을 수 있고, 또한 서로 완전히 분리되어 있을 수 있다.Amicro channel section 25a can be formed between thecell culture channel 12a and thecell culture channel 12b and amicro channel section 25b can be formed between thecell culture channel 12b and thecell culture channel 12c Amicro passage portion 25c can be formed between thecell culture channel 12c and thecell culture channel 12d and amicro passage portion 25c can be formed between thecell culture channel 12d and thecell culture channel 12e, (25d) may be formed. However, a micro channel portion may not be formed between thecell culture channel 12e and thecell culture channel 12a, and may be completely separated from each other.

도 10을 참고하면, 상기 4개의 미세통로부(25a, 25b, 25c, 25d)는 도 3의 미세통로부(23a, 23b, 23c)와 달리 서로 교차하여 접하지 않으므로 접합부(21)가 형성되지 않는다.10, the fourmicro passageways 25a, 25b, 25c and 25d are not in contact with each other, unlike themicro passageways 23a, 23b and 23c of FIG. 3, Do not.

다음으로 본 발명의 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치를 이용하여 해마 신경 회로를 재건하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method for reconstructing the hippocampal neural circuit using the microfluidic channel device for reconstructing the hippocampus of the present invention will be described.

해마는 치상 회(dentate gyrus; DG), Ammon’s horn 또는 본 해마(hippocampus proper; CA1~CA4), 구상회(subiculum)로 이루어져 있다. 대뇌 피질로부터의 여러 정보는 내후각뇌피질(entorhinal cortex, EC)의 상층(EC1, EC2 및 EC3)부에 직접 또는 간접으로 도달하고 이것은 다시 천공 경로(perforant pathway)를 통해서 치상 회의 분자 층(molecular layer)으로 가며 CA3 영역으로 이어진다. 이때 DG 과립 세포의 축삭(axon)인 태상섬유(mossy fiber)는 CA3의 stratum lucidum-radiatum으로 연결되고, CA3 영역의 추체 세포로부터 나오는 쉐퍼 콜레터럴(schaffer collateral)은 CA1의 방사상층(stratum radiatum)으로 연결되어 최종적으로 EC5(EC의 심층부) 영역으로 신호를 보낸다.The hippocampus consists of dentate gyrus (DG), Ammon's horn or hippocampus proper (CA1 ~ CA4), and subiculum. Various information from the cerebral cortex directly or indirectly reaches the upper layers (EC1, EC2 and EC3) of the innervated cortex (EC), which in turn passes through the perfor- mant pathway layer to the CA3 region. At this time, the axon of the DG granule cell, mossy fiber, is connected to the stratum lucidum-radiatum of CA3, and the schaffer collateral from the pellicular cells of the CA3 region is the radial layer of CA1 (stratum radiatum ) And finally sends a signal to the EC5 (EC deep region) region.

본 발명의 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치는 상기와 같은 일련의 해마 신경 회로를 부분 또는 전체적으로 재건하여 그 특성을 관찰할 수 있다.The microfluidic channel device for reconstructing the hippocampal neuron of the present invention can partially or totally reconstruct a series of hippocampal neurons as described above and observe its characteristics.

해마 신경 회로 재건에 사용되는 본 발명의 미세유체채널 장치는 다음과 같은 단계를 거쳐 준비될 수 있다:The microfluidic channel device of the present invention used for reconstruction of the hippocampal neural circuit can be prepared by the following steps:

(a) 기판, 및 복수 개의 세포배양 채널과 각각의 세포배양 채널 사이에 형성된 복수 개의 미세통로가 형성된 미세유체채널 소자를 오토클레이브를 이용하여 소독하는 단계;(a) disinfecting a substrate, and a microfluidic channel device having a plurality of microchannels formed between a plurality of cell culture channels and respective cell culture channels, using an autoclave;

(b) 상기 소독된 기판, 및 복수 개의 세포배양 채널과 각각의 세포배양 채널 사이에 형성된 미세유체채널을 포함하는 층을 드라이 오븐에서 완전히 말린 후 기판에 신경세포 친화 물질을 코팅하는 단계; 및(b) completely drying the sterilized substrate and a layer comprising a plurality of cell culture channels and a microfluidic channel formed between each cell culture channel in a dry oven, and then coating the substrate with a neuron-friendly material; And

(c) 상기 신경세포 친화 물질이 코팅된 기판, 및 복수 개의 세포배양 채널과 각각의 세포배양 채널 사이에 형성된 복수 개의 미세유체채널을 포함하는 층을 산소 플라즈마 처리하여 접합시키는 단계. (c) performing a plasma treatment on the substrate coated with the neuron-friendly material and a plurality of microfluidic channels formed between the plurality of cell culture channels and the respective cell culture channels.

상기 (a) 단계에 있어서, 기판은 커버 글라스일 수 있고, 복수 개의 세포배양 채널과 상기 복수 개의 세포배양 채널에서 각각의 세포배양 채널을 연결하는 미세통로부가 형성된 미세유체채널 소자는 PDMS로 이루어질 수 있다.In the step (a), the substrate may be a cover glass, and a microfluidic channel device having a plurality of cell culture channels and a micro channel section connecting the cell culture channels in the plurality of cell culture channels may be formed of PDMS have.

상기 (b) 단계에 있어서, 신경세포 친화 물질은 폴리 L 리신(Poly L Lysine; PLL), 폴리 D 리신(Poly D Lysine; PDL), 라미닌, 콜라겐, 피브린, 피브로넥틴 및 마트리젤로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, 1mg/ml의 폴리 L 리신(Poly L Lysine; PLL)으로 상기 기판을 코팅할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.In the step (b), the neuron-friendly substance is selected from the group consisting of Poly L Lysine (PLL), Poly D Lysine (PDL), laminin, collagen, fibrin, fibronectin, , And the substrate may be coated with, for example, 1 mg / ml of poly L lysine (PLL), but the present invention is not limited thereto.

상기와 같은 단계를 거쳐 준비된 미세유체채널 장치를 이용하여 해마 신경 회로를 재건하는 방법은 다음의 단계를 포함한다:The method for reconstructing the hippocampal neural circuit using the microfluidic channel device prepared through the above steps includes the following steps:

(d) 기판과 복수 개의 세포배양 채널 및 복수 개의 미세유체채널을 포함하는 층이 접합되어 형성된 세포 배양 공간에 세포를 주입하기 최소 1시간 전에 각 세포 배양 공간에 세포 배양액을 채우는 단계; 및(d) filling a cell culture medium in each cell culture space at least one hour before the cells are injected into a cell culture space formed by joining a substrate and a layer including a plurality of cell culture channels and a plurality of microfluidic channels; And

(e) 신경 세포를 세포 배양 공간에 주입하여 배양하는 단계.(e) injecting neurons into a cell culture space and culturing them.

상기 (e) 단계에서 세포 배양 공간에 4x10⁶ 세포/ml ~ 6x10⁶ 세포/ml가 주입될 수 있으며, 나아가 실험 목적에 따라 적어도 하나의 세포배양 채널에 선택적으로 세포가 주입될 수 있다.And the cell culture space in the (e) step is 4x10⁶ cells / ml ~ 6x10⁶ cells / ml may be injected, at least one cell culture in the cells selectively channel can be injected in accordance with the purpose of further experiments.

또한, 상기 (e) 단계에서 세포 배양이 이루어지는 동안 세포 배양액은 2~3일에 한번씩 교체될 수 있다.Also, during the cell culture in step (e), the cell culture liquid may be changed every 2 to 3 days.

상기 해마 신경 회로의 재건 방법에 사용되는 미세유체채널 장치의 세포 배양 공간의 크기와 개수는 실험하고자 하는 신경 군집 및 종류에 따라 달라질 수 있다.The size and number of the cell culture space of the microfluidic channel device used in the reconstruction method of the hippocampal neural circuit may vary depending on the neural cluster to be tested and the type thereof.

예를 들어, 도 1 내지 9 또는 10에 도시된 바와 같이 3개 또는 5개의 세포 배양 공간을 가지는 미세유체채널 장치(1)를 이용하여 해마의 각 영역을 부분적으로 재건하거나 또는 전체적으로 재건할 수 있다.For example, each region of the hippocampus can be partially reconstructed or totally reconstructed using amicrofluidic channel device 1 having three or five cell culture spaces as shown in Figures 1 to 9 or 10 .

더욱 상세하게는, 도 10과 같이 5개의 세포배양 채널(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)을 포함하는 미세유체채널 장치를 해마 전체의 신경회로(EC2, DG, CA3, CA1 및 EC5) 재건에 사용할 수 있다.More specifically, the microfluidic channel device including fivecell culture channels 12a, 12b, 12c, 12d and 12e as shown in Fig. 10 is used to reconstruct the entire nerve circuits EC2, DG, CA3, CA1 and EC5 .

구체적으로, 하나의 세포배양 채널은 하나의 영역에 해당하는 세포를 배양할 수 있으며, 신경회로의 순서와 동일하게 5개의 세포배양 채널에 해마의 각 영역에 해당하는 EC2, DG, CA3, CA1 및 EC5를 순서대로 배양할 수 있다.Specifically, one cell culture channel can cultivate cells corresponding to one region, and EC2, DG, CA3, CA1 corresponding to each region of the hippocampus in five cell culture channels, EC5 can be cultured in this order.

예를 들어, EC2 영역의 세포는 세포배양 채널(12a)에, DG 영역의 세포는 세포배양 채널(12b)에, CA3 영역의 세포는 세포배양 채널(12c)에 CA1 영역의 세포는 세포배양 채널(12d)에, 마지막으로 EC5 영역의 세포는 세포배양 채널(12e)에 순서대로 배양될 수 있다.For example, the cells in the EC2 region are in thecell culture channel 12a, the cells in the DG region are in thecell culture channel 12b, the cells in the CA3 region are in thecell culture channel 12c, (12d), and finally the cells of the EC5 region can be cultured in sequence in the cell culture channel (12e).

도 1 내지 9와 같이 3개의 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)을 포함하는 미세유체채널 장치는, DG, CA3 및 CA1로 이루어지는 해마의 부분 신경 회로 재건에 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 실험 목적에 따라 해마 전체의 신경회로를 구성하는 각 영역을 부분적으로 선택하여 배양할 수 있고, 배양방법은 상기 해마 전체의 신경회로 재건 방법과 동일하게 적용된다.The microfluidic channel device including the threecell culture channels 11a, 11b, and 11c as shown in FIGS. 1 to 9 may be used for reconstructing the partial neural circuit of the hippocampus composed of DG, CA3, and CA1, but is not limited thereto , Each region constituting the entire nerve circuit of the hippocampus can be partially selected and cultured according to the purpose of the experiment, and the culturing method is applied in the same manner as the neural circuit reconstruction method for the entire hippocampus.

또한, 해마 전체의 신경회로 재건 및 해마의 부분 신경 회로 재건을 위해 각 해마 신경회로 영역이 돌출(projection)하는 방향을 고려하여 각 세포배양 채널에 배양하는 해마의 영역을 선택할 수 있다.In addition, for reconstructing the neural circuit of the entire hippocampus and reconstructing the partial nerve of the hippocampus, it is possible to select the region of the hippocampus cultured on each cell culture channel considering the projection direction of each hippocampal circuit region.

나아가 도 3과 같이 세 개의 세포배양 채널 사이에 세 개의 미세통로부(23a, 23b, 23c)가 형성되어 각 세포배양 채널(11a, 11b, 11c)을 연결하는 형태의 미세유체채널 장치(1)를 사용할 수 있고, 도 3의 세 개의 미세통로부(23a, 23b, 23c) 중 어느 하나가 형성되지 않거나 폐쇄된 형태의 미세유체채널 장치 또한 실험 목적에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.As shown in FIG. 3, threemicrochannel sections 23a, 23b and 23c are formed between three cell culture channels to connect themicrofluidic channel device 1, which connects thecell culture channels 11a, 11b and 11c, And the microfluidic channel device in which any one of the threemicro passageways 23a, 23b, and 23c of FIG. 3 is not formed or closed can be selectively used according to the purpose of the experiment.

추가적으로, 본 발명의 해마 신경 회로의 재건 방법으로 재건된 해마 신경 회로에서 각 영역간의 신경세포가 시냅스를 형성하면 면역세포화학 (immunocytochemistry)를 이용해 해마 각 영역 고유의 단백질을 확인하거나 칼슘 이미징, 전기생리학, DREADD(designer receptors exclusively activated by designer drugs)와 같은 신경세포의 기능을 확인하는 실험을 수행할 수 있다.In addition, when the neurons in each area of the reconstructed hippocampal neural circuit reconstruct the hippocampal neuronal circuit of the present invention form synapses, immunocytochemistry can be used to identify proteins unique to each hippocampal region, , And DREADD (designer receptors exclusively activated by designer drugs).

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

1: 미세유체채널 장치 3: 세포
10: 미세유체채널 소자 11, 11a, 11b, 11c: 세포배양 채널
12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f: 세포배양 채널
13a, 13b, 13c: 격벽 14a, 14b, 14c: 격벽
15a, 15b, 15c: 미세통로 16a, 17a: 제1 입구
16b, 17b: 제2 입구 16c, 17c: 제3 입구
18a, 19a: 제1 출구 18b, 19b: 제2 출구
18c, 19c: 제3 출구 21: 교차부
23a, 23b, 23c: 미세통로부 24a, 24b, 24c: 미세통로부
25a, 25b, 25c, 25d: 미세통로부 30: 기판1: Microfluidic channel device 3: Cell
10:microfluidic channel device 11, 11a, 11b, 11c: cell culture channel
12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f: cell culture channel
13a, 13b, 13c:partition walls 14a, 14b, 14c:
15a, 15b, 15c:micro passageways 16a, 17a: first inlet
16b, 17b:second inlet 16c, 17c: third inlet
18a, 19a:first outlet 18b, 19b: second outlet
18c, 19c: third outlet 21: intersection
23a, 23b, 23c:micro passage portions 24a, 24b, 24c:
25a, 25b, 25c, 25d: micro passage portion 30: substrate

Claims (13)

Translated fromKorean

기판(substrate); 및
상기 기판 상에 적층되는 미세유체채널 소자;를 포함하고,
상기 미세유체채널 소자에는,
세포배양을 위한 복수 개의 세포배양 채널; 및
상기 복수 개의 세포배양 채널 중 적어도 둘 사이를 연결하는 미세통로부가 형성된, 해마 신경 회로 재건용 미세유체채널 장치.A substrate; And
And a microfluidic channel element laminated on the substrate,
In the microfluidic channel element,
A plurality of cell culture channels for cell culture; And
And a micro channel section connecting at least two of the plurality of cell culture channels is formed.제1항에 있어서, 상기 기판은 커버 글라스(cover glass)로 이루어짐을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.The microfluidic channel device of claim 1, wherein the substrate is a cover glass.제1항에 있어서, 상기 미세유체채널 소자는 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어짐을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.The microfluidic channel device of claim 1, wherein the microfluidic channel device comprises polydimethylsiloxane (PDMS).제1항에 있어서, 상기 기판과 미세유체채널 소자는 산소 플라즈마 처리에 의해 서로 접합된 것을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.The microfluidic channel device of claim 1, wherein the substrate and the microfluidic channel devices are bonded to each other by oxygen plasma treatment.제1항에 있어서, 상기 미세유체채널 소자는 접합 처리 없이 기판 상에 적층되는 것을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.The microfluidic channel device of claim 1, wherein the microfluidic channel devices are laminated on a substrate without bonding.제1항에 있어서, 상기 미세통로부는 복수 개의 격벽으로 분리된 복수 개의 미세통로로 형성됨을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.The microfluidic channel device according to claim 1, wherein the micro channel section is formed of a plurality of micro channels separated by a plurality of barrier ribs.제6항에 있어서, 상기 미세통로는 신경세포의 돌기가 통과하는 공간임을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.[7] The microfluidic channel device of claim 6, wherein the micro channel is a space through which protrusions of nerve cells pass.제6항에 있어서, 상기 미세통로는 폭이 동일한 일측 입구와 타측 출구를 가지는 것을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.7. The microfluidic channel device of claim 6, wherein the micro-channels have one side inlet and the other side outlet having the same width.제6항에 있어서, 상기 미세통로는 폭이 넓은 일측 입구와 폭이 좁은 타측 출구를 가지는 것을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.7. The microfluidic channel device of claim 6, wherein the micro channel has a wide one side entrance and a narrow other side exit.제1항에 있어서, 상기 미세유체채널 소자의 세포배양 채널 하부에 접합된 기판은 폴리 L 리신(Poly L Lysine; PLL), 폴리 D 리신(Poly D Lysine; PDL), 라미닌, 콜라겐, 피브린, 피브로넥틴 및 마트리젤로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 신경세포 친화 물질로 코팅됨을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.The microfluidic channel device according to claim 1, wherein the substrate bonded to the lower part of the cell culture channel of the microfluidic channel device is at least one selected from the group consisting of Poly L Lysine (PLL), Poly D Lysine (PDL), Laminin, Collagen, Fibrin, Fibronectin Wherein the microfluidic channel device is coated with at least one kind of neuron-cell-mediated substance selected from the group consisting of mastriol, and mattriel.제10항에 있어서, 상기 미세유체채널 소자의 세포배양 채널 하부에 접합된 기판은 표면처리를 통해 미세 구조물이 추가로 형성됨을 특징으로 하는 미세유체채널 장치.11. The microfluidic channel device of claim 10, wherein the substrate bonded to the lower part of the cell culture channel of the microfluidic channel device is further formed with a microstructure through surface treatment.제1항 내지 제11항의 미세유체채널 장치를 이용하여 해마 전체의 신경 회로를 재건하는 방법.A method for reconstructing a neural circuit of an entire hippocampus using the microfluidic channel device of any one of claims 1 to 11.제1항 내지 제11항의 미세유체채널 장치를 이용하여 해마 신경 회로의 각 영역을 부분적으로 재건하는 방법.A method for partially reconstructing each region of a hippocampal neural circuit using the microfluidic channel device of any one of claims 1 to 11.

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