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제안 방법
- 1960년 후반 처음 시도된 Patch clamp는 심근 세포 내부의 Action Potential Duration (APD) 변화로 약물 독성을 평가한다. [1].
- 연동 펌프는 미세 유량에 대한 정밀 제어가 가능하고 사용되는 튜브 이외에 세포 배양액과의 접촉이 없어 오염 가능성이 낮은 장점이 있다. 3D 프린터를 이용하여 튜브를 고정하는 하우징을 최소 1포인트 이상 밀착되는 구조로 제작하였다. 펌프의 구동을 위해 스텝 모터를 사용하였고 아두이노 프로그램으로 제어하였다.
- 0833ml/hour로 설정하였다. RPMe 1에서 시작하여 0.5, 0.25, 0.125 순으로 줄이면서 미세 유량 변화를 측정하였다. Fig.
- 6(a), (b), (d)). 반면 자동으로 세포 배양액이 교체되는 심근세포는 대조군에 비해 조금 느리지만 일정한 심장 박동수를 측정하였다(Fig. 6(c), (d)).
- 스텝모터 펌프는 RPM을 조절하여 미세유량 제어가 가능한 장점이 있다. 배양액의 장시간 pH 유지를 위해 펠티어 소자를 이용한 냉장고를 제작하였고 5~8 C의 온도 및 배양액의 pH는 7.39±0.15의 값을 유지하였다. 수축 이완하는 심근세포는 ImageJ 프로그램을 이용하여 심장 박동수를 측정하였고 스텝 모터 펌프를 이용하여 배양액을 지속적으로 교체하는 세포는 대조군 세포에 비해 일정한 심장 박동수를 측정하였다.
- 배양액이 지속적으로 교체 및 공급되는 심근세포와 2일 주기로 교체되는 대조군 심근세포의 생물학적 성숙도 평가를 위해 세포배양 2일후부터 배양액 교체를 진행하였으며 배양 10일 후 형광 염색을 진행하였다. 배양된 심근세포는 paraformaldehyde (3.
- 본 논문에서는 세포배양액의 상태에 따라 변화하는 심근 세포의 수축 특성 변화 최소화를 위하여 배양액 온도 유지 장치, 세포 배양액 자동 공급 및 교체 펌프를 제안하고, 이를 제작하여 2~3일 주기로 수동으로 배양액을 교체한 심근세포와 수축 특성 및 성숙도를 비교 분석하였다. 본 연구에서 제안한 연속 또는 순환형 배양액 공급시스템은 미성숙 세포의 안전성 측면에서 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 세포 배양액 교체 시 발생하는 심근세포의 shock을 줄이기 위해 지속적으로 배양액을 공급 및 교체하는 스텝모터 펌프 시스템을 제작하였다. 스텝모터 펌프는 RPM을 조절하여 미세유량 제어가 가능한 장점이 있다.
- 5). 수동 배양액 교체 세포의 배양액은 세포 활동에 의해 CO2 농도가 변화하고 자동 배양액 교체 세포는 pH가 유지되기 때문에 대조군에 비해 더 긴 sarcomere 길이를 측정되었다.
- 수동 배양액 교체 심근세포는 배양액 교체전후 두 번 측정하였고 자동으로 배양액이 교체되는 심근세포는 교체 중 한번을 측정하였다. Fig.
- 15의 값을 유지하였다. 수축 이완하는 심근세포는 ImageJ 프로그램을 이용하여 심장 박동수를 측정하였고 스텝 모터 펌프를 이용하여 배양액을 지속적으로 교체하는 세포는 대조군 세포에 비해 일정한 심장 박동수를 측정하였다. 제안된 세포 배양액 자동 교체 시스템은 심근세포의 균일한 심장 박동 및 수축력 향상을 보이며 유도 만능 줄기세포에서 분화된 심근세포를 사용하여 환자 맞춤형 약물 독성 평가가 가능할 것으로 기대한다.
- 0849ml/hour의 근사값을 측정하였다. 스텝 모터를 통해 세포 배양액을 지속적으로 공급 및 교체하였고 수동 배양액 교체 심근세포와 심장 박동수 변화를 비교하였다.
- 스텝 모터 드라이버는 스텝 모터를 제어하는 역할을 하면 스텝 모터의 최소 스텝 각을 잘게 나누어 마이크로 스텝 각으로 회전하게 만드는 역할을 한다. 스텝 모터의 한스텝에 0.05625도의 회전을 제어 가능하고 펄스 간 간격을 조정하여 회전속도에 따른 미세 유량을 측정하였다.
- 심근세포의 심장 박동수를 측정하기 위해 well plate에 세포배양 후 5~10일까지의 심장박동을 도립현미경을 사용하여 2분간 녹화하였고 ImageJ 프로그램을 이용하여 심장 박동수를 측정하였다. 수동 배양액 교체 심근세포는 배양액 교체전후 두 번 측정하였고 자동으로 배양액이 교체되는 심근세포는 교체 중 한번을 측정하였다.
- 4로 다시 감소 및 유지된다. 외부환경 온도에 따라 변화하는 배양액의 pH 변화를 최소화 하기위해 펠티어 소자를 이용한 온도 유지장치를 제작하였다. 펠티어 소자는 세라믹 기판과 납 그리고 pellet를 이루는 N, P 형 소자이다.
- 2종의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트(Bi), 텔루트(Te) 등 반도체를 사용하면, 효율성이 높은 흡열, 발열 작용을 하는 펠티어 소자를 얻을 수 있다. 이를 이용하여 세포 배양액 온도 및 pH 유지를 위한 펠티어 냉장고를 제작하였다.
- 제작한 스텝 모터 펌프의 RPM을 변화하면서 유량 변화를 측정하였다. 기존 세포 배양액의 수동 교체는 2일주기로 4ml의양이 교체되기 때문에 목표한 유량은 0.
- 지속적인 세포 배양액 교체 및 공급을 위해 롤러의 RPM 조절하여 유량 제어가 가능한 스텝 모터 기반 연동 펌프 제작하였다. 연동 펌프는 미세 유량에 대한 정밀 제어가 가능하고 사용되는 튜브 이외에 세포 배양액과의 접촉이 없어 오염 가능성이 낮은 장점이 있다.
- 3D 프린터를 이용하여 튜브를 고정하는 하우징을 최소 1포인트 이상 밀착되는 구조로 제작하였다. 펌프의 구동을 위해 스텝 모터를 사용하였고 아두이노 프로그램으로 제어하였다. 스텝 모터는 펄스(pulse)가 입력될 때마다 일정한 각도로 모터가 회전하도록 제어된다.
대상 데이터
- 1은 제작된 펠티어 냉장고, 스텝 모터 펌프 및 stage-top 인큐베이터로 이루어진 세포 배양액 자동 교체 시스템을 나타낸다. 펠티어 냉장고는 발열부 방열판, 냉기 방열판, 쿨링팬, 단열제 및 아크릴 케이스로 구성되었고 5~8 C의 온도를 유지하며 배양액의 pH는 7.39±0.15의 값을 측정하였다(Table 1). 심근세포는 온도 37 C, CO2 5% 및 상대습도 100%가 유지되는 인큐베이터에서 배양되며 자동 배양액 교체와 수동 배양액 교체 심근세포 대조군으로 배양하였다.
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