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KR101347134B1 - Device of Directional Property Localization and Control of Magnetic Field for Differentiation and/or Proliferation of Stem Cell - Google Patents

Device of Directional Property Localization and Control of Magnetic Field for Differentiation and/or Proliferation of Stem Cell Download PDF

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KR101347134B1
KR101347134B1 KR1020120010022A KR20120010022A KR101347134B1 KR 101347134 B1 KR101347134 B1 KR 101347134B1 KR 1020120010022 A KR1020120010022 A KR 1020120010022A KR 20120010022 A KR20120010022 A KR 20120010022A KR 101347134 B1 KR101347134 B1 KR 101347134B1
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South Korea
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magnetic field
stem cells
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proliferation
current
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정종섭
김성민
박정극
조현진
서영권
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한경대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 자성을 이용하여 줄기세포를 손상부위로 이동시킨 후 고정시키거나, 또는 손상부위에 줄기세포를 직접 주입한 후 고정시키고, 고정된 줄기세포를 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 기술을 이용하면, 신경이 손상된 부위에 적당한 자기장을 가하여 줄기 세포를 신경세포로 분화 혹은 증식시킬 수 있으며, 세포의 성장 방향의 제어가 가능하다. 본 발명에서 제안하는 장치는 다채널로 구성되어 있으며, Bed를 움직이거나 다채널 자기장 형성 영역을 조절하여 자극 부위를 조절한다. 또한, 강자계(직류, DC)와 약자계(교류, AC)의 교대 방식으로, 직류와 교류를 동시에 또는 직류 혹은 교류만 흐르게 하여, 줄기세포 분화 및 증식의 방향성(직류 작용) 및 분화 혹은 증식(교류 작용)을 조절한다. 본 발명의 기술을 통해, 손상 부위에서 줄기세포를 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 효율성을 높이는 데에 기여할 것으로 기대된다.The present invention is a method and apparatus for moving and immobilizing stem cells to an injured site using magnetism, or injecting and immobilizing stem cells directly to the injured site, and differentiating or proliferating the fixed stem cells into neurons. It is about. By using the present technology, it is possible to differentiate or proliferate stem cells into neurons by applying an appropriate magnetic field to a site where nerves are damaged, and to control the growth direction of the cells. The device proposed in the present invention is composed of multi-channels, and controls the stimulation site by moving the bed or adjusting the multi-channel magnetic field formation region. In addition, the alternating method of the magnetic field (direct current, DC) and the weak magnetic field (AC, AC) allows direct current and alternating current to flow at the same time or only direct current or alternating current, and thus directs (direct action) and differentiation or proliferation of stem cell differentiation and proliferation. Adjust the (AC) action. Through the technique of the present invention, it is expected to contribute to increase the efficiency of differentiation or proliferation of stem cells into nerve cells at the site of injury.

Description

줄기세포 분화 또는 증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 장치 {Device of Directional Property Localization and Control of Magnetic Field for Differentiation and/or Proliferation of Stem Cell}Device of Directional Property Localization and Control of Magnetic Field for Differentiation and / or Proliferation of Stem Cell}

본 발명은 자성을 이용하여 줄기세포를 손상부위로 이동시킨 후 고정시키거나, 또는 손상부위에 줄기세포를 직접 주입한 후 고정시키고, 고정된 줄기세포를 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 기술을 이용하면, 신경이 손상된 부위에 적당한 자기장을 가하여 줄기 세포를 신경세포로 분화 혹은 증식시킬 수 있으며, 세포의 성장 방향의 제어가 가능하다. 본 발명에서 제안하는 장치는 다채널로 구성되어 있으며, Bed를 움직이거나 다채널 자기장 형성 영역을 조절하여 자극 부위를 조절한다. 또한, 강자계(직류, DC)와 약자계(교류, AC)의 교대 방식으로, 직류와 교류를 동시에 또는 직류 혹은 교류만 흐르게 하여, 줄기세포 분화 및 증식의 방향성(직류 작용) 및 분화 혹은 증식(교류 작용)을 조절한다. 본 발명의 기술을 통해, 손상 부위에서 줄기세포를 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 효율성을 높이는 데에 기여할 것으로 기대된다.
The present invention is a method and apparatus for moving and immobilizing stem cells to an injured site using magnetism, or injecting and immobilizing stem cells directly to the injured site, and differentiating or proliferating the fixed stem cells into neurons. It is about. By using the present technology, it is possible to differentiate or proliferate stem cells into neurons by applying an appropriate magnetic field to a site where nerves are damaged, and to control the growth direction of the cells. The device proposed in the present invention is composed of multi-channels, and controls the stimulation site by moving the bed or adjusting the multi-channel magnetic field formation region. In addition, the alternating method of the magnetic field (direct current, DC) and the weak magnetic field (AC, AC) allows direct current and alternating current to flow at the same time or only direct current or alternating current, and thus directs (direct action) and differentiation or proliferation of stem cell differentiation and proliferation. Adjust the (AC) action. Through the technique of the present invention, it is expected to contribute to increase the efficiency of differentiation or proliferation of stem cells into nerve cells at the site of injury.

본 발명은 자성을 이용하여 줄기세포를 이동시키고, 원하는 부위에 고정 후 분화 혹은 증식시키는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 상기 줄기세포를 손상 부위로 이동시키는 과정 대신, 손상 부위에 줄기세포를 직접 주입하는 방법도 포함된다.The present invention relates to a method and apparatus for moving stem cells by using magnetism, fixing them to a desired site, and then differentiating or proliferating them. Instead of moving the stem cells to the injury site, a method of directly injecting the stem cells to the injury site is also included.

본 발명에서 제안하는 장치는, 다채널로 구성되어 있고, Bed를 움직이거나 다채널 자기장 형성 영역을 조절하여 자극 부위를 조절하며, 강자계와 약자계의 교대 방식으로 자기장을 형성하며, 상기 강자계는 DC(직류)를, 상기 약자계는 AC(교류)를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 자계는 영구자석, 전자석, 헬름홀츠 방식 등을 통해 형성되는 것을 특징으로 한다. 전자석으로 자기장을 형성할 때, 동일한 궤적으로 코일을 2개 감아 하나는 DC 전류를 흐르게 하고, 다른 하나에는 AC 전류를 흐르게 해, 코일에 DC 전류와 AC 전류를 함께 내보낸다. 이때, DC는 줄기세포 이동, 그리고 분화 및 증식의 방향성을 제어하는 데에 이용되며, AC는 줄기세포의 분화 혹은 증식을 촉진하는 데에 이용된다. 코일의 크기와 위치, 그리고 코일에 흐르는 전류를 제어함에 따라 자기장의 세기 뿐만 아니라 분포 특성을 변화시킬 수 있기 때문에 국소적인 자기장 생성이 가능하다.The device proposed in the present invention is composed of a multi-channel, and adjusts the stimulation site by moving the bed or by adjusting the multi-channel magnetic field forming region, and forms a magnetic field in the alternating manner of the magnetic field and the weak magnetic field, the ferromagnetic field Is DC (direct current), and the weak magnetic field is formed through AC (AC). In addition, the magnetic field is characterized in that it is formed through a permanent magnet, an electromagnet, the Helmholtz method. When forming a magnetic field with an electromagnet, two coils are wound around the same trajectory, one flowing a DC current, and the other flowing an AC current, which sends both the DC current and the AC current together. In this case, DC is used to control stem cell migration and the direction of differentiation and proliferation, and AC is used to promote differentiation or proliferation of stem cells. By controlling the size and position of the coil and the current flowing through the coil, it is possible to change not only the strength of the magnetic field but also the distribution characteristics, so that local magnetic field generation is possible.

줄기세포(Stem cell)란, 조직을 구성하는 각 세포로 분화되기 전단계의 미분화 세포들을 총칭하며, 오랜 기간 동안 분열을 하고 자기 갱신(self-renewal)을 할 수 있으며, 어떤 조건이 주어지면 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있는 세포이다. 줄기세포는 기원 되는 조직에 따라 크게 배아줄기세포와 성체줄기세포로 구분되는데, 배아줄기세포는 인간 배아에서 유래 된 줄기세포로 거의 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 능력(pluripotent)을 지니며, 외배엽, 중배엽, 내배엽 층 유래의 다양한 세포와 조직으로 발생할 수 있는 세포로서, 수정 4-5일 후 나타나는 배반포(blastocyst)의 안쪽에 위치한 내세포괴(inner cell mass)에서 유래하며, 다양한 다른 조직 세포로 분화되지만 새로운 생명체를 형성하지는 못한다.Stem cell refers to the undifferentiated cells of the stage prior to differentiation into each cell constituting the tissue, can divide and self-renewal for a long time, and various kinds given conditions It is a cell that can differentiate into cells. Stem cells are largely divided into embryonic stem cells and adult stem cells according to the origin of the tissue. Embryonic stem cells are stem cells derived from human embryos and have the ability to differentiate into almost all kinds of cells (pluripotent). Cells that can develop into a variety of cells and tissues derived from ectoderm, mesoderm, and endodermal layers, which originate from the inner cell mass located inside the blastocyst appearing after 4-5 days of fertilization, and into various other tissue cells. Differentiate but do not form new life.

성체줄기세포는 성체의 각 기관에서 유래된 세포로 한정된 종류의 여러 가지 세포로 분화할 수 있는 능력(multipotent)을 지니며, 이 세포가 포함되어 있는 조직 및 기관에 특이적인 세포로만 분화할 수 있는 줄기세포로서, 태아기, 신생아기 및 성체기의 각 조직 및 장기의 성장과 발달은 물론 성체조직의 항상성 유지와 조직손상 시 재생을 유도하는 기능에 관여하고 있으며 조직 특이적 다능성 세포들을 총칭한다. 성체줄기세포는 잠재 능력이 배아줄기세포보다 한정적인 단점이 있으나 윤리적 문제가 없고 부작용이 없어, 성체줄기세포를 대상으로 많은 치료제가 연구되고 있다.Adult stem cells have a multipotent ability to differentiate into cells of a limited variety of cells derived from each organ of the adult, and can only differentiate into cells specific to the tissues and organs that contain them. As stem cells, they are involved in the growth and development of individual tissues and organs in prenatal, neonatal and adulthood as well as in maintaining the homeostasis of adult tissues and inducing regeneration in tissue damage and collectively refer to tissue-specific pluripotent cells. Adult stem cells have limited disadvantages than embryonic stem cells but have no ethical problems and no side effects, and many therapeutic agents have been studied for adult stem cells.

전자석(electromagnet)이란, 전기가 흐르면 자기화(磁氣化)되고, 전류를 끊으면 자기화되지 않은 원래의 상태로 되돌아가는 자석을 말하며, 이는 전류의 공급과 상관없이 항상 자기(磁氣)를 유지하는 영구자석과 구분된다. 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 동심원 모양의 자기장이 형성되는데, 이러한 원리를 이용하여 영구자석으로는 얻을 수 없는 매우 강력한 자기장(magnetic field)을 얻을 수 있다. 전자석은 전류를 인위적으로 조정하여 비교적 쉽게 자기장의 세기를 바꿀 수 있다. 자기장이란, 자석이나 전류, 변화하는 전기장 등의 주위에 자기력이 작용하는 공간으로, 자계(磁界) 또는 자장(磁場)이라고도 한다.An electromagnet is a magnet that magnetizes when electricity flows and returns to its original, unmagnetized state when the current is interrupted, which always maintains magnetism regardless of the supply of current. It is distinguished from permanent magnets. When a current flows through the wire, a concentric magnetic field is formed around the wire. Using this principle, a very strong magnetic field cannot be obtained with a permanent magnet. The electromagnet can change the strength of the magnetic field relatively easily by artificially adjusting the current. A magnetic field is a space in which magnetic force acts around a magnet, an electric current, a changing electric field, etc., and is also called a magnetic field or a magnetic field.

자성을 이용하여 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 줄기세포를 분화 혹은 증식시키는 것과 관련된 선행기술들(10-2008-0002096, 10-2009-011101, 10-2009-0110102)이 있으나, 이 기술들은 생체 밖에서 플레이트에 줄기세포 현탁액을 넣고, 자성에 의한 줄기세포의 이동·고정·분화 및 증식에 대한 제어 효과를 관찰하는 기술, 또는 줄기세포를 생체에 도입하기 전, 마이크로 채널 내에 주입하고 외부 자기장을 이용하여 줄기세포의 이동·고정·분화 및 증식에 대한 제어 효과를 관찰할 수 있는 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 생체에 직접적으로 줄기세포를 도입하고 자장을 통해 생체 내에서의 줄기세포의 이동·고정·분화 및 증식를 제어할 수 있는, 활용 가능한 장치에 대한 기술은 전무하다.There are prior arts related to the transfer and fixation of stem cells using magnetism and the differentiation or proliferation of stem cells (10-2008-0002096, 10-2009-011101, 10-2009-0110102). A technique for observing stem cell suspension on a plate from the outside and observing the control effect on the movement, fixation, differentiation and proliferation of stem cells by magnetism, or injecting the stem cells into a microchannel before using them in a living body and using an external magnetic field The present invention relates to a simulation apparatus capable of observing the control effect on the movement, fixation, differentiation and proliferation of stem cells, wherein stem cells are introduced directly into a living body, and the movement, fixation, and differentiation of stem cells in a living body through a magnetic field. And techniques for available devices that can control proliferation are absent.

또한, 자성을 신경치료에 이용하는 기존의 기술들(US20060205993, JP 2008-543388, US200740065941, US20050075679)이 있으나, 이 기술들은 전극을 생체에 직접 이식하는 방식들로, 전극을 이식하는 수술이 추가되어 환자에게 고통이 수반된다.In addition, there are existing techniques (US20060205993, JP 2008-543388, US200740065941, US20050075679) that use magnetism for neurotherapy, but these techniques are performed by directly implanting electrodes into a living body. It is accompanied by pain.

따라서, 인체에 활용가능하며, 생체 밖에서 자성을 형성하고, 자극을 주고자하는 부위에 국소적으로 자기장을 형성하여, 줄기세포를 손상 부위로 이동 및 고정시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시킬 수 있는 기술이 필요하다.
Therefore, it can be utilized in the human body, and it can form a magnetic field outside the body and form a magnetic field locally at the site to be stimulated to move and fix the stem cells to the damage site, and to differentiate or proliferate into nerve cells. Skill is needed.

이에, 본 발명에서는 인체에 활용 가능한 장치로서, 생체 밖에서 자성을 형성하고, 자극을 주고자하는 부위에 국소적으로 자기장을 가하여, 손상 부위로 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 분화 혹은 증식시킬 수 있는 방법 및 장치에 대한 기술을 제공하고자 하였다.
Thus, in the present invention, as a device that can be utilized in the human body, it is possible to form a magnet outside the living body and apply a magnetic field locally to a site to be stimulated to move and fix the stem cells to the site of injury, to differentiate or proliferate. It is intended to provide a description of the method and apparatus.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 생체 밖에서 자성을 이용하여, 자극을 주고자하는 부위에 국소적으로 자기장을 가하여, 줄기세포를 손상 부위로 이동, 또는 줄기세포를 손상 부위에 직접 주입한 후 고정시키고, 분화 혹은 증식시키는 방법 및 그 장치에 관한 기술을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention uses magnetism outside the body to locally apply a magnetic field to a site to be stimulated, thereby moving stem cells to an injury site, or injecting stem cells directly into an injury site. The present invention provides a method and apparatus for immobilization, differentiation or propagation.

발명의 다른 구성은, 손상부위에 줄기세포를 주입하는 제 1단계와, 상기 줄기세포를 주입한 대상에 따라 채널의 반경간격, ON/OFF할 코일을 결정하고, 노출 강도에 맞추어 채널에 흐를 전류의 양을 결정하며 또한 자기장의 국소적 노출 부위를 결정함에 따라 Bed의 높이와 좌우를 조절하여 자극 부위를 조절하는 제 2단계와, 상기 자극 부위 주변의 코일에 전류를 흐르게 하는 제 3단계와, 상기 전류에 의해 형성된 자기장을 이용하여 줄기세포를 원하는 위치로 이동·고정시키고, 분화 혹은 증식시키는 제 4단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 줄기세포 분화 또는 증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 방법에 관한 기술을 제공한다.According to another aspect of the invention, the first step of injecting stem cells into the damaged area, and the radial interval of the channel, the coil to be turned on / off according to the target of the injection of the stem cells, and the current to flow in the channel according to the exposure intensity A second step of adjusting the stimulation site by adjusting the height and the left and right of the bed according to determining the amount of the local exposure site of the magnetic field, and a third step of flowing a current to the coils around the stimulation site, Directional localization and directional control method of the magnetic field for stem cell differentiation or proliferation, characterized in that it comprises a fourth step of moving and fixing the stem cells to a desired position using the magnetic field formed by the current, differentiation or proliferation Provide technology on

발명의 또 다른 구성은, 상기 제 1단계에서 줄기세포를 손상 부위와 연결된 혈관에 주입 또는 손상부위에 직접 주입하는 것을 특징으로 하는, 줄기세포 분화 또는 증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 방법에 관한 기술을 제공한다.Still another aspect of the present invention provides a method for directing localization and direction control of a magnetic field for stem cell differentiation or proliferation, characterized in that in the first step, stem cells are injected or directly injected into a blood vessel connected to an injury site. Provide the technology.

발명의 세 번째 구성은, 상기 제 4단계의, 줄기세포의 이동·고정·분화 및 증식은 직류와 교류를 동시에 또는 직류 혹은 교류만을 흘려보낼 때 형성되는 자기장에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는, 줄기세포 분화·증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 방법에 관한 기술을 제공한다.According to a third aspect of the present invention, the stem, characterized in that the movement, fixation, differentiation and proliferation of the stem cells in the fourth step is controlled by a magnetic field formed when the direct current and the alternating current are flowed at the same time. The present invention provides a technique for directional localization and direction control of a magnetic field for cell differentiation and proliferation.

발명의 네 번째 구성은, 상기 손상부위는 알츠하이머병, 우울증, 파킨슨병, 뇌경색, 뇌출혈을 발생시키는 신경손상 또는 척수손상 부위인 것을 특징으로 하는, 줄기세포 분화·증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 방법에 관한 기술을 제공한다.Fourth configuration of the invention, the injury site is Alzheimer's disease, depression, Parkinson's disease, cerebral infarction, cerebral hemorrhage, nerve or spinal cord injury site, characterized in that the directional localization and direction of the magnetic field for stem cell differentiation and proliferation Provides a technique regarding a control method.

발명의 다섯 번째 구성은, 줄기세포를 주입한 대상이 위치하는 Bed, 상기 Bed의 하면에 위치하는 원형 또는 반원형의 통, 상기 통에, 코일 2줄을 한 쌍으로 하여 동일한 궤적으로 감기고, 상기 2줄의 쌍으로 감긴 코일에는 각각 직류와 교류를 동시에 흘려보내는 것을 특징으로 하는 채널, 상기 채널을 하나의 단위로, 다채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 전류부 및 상기 Bed의 위치 및 다채널의 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 줄기세포 분화·증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 장치를 제공한다.The fifth configuration of the invention, the bed in which the stem cell injection target is located, a circular or semi-circular cylinder located on the lower surface of the bed, the two coils are wound in the same trajectory in a pair of coils, the 2 A coil wound in pairs of strings, each of which is characterized by simultaneously flowing a direct current and an alternating current (AC), the current unit and the position of the bed and the multi-channel current, characterized in that the channel is configured as one unit, the multi-channel It provides a device for directional localization and directional control of the magnetic field for stem cell differentiation, proliferation, characterized in that it comprises a control unit for controlling the.

발명의 여섯 번째 구성은, 상기 채널의 반지름 및 다채널 간의 간격은, 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라 변경시키는 것을 특징으로 하는, 줄기세포 분화·증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 장치를 제공한다.In a sixth aspect of the present invention, there is provided a device for directional localization and directional control of a magnetic field for stem cell differentiation and proliferation, wherein the radius of the channel and the distance between the multichannels are changed according to the desired intensity and distribution characteristics of the magnetic field. to provide.

발명의 일곱 번째 구성은, 상기 다채널에 흐르는 전류는, 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라, 채널 차례로 또는 교대로, ON/OFF시키는 것을 특징으로 하는, 줄기세포 분화·증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 장치를 제공한다.According to a seventh aspect of the present invention, the directionality of the magnetic field for stem cell differentiation and proliferation is characterized in that the current flowing through the multichannel is turned on / off in sequence or alternately according to the desired intensity and distribution characteristics of the magnetic field. Provides a localization and directional control device.

이하에서는 상기 본 발명의 과제 해결 수단과 관련하여 도면, 실시에 등을 통하여 구체적으로 설명하기로 하겠다.
Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments, and the like with respect to the problem solving means of the present invention will be described in detail.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 생체 밖에서, 자성을 이용하여, 자극을 주고자하는 부위에 국소적으로 자기장을 가하여, 줄기세포를 손상 부위로 이동시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 방법 및 장치에 관한 기술을 제공함으로써, 신경세포 분화 혹은 증식을 원하는 대상에게 전극을 이식하지 않고, 줄기세포를 효과적으로 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 데에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.As described above, the present invention provides a method and apparatus for ex vivo to use magnetic to apply a magnetic field locally to a site to be stimulated to move stem cells to a site of injury and to differentiate or proliferate into neurons. It is expected that the present invention can contribute to the effective differentiation or proliferation of stem cells into neurons without implanting an electrode in a target for neural cell differentiation or proliferation.

도 1은, 자성을 이용하여 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 방법을 통해 활용 가능한 줄기세포를 분화 혹은 증식시키는 장치에 대한 그림이다.
도 2은, 직류와 교류의 교대 방식인 코일이 통에 감겨있는 그림이다.
도 3는, 코일이 감긴 통이 하나의 단위인, 1 채널이며, 다채널로 구성되는 것을 나타내며, 이 때 코일 주변으로 형성되는 자기장의 분포를 나타낸 그림이다.
도 4은, 채널의 반지름과 채널 간의 간격에 따라 형성되는 자기장의 밀도 및 분포특성을 나타낸 모식도이다.
도 5는, 채널의 ON/OFF에 따라, 또는 채널 간의 간격에 따라 형성되는 자기장의 분포를 나타낸 시뮬레이션 그림이다.
도 6은, 채널의 반지름에 따라 형성되는 자기장의 분포를 나타낸 시뮬레이션 그림이다.
도 7은, 자기장에 노출시켜 배양한 골수유래 중간엽 줄기세포의 분화사진이다.
도 8에서, 도 8A는, 줄기세포가 신경 줄기세포의 단계를 거쳐 신경으로 분화하는 것을 나타낸 모식도이며, 도 8B는, 신경줄기세포의 표지인자인 Nestin의 발현을 확인한 유전자 분석 그림이다.
1 is a diagram illustrating an apparatus for differentiating or proliferating stem cells that can be utilized through a method of moving and immobilizing stem cells using magnetism and differentiating or proliferating into neurons.
2 is a diagram in which a coil, which is an alternating system of direct current and alternating current, is wound around a cylinder.
Fig. 3 shows that the coil wound cylinder is one channel, which is a unit, and is composed of multiple channels, and shows a distribution of the magnetic field formed around the coil at this time.
4 is a schematic diagram showing the density and distribution characteristics of the magnetic field formed according to the radius of the channel and the distance between the channels.
FIG. 5 is a simulation diagram showing the distribution of a magnetic field formed according to ON / OFF of a channel or according to an interval between channels.
6 is a simulation diagram showing the distribution of the magnetic field formed according to the radius of the channel.
7 is a differentiation photograph of bone marrow-derived mesenchymal stem cells cultured by exposure to a magnetic field.
In FIG. 8, FIG. 8A is a schematic diagram showing that the stem cells differentiate into nerves through the steps of neural stem cells, and FIG. 8B is a gene analysis diagram confirming the expression of Nestin, which is a marker of neural stem cells.

본 발명을 실시하기 위해, 먼저 자성을 이용하여 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시켜 신경 손상 부위에 신경세포를 분화 혹은 증식시키는 방법을 제안하며, 줄기세포의 이동·고정·분화 및 증식방법은 크게 6단계로 구성된다.
In order to carry out the present invention, first, a method of transferring and immobilizing stem cells by using magnetism, differentiating or proliferating them into nerve cells, and suggesting a method of differentiating or proliferating nerve cells at a nerve injury site is proposed. Differentiation and propagation method consists of 6 steps.

< 자성을 이용하여 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 방법 ><How to move and fix stem cells using magnetism and differentiate or proliferate into neurons>

1. 1 단계 : 손상부위에 줄기세포를 주입한다.1. Step 1: Inject stem cells into the damaged area.

① 이 때 손상부위는, 알츠하이머병, 우울증, 파킨슨병, 뇌경색, 뇌출혈을 발생시키는 신경손상 또는 척수손상 부위인 것을 특징으로 한다.① At this time, the damage site, Alzheimer's disease, depression, Parkinson's disease, cerebral infarction, cerebral hemorrhage, or nerve injury or spinal cord injury is characterized in that the site.

② 줄기세포를 손상부위와 연결된 혈관에 주입하거나 또는 손상부위에 직접 주입한다.② Stem cells are injected into the blood vessels connected to the damaged area or directly injected into the damaged area.

2. 2 단계 : 상기 줄기세포를 주입한 대상에 따라, 다음과 같은 사항들을 결정 혹은 조절한다.2. Step 2: Depending on the stem cell injection subject, determine or adjust the following.

① 상기 줄기세포를 주입한 대상에 따라, 사용할 채널의 반경, 간격, 그리고 ON/OFF할 채널을 결정한다.① Determine the radius of the channel to be used, the interval, and the channel to be turned on or off, depending on the stem cell injection target.

② 상기 줄기세포를 주입한 대상에 따라, 노출 강도에 맞추어 채널에 흐를 전류의 양을 결정한다.② Determine the amount of current to flow in the channel according to the exposure intensity, depending on the subject injected the stem cells.

③ 상기 줄기세포를 주입한 대상에 따라, 자기장의 국소적 노출 부위를 결정한다.③ Determine the local exposure site of the magnetic field according to the target of the stem cell injection.

④ 상기 자기장의 국소적 노출 부위에 따라, Bed의 높이와 좌우를 조절하여 자극 부위를 조절한다(도 1).④ Adjust the stimulation site by adjusting the height and left and right of the bed, according to the local exposure site of the magnetic field (Fig. 1).

3. 3 단계 : 상기 자극 부위 주변의 코일에 전류를 흐르게 한다.3. Step 3: The current flows through the coil around the magnetic pole area.

① 상기 코일은, 원형 또는 반원형의 통에 감긴 것을 특징으로 하며, 균일하게 자성에 의한 자극을 주기를 원하는 경우는 원형을 선택하고, 부분적으로 강하게 자극을 주고자 하는 경우는 반원형을 선택한다. ① The coil is characterized in that the coil is wound in a circular or semi-circular cylinder, and if the magnetic pole is to be uniformly magnetized, the circular is selected, and if the magnetic pole is to be strongly strongly selected, the semi-circle is selected.

② 상기 통에 감긴 코일은, 동일한 궤적으로 2줄의 쌍으로 감긴 것(도 2)을 특징으로 한다.(2) The coil wound around the cylinder is characterized by being wound in pairs of two rows with the same trajectory (Fig. 2).

③ 상기 2줄의 쌍으로 감긴 코일에는, 각각 직류와 교류를 동시에 또는 직류 또는 교류만을 흘려보내는 것을 특징으로 한다(도 2).(3) The coil wound in pairs of the above two lines is characterized in that direct current and alternating current are flowed simultaneously or only direct current or alternating current (Fig. 2).

④ 상기 코일이 감긴 통을 하나의 채널로 하며, 채널을 하나의 단위로, 다채널로 구성하여 자기장을 조절한다(도 3).④ The coil is wound into a single channel, and the channel is configured as a unit, multi-channel to adjust the magnetic field (Fig. 3).

⑤ 상기 채널의 반지름(도 4 및 도 6) 및 채널 간의 간격(도 4 및 도 5)을, 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라, 변경하는 것을 특징으로 한다.(5) The radius of the channel (FIGS. 4 and 6) and the distance between the channels (FIGS. 4 and 5) are changed according to the intensity and distribution characteristics of the desired magnetic field.

⑥ 상기 다채널에 흐르는 전류는 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라, 채널 차례로 또는 교대로, ON/OFF 하는 것을 특징으로 한다(도 5).(6) The current flowing in the multi-channel is characterized in that the ON / OFF, in turn or alternately the channels according to the desired strength and distribution characteristics of the magnetic field (Fig. 5).

4. 4 단계 : 상기 전류에 의해 형성된 자기장을 이용하여 줄기세포를, 손상부위로 이동·고정시키고, 분화 혹은 증식시킨다. 4. Step 4: Using the magnetic field generated by the electric current, the stem cells are moved and fixed to the damaged area, differentiated or expanded.

상기 제 4단계에서, 줄기세포의 이동·고정·분화 및 증식은 직류와 교류를 동시에 또는 직류 혹은 교류만을 흘려보낼 때 형성되는 자기장에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.
In the fourth step, the movement, fixation, differentiation and proliferation of stem cells are characterized in that they are controlled by a magnetic field formed when direct current and alternating current are flowed at the same time.

실시예 1 : 자성을 이용한 줄기세포의 분화Example 1 Differentiation of Stem Cells Using Magnetics

줄기세포의 분화 혹은 증식에 자기장이 미치는 영향을 알아보기 위하여, 골수 유래 중간엽 줄기세포를 자기장에 노출시켜 배양하였다.To investigate the effect of the magnetic field on the differentiation or proliferation of stem cells, bone marrow-derived mesenchymal stem cells were cultured by exposing them to magnetic fields.

① 상기 골수 유래 중간엽 줄기세포를 12일간 계대배양하면서 그 형태를 관찰하였다.① The bone marrow-derived mesenchymal stem cells were passaged for 12 days to observe their morphology.

② 상기 계대배양에 있어서, 배지는 minimal 배지로 low glucose DMEM을 사용하였고, 분화 배지로는 EGM media를 사용하였다. 상기 EGM media는 endothelial media로서 여러 종류의 cytokine과 growth factor가 들어 있는 것을 특징으로 하며, 이러한 특징으로 상기 EGM media는 중간엽줄기세포를 다른 세포로 분화시킬 수 있는 배지이다.② In the subculture, low glucose DMEM was used as a minimal medium, and EGM media was used as a differentiation medium. The EGM media is characterized in that the endothelial media contains a variety of cytokine and growth factors, the EGM media is a medium capable of differentiating mesenchymal stem cells into other cells.

③ 상기 배지에서 배양한 골수 유래 중간엽 줄기세포를 12일간 지속적으로 전자기파에 노출시켰다.③ Bone marrow-derived mesenchymal stem cells cultured in the medium were continuously exposed to electromagnetic waves for 12 days.

④ 상기 전자기파의 노출 결과, 중간엽 줄기세포에서 neurite와 유사한 형태의 filament가 보이는 것을 관찰할 수 있었다(도 7).④ As a result of the exposure of the electromagnetic wave, it was observed that filament similar to neurite was seen in mesenchymal stem cells (FIG. 7).

⑤ 상기 중간엽 줄기세포는 신경세포로 분화되기 전 단계로, 신경줄기세포(neural stem cell)를 거쳐서 신경으로 분화되는 특징을 갖고 있다(도 8A). 따라서, 신경줄기세포의 표지인자인 Nestin의 발현을 확인하였다. 이 때, Positive marker로 신경암세포주인 Neuroblastoma cell line을 이용하여 비교 분석하였다. 상기 비교 분석에 대한 결과는 도 8B에 나타나 있다.
⑤ The mesenchymal stem cells are characterized in that they are differentiated into nerves through neural stem cells (step 8A) before being differentiated into neurons. Therefore, expression of Nestin, a marker of neural stem cells, was confirmed. At this time, a comparative analysis was performed using Neuroblastoma cell line, a neurocancer cell line, as a positive marker. The results for this comparative analysis are shown in Figure 8B.

다음은, 자성을 이용하여 줄기세포를 이동·고정·분화 및 증식시켜 신경 손상을 치료하는 장치의 구성이다.
Next is the configuration of a device for treating nerve damage by moving, fixing, differentiating and proliferating stem cells using magnetism.

< 자성을 이용하여 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 장치 ><Device to move and fix stem cells using magnetism and to differentiate or proliferate into neurons>

상기 신경 손상 치료 장치는 다음과 같이, 크게 Bed, 전류부, 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The nerve injury treatment apparatus is characterized in that it is largely composed of a bed, a current unit, a control unit as follows.

1. Bed1. Bed

줄기세포를 주입한 대상이 위치하는 Bed는, 제어부에서 그 위치 조절이 가능하다. 다시 말해, 자극을 주고자 하는 부위에 따라 Bed를 위 또는 아래 방향으로 움직여 줄기세포를 분화 혹은 증식시키고자 하는 부위에만 국소적으로 자기장을 가할 수 있도록 한다.Bed where the stem cell injection target is located, its position can be adjusted in the control unit. In other words, the bed moves up or down depending on the part to be stimulated so that the magnetic field can be locally applied only to the part to differentiate or proliferate the stem cells.

2. 전류부2. Current section

상기 Bed의 하면에는 통이 위치하며, The bottom of the bed is located,

상기 통에는 코일 2줄을 한 쌍으로 하여 동일한 궤적으로 감기고, 상기 2줄의 쌍으로 감긴 코일에는 각각 직류와 교류를 동시에 흘려보내는 것을 특징으로 한다.The coil is wound in the same trajectory with two pairs of coils in a pair, and the coils wound in the two pairs of pairs of direct current and alternating current are simultaneously flown.

전류부는, 상기 채널을 하나의 단위로, 다채널로 구성되는 것을 특징으로 한다.The current unit is characterized in that the channel is configured in one unit, multi-channel.

상기 채널의 반지름 및 다채널 간의 간격은, 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라, 변경할 수 있다. 채널의 반지름의 변경에 따라 형성되는 자기장의 세기 및 분포는 도 6의 시뮬레이션 데이터를 통해 확인해볼 수 있으며, 다채널 간의 간격 변경에 따른 자기장의 밀도 및 분포는 도 5를 통해 확인해볼 수 있다. The radius of the channel and the distance between the multiple channels can be changed according to the intensity and distribution characteristics of the desired magnetic field. The strength and distribution of the magnetic field formed according to the change of the radius of the channel can be confirmed through the simulation data of FIG. 6, and the density and distribution of the magnetic field according to the change of the interval between the multi-channels can be checked through FIG. 5.

채널 간의 간격 변경에 의한 자기장의 변화는 실시예 3을 통해서 살펴볼 것이며, 또한 채널의 반지름 변경에 의한 자기장의 변화는 실시예 4를 통해서 좀 더 상세히 살펴볼 것이다.The change in the magnetic field due to the change in the distance between the channels will be described in Example 3, and the change in the magnetic field due to the change in the radius of the channel will be described in more detail in the fourth embodiment.

3. 제어부3. Control

제어부에서는, 상기 Bed의 위치 및 다채널의 전류를 조절한다.The control unit adjusts the position of the bed and the current of the multi-channel.

상기 Bed의 위치는, 자극을 주고자 하는 부위에 따라 Bed를 위 또는 아래 방향으로 움직여 줄기세포를 분화 혹은 증식시키고자 하는 부위에만 국소적으로 자기장을 가할 수 있도록 한다.The position of the bed, by moving the bed in the up or down direction according to the area to be stimulated so that the magnetic field can be applied locally only to the area to differentiate or proliferate stem cells.

상기 다채널의 전류의 조절은, 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라, 채널 차례로 또는 교대로, ON/OFF 한다. 다채널의 전류는 ON/OFF 하는 방식에 따라 형성되는 자기장의 세기 및 분포를 도 5의 시뮬레이션 데이터를 통해 확인해볼 수 있다. The current adjustment of the multi-channel is turned on / off in sequence or alternately according to the desired intensity and distribution characteristics of the magnetic field. The intensity and distribution of the magnetic field formed by the ON / OFF method of the multi-channel current can be confirmed through the simulation data of FIG. 5.

채널의 전류 ON/OFF 방식을 통한 자기장의 변화는 실시예 2를 통해서 좀 더 상세히 살펴볼 것이다.
The change in the magnetic field through the current ON / OFF method of the channel will be described in more detail with reference to Example 2.

< 자성을 이용하여 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 장치의 제어부 ><Control unit of a device that moves and fixes stem cells using magnetism and differentiates or proliferates into nerve cells>

1. 제어부의 Power source1. Power source of control unit

Power source란, 대전류, 고전압까지 임의의 파형형성(주파수, 크기, 모양 등)이 가능한 장치를 말하며, 상기 Power source를 이용하여 코일에 흐르는 전류의 세기를 제어한다.The power source refers to a device capable of arbitrary waveform formation (frequency, magnitude, shape, etc.) up to a large current and a high voltage, and controls the intensity of a current flowing through a coil by using the power source.

2. 제어부의 Solid state relay2. Solid state relay of control unit

Solid state relay란, 마이크로 컨트롤러의 저전압 출력을 통해 고압, 고전류의 ON/OFF를 제어하는 소자를 말하여, 상기 Solid state relay를 이용하여 코일에 흐르는 전류의 ON/OFF를 제어한다.
The solid state relay refers to a device that controls ON / OFF of high voltage and high current through the low voltage output of the microcontroller. The solid state relay controls ON / OFF of the current flowing through the coil using the solid state relay.

상기 자성을 이용하여 줄기세포를 이동 및 고정시키고, 신경세포로 분화 혹은 증식시키는 방법 및 장치에 있어서, 채널의 전류를, 차례로 또는 교대로 ON/OFF하거나, 또는 채널의 반지름 및 채널 간의 간격의 변경에 따른 자기장의 세기 및 분포 특성의 변화에 대해 다음의 실시예 2 내지 4를 통해 보다 상세하게 살펴본다.
In the method and apparatus for moving and immobilizing stem cells by using the magnetism and differentiating or proliferating into neurons, the current of a channel is turned on or off in turn or alternately, or the radius of the channel and the distance between the channels are changed. Changes in the strength and distribution characteristics of the magnetic field according to the following Examples 2 to 4 will be described in more detail.

실시예 2 : 채널의 전류 ON/OFF 방식을 통한 자기장 변화Example 2 magnetic field change through the current ON / OFF method of the channel

5개의 채널의 전류를 ON/OFF하는 방식을 통해, 자기장의 세기 및 분포 특성을 변화시킬 수 있다. 이 때 채널의 수는 5개로 한정하지 아니하며, 그 수를 변경할 수 있다.By turning ON / OFF the current of five channels, the strength and distribution characteristics of the magnetic field can be changed. At this time, the number of channels is not limited to five, and the number can be changed.

1) 넓은 부위에, 전체적으로 강한 자극을 원하는 경우, 5개의 채널의 전류를 모두 ON 한다(1 내지 5의 채널을 ON 한다). 이 때 형성된 자기장의 세기 및 분포는 도 5A의 시뮬레이션 결과를 통해 확인해볼 수 있다.1) In a large area, if a strong stimulus as a whole is desired, turn on the currents of all five channels (turn on the channels 1 to 5). The strength and distribution of the magnetic field formed at this time can be confirmed through the simulation result of FIG. 5A.

2) 넓은 부위에, 전체적으로 약한 자극을 원하는 경우, 5개의 채널을 교대로 ON/OFF 한다(1, 3, 및 5의 채널은 ON 하고, 2 및 4의 채널은 OFF 한다). 이 때 형성된 자기장의 세기 및 분포는 도 5B의 시뮬레이션 결과를 통해 확인해볼 수 있다.2) In a large area, if weak stimulation as a whole is desired, five channels are alternately turned on / off (channels 1, 3, and 5 are turned on, and channels 2 and 4 are turned off). The strength and distribution of the magnetic field formed at this time can be confirmed through the simulation result of FIG. 5B.

3) 좁은 부위에, 국소적으로 자극을 원하는 경우, 연속된 2개의 채널을 차례로 ON하고, 나머지 채널은 OFF 한다. 이 때 형성된 자기장의 세기 및 분포는 도 5C의 시뮬레이션 결과를 통해 확인해볼 수 있다.
3) In a narrow area, if stimulation is desired locally, two consecutive channels are turned on in turn, and the remaining channels are turned off. The strength and distribution of the magnetic field formed at this time can be confirmed through the simulation result of FIG. 5C.

실시예 3 : 채널 간의 간격 변경에 의한 자기장 변화Example 3 Magnetic Field Variation by Changing the Distance Between Channels

상기 ON/OFF 방식에 따라, 채널 간의 간격 조정이 가능하며, 이를 통해 자기장의 밀도 및 분포 특성을 변화시킬 수 있다.According to the ON / OFF method, it is possible to adjust the spacing between the channels, through which the density and distribution characteristics of the magnetic field can be changed.

1) 채널 간의 간격을 좁게 하면, 채널 간의 간격이 상대적으로 넓은 경우에 비해, 자기장의 밀도는 높고, 분포 영역은 좁게 형성시킬 수 있다(도 4A).1) If the spacing between the channels is narrowed, the magnetic field density is high and the distribution area can be narrowed as compared with the case where the spacing between the channels is relatively large (FIG. 4A).

2) 채널 간의 간격을 넓게 하면, 채널 간의 간격이 상대적으로 좁은 경우에 비해, 자기장의 밀도는 낮고, 분포 영역은 넓게 형성시킬 수 있다(도 4B). 채널 간의 간격에 따라 형성되는 자기장의 밀도 및 분포 특성은 도 5의 시뮬레이션 데이터를 통해 확인해볼 수 있다.
2) When the spacing between the channels is wider, the density of the magnetic field is lower and the distribution area can be wider than when the spacing between the channels is relatively narrow (FIG. 4B). The density and distribution characteristics of the magnetic field formed according to the distance between the channels can be confirmed through the simulation data of FIG. 5.

실시예 4 : 채널의 반지름 변경에 의한 자기장 변화Example 4 Change of the Magnetic Field by Changing the Radius of the Channel

채널의 반지름 변경을 통해, 자기장의 밀도 및 분포 특성을 변화시킬 수 있다.By changing the radius of the channel, it is possible to change the density and distribution characteristics of the magnetic field.

1) 채널의 반지름을 짧게 하면, 채널의 반지름이 상대적으로 긴 경우에 비해, 자기장의 밀도는 높고, 분포 영역은 좁게 형성시킬 수 있다(도 4A). 이 때 형성된 자기장의 밀도 및 분포 영역은 도 6B의 시뮬레이션 데이터를 통해 확인해볼 수 있다.1) If the radius of the channel is shortened, the magnetic field density is higher and the distribution area is narrower than that of the relatively long radius of the channel (FIG. 4A). The density and distribution region of the magnetic field formed at this time can be confirmed through simulation data of FIG. 6B.

2) 채널의 반지름을 길게 하면, 채널의 반지름이 상대적으로 짧은 경우에 비해, 자기장의 밀도는 낮고, 분포 영역은 넓게 형성시킬 수 있다(도 4B). 이 때 형성된 자기장의 밀도 및 분포 영역은 도 6A의 모식도를 통해 확인해볼 수 있다.2) When the radius of the channel is increased, the magnetic field has a lower density and a wider distribution area than the case where the radius of the channel is relatively short (FIG. 4B). The density and distribution region of the magnetic field formed at this time can be confirmed through the schematic diagram of FIG. 6A.

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 줄기세포를 주입하는 대상이 위치하는 Bed;
상기 Bed의 하면을 감싸도록 위치하는 원형 또는 반원형의 통;
상기 통에, 코일 2줄을 한 쌍으로 하여 동일한 궤적으로 감기고, 상기 2줄의 쌍으로 감긴 코일 중 하나의 코일에는 직류를, 다른 하나에는 교류를 흘려보내 자기장을 형성하는 채널;
상기 채널을 하나의 단위로, 다채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 전류부; 및
상기 Bed의 위치 및 다채널의 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 줄기세포 분화 또는 증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 장치.
Bed in which the subject to inject stem cells is located;
A circular or semi-circular barrel positioned to surround the bottom of the bed;
A channel configured to wind two coils in a pair with the same trajectory, and flow a direct current to one coil and an alternating current to another coil to form a magnetic field;
A current unit comprising the channel as one unit and configured as a multi-channel; And
Directional localization and direction control device of the magnetic field for stem cell differentiation or proliferation comprising a control unit for controlling the position of the bed and the current of the multi-channel.
제 5항에 있어서,
상기 채널의 반지름 및 다채널 간의 간격은, 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라 변경시키는 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 또는 증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 장치.
6. The method of claim 5,
Directional localization and direction control device of the magnetic field for stem cell differentiation or proliferation, characterized in that for changing the radius of the channel and the interval between the multi-channel, depending on the intensity and distribution characteristics of the desired magnetic field.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,
상기 다채널에 흐르는 전류는, 원하는 자기장의 세기 및 분포 특성에 따라, 채널 차례로 또는 교대로, ON/OFF시키는 것을 특징으로 하는 줄기세포 분화 또는 증식을 위한 자기장의 방향성 국소화 및 방향성 제어 장치.
The method according to claim 5 or 6,
Directional localization and direction control device of the magnetic field for stem cell differentiation or proliferation, characterized in that the current flowing through the multi-channel is turned on / off, depending on the intensity and distribution characteristics of the magnetic field, in turn or alternately.
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