Microfluidic formation of giant liposomes

Abstract

리포좀은 공모양의 형태로 존재하며 친수성과 소수성을 각각 지니는 두 층의 인지질 막 외곽과 내부 중심의 액상공간으로 구성되어 있다. 이러한 이중적 특성뿐만 아니라 특정 약물의 담지, 표면 고정화 용이성으로 인하여 리포좀은 약물전달시스템, 세포생물학, 진단학, 유전자 전달 등에 응용되고 있다. 또한 리포좀 내부 중심은 화학적 반응이 일어날 수 있는 일정한 공간을 제공함으로써 반응기로 응용이 되고 있으며, 그 외의 많은 연구도 진행 되고 있다. 리포좀은 여러 가지 전통적인 방법에 의하여 제조될 수 있지만 대부분의 제조방법들은 긴 반응시간, 복잡한 제조 과정, 많은 양의 시료 소비 등의 단점들을 지니고 있다. 이런 단점들은 리포좀의 제조와 연구를 보편화하고 상용화하는데 있어서 큰 장애가 되고 있다. 때문에 본 연구에서는 보다 쉽고 빠른 방법으로 리포좀을 제조 하기 위하여 유체 흐름을 쉽게 제어할 수 있는 미세유체 소자(microfluidic device)를 이용하여 리포좀을 제작하고자 하였다. 현재까지 미세유체소자를 기반으로 한 리포좀 제조는 나노미터 크기의 리포좀(large unilamellar liposomes)과 마이크론 크기의 거대 리포좀(giant liposomes)을 만드는 데 국한 되어 왔다. 따라서 본 논문에서는 미세유체소자 기반 리포좀 제조기술의 응용 가능성을 높이기 위하여 미세유체 소자를 이용해 항체고정화 리포좀(immunoliposomes)과 암세포가 포집 되어 있는 거대 리포좀의 제작 방법과 문제점을 고찰하고자 한다. 제 1장에서는 미세유체 소자와 리포좀에 대한 개괄적인 개념과 각각의 응용 분야에 대한 문헌들을 조사하고 정리하였다. 제 2장은 미세유체 소자를 이용해 형광물질이 포집된 리포좀 제조 및 항체의 고정화 과정으로 이루어진 면역 리포좀의 순차적 제조과정을 기술하였다. 미세유체 소자는 두 층의 실리콘(polydimethyl siloxane)으로 이루어져 있다. 본 연구에서 제시하는 리포좀 제조 방법들은 전통적 리포좀 제조 방법들과 비교해 제작 소요시간, 공정 단계, 시료 소비량 등이 감소되는 장점들 지니고 있어 리포좀 제조의 새로운 가능성을 제시하였다. 제 3장은 미세유체 소자를 이용해 암세포와 같은 마이크론 크기의 입자들을 포집할 수 있는 거대 리포좀 제작과정과 세포들이 포집된 거대 리포좀들을 분리하여 배양할 수 있는 리포좀 분리 배양 소자에 관한 연구결과들을 기술하였다. 본 연구를 통해 미세유체 소자를 이용해 면역리포좀과 세포가 포집된 거대 리포좀을 간단하고 편리하게 제조 방법을 개발함으로써 추후 면역진단 및 세포치료요법에 이용될 수 있는 가능성을 제시하였다.;Liposomes are microscopic spherical vesicles consisting of amphiphilic phospholipid outer layers and an aqueous core. Liposomes have been well studied because they have great application potentials in the areas of drug delivery system, cell biology, diagnostics, gene transfer etc. Liposomes can be easily prepared using various conventional methods. However, most of the conventional methods require a lengthy incubation time, cumbersome processes, and a great quantity of sample reagents. These disadvantages are technical bottlenecks in commercializing liposomes. To overcome these disadvantages, microfluidic device, which deals with picoliter volume of liquid and easily controls flow, has been introduced in order to simplify the preparation steps for liposomal preparation. However, most of microfluidic techniques for liposomal preparation have been limited to bare liposomes such as large unilamellar liposomes (LUV) and giant liposomes. The purpose of my study is to develop rapid and easy-to-perform methods for antibody-conjugated liposomes (immunoliposomes) and cell-encapsulated liposomes, which have never been prepared using microfluidic device. In Chapter I, I overview both microfluidic device and liposomes. In the following chapter, I describe a microfluidic preparation method for first generating dye-encapsulated LUV and later enabling dye-encapsulated liposomes to be conjugated to antibody molecules in a sequential manner. In the last chapter, I describe a microfluidic method for preparing giant liposomes encapsulating either fluorescent dye or cancer cells. Cells in giant liposomes were used to grow cells in a three-dimensional shape. My results suggest that these two microfluidic methods for preparing immunoliposomes and giant liposomes can be used for immunodiagnostics and cell therapy, respectively.