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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 신태민
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
이 논문의 연구 히스토리 (6)
2022
2021
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본 연구는 세포실험을 통한 고압산소치료의 기전을 밝히고자 세포배양조건을 충족시키고 다양한 실험환경을 조성할 수 있도록 사용자 정의 프로토콜 구현이 가능한 세포실험용 고압산소챔버 자동제어시스템 개발에 관한 연구이다.
최근 들어 각종 질환의 발병 빈도가 지속적으로 증가함에 따라 고압산소치료의 중요성 또한 증가하고 있다. 하지만 지금까지의 고압산소치료는 정확한 기전이 밝혀지지 않아 실험 데이터 기반으로 사용되고 있어 치료 프로토콜의 기준규격에 대한 확립이 미진한 상태이다. 고압산소치료의 기전을 밝히기 위해 전임상실험 단계가 필요하며 특히 세포실험이 필수적이라 할 수 있다. 하지만 기존의 고압산소챔버는 세포배양조건을 충족시킬 수 없으며, 다양한 실험환경 제공이 불가능하다.
따라서 본 연구는 고압산소치료의 인 비트로(In Vitro) 실험을 할 수 있도록 사용자 정의 프로토콜 구현이 가능한 세포실험용 고압산소챔버 자동제어시스템을 개발하였다. 개발한 시스템은 세포 배양조건을 충족시키기 위하여 항온조 및 Water Jacket을 설치하였으며, 6가지 센서들을 통해 고압산소챔버 내 환경 데이터를 수집한다. 또한 PI제어알고리즘을 통해 가압, 유지, 감압, 이산화탄소 농도를 자동제어하며, 사용자가 원하는 대기환경에서 실험할 수 있도록 Mass Flow Controller를 사용해 정량적인 혼합가스를 만들 수 있도록 하였다. 마지막으로 사용자 편의를 위해 Touch LCD를 사용한 User Interface를 구성해 모든 챔버 동작 및 챔버 내부환경을 실시간 모니터링 할 수 있게 하였다.
개발된 시스템의 성능평가를 위해 식품의약품안전처 의료용고압산소챔버 규격을 비교하여 보다 넓은 범위의 규격을 갖고 있음을 확인하였고, 계단함수(Step Function)를 압력으로 인가한 실험을 통해 시스템의 응답성 및 안전성을 확인하였다.
개발된 세포실험용 고압산소챔버를 이용한 HL-1세포의 인 비트로(In Vitro) 실험에서 Western Blot, qRT-PCR, 세포형태관찰, OCR &ECAR 측정 등의 세포 분석기법을 통해 세포변화를 관찰하였다. 4가지 실험결과를 통해 고압산소치료가 세포를 활성화시켜 에너지 대사를 증가시키는 것을 확인함으로써 개발된 시스템의 효용성을 입증하였다.
계단함수(Step Function)를 압력으로 인가한 실험을 통해 시스템 검증을 하였지만, 밸브의 완전개방 후의 가압속도가 세포에 어떠한 영향을 미치는지 밝혀지지 않아 가압속도에 따른 추가적인 실험이 필요하다. 또한 세포분석 중 Western Blot실험에서 AKT의 트레오신과 세린 인산화증가가 세포 활성화에 관여할 수 있을 것으로 보인 반면에, PGC-1와 COX1의 유의한 변화를 관찰하지 못한 것으로 보아 단백양 변화의 시간적 변화역학을 고려한 고압산소치료 노출 시간을 다양화한 추가연구가 필요하다.
본 연구에서는 고압산소치료의 인 비트로(In Vitro) 실험을 진행하기 위한 세포실험용 고압산소챔버를 개발하였으며 시스템성능평가와 세포실험을 통해 개발된 시스템의 효용성을 입증하였다. 개발된 시스템을 통해 고압산소치료의 기전을 밝히고 동물실험 및 임상실험에 접목시켜 고압산소치료의 정형화된 기준규격 제정에 많은 기여를 할 것으로 사료된다.
최근 들어 각종 질환의 발병 빈도가 지속적으로 증가함에 따라 고압산소치료의 중요성 또한 증가하고 있다. 하지만 지금까지의 고압산소치료는 정확한 기전이 밝혀지지 않아 실험 데이터 기반으로 사용되고 있어 치료 프로토콜의 기준규격에 대한 확립이 미진한 상태이다. 고압산소치료의 기전을 밝히기 위해 전임상실험 단계가 필요하며 특히 세포실험이 필수적이라 할 수 있다. 하지만 기존의 고압산소챔버는 세포배양조건을 충족시킬 수 없으며, 다양한 실험환경 제공이 불가능하다.
따라서 본 연구는 고압산소치료의 인 비트로(In Vitro) 실험을 할 수 있도록 사용자 정의 프로토콜 구현이 가능한 세포실험용 고압산소챔버 자동제어시스템을 개발하였다. 개발한 시스템은 세포 배양조건을 충족시키기 위하여 항온조 및 Water Jacket을 설치하였으며, 6가지 센서들을 통해 고압산소챔버 내 환경 데이터를 수집한다. 또한 PI제어알고리즘을 통해 가압, 유지, 감압, 이산화탄소 농도를 자동제어하며, 사용자가 원하는 대기환경에서 실험할 수 있도록 Mass Flow Controller를 사용해 정량적인 혼합가스를 만들 수 있도록 하였다. 마지막으로 사용자 편의를 위해 Touch LCD를 사용한 User Interface를 구성해 모든 챔버 동작 및 챔버 내부환경을 실시간 모니터링 할 수 있게 하였다.
개발된 시스템의 성능평가를 위해 식품의약품안전처 의료용고압산소챔버 규격을 비교하여 보다 넓은 범위의 규격을 갖고 있음을 확인하였고, 계단함수(Step Function)를 압력으로 인가한 실험을 통해 시스템의 응답성 및 안전성을 확인하였다.
개발된 세포실험용 고압산소챔버를 이용한 HL-1세포의 인 비트로(In Vitro) 실험에서 Western Blot, qRT-PCR, 세포형태관찰, OCR &ECAR 측정 등의 세포 분석기법을 통해 세포변화를 관찰하였다. 4가지 실험결과를 통해 고압산소치료가 세포를 활성화시켜 에너지 대사를 증가시키는 것을 확인함으로써 개발된 시스템의 효용성을 입증하였다.
계단함수(Step Function)를 압력으로 인가한 실험을 통해 시스템 검증을 하였지만, 밸브의 완전개방 후의 가압속도가 세포에 어떠한 영향을 미치는지 밝혀지지 않아 가압속도에 따른 추가적인 실험이 필요하다. 또한 세포분석 중 Western Blot실험에서 AKT의 트레오신과 세린 인산화증가가 세포 활성화에 관여할 수 있을 것으로 보인 반면에, PGC-1와 COX1의 유의한 변화를 관찰하지 못한 것으로 보아 단백양 변화의 시간적 변화역학을 고려한 고압산소치료 노출 시간을 다양화한 추가연구가 필요하다.
본 연구에서는 고압산소치료의 인 비트로(In Vitro) 실험을 진행하기 위한 세포실험용 고압산소챔버를 개발하였으며 시스템성능평가와 세포실험을 통해 개발된 시스템의 효용성을 입증하였다. 개발된 시스템을 통해 고압산소치료의 기전을 밝히고 동물실험 및 임상실험에 접목시켜 고압산소치료의 정형화된 기준규격 제정에 많은 기여를 할 것으로 사료된다.
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