LUNA-FX7™ Bioprocess 기능으로 더 쉽고, 더 정확하게
세포 배양은 단순히 살아있는 세포를 유지하는 것에 그치지 않습니다. 원하는 시점에, 필요한 수량과 상태의 세포를 확보하는 것이 핵심입니다. 필요한 양의 세포를 확보하기 위해서 연구자는 해당 세포의 성장 곡선을 이해하고 있어야 합니다. 세포의 성장 곡선은 세포 증식 패턴을 시각적으로 보여주고, 배양 시기 결정, 약물 처리 타이밍, 생산 계획 수립에 도움을 줍니다. 세포의 성장 곡선은 세포의 Growth rate와 Doubling Time 에 의해 결정됩니다.
세포 성장 곡선을 작성하기 위해서 사용되는 가장 기본적인 방법은 cell counting(세포 계수) 입니다. 세포 수를 정확히 측정해야만 성장 곡선을 작성할 수 있고, 이를 통해 세포 증식 속도와 배양 상태를 정량적으로 평가할 수 있습니다. 전통적으로는 일정 간격으로 세포를 채취해 수동으로 계수하고, 이를 직접 계산해 곡선을 그려야 했지만, LUNA-FX7™ 과 같은 자동세포 카운터를 이용하면 정확한 세포계수가 가능하며, Bioprocess 기능을 통해 Growth rate, Doubling Time, 경향 그래프까지 자동으로 생성할 수 있어 연구자의 시간을 절약하고 데이터의 재현성을 높일 수 있습니다.
세포 성장 곡선은 세포 수의 변화 패턴을 시간에 따라 나타낸 그래프로, 보통 다음 네 단계를 거칩니다.
1. Lag phase (지연기)
– 세포가 새로운 환경에 적응하며 내부 대사 활동을 준비하는 시기입니다. 분열은 거의 일어나지 않지만, 이후 빠른 성장을 위한 효소 합성, 유전자 발현 조정 등이 활발히 진행됩니다.
2. Log phase (로그 성장기)
– 영양 상태와 환경 조건이 최적화되면서 세포가 지수적으로 분열하는 시기입니다. 이 구간에서는 세포의 doubling time이 일정하게 유지되며, 성장 속도와 세포 생리를 연구하는 데 있어 가장 중요한 구간입니다.
3. Stationary phase (정체기)
– 영양분이 고갈되고 대사 부산물이 축적되면서 세포 분열 속도가 점차 감소합니다. 이 시기에는 분열과 사멸 속도가 균형을 이루며, 세포 대사가 변화하고, 일부 세포는 생존 모드로 전환됩니다.
4. Death phase (사멸기)
– 영양 부족과 독성 물질 축적으로 인해 세포 사멸이 분열보다 많아지면서 전체 세포 수가 감소하는 단계입니다.
이 네 단계를 정확히 해석하려면 정량적인 데이터가 필요합니다. 여기서 핵심은 세포 계수입니다. 세포 수의 변화 데이터를 기반으로 각 단계를 구분하고, doubling time 계산이나 배양 정략을 세울 수 있습니다. LUNA-FX7™은 이 계수 과정을 자동화할 뿐만 아니라, 일관된 알고리즘으로 처리해 실험자 간 결과 비교의 신뢰성까지 높여줍니다.
세포 성장 곡선의 전형적인 4단계 (Lag, Log, Stationary, Death)를 나타낸 그래프.
각 단계는 세포의 생리 상태와 배양 환경에 따라 구분되며, Doubling Time 계산과 실험 설계의 핵심 지표로 활용됩니다.
• Seed 밀도 : 너무 낮으면 log phase 도달이 늦어지고, 너무 높으면 곡선이 짧아집니다. 세포주의 doubling time과 실험 목적을 고려해 적절한 초기 세포 수를 결정해야 합니다.
• 측정 간격 : 세포주의 doubling time에 맞춰 12~24시간 간격으로 설정하되, 빠른 증식을 보이는 세포주는 더 짧은 간격으로 모니터링해 변화를 포착하는 것이 좋습니다.
• 배양 조건 : 온도, CO₂, 배양액 조성을 일정하게 유지하고, 배양기의 위치·환기·습도 등 미세 환경도 안정적으로 관리해야 합니다.
• Bioprocess 프로토콜 설정 : LUNA-FX7™의 Protocol 메뉴에서 bioprocess 전용 protocol을 지정(생성)한 후 반복 측정 시 동일 조건이 적용되도록 설정합니다. 다른 사용자가 해당 프로토콜을 사용하거나 데이터를 덮어쓰지 않도록 명확히 이름을 표기하고, 사용 후에는 다른 프로토콜로 변경하는 것이 좋습니다.
• 프로토콜 사전 검토 : 채널 설정, 이미지 포커스 범위, 분석 파라미터를 실험 전에 점검하면 재현성을 높일 수 있습니다.
LUNA-FX7™ Bioprocess 기능은 프로토콜에 따라 개별 배치를 추적하며, cell counting(세포 계수) 데이터를 기반으로 Growth rate, Doubling Time, Viability를 계산하고 이를 그래프로 표시합니다. 이러한 Bioprocess 기능을 제대로 활용하려면 단순히 매뉴얼 절차를 따르는 것보다 측정 과정에서 몇 가지 포인트를 유의하는 것이 중요합니다.
• 데이터 저장 조건 : COUNT 실행 전 “Counting chamber area”가 “Current” 로 설정되어 있는지 반드시 확인해야 합니다. 그렇지 않으면 Bioprocess 버튼이 활성화되지 않습니다.
• 프로토콜 일관성 : 동일 세포 배치의 데이터를 수집할 때는 항상 같은 프로토콜을 사용해야 합니다. 중간에 다른 프로토콜을 사용하면 데이터가 분리 저장되어 비교가 어려워집니다.
• EXPORT 활용 : USB를 이용해 CSV파일과 그래프를 추출하면, 장비 내부 분석 툴뿐 아니라 Excel이나 통계프로그램에서도 맞춤 분석이 가능합니다.
• 그래프 커스터마이즈 : 장비 내 그래프 보기 기능에서 Y축을 “총 세포 수/ 생존 세포 수/ 생존율”로 변경하거나, X축을 “일/월/년” 단위로 조정하면 다른 관점에서 데이터를 확인할 수 있습니다.
• 데이터 관리 : 실험이 끝난 후에는 불필요한 Bioprocess 데이터만 삭제하고, 프로토콜은 그대로 보관하면 동일 조건의 후속 실험에 바로 재사용할 수 있습니다.
[EXPORT] 기능을 사용하면 CSV 파일과 현재 장비 화면에서 보여지는 그래프를 추출할 수 있습니다. 추출된 CSV 파일 하단에는 촬영한 시간과 해당 시간별 결과(Results)가 기록되어 있습니다. 이 데이터를 가공하여 원하는 데이터만을 추출해 계산하거나 새로운 그래프를 그릴 수 있으며, Total cell concentration 데이터를 log 변환하면 log phase가 더 명확하게 드러나 성장 속도 분석에 유용하게 사용할 수 있습니다.
Bioprocess [EXPORT]로 추출된 그래프 예시 – X 축은 Day, Y축은 Total cell concentration을 표기하며, 배양 기간 동안 세포 증식 추이를 시각적으로 보여줍니다.
세포 성장 속도를 수치로 표현하는 가장 대표적인 지표가 Growth rate 와 Doubling Time입니다. 이 두 값은 기본적으로 세포 계수 데이터를 기반으로 계산됩니다.
Growth rate 계산 공식:
Growth rate 결과 값을 %/hour 로 표기하려면 결과에 100을 곱합니다.
Doubling Time 계산 공식:
Doubling Time은 일반적으로 직전 결과를 기준으로 계산합니다. 이는 성장 속도가 일정하지 않기 때문에 각 구간 별 doubling time을 따로 계산해야 변화를 잘 볼 수 있기 때문입니다.
Growth rate ↔ Doubling Time 변환:
N1 : t1 시점의 세포 수(or 농도)
N2 : t2 시점의 세포 수(or 농도)
t2 – t1 : 측정 시간 간격 (시간 단위)
Bioprocess에서는 이 계산을 자동으로 수행하여 계산 실수를 방지하고 시간을 절약할 수 있습니다. 또한 모든 데이터 포인트를 동일한 알고리즘으로 처리하기 때문에, 연구자 간 혹은 반복 실험 간 결과 비교의 신뢰성이 크게 향상됩니다.
• Doubling Time 증가
→ 세포 상태 저하 신호입니다. LUNA-FX7™ Bioprocess 기능을 이용하면 Doubling Time 변화를 자동으로 추적할 수 있어, 배양액 교체 주기, 영양분 공급 상태, 온도·pH 안정성 등 환경 조건을 신속하게 검토할 수 있습니다.
• Growth rate 감소
→ 세포 분열 속도가 떨어졌음을 의미합니다. LUNA-FX7™의 정밀한 cell counting 데이터를 기반으로 감소 원인을 확인하고, 세포주 특이적 스트레스나 대체 배양 조건을 조기에 검토할 수 있습니다.
• 배치별 성장 속도 비교
→ LUNA-FX7™이 제공하는 반복적이고 일관된 cell counting 데이터를 활용하면 배치 간 편차를 정량적으로 파악할 수 있습니다. 이를 통해 생산·실험 스케줄을 최적화하고, 안정적인 생산 계획을 세울 수 있습니다.
• 약물 처리 시기 결정
→ Bioprocess 그래프를 통해 log phase 시점을 실시간으로 확인할 수 있어, 최적의 타이밍에 약물 처리를 수행하여 효과를 극대화 할 수 있습니다.
• 품질 관리(QC)와 장기 모니터링
→ LUNA-FX7™ Bioprocess 데이터는 첫 측정 시점을 기준으로 elapsed time을 자동으로 계산하므로, 장기 배양 및 연속 생산 공정에서도 품질 변화를 추적하고 이상 신호를 조기에 감지할 수 있습니다.
세포 성장 곡선과 Growth rate, Doubling Time은 세포 배양의 ‘건강검진표” 입니다. 이 모든 데이터는 결국 “정확한 cell counting(세포 카운팅)”에서 출발하며, 신뢰할 수 있는 계수 결과가 있어야 올바른 분석과 해석이 가능합니다.
LUNA-FX7™ Bioprocess 기능을 활용하면 이러한 과정을 더 쉽고, 빠르고, 정확하게 수행할 수 있으며, 결과적으로 데이터 기반의 실험 설계를 가능하게 합니다.
연구 효율과 재현성을 높이고 싶다면, Bioprocess 기능을 적극 활용해 보세요.
보다 구체적인 실험 사례와 활용 팁은 아래 application note를 참고하세요.
>Application Note: Bioprocess analysis with the LUNA-FX7™
Q1. 왜 시간이 지남에 따라 측정할 때마다 Doubling time 이 점점 늘어날까요?
A. Doubling time 이 점차 증가한다는 것은 세포 건강이 저하되거나 배양 환경에 스트레스가 있다는 신호일 수 있습니다. 영양분 고갈, pH 변화, 대사 산물 축적 등이 주요 원인 일 수 있습니다. 이러한 현상이 지속된다면 배지 교환 주기, 영양 공급, incubator 온도 및 CO2 안정성을 점검해야 합니다.
Q2. 정확한 성장 곡선을 얻기 위해 얼마나 자주 세포를 측정해야 하나요?
A. 대부분 포유류 세포는 12-24시간 간격으로 측정하면 충분히 신뢰할 만한 데이터를 얻을 수 있습니다. 다만 증식 속도가 빠른 세포주라면 특히 로그(log) 단계에서 변화를 포착하기 위해 더 짧은 간격으로 측정하는 것이 좋습니다.
전체 성장 곡선을 기다리지 않고도 로그(log) 단계에 들어갔는지 알 수 있나요?
A. 로그(log) 단계의 징후로는 일정한 doubling time, 건강한 형태, 지속적으로 증가하는 세포 밀도 등을 들 수 있습니다. LUNA-FX7™과 같은 자동화 장비를 활용하면 실시간으로 이러한 변화를 추적할 수 있어, 전체 성장 곡선을 마치지 않고도 로그(log) 단계 진입을 확인할 수 있습니다.
영어버전 (English ver.)을 보시려면 클릭하세요.
Logos Biosystems는 다양한 실험 환경에 맞는 자동 세포 계수기 제품군을 제공합니다.
자세한 정보는 www.logosbio.com에서 확인하세요.
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