| 초록 |
연구개요 o 2차원(2D) 단층배양 기판은 세포가 빠르게 고유 특성을 상실하는 탈분화 현상 및 줄기세포 분화 조절이 어렵다는 한계가 존재함. 이러한 기존 2D 배양법 및 일반적인 세포배양 용기를 사용한 단층 세포 배양 방법으로는 심장 및 생체 기관의 생리학적 특성을 정확히 모사하는데 한계가 있음. o 본 연구에서는 생체적합성의 표면 특성을 가지는 입자를 육방밀집구조로 단층 코팅하여 원하는 수준으로 세포의 부착특성을 조절할 수 있는 맞춤형 세포 배양기판 제조 기술로써, 대면적 단층입자 정렬 기술을 이용하여 세포의 분화 및 증식 촉진과 같이 다양한 세포 배양 분야에 적합한 맞춤형 3차원(3D) 세포 스페로이드 배양기판 및 바이오칩을 제작하는 기술을 연구하였음. 연구 목표대비 연구결과 o 입자 패턴을 위하여 실리카(SiO<sub>2</sub>) 입자의 합성, 생체 적합성 물질의 표면 코팅 및 입자 단일막을 성공적으로 제작함. 소프트리소그래피 기법을 적용하여, 단일막 제조 기술로 세포 접착성 RGD 펩타이드(Arg-Gly-Asp; RGD, Arginylglycylaspartic acid(RGD) peptide)가 코팅된 SiO<sub>2</sub>입자의 단일막을 제조하였음. 이후, 포토마스크를 통해 자외선을 국부적으로 노광(exposure)하는 방식과 PDMS 기반 미세접촉 인쇄법 기술을 접목하여 다양한 물리 형태학적 구조를 가지는 어레이 패턴을 형성하였음. o 본 입자 패턴화 기술을 통하여 Human iPS 세포 유래 심근세포의 균질한 형태의 삼차원(3D) 스페로이드 제작 하였으며, 줄기세포 유래 심근세포의 기능성을 평가함 (면역염색 등). o 심근세포 3D 스페로이드 형성을 위해 96-well plate에 원형의 생체적합성의 실리카 입자패턴을 형성하고, 1×10<sup>5</sup>개의 Cellular Dynamics 사의 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포 (human pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte (hiPSC-CM))를 각각 seeding함. Seeding 후 24시간 후 세포를 관찰한 결과, 입자패턴의 기판 모두에서 CM 세포들이 강하게 부착되어 있음이 확인되었으며, 3D 형태의 스페로이드 형태를 이루고 있음을 확인하였음. o 심근세포 seeding후 24h째 관찰한 결과, 각 기판에 부착된 3D 심장스페로이드들이 Beating 하는 현상을 확인하였음. o 심장 스페로이드임을 확인하기 위해 대표적인 심장세포 마커인 cTnT-PE 항체와 gap junction 단백질로써 알려져 있으며, 세포간의 communication 역할에 중요한 역할을 하는 단백질인 Connexin 43 (Cx43, also known as GJA1) 항체를 이용하여 입자패턴상에서 그 발현을 확인하였음. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) o 본 기술의 개발은 기존의 사출형 방식을 사용하지 않고, 배양기판에 최적화된 입자를 코팅함으로써 원하는 수준으로 세포의 부착특성 조절이 가능하며, 다양한 세포의 특성에 최적화된 스페로이드 유도를 위한 맞춤형 기판 제작이 가능하며, 이를 통해 의약품의 안전성, 유효성평가, 질환모델링, 신약스크리닝 등의 다양한 연구에 활용할 수 있는 특징이 있음. o 본 연구를 통해 심혈관 질환을 비롯하여 파킨슨 질병과 같은 신경 계통의 질환 연구를 위한 기본 신경 세포 조직망 모사체의 구현 및 퇴행성 뇌 질환을 유발하는 기작의 질환모델링이 가능 할 것으로 기대됨. 또한, 생체 기관의 3차원 구조를 체외에서 모사하는 본 세포 배양기술은 알츠하이머, 암의 성장과 전이 등의 질병 현상 및 뇌, 심장, 간 등에서 일어나는 현상을 체외에서 구현할 있는 특징을 제공함과 더불어 이를 통한신약 검사 및 대체독성을 평가할 수 있는 파생 기술로 다양한 활용이 가능함. (출처 : 요약문 2p) |
