KR101658966B1 - Cell culture substrate for inducing epithelial―mesenchymal transition, use thereof and preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT) 유도용 세포 배양 기재로서, 상부에 세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고, 상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절된 것인 세포 배양 기재; 상기 세포 배양 기재를 이용한 약물 스크리닝 방법; 상기 세포 배양 기재에 환자의 암조직으로부터 분리한 세포를 항암제 후보물질을 처리 또는 비처리하여 부착배양하는 단계를 포함하는 환자맞춤형 항암제 및 섬유화증 치료제의 스크리닝 방법; 및 복수의 기둥형태의 구조물이 음각으로 패턴화된 탄성고분자를 포함하는 중간체 주형(intermediate mold)을 준비하는 단계를 포함하는 상기 세포 배양 기재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture substrate for epithelial-mesenchymal transition (EMT) induction, wherein a columnar structure having a certain average diameter including a flat surface on which cells are adhered and cultured on the upper part, Wherein the columnar structure is controlled to have a distance from the center of one column to the center of the adjacent column of 4 占 퐉 to 30 占 퐉; A drug screening method using the cell culture substrate; A method for screening a patient-customized anticancer agent and fibrosing agent comprising the step of treating the cell culture substrate with cells isolated from the cancer tissue of the patient by treating or non-treating the anticancer agent candidate substance; And a step of preparing an intermediate mold comprising a plurality of columnar structures comprising an intaglio-patterned elastic polymer.

Description

상피―중간엽 전이(epithelial―mesenchymal transition; EMT) 유도용 세포 배양 기재, 이의 용도 및 제조방법{Cell culture substrate for inducing epithelial―mesenchymal transition, use thereof and preparing the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cell culture substrate for epithelial-mesenchymal transition (EMT) induction, a use thereof, and a manufacturing method thereof,

본 발명은 상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT) 유도용 세포 배양 기재로서, 상부에 세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고, 상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절된 것인 세포 배양 기재; 상기 세포 배양 기재를 이용한 약물 스크리닝 방법; 상기 세포 배양 기재에 환자의 암조직으로부터 분리한 세포를 항암제 후보물질을 처리 또는 비처리하여 부착배양하는 단계를 포함하는 환자맞춤형 항암제 및 섬유화증 치료제의 스크리닝 방법; 및 복수의 기둥형태의 구조물이 음각으로 패턴화된 탄성고분자를 포함하는 중간체 주형(intermediate mold)을 준비하는 단계를 포함하는 상기 세포 배양 기재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture substrate for epithelial-mesenchymal transition (EMT) induction, wherein a columnar structure having a certain average diameter including a flat surface on which cells are adhered and cultured on the upper part, Wherein the columnar structure is controlled to have a distance from the center of one column to the center of the adjacent column of 4 占 퐉 to 30 占 퐉; A drug screening method using the cell culture substrate; A method for screening a patient-customized anticancer agent and fibrosing agent comprising the step of treating the cell culture substrate with cells isolated from the cancer tissue of the patient by treating or non-treating the anticancer agent candidate substance; And a step of preparing an intermediate mold comprising a plurality of columnar structures comprising an intaglio-patterned elastic polymer.

역학(epidemiology)에 있어서, 질병은 감염, 유전적 원인 및/또는 환경적 효과에 의해 발생하는 것으로 간주되고 있다. 특히, 암은 유전학(genetics)적인 측면에서, 발암물질(carcinogen), 식이요법 및 육체적활동, 자외선노출 및 가능한 감염에 이르는 범위의 많은 가능한 원인을 갖는 복합적 질환이다. 따라서 세포수준에서의 암체계 연구는 암동역학(cancer dynamics)의 보다 나은 이해를 제공할 것으로 기대된다. 최근에는 가능한 발암물질에 대한 세포반응을 활발히 추구하고 있다(pursued). 화학적 간섭(chemical interferences)(발암물질) 뿐만 아니라 물리적 환경이 세포 운명을 결정할 수 있는 것으로 알려져 있다. 1980년대, 섬유성 기재 상에서 배양한 세포로부터 형태적 변화가 관찰되었으며, 미세제조(microfabrication) 및 나노제조(nanofabrication) 기술의 진보와 함께, 세포 기재로서 인공적인 장범위 정렬된 구조물(artificial long-range ordered structures)을 갖는 합성 기재를 사용하게 되었다. 놀랍게도, 인공적인 지형(topography)을 갖는 기재 상에서 배양한 세포는 유전자 발현에서의 변화뿐만 아니라 세포 형태에 있어서 눈에 띠는 변화를 나타내었다. Bettinger, Stevens 및 MacQueen과 연구자들의 최근 리뷰에는 기재 지형과 세포들 간의 상호작용을 정리되었다. 상기 리뷰들에서, 합성 지형을 갖는 기재는 세포 형태, 정렬(alignment), 부착, 이동, 증식 및 세포골격 조직(cytoskeleton organization)에 영향을 줄 수 있음을 나타내었다. 간략하게, 인공적인 물리적(기계적) 환경은 세포-세포 상호작용뿐만 아니라 세포 운명을 영구적으로 변화시킬 수 있다. 이러한 관찰에 기초하여, 기본적인 세포 생물학적 관점에서 새로운 세포 기능 및/또는 세포 신호전달 경로를 규명하기 위하여 합성 기재(synthetic morphological substrate)를 사용할 수 있다. 응용에 있어서, 기재는 이식체(implants), 인공 장기 및 보철장치(prosthetic devices)로서 사용하기 위하여 세포의 조절된 부착 또는 정렬을 향상시키도록 고안될 수 있다.In epidemiology, the disease is considered to be caused by infection, genetic causes and / or environmental effects. In particular, cancer is a complex disease with many possible causes ranging from genetics to carcinogen, diet and physical activity, ultraviolet exposure and possible infection. Thus, cancer-based cancer studies at the cellular level are expected to provide a better understanding of cancer dynamics. Recently, it has been actively pursuing cellular responses to possible carcinogens. It is known that not only chemical interferences (carcinogens) but also the physical environment can determine cell fate. In the 1980s, morphological changes were observed from cells cultured on fibrous substrates and, with advances in microfabrication and nanofabrication techniques, artificial long-range structures as cell substrates ordered structures. Surprisingly, cells cultured on substrates with artificial topography showed noticeable changes in cell morphology, as well as changes in gene expression. A recent review of Bettinger, Stevens, and MacQueen and researchers summarizes the interaction between surface features and cells. In these reviews, it has been shown that substrates with synthetic topography can affect cell morphology, alignment, attachment, migration, proliferation and cytoskeleton organization. Briefly, an artificial physical (mechanical) environment can permanently change cell fate, as well as cell-cell interactions. Based on these observations, a synthetic morphological substrate can be used to identify new cell functions and / or cell signaling pathways from a basic cellular biology perspective. In applications, the substrate may be designed to enhance the controlled attachment or alignment of cells for use as implants, artificial organs, and prosthetic devices.

3차원 나노 또는 마이크론-크기의 기둥 어레이는 홈(grooves)과 구덩이(pits)를 따르는 세포 인터페이싱을 위해 가장 널리 연구되는 구조물 중 하나이다. 기둥을 갖는 기재를 이용하여 골모세포(osteoblast)로부터, 심근세포(cardiomyocytes), 줄기세포, 섬유아세포 및 암세포까지 다양한 세포시스템을 연구하였다. 세포시스템, 기둥 규격 및 물질이 다름에도 불구하고, 세포에 맞는 규격(cell-matching dimensions)의 기둥이 세포 형태 및 이동에 강력히 영향을 주며, 국소부착키나아제(FAK)가 이에 핵심적인 역할을 한다는 점에서 일치한다. 그러나, 기재 지형에 의해 세포 및 세포 네트워크가 어떻게 활성화되는지에 대한 정확한 기전은 여전히 논쟁 중이며, 세포 및 세포 네트워크의 기재 유도된 조정(substrate induced tailoring)의 가능한 응용 분야는 개발되고 있다. A three-dimensional nano- or micron-sized columnar array is one of the most widely studied structures for cell interfacing along grooves and pits. A variety of cellular systems ranging from osteoblasts to cardiomyocytes, stem cells, fibroblasts and cancer cells have been studied using pillars with substrates. Despite the differences in cell system, column specifications, and materials, the column of cell-matching dimensions strongly influences cell morphology and migration, and local adhesion kinase (FAK) plays a key role . However, the precise mechanism of how cell and cell networks are activated by substrate topography is still controversial and possible applications of substrate induced tailoring of cells and cell networks are being developed.

이에, 본 발명자들은, 고가의 사이토카인을 사용하지 않고도 특이적인 3-차원 지형을 갖는 세포 배양 기재 상에 부착하여 배양하는 것만으로 암세포주 및 기타 세포주에 있어서 EMT를 유발할 수 있는 표면 형태를 규명하고자 예의 연구노력 하였다. 그 결과, 십 수 μm의 일정한 간격으로 배열된 기둥형태의 구조물 상에서 배양한 세포가 EMT 유도를 위해 사용되는 사이토카인인 TGF-β를 처리하여 배양한 세포와 유사한 국소부착 관련 단백질 발현이 증가하는 패턴을 나타내는 것을 확인하였으며, 나아가, EMT 억제제를 처리하여 배양한 경우에는 상기 국소부착 관련 단백질 발현이 증가하는 패턴이 약화되는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors intend to investigate the surface morphology capable of inducing EMT in cancer cell lines and other cell lines only by adhering to and culturing on a cell culture substrate having a specific three-dimensional topography without using an expensive cytokine I tried my best. As a result, it was found that the cells cultured on columnar structures arranged at regular intervals of 10 mu m showed an increase in local adhesion-related protein expression similar to the cells cultured by treating TGF-beta, a cytokine used for EMT induction In addition, when the EMT inhibitor was treated and cultured, it was confirmed that the pattern of increase in the expression of the local adhesion-related protein was weakened, and the present invention was completed.

본 발명의 하나의 목적은 상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT) 유도용 세포 배양 기재로서, 상부에 세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고, 상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절된 것인 세포 배양 기재를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a cell culture substrate for inducing epithelial-mesenchymal transition (EMT), which comprises a columnar form having a certain average diameter including a flat surface on which cells can be adhered and cultured Wherein the structures are arranged at regular intervals and the distance from the center of one column to the center of the adjacent column is adjusted to 4 μm or more and 30 μm or less.

본 발명의 다른 목적은 상기 세포 배양 기재에 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계; 약물 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계; 약물 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및 약물 후보물질 비처리 세포에 비해 약물 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 증가 또는 감소한 경우 약물 후보물질을 해당 세포에 대한 약효를 갖는 것으로 판단하는 제4단계;를 포함하는 약물 스크리닝 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a cell culture, comprising: a first step of adhering and culturing cells to the cell culture substrate for 12 to 48 hours; A second step of treating or non-treating the drug candidate substance and adhering the cells to the cell culture substrate for an additional 12 to 72 hours; A third step of comparing and comparing the level of local adhesion-related protein expression of the drug candidate substance-treated cells and the non-treated cells; And a fourth step of determining that the drug candidate substance has a drug effect on the cell when the level of expression of the local adhesion-related protein is increased or decreased in the cell cultured by treating the drug candidate substance with respect to the drug candidate substance-untreated cell And a method for screening a drug.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 세포 배양 기재에 환자의 암조직으로부터 분리된 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계; 항암제 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계; 항암제 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및 항암제 후보물질 비처리 세포에 비해 항암제 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 낮아진 경우 항암제 후보물질을 해당 세포에 대한 항암제로 판단하는 제4단계;를 포함하는 환자맞춤형 항암제의 스크리닝 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing a cell culture, comprising: a first step of adhering and culturing cells separated from cancer tissue of a patient to the cell culture substrate for 12 to 48 hours; A second step of treating or non-treating the anticancer drug candidate substance and adhering and culturing the cells to the cell culture substrate for a further 12 to 72 hours; A third step of comparing and comparing the level of local adhesion-related protein expression of the anticancer drug candidate treated cells and the untreated cells; And a fourth step of judging the anticancer drug candidate as an anticancer drug for the cell when the level of expression of the local adhesion-related protein is lowered in the cell cultured by treating the anticancer drug candidate with respect to the anticancer drug candidate non-treated cell. And a method for screening the same.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 세포 배양 기재에 환자의 섬유화증 조직으로부터 분리된 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계; 섬유화증 치료제 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계; 섬유화증 치료제 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및 섬유화증 치료제 후보물질 비처리 세포에 비해 섬유화증 치료제 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 낮아진 경우 섬유화증 치료제 후보물질을 해당 세포에 대한 섬유화증 치료제로 판단하는 제4단계;를 포함하는 환자맞춤형 섬유화증 치료제의 스크리닝 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing a cell culture comprising: a first step of adhering and culturing cells separated from a fibrosing tissue of a patient to the cell culture substrate for 12 to 48 hours; A second step of treatment or non-treatment of fibrosis therapeutic candidate, and adhering and culturing the cells to the cell culture substrate for an additional 12 to 72 hours; A third step of confirming and comparing the level of local adhesion-related protein expression of cells treated with fibrosis treatment candidate substance and untreated cells; And fibrosing agent candidate When compared with the untreated cell, the level of expression of the local adhesion-related protein is lowered in the cell cultured and treated with the fibrosing agent candidate substance. When the candidate substance for fibrosing agent candidate is judged as a fibrosing agent for the cell, And a method for screening a patient-associated fibrosis therapeutic agent.

본 발명의 또 다른 목적은 상부에 일정한 평균직경을 갖는 편평한 면을 포함하고, 일정한 간격으로 배열된, 복수의 기둥형태의 구조물이 음각으로 패턴화된 탄성고분자(elastic polymer)를 포함하는 중간체 주형(intermediate mold)을 준비하는 제1단계; 상기 중간체 주형을 광경화성 수지 상에 각인시키고 30초 내지 5분 동안 빛을 조사하는 제2단계; 광경화된 수지로부터 중간체 주형을 제거하는 제3단계;를 포함하는 제1항에 기재된 세포 배양 기재의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an intermediate mold (hereinafter referred to as an " intermediate mold ") comprising an elastomeric polymer pattern having a plurality of columnar structures arranged at regular intervals, a first step of preparing an intermediate mold; A second step of imprinting the intermediate template on a photocurable resin and irradiating light for 30 seconds to 5 minutes; And a third step of removing the intermediate template from the photocured resin. The present invention also provides a method for producing a cell culture substrate according to the first aspect.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT) 유도용 세포 배양 기재로서, 상부에 세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고, 상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절된 것인 세포 배양 기재를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cell culture substrate for inducing epithelial-mesenchymal transition (EMT), which comprises a flat surface Wherein a columnar structure having an average diameter is arranged at regular intervals and a distance from the center of one column to the center of the adjacent column is controlled to be 4 μm or more and 30 μm or less do.

바람직하게, 상기 기둥형태의 구조물은 1 μm 내지 5 μm의 평균직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 평균직경이 1 μm 미만인 경우 기둥 구조물이 견고하게 유지되지 못하고 쉽게 휘어져 기대하는 효과를 얻기 어려울 수 있으며, 상기 평균직경이 5 μm를 초과하는 경우에는 실질적인 인접한 기둥 사이의 공간이 좁아져서 세포와 바닥면 간의 상호작용을 나타내기 어려우며, 기둥 상부에 넓은 편평한 공간을 가지므로 세포가 복수의 기둥에 걸쳐 부착되지 않고 하나의 기둥 상에 부착하여 배양될 수 있다.Preferably, the columnar structure may have an average diameter of from 1 [mu] m to 5 [mu] m. If the average diameter is less than 1 μm, the column structure may not be firmly held and may be easily bent and difficult to obtain an expected effect. When the average diameter exceeds 5 μm, the space between the adjacent columns is narrowed, It is difficult to show the interaction between the surfaces, and since the cells have a large flat space at the top of the column, the cells can be adhered to one column and cultured without being attached to the plurality of columns.

전술한 바와 같이, 상기 기둥형태의 구조물은 1 μm 내지 5 μm의 범위에서 선택되는 평균직경을 갖는 것일 수 있다. 따라서, 인접한 기둥형태의 구조물의 중심 간의 거리가 동일하더라도, 기둥형태의 구조물의 직경에 따라 실질적인 기둥 사이의 공간은 상이할 수 있다. 예컨대, 평균직경이 1 μm인 일련의 기둥형태의 구조물을 포함하는 경우, 실제 각 기둥의 외각으로부터 인접한 기둥의 외각까지의 최단거리는 2 μm 내지 28 μm인 반면, 평균직경이 5 μm인 기둥형태의 구조물을 포함하는 경우 최대 20 μm의 간격을 얻을 수 있다.As described above, the columnar structure may have an average diameter selected from the range of 1 μm to 5 μm. Thus, even though the distances between the centers of adjacent columnar structures are the same, the actual spacing between the columns may vary depending on the diameter of the columnar structure. For example, in the case of including a series of columnar structures with an average diameter of 1 μm, the shortest distance from the outer perimeter of each column to the outer perimeter of the adjacent column is between 2 μm and 28 μm, while the columnar form with an average diameter of 5 μm If a structure is included, a gap of up to 20 μm can be obtained.

본 발명의 용어 "상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT)"란, 상피세포가 세포극성(cell polarity) 및 세포-세포 부착성(cell-cell adhesion)을 잃고 전이성 및 침윤성을 획득하여 다양한 형태의 세포로 분화할 수 있는 다분화능 간질세포(multipotent stromal cell)인 중간엽세포화하는 과정을 의미한다. 상기 EMT는 중배엽 형성(mesoderm formation) 및 신경관형성(neural tube formation)을 포함한 많은 발달과정에 필수적이다. 또한 EMT는 상처 치유(wound healing), 조직의 섬유화(organ fibrosis) 및 암진행(cancer progression)에 있어서 전이(metastasis)의 개시(initiation)에 관여하는 것으로 알려져 있다.The term "epithelial-mesenchymal transition (EMT)" of the present invention means that epithelial cells lose cell polarity and cell-cell adhesion and acquire metastasis and invasiveness It is a process of mesothelialization, which is a multipotent stromal cell capable of differentiating into various types of cells. The EMT is essential for many developmental processes including mesoderm formation and neural tube formation. EMT is also known to be involved in the initiation of metastasis in wound healing, organ fibrosis and cancer progression.

EMT에서 나타나는 중요한 현상 중 하나는 E-카데린의 손실이다. 상기 E-카데린을 직접 또는 간접적으로 억제할 수 있는 많은 전사인자(transcription factors; TFs)가 알려져 있다. SNAI1/Snail 1, SNAI2/Snail 2, ZEB1, ZEB2, E47 및 KLF8은 E-카데린 프로모터에 결합하여 이의 전사를 억제하는 한편, Twist, Goosecoid, E2.2(a.k.a. TCF4), 호메오박스 단백질 SIX1 및 FOXC2는 간접적으로 E-카데린을 억제한다. 이외에 EMT를 유도하는 다른 신호전달경로로는 TGF-β, FGF, EGF, HGF, Wnt/베타-카테닌 및 노치(notch)가 관여하는 것들이 있다.One of the important phenomena in EMT is the loss of E-cadherin. Many transcription factors (TFs) are known which can directly or indirectly inhibit E-cadherin. SNAI1 / Snail1, SNAI2 / Snail2, ZEB1, ZEB2, E47 and KLF8 bind to the E-cadherin promoter to inhibit its transcription, while Twist, Goosecoid, E2.2 (aka TCF4), Homeobox protein SIX1 And FOXC2 indirectly inhibit E-cadherin. Other signaling pathways leading to EMT include TGF-β, FGF, EGF, HGF, Wnt / beta-catenin and notch.

바람직하게, 상기 상피-중간엽 전이 유도는 EMT 유도를 위한 사이토카인을 추가로 포함하지 않는 배지를 이용하여 세포를 부착배양함으로써 달성할 수 있다.Preferably, the epithelial-mesenchymal transition induction can be accomplished by adhering cells using a medium that does not further include a cytokine for EMT induction.

상기 EMT 유도를 위한 사이토카인의 비제한적인 예는 TGF-β, BMP-7, EGF, HGF, PDGF 또는 Wnt-3a를 포함한다. 바람직하게 상기 EMT 유도를 위한 사이토카인은 TGF-β일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Non-limiting examples of cytokines for induction of EMT include TGF-beta , BMP-7, EGF, HGF, PDGF or Wnt-3a. Preferably, the cytokine for induction of EMT is, but is not limited to, TGF-beta.

바람직하게, 본 발명의 세포 배양 기재 상에서의 배양에 의한 상기 EMT 유도는 α-SMA, FAK, N-카데린(N-cadherin), DDR2, 데스민(desmin), 파이브로넥틴(fibronectin), 라미닌-5(laminin-5), MMP-2, MMP-3, MMP-9, S100A4, 신데칸-1/CD138(syndecan-1/CD138), 비멘틴(vimentin) 및 비트로넥틴(vitronectin)으로 구성된 군으로부터 선택되는 중간엽 마커 또는 Src, Smad2, Smad2/3, Smad3, Smad7, Snail, STAT3, Twist-1, Akt, Dsh-1, Dsh-2, Dsh-3, Dkk-1, Dkk-2, Dkk-3, Dkk-4, EOMES, FoxC2, ILK, JAG1, JAG2, JNK, 노긴(noggin), p38 MAP 키나아제, p300 및 Ras로 구성된 군으로부터 선택되는 EMT 신호전달분자의 발현 증가에 의해 확인할 수 있다.Preferably, the EMT induction by culturing on a cell culture substrate of the present invention is selected from the group consisting of α-SMA, FAK, N-cadherin, DDR2, desmin, fibronectin, laminin (Laminin-5), MMP-2, MMP-3, MMP-9, S100A4, syndecan-1 / CD138, vimentin and vitronectin Smad2, Smad2, Smad3, Smad7, Snail, STAT3, Twist-1, Akt, Dsh-1, Dsh-2, Dsh-3, Dkk-1, Dkk-2, Dkk 3, Dkk-4, EOMES, FoxC2, ILK, JAG1, JAG2, JNK, noggin, p38 MAP kinase, p300 and Ras.

또는, 상기 EMT 유도는 액틴, ALCAM, β-카테닌(β-catenin), E-카데린(E-cadherin), 콜라겐 I, 사이토케라틴 8(cytokeratin 8), 사이토케라틴 14, 사이토케라틴 19, EpCAM, 히알루로난(hyaluronan), JAM-A, JAM-B/VE-JAM, JAM-C, JAM-4/IGSF5, 라미닌 I(laminin I), 넥틴-1(nectin-1), 넥틴-2/CD112, 넥틴-3 및 넥틴-4로 구성된 군으로부터 선택되는 상피마커의 발현 감소에 의해 확인할 수 있다.Alternatively, the EMT induction may be induced by actin, ALCAM, beta-catenin, E-cadherin, collagen I, cytokeratin 8, cytokeratin 14, cytokeratin 19, EpCAM, JAM-C, JAM-4 / IGSF5, laminin I, nectin-1, nectin-2 / CD112 , Nectin-3 and nectin-4. ≪ / RTI >

바람직하게, 본 발명의 세포 배양 기재 상에서 배양하여 EMT를 유도할 수 있는 상기 세포는 상피성 세포로서 암세포 또는 피부, 입, 코, 항문관, 호흡기계통, 소화기계통, 심혈관계통 및 림프계통으로 구성된 군으로부터 선택되는 조직세포 또는 이의 전구체세포일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 보다 바람직하게는 암세포 또는 섬유아세포일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Preferably, the cell capable of inducing EMT by culturing on the cell culture substrate of the present invention is selected from the group consisting of cancer cells or skin, nose, anal canal, respiratory system, digestive system, cardiovascular system, and lymphatic system as epithelial cells Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > its precursor somatic cells. More preferably, it may be a cancer cell or a fibroblast, but is not limited thereto.

본 발명의 세포 배양 기재를 이용하여 EMT를 유도할 수 있는 적절한 기둥형태의 구조의 규격은 세포에 따라 상이할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 2 μm의 직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 10 μm 이상의 간격으로 즉, 12 μm 이상의 중심-중심 간의 거리로 이격되어 배치된 세포 배양 기재를 이용한 경우 HeLa 세포에서 EMT가 유도되는 것을 확인할 수 있었으나, A549 또는 CCD-18U 세포의 경우에는 기둥 간의 간격이 10 μm를 초과하더라도 EMT가 유도되지 않았다.The dimensions of a suitable columnar structure capable of inducing EMT using the cell culture substrate of the present invention may vary depending on the cells. For example, according to a specific embodiment of the present invention, when a column-shaped structure having a diameter of 2 μm is arranged at a distance of 10 μm or more, that is, at a center-to-center distance of 12 μm or more, . However, in the case of A549 or CCD-18U cells, EMT was not induced even if the interval between columns was more than 10 μm.

따라서, 바람직하게, 본 발명의 세포 배양 기재는 세포 종류별 EMT 유도가능한 기둥형태의 구조물의 평균직경 및 중심 간의 최단 거리 등의 규격을 예시한 별도로 구비한 설명서를 추가로 포함할 수 있다.Therefore, preferably, the cell culture substrate of the present invention may further include a separate manual for illustrating the specifications such as the average diameter and the shortest distance between centers of the column-shaped structure capable of inducing EMT for each cell type.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 세포 배양 기재에 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계; 약물 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계; 약물 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및 약물 후보물질 비처리 세포에 비해 약물 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 증가 또는 감소한 경우 약물 후보물질을 해당 세포에 대한 약효를 갖는 것으로 판단하는 제4단계;를 포함하는 약물 스크리닝 방법을 제공한다.In another embodiment, the present invention provides a method for producing a cell culture comprising the steps of: (1) culturing cells on a cell culture substrate for 12 to 48 hours; A second step of treating or non-treating the drug candidate substance and adhering the cells to the cell culture substrate for an additional 12 to 72 hours; A third step of comparing and comparing the level of local adhesion-related protein expression of the drug candidate substance-treated cells and the non-treated cells; And a fourth step of determining that the drug candidate substance has a drug effect on the cell when the level of expression of the local adhesion-related protein is increased or decreased in the cell cultured by treating the drug candidate substance with respect to the drug candidate substance-untreated cell A drug screening method is provided.

바람직하게, 상기 약물은 항암제, 조직 섬유화(tissue fibrosis) 억제제 또는 상처치료제(wound healing agent)일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, EMT가 관여하는 것으로 알려진 질환에 대한 약물의 스크리닝에 제한없이 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, EMT는 상처 치유, 조직의 섬유화 및 암세포의 전이 등에 관여하는 것으로 알려져 있다. 예컨대, EMT는 상처 치유를 촉진하는 한편, 조직의 섬유화 및 암세포의 전이를 유발한다. 따라서, 본 발명에 따른 세포 배양 기재 상에서 세포를 부착배양하여 EMT를 유도하는 동시에 상기 질환에 대한 효과를 나타낼 것으로 예상되는 약물을 처리하여 배양하고, EMT 유도에 의해 증가된 국소부착 관련 단백질의 발현수준이 약물 비처리 세포에 비해 약물 처리 세포에서 증가된 경우 상처 치유 효과를 나타낼 것으로 판단할 수 있으며, EMT 유도에 의해 증가된 국소부착 관련 단백질의 발현수준이 약물 비처리 세포에 비해 약물 처리 세포에서 감소된 경우 조직의 섬유화를 억제하거나 암세포에 적용하는 경우 전이를 억제하는 효과를 나타낼 것으로 판단할 수 있다.Preferably, the drug may be, but is not limited to, an anti-cancer agent, a tissue fibrosis inhibitor or a wound healing agent, and may be used without limitation in the screening of drugs for diseases known to involve EMT . As described above, EMT is known to be involved in wound healing, fibrosis of tissues, and metastasis of cancer cells. For example, EMT promotes wound healing while causing tissue fibrosis and cancer cell metastasis. Therefore, the cells are cultured on the cell culture substrate according to the present invention to induce EMT, and the drug is expected to exhibit the effect on the disease, and cultured. The expression level of the local adhesion-related protein increased by EMT induction The increase in the level of local adhesion-related protein induced by EMT induction was reduced in the drug-treated cells compared to the untreated cells, , The inhibition of fibrosis of tissue or the inhibition of metastasis when applied to cancer cells can be judged to be effective.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 세포 배양 기재에 환자의 암조직으로부터 분리된 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계; 항암제 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계; 항암제 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및 항암제 후보물질 비처리 세포에 비해 항암제 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 낮아진 경우 항암제 후보물질을 해당 세포에 대한 항암제로 판단하는 제4단계;를 포함하는 환자맞춤형 항암제의 스크리닝 방법을 제공한다.In another embodiment, the present invention provides a method for producing a cell culture comprising: a first step of adhering and culturing cells separated from a cancer tissue of a patient to the cell culture substrate for 12 to 48 hours; A second step of treating or non-treating the anticancer drug candidate substance and adhering and culturing the cells to the cell culture substrate for a further 12 to 72 hours; A third step of comparing and comparing the level of local adhesion-related protein expression of the anticancer drug candidate treated cells and the untreated cells; And a fourth step of judging the anticancer drug candidate as an anticancer drug for the cell when the level of expression of the local adhesion-related protein is lowered in the cell cultured by treating the anticancer drug candidate with respect to the anticancer drug candidate non-treated cell. And a method for screening the same.

본 발명의 용어 "환자맞춤형 항암제"란, 맞춤의학(tailored medicine)을 이용하여 결정되어, 암이 발병한 개체 예컨대, 환자에게 특이적으로 최적의 치료효과를 나타낼 수 있는 의약 조성물을 의미한다.The term " patient-customized anti-cancer agent "of the present invention refers to a pharmaceutical composition that is determined using tailored medicine, and can exhibit an optimal therapeutic effect specifically for a patient, e.g., a patient who has developed cancer.

본 발명의 용어 "맞춤의학(tailored medicine)"이란, 맞춤의료(order-made medicine) 또는 환자 맞춤형 의학(personalized medicine)이라고도 하며, 환자개인의 체질이나 환경을 개별적으로 조사하여, 여기에 적합한 치료법을 결정하는 방법 또는 치료하는 방법을 의미한다.The term "tailored medicine " of the present invention is also referred to as order-made medicine or personalized medicine, and it is intended to individually examine the constitution or environment of the individual patient, Means a method of determining or treating.

본 발명의 용어 "개체"란, 암 관련질환이 발병하였거나 발병할 수 있는 살아있는 유기체를 의미하는데, 바람직하게는 인간을 포함하는 포유동물이 될 수 있으나, 특별히 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 용어 "환자"는 인간인 개체를 지칭한다.The term "individual" of the present invention means a living organism in which a cancer-related disease has developed or may develop, preferably mammals including humans, but the present invention is not limited thereto. The term "patient" of the present invention refers to a human being.

바람직하게, 상기 항암제 후보물질은 공지의 항암제들일 수 있다. 스크리닝의 효율성울 고려하여, 환자의 유전적 정보 또는 임상정보를 통해 선택된 일련의 항암제군으로부터 선택할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 환자의 유전적 정보는 암의 유전형을 분석하여 수득한 SNP, 돌연변이, 일배체형, 전장 염기서열 등의 유전정보를 사용하여, 상기 유전적 정도를 약물반응 데이터베이스에 적용하여 도출한 상기 유전적 정보에 상응하는 항암제 후보물질일 수 있다. 또한 임상정보만을 이용하는 경우, 구체적인 암의 발생부위, 암 특이적 유전자 마커 분석 결과, 전이 관련 정보, 증상정보 등을 암에 대한 임상정보와 유전적 정보를 포함하는 데이터베이스에 적용하여 항암제 후보물질을 도출할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Preferably, the anticancer agent candidate substance may be a known anticancer agent. Considering the efficiency of the screening, it may be selected from a set of anticancer agents selected through genetic information or clinical information of the patient, but is not limited thereto. The genetic information of the patient can be obtained by analyzing the genotype of the cancer and using the genetic information such as SNP, mutation, haplotype, full nucleotide sequence and the like obtained by applying the genetic degree to the drug reaction database Lt; RTI ID = 0.0 > anticancer < / RTI > In addition, when only clinical information is used, it is applied to a database including specific cancer occurrence site, cancer-specific gene marker analysis result, transfer-related information, symptom information, etc. to clinical information and genetic information on cancer, But is not limited thereto.

바람직하게, 상기 항암제는 암세포의 전이를 억제하는 활성을 갖는 약물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Preferably, the anticancer agent may be a drug having an activity of inhibiting metastasis of cancer cells, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 10 μm 이상의 간격으로 배열된 기둥 어레이를 포함하는 세포 배양 기재는 사이토카인 등을 첨가하지 않아도 상기 세포 배양 기재 상에서 세포를 배양하는 것만으로도 EMT를 유도할 수 있으며, EMT 억제제를 처리하여 배양한 경우 이러한 현상이 현저히 감소하는 것을 확인하였다. 암세포에 있어서, EMT는 전이를 유도할 수 있는 것으로 알려져 있는바, 환자의 암조직으로부터 분리된 세포를 상기 세포 배양 기재 상에서 배양함으로써 EMT를 유발하여 전이성을 갖도록 할 수 있으며, 이에 암세포의 전이를 억제하는 것으로 알려진 항암제 후보물질을 처리하여 EMT 억제 여부를 확인함으로써 해당 환자에 적합한 암세포 전이 억제용 항암제를 선별할 수 있으며, 선별된 항암제는 해당 환자에서 암세포가 전이성을 갖는 것을 억제함으로써 암세포의 EMT에 의한 암전이 예방에 유용하게 사용될 수 있다.According to a specific embodiment of the present invention, a cell culture substrate containing a columnar array arranged at an interval of 10 μm or more can induce EMT by culturing cells on the cell culture substrate without adding cytokines or the like , And it was confirmed that this phenomenon remarkably decreased when EMT inhibitor was treated and cultured. In cancer cells, EMT is known to be able to induce metastasis, and cells isolated from the patient's cancer tissue can be cultured on the cell culture substrate to induce EMT to have metastasis, thereby inhibiting the metastasis of cancer cells The anticancer agent for inhibiting cancer cell metastasis can be selected by treating a candidate anticancer agent known to inhibit EMT, and the selected anticancer agent can inhibit metastasis of the cancer cell in the patient, Cancer can be used to prevent cancer.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 세포 배양 기재에 환자의 섬유화증 조직으로부터 분리된 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계; 섬유화증 치료제 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계; 섬유화증 치료제 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및 섬유화증 치료제 후보물질 비처리 세포에 비해 섬유화증 치료제 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 낮아진 경우 섬유화증 치료제 후보물질을 해당 세포에 대한 섬유화증 치료제로 판단하는 제4단계;를 포함하는 환자맞춤형 섬유화증 치료제의 스크리닝 방법을 제공한다.In another embodiment, the present invention provides a method for producing a cell culture, comprising: a first step of adhering and culturing cells separated from a fibrosing tissue of a patient to the cell culture substrate for 12 to 48 hours; A second step of treatment or non-treatment of fibrosis therapeutic candidate, and adhering and culturing the cells to the cell culture substrate for an additional 12 to 72 hours; A third step of confirming and comparing the level of local adhesion-related protein expression of cells treated with fibrosis treatment candidate substance and untreated cells; And fibrosing agent candidate When compared with the untreated cell, the level of expression of the local adhesion-related protein is lowered in the cell cultured and treated with the fibrosing agent candidate substance. When the candidate substance for fibrosing agent candidate is judged as a fibrosing agent for the cell, A method for screening a patient-associated fibrosis therapeutic agent comprising the steps of:

본 발명의 용어 "환자맞춤형 섬유화증 치료제"란, 맞춤의학(tailored medicine)을 이용하여 결정되어, 섬유화증이 발병한 개체 예컨대, 환자에게 특이적으로 최적의 치료효과를 나타낼 수 있는 의약 조성물을 의미한다.The term "agent for treatment of patient-induced fibrosis of the present invention" refers to a medicinal composition that is determined using tailored medicine, and can exhibit an optimal therapeutic effect specifically for a patient suffering from fibrosis, such as a patient do.

상기 맞춤의학, 개체 및 환자에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.The personalized medicine, the individual and the patient are as described above.

바람직하게, 상기 섬유화증 치료제 후보물질은 공지의 섬유화증 치료제들일 수 있다. 스크리닝의 효율성울 고려하여, 환자의 유전적 정보 또는 임상정보를 통해 선택된 일련의 섬유화증 치료제군으로부터 선택할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 환자의 유전적 정보는 섬유화증의 유전형을 분석하여 수득한 SNP, 돌연변이, 일배체형, 전장 염기서열 등의 유전정보를 사용하여, 상기 유전적 정도를 약물반응 데이터베이스에 적용하여 도출한 상기 유전적 정보에 상응하는 섬유화증 치료제 후보물질일 수 있다. 또한 임상정보만을 이용하는 경우, 구체적인 섬유화증의 발생부위, 섬유화증 특이적 유전자 마커 분석 결과, 전이 관련 정보, 증상정보 등을 섬유화증에 대한 임상정보와 유전적 정보를 포함하는 데이터베이스에 적용하여 섬유화증 치료제 후보물질을 도출할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Preferably, the fibrosis therapeutic candidate material may be a known fibrosing agent. Considering the efficacy of the screening, it may be selected from a group of therapeutic agents for fibrosing selected through genetic or clinical information of the patient, but is not limited thereto. The genetic information of the patient can be obtained by analyzing the genotype of fibrosis and using genetic information such as SNP, mutation, haplotype, and full nucleotide sequence obtained by applying the genetic level to the drug reaction database, And may be candidates for fibrosis therapeutic agents corresponding to the information. In addition, when clinical information is used alone, it can be applied to a database containing clinical information and genetic information about fibrosis, such as the occurrence site of specific fibrosis, fibrosis-specific gene marker analysis, Therapeutic agent candidates may be derived, but are not limited thereto.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상부에 일정한 평균직경을 갖는 편평한 면을 포함하고, 일정한 간격으로 배열된, 복수의 기둥형태의 구조물이 음각으로 패턴화된 탄성고분자를 포함하는 중간체 주형(intermediate mold)을 준비하는 제1단계; 상기 중간체 주형을 광경화성 수지 상에 각인시키고 30초 내지 5분 동안 빛을 조사하는 제2단계; 광경화된 수지로부터 중간체 주형을 제거하는 제3단계;를 포함하는 본 발명의 세포 배양 기재의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an intermediate mold comprising an elastic polymer having a planar surface having a constant average diameter at an upper portion thereof and arranged at regular intervals and having a plurality of column- ); A second step of imprinting the intermediate template on a photocurable resin and irradiating light for 30 seconds to 5 minutes; And a third step of removing the intermediate template from the photocured resin. The present invention also provides a method for producing a cell culture substrate of the present invention.

상기 중간체 주형은 액체인 원료에 열 또는 빛 등의 자극을 가하여 고형화할 수 있으며, 생성된 주형은 실온에서 고체로 존재하는 물질로 제조할 수 있다. 액체인 원료를 사용하면 마스트 몰드의 형태를 간직하여 고형화할 수 있다. 또한 상기 주형은 탄성고분자를 포함하는 소재로 제조하여 고형화된 구조물이 탄성을 가져 제3단계인 최종 기둥형태의 구조물로부터 중간체 주형을 제거하는 단계를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 이들 소재로 제조된 중간체 주형은 탈착 후 주형의 잔여물이 거의 남지 않으며, 분리된 중간체 주형도 원형을 유지하므로 계속 반복하여 사용할 수 있다. 상기 탄성고분자의 비제한적인 예는 PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리스티렌계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 폴리염화비닐계 고분자, 폴리우레탄계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 콜라겐, 하이드로겔, 고형화 가능한 탄소 및 실리콘러버가 있다.The intermediate mold may be solidified by applying a stimulus such as heat or light to the raw material which is a liquid, and the resulting mold may be made of a substance which exists as a solid at room temperature. When the liquid raw material is used, the shape of the mast mold can be retained and solidified. In addition, since the mold is made of a material containing an elastic polymer and the solidified structure has elasticity, it is possible not only to facilitate the step of removing the intermediate mold from the final column-shaped structure as the third step, The intermediate template remains almost free of residue of the template after desorption, and the separated intermediate template retains its original shape so that it can be used repeatedly. Examples of the elastic polymer include, but are not limited to, polydimethylsiloxane (PDMS), polystyrene polymer, polyolefin polymer, polyvinyl chloride polymer, polyurethane polymer, polyester polymer, polyamide polymer, collagen, hydrogel, And silicone rubber.

바람직하게, 상기 기둥형태의 구조물은 평균직경 1 μm 내지 5 μm 의 기둥들이 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지 4 μm 이상 30 μm 이하의 일정한 간격으로 배열된 것일 수 있다.Preferably, the column-shaped structures may be arranged such that the columns having an average diameter of 1 μm to 5 μm are arranged at regular intervals of 4 μm or more and 30 μm or less from the center of one column to the center of the adjacent column.

구체적으로, 상기 제1단계는 그 이전에 본 발명에 따른 세포 배양 기재와 동일한 패턴의 기둥형태의 구조물을 실리콘웨이퍼 상에 형성하여 실리콘 마스터 주형을 준비하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 실리콘 마스터 주형의 형성은 당업계에 공지된 미세 패턴기술을 제한없이 이용하여 수행할 수 있다. 예컨대, 포토리소그래피 및 심도반응성이온식각(deep reactive ion etching; deep RIE) 또는 용액 에칭 공정(wet etching)에 의해 형성할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 마스터 주형의 표면에 소수성을 부여하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 소수성의 부여는 표면을 소수성화할 수 있는 옥타데실실란(octadecylsilane; OTS) 또는 트리클로로퍼플루오로옥틸실란(trichloro(1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane) 등으로 처리하여 이에 의해 형성되는 자기조립단층(self-assembled monolayer; SAM)으로 기능화(functionalize)함으로써 달성될 수 있다. 상기 소수성 처리를 함으로써, 추후 제1단계를 통해 마스터 주형으로부터 형성되는 PDMS 중간체 주형의 분리를 용이하게 할 수 있다.Specifically, the first step may further include the step of preparing a silicon master mold by forming a columnar structure having the same pattern as that of the cell culture substrate according to the present invention on a silicon wafer. The formation of the silicon master mold can be carried out without limitation using fine patterning techniques known in the art. For example, by photolithography and deep reactive ion etching (deep RIE) or wet etching. The method may further include the step of imparting hydrophobicity to the surface of the silicon master mold. The impartation of the hydrophobicity can be achieved by treating the surface with octadecylsilane (OTS) or trichloro (1 H , 2 H , 2 H -perfluorooctyl) silane which can hydrophobize the surface, And functionalizing it with a self-assembled monolayer (SAM). By performing the hydrophobic treatment, it is possible to facilitate separation of the PDMS intermediate mold formed from the master mold through the first step.

바람직하게, 제1단계로부터 준비한 중간체 주형을 반복하여 사용할 수 있는 것이 특징이다. 본 발명의 PDMS 중간체 주형은 최종 고분자 구조물의 분리가 용이할 뿐만 아니라, 10회 이상 반복하여 사용하여도 물리적 및/또는 화학적 성질의 변화를 나타내지 않으므로, 본 발명에 따른 세포 배양 기재의 대량생산의 유용하게 사용할 수 있다. 특히, 고가의 실리콘 마스터 주형으로부터 1회 제조하여 여러번 반복하여 사용할 수 있으므로, 경제적인 이점도 있다.Preferably, the intermediate template prepared from the first step can be used repeatedly. The PDMS intermediate mold of the present invention is not only easy to separate the final polymer structure but also exhibits no change in physical and / or chemical properties even when used repeatedly 10 times or more. Therefore, the usefulness of mass production of the cell culture substrate according to the present invention Can be used. In particular, since it can be produced once from an expensive silicon master mold and repeatedly used many times, there is an economical advantage.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 포토리소그래피 및 심도반응성이온식각에 의해 실리콘웨이퍼 상에 평균직경 2 μm, 높은 10 μm의 기둥들이 4 μm 내지 20 μm의 간격으로 일정하게 격리된 기둥형태의 구조를 패턴화하여 실리콘 마스터 주형을 제조하였다. 상기 실리콘 마스터 주형을 트리클로로퍼플루오로옥틸실란으로 처리하여 표면에 소수성을 갖도록 기능화하였다. 이후, 상기 기능화된 실리콘 마스터 주형 상에 경화제를 약 10% 포함하는 PDMS를 붓고 80℃에서 4시간 동안 경화시켜 PDMS 중간체 주형을 제조하였다. 그리고나서, 상기 PDMS 중간체 주형을 표적 기재(target substrate; 예컨대, PET) 상에 디포짓된 광경화 수지 상에 부드럽게 누르고 UV 램프를 1분 동안 조사하여 경화시키고 PDMS 중간체 주형을 제거하여 최종 기둥형태의 구조물을 획득하였다. 상기 PET 기재 상에 형성된 세포 배양 기재는 원하는 크기로 잘라 상용화된 세포 배양 용기에 삽입하여 사용하였다.In a specific embodiment of the present invention, a photolithography and deep reactive ion etching are used to pattern a columnar structure having a mean diameter of 2 占 퐉 and high 10 占 퐉 pillars uniformly spaced at intervals of 4 占 퐉 to 20 占 퐉 on a silicon wafer To prepare a silicon master mold. The silicone master mold was treated with trichloroperfluorooctylsilane to functionalize the surface to have hydrophobicity. Then PDMS containing about 10% of a curing agent was poured onto the functionalized silicon master mold and cured at 80 캜 for 4 hours to prepare a PDMS intermediate mold. The PDMS intermediate template was then gently pressed onto a photocurable resin depot on a target substrate (e.g., PET) and irradiated for 1 minute to cure and remove the PDMS intermediate template to form a final columnar Structures were obtained. The cell culture substrate formed on the PET substrate was cut into a desired size and inserted into a commercially available cell culture container.

본 발명의 십 수 μm의 일정한 간격으로 배열된 기둥형태의 구조물을 포함하는 세포 배양 기재는 TGF-β와 같은 고가의 사이토카인을 사용하지 않고도 상기 배양 기재 상에서 세포를 부착배양하는 것만으로 EMT를 효과적으로 유도할 수 있으므로, 항암제, 조직 섬유화(tissue fibrosis) 억제제 또는 상처치료제(wound healing agent)의 스크리닝에 유용하게 사용될 수 있다. 또한 상기 기둥형태의 구조물이 음각으로 패턴화된 탄성고분자를 포함하는 중간체 주형은 물성의 변화없이 반복하여 사용할 수 있으므로 상기 세포 배양 기재의 대량 생산에 있어서 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.The cell culture substrate containing the columnar structure arranged at a constant interval of several tens of micrometers of the present invention can effectively and efficiently perform the EMT only by adhering cells on the culture substrate without using an expensive cytokine such as TGF- And thus can be usefully used for the screening of anticancer agents, tissue fibrosis inhibitors or wound healing agents. In addition, since the intermediate template including the elastic polymer in which the columnar structure is intaglio patterned can be used repeatedly without changing the physical properties, there is an advantage that the unit cost can be lowered in the mass production of the cell culture substrate.

도 1은 (a) 본 발명에 따른 기둥 어레이를 포함하는 세포 배양 기재의 제조방법 및 (b) 제조된 기둥 어레이를 포함하는 세포 배양 기재의 FESEM 이미지를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 세포 배양 기재 상의 기둥 어레이에 대한 (a) 치수의 정의, (b) 구체예에 따라 제조한 기둥 어레이의 치수 및 (c) 치수 변화에 따른 총 기재 면적에 대한 기둥 상부의 면적 비율을 나타낸 도이다.
도 3은 다양한 치수의 기둥 어레이 상에서 배양한 A549 세포의 (a) 배양 시간에 따른 세포 형태 변화 및 (b) 국소부착 관련 단백질에 대한 웨스턴블롯 분석결과를 나타낸 도이다.
도 4는 (2.16) 기둥 어레이 상에서 배양한 HeLa 세포의 국소부착 관련 단백질에 대한 웨스턴블롯 결과를 나타낸 도이다. 대조군으로는 기둥 구조물을 포함하지 않는 편평한 세포 배양 기재 상에 부착배양한 세포에 대한 결과를 사용하였다.
도 5는 본 발명에 따른 기둥 어레이 상에서 배양한 A549 세포에서 CX-4945에 의한 EMT 유도 저해효과를 나타낸 도이다. 치수가 다른 기둥 어레이 상에서 CX-4945를 처리/비처리하여 배양한 A549 세포에 대한 (a) 국소부착 관련 단백질에 대한 웨스턴블롯 분석결과, (b) 배양 시간에 따른 세포 형태 변화를 나타내는 FESEM 이미지 및 (c) 국소 부착 단백질인 p-FAK에 대한 면역세포화학 분석결과를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기둥 어레이 상에서 배양한 CCD-18Lu 세포에서 CX-4945에 의한 EMT 유도 저해효과를 나타낸 도이다. 구체적으로 치수가 다른 기둥 어레이 상에서 CX-4945를 처리/비처리하여 배양한 CCD-18Lu 세포에 대한 국소부착 관련 단백질에 대한 웨스턴블롯 분석결과를 나타내었다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a FESEM image of a cell culture substrate comprising (a) a cell culture substrate comprising a columnar array according to the present invention and (b) the columnar array produced.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the dimensions of a column array on a cell culture substrate according to the present invention, (a) the definition of dimensions, (b) the dimensions of a column array prepared according to a specific example, and (c) Fig.
Figure 3 shows the results of Western blot analysis of A549 cells cultured on columnar arrays of various dimensions (a) changes in cell morphology with time of culture and (b) local adhesion-related proteins.
Figure 4 shows Western blot results for local adhesion-related proteins of HeLa cells cultured on column array (2.16). As a control, results for cells adhered and cultured on a flat cell culture substrate not containing columnar structures were used.
FIG. 5 is a graph showing the effect of CX-4945 on EMT induction in A549 cells cultured on a columnar array according to the present invention. (A) Western blot analysis of (a) local adhesion-related proteins on cultured A549 cells treated / untreated with CX-4945 on columnar arrays of different dimensions, (b) FESEM image showing cell morphology change over time (c) Immunocytochemical analysis of p-FAK, a local attachment protein.
6 is a graph showing the effect of CX-4945 on EMT induction in CCD-18Lu cells cultured on a columnar array according to the present invention. Western blot analysis of local adhesion-related proteins on CCD-18Lu cells cultured by treatment / non-treatment of CX-4945 on column arrays with different dimensions was shown.

이하, 본 발명을 하기 실시예에서 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically in the following examples. However, these examples are provided only to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트의 제조Example 1: Preparation of well plate with columnar array

규칙적으로 배열된 기둥을 포함하는 세포배양 시스템에서 기둥의 크기 및 간격이 상기 시스템 상에서 배양되는 세포에 미치는 영향을 확인하기 위하여 기둥의 규모(dimension)를 계획적으로 변화시켜 제작하였다. 상기 기둥의 제작 방법 및 제조된 기둥의 이미지를 도 1에 나타내었다.In order to confirm the effects of column size and spacing on cells cultured on the system in a cell culture system containing regularly arranged columns, the dimensions of the columns were designed and changed. A method of manufacturing the column and an image of the manufactured column are shown in FIG.

먼저, 8인치 실리콘웨이퍼 상에 포토리소그래피 및 용액 식각 공정으로 패턴화(patterning)하여 마스터 주형(master mold)을 제조하였다. 상기 마스터 기둥구조물의 제조는 한국의 National Nanofab Center에서 실시하였다. 표면 소수성을 부여하기 위하여 상기 제조된 실리콘 기둥 어레이를 트리클로로퍼플루오로옥틸실란(trichloro(1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane)의 자기조립단층(self-assembled monolayers; SAM)으로 기능화(functionalize)하였다. 폴리디메틸실록산 중간체 주형(polydimethylsiloxane(PDMS) intermediate mold)의 용이한 분리를 위하여 소수성 SAM 처리가 요구된다. 이후, 10:1 경화제(curing agent)와 혼합한 PDMS를 SAM-기능화된 Si 마스터 주형 상에 붓고, 80℃에서 4시간 동안 경화시켜, 중간체 PDMS 주형을 제조하였다. 최종 고분자 구조물의 편리한 분리(convenient release)를 위해 중간체 PDMS 마스터 주형을 도입하였으며, PDMS 중간체 주형은 여러 번 반복하여 사용할 수 있으므로(심한 성능 저하 없이(without too much of degrading) 10회 이상 사용할 수 있다), Si 마스터를 직접 사용하는 것보다 경제적으로 이점이 있다. 마지막으로, 표적 기재(target substrates; PET) 상에 디포짓된 수지 상에 PDMS 중간체 주형을 부드럽게 누르고 UV 램프로 1분 동안 경화시켜 기둥 구조물을 UV-경화성 수지(NOA 63 from Norland Products)에 옮겼다. 경화시킨 후, PDMS 중간체 주형을 시료로부터 떼내어 PET 상에 형성된 최종 기둥 구조물을 분리하였다. PET 기재(substrate) 상에 형성한 기둥 구조물은 상용화된 6-웰 플레이트에 사용하기 위하여 상기 플레이트의 각 웰에 삽입할 수 있는 크기로 잘랐다.First, a master mold was prepared by patterning on an 8-inch silicon wafer by a photolithography and a solution etching process. The preparation of the master pillar structure was carried out at the National Nanofab Center in Korea. The prepared silicon pillar array was functionalized with self-assembled monolayers (SAM) of trichloro (1 H , 2 H , 2 H -perfluorooctyl) silane to give surface hydrophobicity respectively. Hydrophobic SAM treatment is required for easy separation of polydimethylsiloxane intermediate mold (polydimethylsiloxane (PDMS) intermediate mold). PDMS mixed with a 10: 1 curing agent was then poured onto the SAM-functionalized Si master mold and cured at 80 DEG C for 4 hours to prepare an intermediate PDMS mold. Intermediate PDMS master molds have been introduced for convenient release of the final polymer structures and PDMS intermediate molds can be used repeatedly (can be used more than 10 times without severe performance degradation) , It is more economical than using the Si master directly. Finally, the pillar structure was transferred to a UV-curable resin (NOA 63 from Norland Products) by gently pressing the PDMS intermediate mold onto the depotted resin on the target substrates (PET) and curing with a UV lamp for 1 minute. After curing, the PDMS intermediate mold was removed from the sample and the final columnar structure formed on the PET was separated. Columnar structures formed on a PET substrate were cut to a size that could be inserted into each well of the plate for use in a commercial 6-well plate.

도 2에 상기 제조한 기둥 구조물의 규모를 정의하고, 특징을 수치를 도시하였다. 본 발명에 따른 기둥 구조물에서 기둥의 직경 및 높이는 각각 2-㎛ 직경(diameter; D) 및 10-㎛ 높이(height; H)를 가지도록 하였으며, 기둥 간의 거리(pitch; P)는 4-㎛로부터 20-㎛까지 변화시켰다(도 2b). 이하, (D.P)로 간략히 표기하였다. 예컨대, 직경 2-㎛의 기둥이 8-㎛ 간격으로 배열된 어레이를 (2.8)로 표시하였다. 도 2c에 나타난 바와 같이, 바닥(B)에 대한 상부(T)의 면적비 즉, 전체 기판 면적(B)에 대한 총 기둥이 차지하는 면적(T)의 비율은 기둥 간의 거리 즉, 피치가 증가할수록 감소하였다.FIG. 2 shows the scale of the column structure, and the numerical values are shown. In the column structure according to the present invention, the diameter and the height of the column are 2-μm diameter (D) and 10-μm height (H), respectively. 20-mu m (Fig. 2B). Hereinafter, it is abbreviated as (D.P.). For example, an array in which columns of 2-μm diameter are arranged at intervals of 8-μm is represented by (2.8). 2C, the ratio of the area ratio of the top T to the bottom B, that is, the area T occupied by the total column with respect to the total substrate area B is the distance between the columns, that is, Respectively.

실시예 2: 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트를 이용한 세포 배양Example 2: Cell culture using a well plate with columnar array

실시예 1에서 제조한 일련의 기둥 어레이를 세포 배양에 이용하기 위하여 아세톤과 이소프로판올로 세척하여 살균하여 세포배양 플레이트에 삽입하였다. 상기 기둥 어레이를 삽입한 세포배양 플레이트에 A549(인간폐상피선암세포주; human lung epithelial adenocarcinoma cell line), HeLa(인간자궁경부암세포주; human cervical cancer cell line) 및 CCD-18Lu(인간폐섬유아세포; Human lung fibroblast) 세포를 10% 열비활성화(heat-inactivated) 소태아혈청(fetal bovine serum; FBS) 및 1% 항생제(100 U/㎖ 페니실린(penicillin) 및 100 ㎍/㎖ 스트렙토마이신(streptomycin))를 포함하는 DMEM(Dulbecco's modified Eagle's medium, Hyclone, UT, USA)에 5% CO2, 37℃의 습식 분위기에서 유지하였다.The columnar array prepared in Example 1 was sterilized by washing with acetone and isopropanol for use in cell culture and inserted into a cell culture plate. A549 (human lung epithelial adenocarcinoma cell line), HeLa (human cervical cancer cell line), and CCD-18Lu (human lung fibroblast; Human lung fibroblast cells were incubated with 10% heat-inactivated fetal bovine serum (FBS) and 1% antibiotic (100 U / ml penicillin and 100 ug / ml streptomycin) (Dulbecco's modified Eagle's medium, Hyclone, UT, USA) in a humidified atmosphere of 5% CO 2 and 37 ° C.

실험예 1: 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 배양한 세포에 대한 전계방출주사전자현미경 분석 Experimental Example 1: Field emission scanning electron microscopy analysis of cells cultured on a well plate with columnar array

세포(4×104 세포/웰)를 미세기둥이 내장된(micropillar built-in) 6-웰 플레이트에 분주하여 72시간 동안 배양하였다. 배양 후, 세포를 PBS로 세척하고, 3.7% 포름알데하이드(formaldehyde)로 고정하여, 50%, 75%, 80% 및 90% 무수알콜(anhydrated alcohol)로 탈수시켜 건조하였다. 전계방출주사전자현미경(field emission scanning electron microscope; FESEM)으로 가시화하기 위하여, 이미지 분석을 위해 시료를 Au-Pd로 스퍼터코팅하였다. 10 mm 작동거리(working distance)에서 15 kV 가속전위(acceleration voltages)로 이미지를 얻었다.Cells (4 x 10 4 cells / well) were plated in micropillar built-in 6-well plates and cultured for 72 hours. After incubation, the cells were washed with PBS, fixed with 3.7% formaldehyde and dried by dehydration with 50%, 75%, 80% and 90% anhydrated alcohol. For visualization with field emission scanning electron microscope (FESEM), samples were sputter coated with Au-Pd for image analysis. 10 Images were obtained at 15 kV acceleration voltages at a working distance of mm.

실험예 2: 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 배양한 세포에 대한 웨스턴블롯 Experimental Example 2: Weston blot for cells cultured on a well plate with columnar array

세포를 0.25% 트립신-EDTA를 사용하여 회수하였다. PBS로 세척한 후, RIPA 완충액(Cell Signaling Technology Inc., MA, USA)을 사용하여 총용해물(total lysates)을 준비하였다. 단백질 정량 후, 용해물(40 ㎍)을 8~15% 폴리아크릴아미드겔(polyacrylamide gels)에 로딩하고, 분리된 단백질을 PVDF 막에 옮겼다. 각각의 단백질 발현을 일차항체를 이용하여 검출하였다. p-FAK(Y397), FAK 및 액틴에 대한 항체는 Santa Cruz Biotechnology 사(TX, USA)로부터 구입하였다. p-Src(Y416), Src, p-팍실린(Y118) 및 팍실린(paxillin)에 대한 항체는 Cell Signaling Technology, Inc. (MA, USA)로부터 구입하였다. p-FAK(Y925), α-평활근액틴(α-smooth muscle actin; α-SMA)에 대한 항체는 Abcam(MA, USA)으로부터 구입하였다. HRP-결합된(conjugated) 이차항체와 인큐베이션 후, SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate(Pierce, IL, USA) 및 LAS-3000 발광이미지분석기(LAS-3000 luminescent image analyzer, Fuji Photo Film Co., Ltd., Japan)를 이용하여 막을 현상(develop)하였다.Cells were recovered using 0.25% trypsin-EDTA. After washing with PBS, total lysates were prepared using RIPA buffer (Cell Signaling Technology Inc., MA, USA). After protein determination, the lysate (40 μg) was loaded onto 8-15% polyacrylamide gels and the separated proteins transferred to a PVDF membrane. Each protein expression was detected using a primary antibody. Antibodies to p-FAK (Y397), FAK and Actin were purchased from Santa Cruz Biotechnology (TX, USA). Antibodies to p-Src (Y416), Src, p-paxiline (Y118) and paxillin were purchased from Cell Signaling Technology, Inc. (MA, USA). Antibodies to p-FAK (Y925) and α-smooth muscle actin (α-SMA) were purchased from Abcam (MA, USA). After incubation with HRP-conjugated secondary antibody, SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate (Pierce, IL, USA) and LAS-3000 luminescent image analyzer (Fuji Photo Film Co., Ltd., Japan) was used to develop the membrane.

실험예 3: 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 배양한 세포에 대한 면역세포화학 Experimental Example 3: Immunocytochemistry on cells cultured on a well plate with columnar array

A549(4×104 세포/웰) 세포를 (2,8) 또는 (2,16) 기둥 및/또는 10 μM CX-4945를 포함하는 배양기에 분주하고 72시간 동안 배양하였다. 세포를 3,7% 포름알데하이드로 고정하고, 0.1% 트리톤 X-100으로 투과성을 부여하고, 3% BSA로 차단하였다. 인산화된-국소부착키나아제(phosphorylated-focal adhesion kinase; p-FAK, Y397)의 발현을 AlexaFluor488-결합된 이차항체를 사용하여 가시화하였고 모든 이미지는 델타비전 RT 대면적 에피형광현미경 이미징시스템(DeltaVision RT wide-field epifluorescence microscope imaging system) 및 softWoRxs 이미지 분석 프로그램(Applied Precision, NW, USA)으로 관찰하였다. 스케일바는 20 ㎛를 나타낸다.A549 cells (4 x 10 4 cells / well) were seeded in an incubator containing (2, 8) or (2, 16) columns and / or 10 μM CX-4945 and incubated for 72 hours. Cells were fixed with 3,7% formaldehyde, permeabilized with 0.1% Triton X-100 and blocked with 3% BSA. Expression of phosphorylated-focal adhesion kinase (p-FAK, Y397) was visualized using an AlexaFluor488-conjugated secondary antibody and all images were visualized on a DeltaVision RT wide-area fluorescence microscope imaging system field epifluorescence microscope imaging system) and softWoRxs image analysis program (Applied Precision, NW, USA). The scale bar represents 20 mu m.

실시예 3: 피치 크기에 따른, 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 배양한, 세포의 특성분석 Example 3: Characterization of cells cultured on a well plate with columnar array, according to pitch size

본 발명에 따른 각기 다른 피치 크기의 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 배양한 세포의 형태적 및 생물학적 특성을 확인하기 위하여, 실시예 2에 따라 각기 다른 피치를 갖는 4가지의 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 A549 세포(4×104 세포/웰)를 배양한 후, 각각 6시간, 24시간 및 48시간에 실험예 1의 방법으로 처리하여 FESEM 이미지를 얻었다. 또한, 상기 배양세포를 회수하여 실험예 2에 기재된 방법으로 웨스턴블롯으로 국소부착에 관여하는 단백질 등의 발현을 분석하였다. 상기 결과들을 도 3에 나타내었다.To confirm the morphological and biological characteristics of the cells cultured on the well plates with columnar array of different pitch sizes according to the present invention, the cells were plated on a well plate with four columnar arrays with different pitches according to Example 2 After culturing A549 cells (4 x 10 4 cells / well), FESEM images were obtained by treatment with the method of Experimental Example 1 at 6 hours, 24 hours and 48 hours, respectively. The cultured cells were collected and analyzed for expression of proteins involved in local adherence by Western blotting by the method described in Experimental Example 2. The results are shown in FIG.

도 3a에 나타난 바와 같이, 세포의 초기정착(initial landing)은 4가지 시료 모두에서 유사하게 나타났으나(도 3a; 6h), 배양시간이 증가함에 따라(도 3a; 24h 및 48h) 세포의 형태가 달라지기 시작하였다. 아울러 좁은 피치(<10 μm)를 갖는 기둥 어레이 상에서 배양한 세포는 기둥의 상부에 부착되어 떠있는(floated) 형태의, 다수의 좁은 연장(narrow multiple extensions)을 갖는 보다 둥근 세포체(cell body)를 나타낸 반면, 피치 크기가 증가함에 따라 세포는 바닥기재에 부착하여 확장하기 시작하였다. 또한 세포와 상호작용하는 좁은 피치의 기둥 어레이에서의 기둥은 상부에 부착된 세포에 의해 국부적 굽힘(bending) 또는 기울어짐(tilting)이 관찰되었으나, 넓은 피치의 기둥 어레이에서는 이러한 현상이 관찰되지 않았다.As shown in FIG. 3A, the initial landing of the cells was similar in all four samples (FIG. 3a; 6h), but as the incubation time increased (FIG. 3a: 24h and 48h) . In addition, cells cultured on a column array with a narrow pitch (<10 μm) exhibit a more rounded cell body with multiple narrow extensions, floating on the top of the column As the pitch size increased, the cells began to attach to the base substrate and expand. In addition, localized bending or tilting was observed by the cells attached to the column at a narrow pitch columnar array interacting with the cells, but this phenomenon was not observed in a wide pitch columnar array.

한편, 피치 크기의 변화는 배양된 세포의 형태에 영향을 줄뿐만 아니라, 국소부착과 관련된 단백질의 발현에도 영향을 주었다. 도 3b에 나타난 바와 같이, 기둥 어레이 상에서 배양한 세포는 피치 크기가 증가함에 따라 즉, 기둥 간의 간격이 증가함에 따라 국소부착 관련 단백질의 활성화가 증가하는 것을 확인하였다. 이는 웨스턴블롯 상에서 인산화된 형태의 단백질의 증가로 나타났다. 이로부터 A549 세포에서 상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT) 관련 분자의 활성화 및/또는 발현은 기둥 구조물 간의 간격에 의존함을 확인하였다. 특히, 기둥 (2.12) 및 (2.16) 상에서 배양한 세포에서 p-FAK(Y925) 및 p-팍실린(Y118)의 발현이 현저히 증가되었으며, 이는 기둥 (2.12) 및 (2.16)은 TGF-β1을 대신하여 FAK, 팍실린 및 α-SMA을 유도 및/또는 활성화하기 위한 생체모방지형(biomimetic topography)로 사용될 수 있음을 나타내는 것이다.On the other hand, the change in pitch size not only affected the morphology of cultured cells, but also affected the expression of proteins associated with local adhesion. As shown in FIG. 3B, it was confirmed that the cells cultured on the columnar array increased the activation of the local adhesion-related protein as the pitch size increased, that is, as the distance between the columns increased. This appeared to be an increase in the type of protein phosphorylated on the Western blot. From these results, it was confirmed that activation and / or expression of epithelial-mesenchymal transition (EMT) -related molecules in A549 cells depends on the spacing between columnar structures. In particular, the expression of p-FAK (Y925) and p-paxillin (Y118) was significantly increased in the cells cultured on pillars 2.12 and 2.16, suggesting that the pillars 2.12 and 2.16 increased TGF- But instead can be used as biomimetic topography to induce and / or activate FAK, paxillin and a-SMA.

또한, 상기 기둥 구조물에 의한 국소부착 관련 단백질의 활성화가 A549 세포가 아닌 다른 세포주에서도 관찰되는지를 확인하였다. 인간자궁경부암세포주인 HeLa 세포를 편평한 일반 세포 배양 기재 및 본 발명에 따른 (2.16) 기둥 어레이를 포함하는 세포 배양 기재 상에서 동일한 조건으로 배양하여 국소부착 관련 단백질의 발현을 확인하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, HeLa 세포에 있어서도 상기 A549 세포에서와 동일하게 기둥 어레이 상에서 배양한 세포에서 활성형 국소부착 관련 단백질의 발현이 현저히 증가함을 확인하였다. 즉, 편평한 세포 배양 기재에서 배양한 세포에 비해 기둥 어레이 상에서 배양한 세포에서 인산화된 형태의 FAK, Src 및 팍실린의 발현이 현저히 증가하였다.In addition, it was confirmed that activation of the local adhesion-related protein by the columnar structure was observed in cell lines other than A549 cells. HeLa cells, a human cervical cancer cell line, were cultured under the same conditions on a flat cell culture substrate and a cell culture substrate containing a column array (2.16) according to the present invention to confirm the expression of local adhesion-related proteins, Respectively. As shown in FIG. 4, the expression of active-type local adhesion-related proteins was significantly increased in HeLa cells cultured on the columnar array as in the A549 cells. That is, the expression of phosphorylated forms of FAK, Src and paxillin was significantly increased in the cells cultured on the columnar array compared to the cells cultured on the flat cell culture substrate.

이에 기초하여, (2.16) 기둥 어레이를 A549 세포에서 EMT 전이를 유도하기 위한 생물물리적 TGF-β 유사체로 사용하였으며, 이를 보다 확실히 하기 위하여 TGF-β에 의해 유도된 EMT를 차단하는 것으로 알려진 약물 후보인 CX-4945를 이용하여 추가적인 실험을 진행하였다.Based on this, the (2.16) columnar array was used as a biophysical TGF-β analog to induce EMT transfer in A549 cells. To further confirm this, a drug candidate known to block TGF-β induced EMT Additional experiments were conducted using CX-4945.

실시예 4: 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 배양한 세포에 대한 CX -4945 처리 효과 Example 4: Effect of CX - 4945 treatment on cells cultured on a well plate with columnar array

본 발명에 따른 기둥 어레이를 갖는 웰플레이트 상에서 배양한 세포에서 EMT가 확인되었음에 기초하여, 상기 기둥 어레이가 TGF-β 유사체로 사용가능한지 여부를 확인하기 위하여 TGF-β에 의해 유도되는 EMT에 대한 차단제인 CX-4945를 처리하여 세포 형태 및 국소부착 관련 단백질의 발현에 미치는 영향을 확인하였다. 각각 가장 낮은 수준과 가장 높은 수준으로 EMT를 유도하는 (2.8) 및 (2.16) 기둥 어레이를 포함하는 웰플레이트를 사용하였으며, 높은 수준으로 EMT가 유도되는 (2.16) 기둥 어레이 상에서 배양한 세포에 CX-4945를 각각 0, 3 및 10 μM 농도로 처리하였다. 상기 각 조건으로 A549 및 CCD-18Lu 세포를 각각 배양하였으며, A549 세포에 대해 상기 실험예 1 내지 3에 따라 웨스턴블롯, FESEM 및 면역세포화학 분석을, CCD-18Lu 세포에 대해 웨스턴블롯을 수행하여, 국소부착 관련 단백질의 발현, 세포 형태 및 국소부착 단백질의 활성화 정도를 확인하고, 각 세포주에 대한 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.On the basis of the confirmation of EMT in cells cultured on a well plate with a column array according to the present invention, in order to determine whether the columnar array can be used as a TGF-beta analogue, a blocker for EMT induced by TGF- CX-4945, on the expression of cell-type and local adhesion-related proteins. (2.8) and (2.16) column arrays, which induce EMT at the lowest and highest levels, respectively, and the cells cultured on column arrays with high levels of EMT (2.16) 4945 were treated at 0, 3 and 10 μM concentrations, respectively. A549 and CCD-18Lu cells were cultured under the above conditions. Western blotting, FESEM and immunocytochemical analysis were performed on A549 cells according to Experimental Examples 1 to 3, and Western blotting was performed on CCD-18Lu cells, The expression of the local adhesion-related protein, the cell shape and the degree of activation of the local adhesion protein were confirmed, and the results for each cell line are shown in FIG. 5 and FIG.

도 5a 및 도 6에 나타난 바와 같이, A549 및 CCD-18Lu 세포 모두에 대해 (2.8) 기둥 에세이에서 보다 기둥 간의 간격이 넓은 (2.16) 기둥 에세이 상에서 배양한 세포에서 p-FAK, p-팍실린 및 α-SMA의 발현이 증가하였으며, 상기 단백질들의 증가된 발현은 CX-4945 처리시 감소하였고, 상기 감소되는 정도는 CX-4945 농도에 의존적이었다. 특히, 10 μM 농도의 CX-4945로 처리시에는 보다 좁은 기둥 간의 간격을 갖는 (2.8) 기둥 에세이 상에서 배양한 세포의 단백질 발현 수준 또는 그 이하로 감소함을 확인하였다.As shown in Figs. 5A and 6, p-FAK, p-paxiline and p-FAK were detected in cells cultured on a column-wise matrix (2.16) column spacing wider than column assays (2.8) for both A549 and CCD- The expression of α-SMA was increased, and the increased expression of these proteins was decreased upon treatment with CX-4945, and the degree of decrease was dependent on the concentration of CX-4945. In particular, it was confirmed that the treatment with CX-4945 at a concentration of 10 μM reduced the expression level of the cells cultured on the column (2.8) column with narrower column spacing or below.

도 5b에는 각기 다른 농도(0, 3 및 10 μM)의 CX-4945로 처리하여 (2.16) 기둥 에세이 상에서 배양한 세포의 FESEM 이미지를 나타내었다. 도 5b에 나타난 바와 같이, 비처리군(0 μM CX-4945)에 비해 CX-4945 처리(3 및 10 μM CX-4945)가 전이성이 된 A549 세포의 사멸을 유발하는 것을 확인하였다. 3 μM CX-4945 처리시 세포막 손상이 관찰되기 시작하였으며, 이는 하단 우측의 FESEM 이미지에 나타난 바와 같이 10 μM CX-4945 처리시 명확하게 나타났다.Figure 5b shows FESEM images of cells cultured on column assays (2.16) by treatment with CX-4945 at different concentrations (0, 3 and 10 [mu] M). As shown in FIG. 5B, it was confirmed that CX-4945 treatment (3 and 10 μM CX-4945) caused death of metastasized A549 cells compared to the untreated group (0 μM CX-4945). Cell membrane damage began to be observed upon treatment with 3 μM CX-4945, which was evident upon treatment with 10 μM CX-4945 as shown in the FESEM image on the lower right.

마지막으로, 항암 약물 후보 CX-4945의 효과를 확인하기 위하여 실험예 3에 기재된 방법에 따라 면역세포화학 분석을 수행하고 그 결과를 도 5c에 나타내었다. EMT를 거의 유도하지 않는 (2.8) 기둥 어레이와 가장 높은 수준의 EMT 유발이 관찰되는 (2.16) 기둥 어레이를 포함하는 세포 배양 기재를 이용하였으며, 상기 EMT를 높은 수준으로 유발하는 (2.16) 기둥 어레이 상에서 배양하는 세포에 항암 약물 후보인 CX-4945를 처리하여 그 효과를 확인하였다. 구체적으로, 인산화된 FAK(즉, p-FAK, Y397)의 발현을 알렉사 플루오르-488이 결합된 이차항체(녹색)을 사용하여 가시화하였으며, 세포 핵의 위치를 확인하기 위하여 DAPI(파란색)로 염색하였다. 도 5c에 나타난 바와 같이, 10 μM CX-4945의 투여는 (2,16) 기둥 어레이로 유도된 p-FAK의 발현을 억제하였다. 이와 같은 기둥 어레이에 의해 유도된 EMT-유사 전이 및 CX-4945에 의한 EMT의 억제는 암세포에만 적용되는 것은 아님을 확인하기 위하여, 동일한 세트의 실험을 인간폐섬유아세포인 CCD-18Lu 세포에 대해 수행하였다.Finally, in order to confirm the effect of the anticancer drug candidate CX-4945, immunocytochemistry was performed according to the method described in Experimental Example 3, and the results are shown in FIG. 5C. A cell culture substrate containing a column array with almost no EMT induction (2.8) and a column array with a highest EMT induction (2.16) was used. On the column array (2.16) inducing a high level of EMT The cells were incubated with CX-4945, an anticancer drug candidate, to confirm the effect. Specifically, the expression of phosphorylated FAK (ie, p-FAK, Y397) was visualized using a secondary antibody (green) conjugated with Alexa Fluor-488 and stained with DAPI (blue) Respectively. As shown in Figure 5c, administration of 10 [mu] M CX-4945 inhibited the expression of p-FAK induced by the (2,16) columnar array. To confirm that the inhibition of EMT-like transduction induced by such columnar arrays and EMT by CX-4945 does not apply only to cancer cells, the same set of experiments was performed on CCD-18Lu cells, human lung fibroblasts Respectively.

전술한 바와 같이 비암세포 즉, 정상 체세포인 CCD-18Lu 세포에 대해서도 (2.16) 기둥 어레이는 EMT를 유도하여 FAK 및 팍실린의 인산화를 증가시키고, 팍실린 및 α-SMA의 발현을 증가시켰다. 한편, 이와 같은 정상세포에서의 (2.16) 기둥 어레이를 이용한 EMT 유도는 CX-4945 투여에 의해 감소되었다(도 6). 이는 기둥 어레이를 포함하는 세포 배양 기재를 이용하여 암세포의 EMT 뿐만 아니라, 정상세포의 EMT 즉, 섬유화증 및 상처치유의 연구에도 유용하게 사용될 수 있음을 나타내는 것이다.For the non-cancer cells, CCD-18Lu cells (2.16) as described above, the columnar array induced EMT and increased the phosphorylation of FAK and paxillin and increased the expression of paxilin and α-SMA. On the other hand, EMT induction using the (2.16) column array in such normal cells was reduced by administration of CX-4945 (FIG. 6). This indicates that EMT of cancer cells as well as EMT of normal cells, that is, fibrosis and wound healing can be usefully studied using a cell culture substrate containing a columnar array.

Claims (12)

상부에 상피세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고,
상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절되는 세포 배양 기재에서 상피세포를 배양하는 단계를 포함하는, 상피세포의 상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT) 유도를 위한 세포 배양 방법.
Columnar structures having a certain average diameter including a flat surface on which epithelial cells adhere and can be cultured are arranged at regular intervals,
Wherein the columnar structure comprises a step of culturing the epithelial cells in a cell culture substrate in which the distance from the center of one column to the center of the adjacent column is controlled to be not less than 4 μm and not more than 30 μm, lt; RTI ID = 0.0 &gt; epithelial-mesenchymal &lt; / RTI &gt; transition (EMT).
제1항에 있어서,
상기 기둥형태의 구조물은 1 μm 내지 5 μm의 평균직경을 갖는 것인, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the columnar structure has an average diameter of from 1 [mu] m to 5 [mu] m.
제1항에 있어서,
상기 상피-중간엽 전이 유도는 EMT 유도를 위한 사이토카인을 추가로 포함하지 않는 배지를 이용하여 세포를 부착배양하여 달성되는 것인, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the epithelial-mesenchymal transition induction is achieved by adhering cells using a medium that does not further comprise a cytokine for EMT induction.
제3항에 있어서,
상기 EMT 유도를 위한 사이토카인은 TGF-β, BMP-7, EGF, HGF, PDGF 또는 Wnt-3a인 것인, 방법.
The method of claim 3,
Wherein said cytokine for induction of EMT is TGF-beta, BMP-7, EGF, HGF, PDGF or Wnt-3a.
제1항에 있어서,
상기 EMT 유도는 α-SMA, FAK, N-카데린(N-cadherin), DDR2, 데스민(desmin), 파이브로넥틴(fibronectin), 라미닌-5(laminin-5), MMP-2, MMP-3, MMP-9, S100A4, 신데칸-1/CD138(syndecan-1/CD138), 비멘틴(vimentin) 및 비트로넥틴(vitronectin)으로 구성된 군으로부터 선택되는 중간엽 마커 또는 Src, Smad2, Smad2/3, Smad3, Smad7, Snail, STAT3, Twist-1, Akt, Dsh-1, Dsh-2, Dsh-3, Dkk-1, Dkk-2, Dkk-3, Dkk-4, EOMES, FoxC2, ILK, JAG1, JAG2, JNK, 노긴(noggin), p38 MAP 키나아제, p300 및 Ras로 구성된 군으로부터 선택되는 EMT 신호전달분자의 발현 증가에 의해 나타나는 것인, 방법.
The method according to claim 1,
The EMT induction is induced by α-SMA, FAK, N-cadherin, DDR2, desmin, fibronectin, laminin-5, MMP- 3, MMP-9, S100A4, syndecan-1 / CD138, vimentin and vitronectin, or a mitotic marker selected from the group consisting of Src, Smad2, Smad2 / 3 , Smad3, Smad7, Snail, STAT3, Twist-1, Akt, Dsh-1, Dsh-2, Dsh-3, Dkk-1, Dkk-2, Dkk-3, Dkk-4, EOMES, FoxC2, , JAG2, JNK, noggin, p38 MAP kinase, p300, and Ras.
제1항에 있어서,
상기 EMT 유도는 액틴, ALCAM, β-카테닌(β-catenin), E-카데린(E-cadherin), 콜라겐 I, 사이토케라틴 8(cytokeratin 8), 사이토케라틴 14, 사이토케라틴 19, EpCAM, 히알루로난(hyaluronan), JAM-A, JAM-B/VE-JAM, JAM-C, JAM-4/IGSF5, 라미닌 I(laminin I), 넥틴-1(nectin-1), 넥틴-2/CD112, 넥틴-3 및 넥틴-4로 구성된 군으로부터 선택되는 상피마커의 발현 감소에 의해 나타나는 것인, 방법.
The method according to claim 1,
The EMT induction is induced by actin, ALCAM, beta-catenin, E-cadherin, collagen I, cytokeratin 8, cytokeratin 14, cytokeratin 19, EpCAM, JAM-C, JAM-4 / IGSF5, laminin I, nectin-1, nectin-2 / CD112, -3 and nectin-4. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 5. &lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 세포는 암세포 또는 피부, 입, 코, 항문관, 호흡기계통, 소화기계통, 심혈관계통 및 림프계통으로 구성된 군으로부터 선택되는 조직세포 또는 이의 전구체세포인 것인, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein said cell is a tissue cell selected from the group consisting of cancer cells or skin, mouth, nose, anal canal, respiratory system, digestive system, cardiovascular system and lymphatic system, or precursor somatic cells thereof.
상부에 상피세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고, 상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절되는 세포 배양 기재에 상피세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계;
약물 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계;
약물 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및
약물 후보물질 비처리 세포에 비해 약물 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 증가 또는 감소한 경우 약물 후보물질을 해당 세포에 대한 약효를 갖는 것으로 판단하는 제4단계를 포함하는 상피-중간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition; EMT) 억제 약물 스크리닝 방법.
A columnar structure having a certain average diameter including a flat surface on which epithelial cells are adhered and cultured can be arranged at regular intervals and the columnar structure can be arranged at a distance from the center of one column to the center of the adjacent column A first step of adhering and culturing the epithelial cells for 12 to 48 hours to a cell culture substrate adjusted to a distance of 4 μm or more and 30 μm or less;
A second step of treating or non-treating the drug candidate substance and adhering the cells to the cell culture substrate for an additional 12 to 72 hours;
A third step of comparing and comparing the level of local adhesion-related protein expression of the drug candidate substance-treated cells and the non-treated cells; And
A step of judging that the drug candidate substance has a drug effect on the cell when the level of expression of the local adhesion-related protein is increased or decreased in the cell cultured by treating the drug candidate substance as compared with the drug candidate substance-untreated cell, - An epithelial-mesenchymal transition (EMT) inhibitory drug screening method.
제8항에 있어서,
상기 약물은 항암제, 조직 섬유화(tissue fibrosis) 억제제 또는 상처치료제(wound healing agent)인 것인 약물 스크리닝 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the drug is an anti-cancer agent, a tissue fibrosis inhibitor, or a wound healing agent.
상부에 상피세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고, 상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절되는 세포 배양 기재에 환자의 암조직으로부터 분리된 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계;
항암제 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계;
항암제 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및
항암제 후보물질 비처리 세포에 비해 항암제 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 낮아진 경우 항암제 후보물질을 해당 세포에 대한 항암제로 판단하는 제4단계를 포함하는 환자맞춤형 항암제의 스크리닝 방법.
A columnar structure having a certain average diameter including a flat surface on which epithelial cells are adhered and cultured can be arranged at regular intervals and the columnar structure can be arranged at a distance from the center of one column to the center of the adjacent column A first step of adhering and culturing the cells isolated from the cancer tissue of the patient for 12 to 48 hours to a cell culture substrate adjusted to a distance of not less than 4 μm and not more than 30 μm;
A second step of treating or non-treating the anticancer drug candidate substance and adhering and culturing the cells to the cell culture substrate for a further 12 to 72 hours;
A third step of comparing and comparing the level of local adhesion-related protein expression of the anticancer drug candidate treated cells and the untreated cells; And
A step of judging an anticancer drug candidate as an anticancer drug for the cell when the level of expression of the local adhesion-related protein is lowered in the cell cultured and treated with the anticancer drug candidate compared with the anticancer drug candidate drug-free cell, Way.
제10항에 있어서,
상기 항암제는 암세포의 전이를 억제하는 것인 스크리닝 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the anticancer agent inhibits metastasis of cancer cells.
상부에 상피세포가 부착하여 배양될 수 있는 편평한 면을 포함하는 일정한 평균직경을 갖는 기둥형태의 구조물이 일정한 간격으로 배열되고, 상기 기둥형태의 구조물은 하나의 기둥의 중심으로부터 인접한 기둥의 중심까지의 거리는 4 μm 이상 30 μm 이하로 조절되는 세포 배양 기재에 환자의 섬유화증 조직으로부터 분리된 세포를 12 내지 48시간 동안 부착배양하는 제1단계;
섬유화증 치료제 후보물질을 처리 또는 비처리하여, 상기 세포 배양 기재에 세포를 추가로 12시간 내지 72시간 동안 부착배양하는 제2단계;
섬유화증 치료제 후보물질 처리 세포 및 비처리 세포의 국소부착 관련 단백질 발현수준을 확인하여 비교하는 제3단계; 및
섬유화증 치료제 후보물질 비처리 세포에 비해 섬유화증 치료제 후보물질을 처리하여 배양한 세포에서 국소부착 관련 단백질 발현수준이 낮아진 경우 섬유화증 치료제 후보물질을 해당 세포에 대한 섬유화증 치료제로 판단하는 제4단계를 포함하는 환자맞춤형 섬유화증 치료제의 스크리닝 방법.



A columnar structure having a certain average diameter including a flat surface on which epithelial cells are adhered and cultured can be arranged at regular intervals and the columnar structure can be arranged at a distance from the center of one column to the center of the adjacent column A first step of adhering and culturing the cells isolated from the fibrosing tissue of the patient to the cell culture substrate adjusted to a distance of 4 μm or more and 30 μm or less for 12 to 48 hours;
A second step of treatment or non-treatment of fibrosis therapeutic candidate, and adhering and culturing the cells to the cell culture substrate for an additional 12 to 72 hours;
A third step of confirming and comparing the level of local adhesion-related protein expression of cells treated with fibrosis treatment candidate substance and untreated cells; And
If the level of expression of local adhesion-related protein is lowered in cells cultured and treated with a fibrogenic therapeutic agent compared to a non-fibroblast candidate therapeutic agent, the fourth step of judging the fibrogenic therapeutic agent candidate as a therapeutic agent for fibrosing of the cell &Lt; / RTI &gt;



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