KR20200115343A - Artificial tissue model comprising hydrogel structure with microchannel network - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내부에 유체가 관류할 수 있는 마이크로채널 네트워크가 형성된 하이드로젤 구조체를 이용한 인공 조직 모델에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial tissue model using a hydrogel structure in which a microchannel network through which fluid can flow through is formed.
최근 생명공학 분야, 화장품이나 의약품 개발 과정에서 실험동물 대신 동물 대체 시험법을 사용하려는 움직임이 커지고 있다. 이러한 움직임의 일환으로 유럽과 일본에서는 화장품 등 피부와 관련된 독성실험은 세포실험 등으로 표준화시키고 있고, 국내 또한 식품의약품 안전처와 국립독성연구원에서 동물실험 대체법 가이드라인을 제공하고 있다.Recently, in the biotechnology field, in the process of developing cosmetics or drugs, there is a growing movement to use an animal replacement test method instead of an experimental animal. As part of this movement, in Europe and Japan, toxicity tests related to skin such as cosmetics are standardized through cell tests, and in Korea, the Ministry of Food and Drug Safety and the National Institute of Toxicology are providing guidelines for alternative methods of animal testing.
동물 대체 시험법의 하나로 이용할 수 있는 것이 인공 조직 및 인공 기관 모델이다. 인공 기관 모델은 질환 모델링 및 약물 스크리닝을 위해 광범위하게 개발되었으며, 값비싼 실험동물의 사용을 최소화하거나 최소한으로 사용할 수 있는 가능성이 있다. 특히, 인공 간 모델은 약물 대사의 모델링이 가능하여 약물 스크리닝, 비알코올성 지방간 질환(NAFLD)과 같은 간 관련 질환 연구, 임상 평가 등 그 활용도가 다양할 것으로 예상되나, 현재의 과학 기술에도 불구하고 동물 모델과 유사하게 병리학적 사건을 재현하고 예측하는 시험관내 간 시스템 (in vitro liver system)은 아직 개발되지 않았다. 시험관내 간 시스템을 개발하기 위해서는 혈관 네트워크의 복잡한 구조를 모방하고, 간 싹으로부터 간엽(lobe) 발달을 재구성해야 하나 이것이 어렵기 때문이다(S. Reardon, in Nat News, DOI: 10.1038/nature.2017.21818, SPRINGER NATURE, 2017).An artificial tissue and an artificial organ model can be used as one of the animal replacement test methods. Artificial organ models have been developed extensively for disease modeling and drug screening, and have the potential to minimize or minimize the use of expensive laboratory animals. In particular, the artificial liver model is expected to have a variety of uses, such as drug screening, liver-related disease research such as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), and clinical evaluation, as it is possible to model drug metabolism. Similar to models, an in vitro liver system that reproduces and predicts pathological events has not yet been developed. In order to develop an in vitro liver system, it is necessary to mimic the complex structure of the vascular network and reconstruct the lobe development from liver shoots, but this is difficult (S. Reardon, in Nat News, DOI: 10.1038/nature.2017.21818 , SPRINGER NATURE, 2017).
이러한 상황에서 본 발명자들은 3차원 마이크로채널 네트워크가 형성되어 질환 상태 모델링, 약물 스크리닝에 사용할 수 있는 3차원 인공 조직 모델을 고안하여 본 발명을 완성하였다.In this situation, the present inventors completed the present invention by devising a three-dimensional artificial tissue model that can be used for disease state modeling and drug screening by forming a three-dimensional microchannel network.
본 발명의 목적은 마이크로채널 네트워크가 형성된 하이드로젤 구조체를 이용한 인공 조직 모델 및 상기 인공 조직 모델을 이용한 인공 질환 모델을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an artificial tissue model using a hydrogel structure having a microchannel network and an artificial disease model using the artificial tissue model.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention
생체적합성 고분자로 이루어지고, 복수개의 마이크로채널이 서로 연결되어 형성된 3차원 네트워크를 내부에 포함하는 하이드로젤 구조체; 및A hydrogel structure made of a biocompatible polymer and including a three-dimensional network formed by connecting a plurality of microchannels to each other; And
상기 하이드로젤 구조체에 봉입된 세포를 포함하는 인공 조직 모델을 제공한다.It provides an artificial tissue model including cells encapsulated in the hydrogel structure.
본 명세서에 사용된 용어, "인공 조직"은 인체 조직 및 장기와 유사한 기능을 수행하는 인위적으로 제조된 조직 및 장기 유사체를 말한다. 인공 조직에는 인공 관절, 인공 뼈, 인공 피부, 인공 힘줄, 인공 신경, 인공 종양 등이 있고, 인공 장기에는 인공 간, 인공 신장, 인공 심장, 장(gut), 피부, 혈관 등이 있을 수 있다. 본 발명에서 용어 "인공 조직"은 인공 조직 및 인공 장기를 포괄하는 용어로 사용될 수 있다.As used herein, the term "artificial tissue" refers to artificially manufactured tissue and organ analogs that perform functions similar to human tissues and organs. Artificial tissues include artificial joints, artificial bones, artificial skin, artificial tendons, artificial nerves, and artificial tumors, and artificial organs include artificial liver, artificial kidney, artificial heart, intestine, skin, and blood vessels. In the present invention, the term "artificial tissue" may be used as a term encompassing artificial tissues and artificial organs.
본 발명자들은 약물 스크리닝 및 질환 발병 기작을 연구할 수 있는 모델을 개발하기 위해 노력한 결과, 생체 내의 기능적 혈관 구조와 유사한 마이크로채널 네트워크가 내부에 형성되어 있어 봉입된 세포를 배양할 수 있는 인공 조직 모델을 고안하였다.As a result of trying to develop a model capable of studying drug screening and disease pathogenesis, the present inventors have created an artificial tissue model capable of culturing encapsulated cells because a microchannel network similar to a functional vascular structure in a living body is formed inside. Devised.
구체적으로 상기 인공 조직 모델은 하이드로젤 구조체 및 이에 봉입된 세포를 포함하며, 세포는 세포, 오가노이드 및 스페로이드를 포함한다. 상기 하이드로젤 구조체 내부에 형성된 복수개의 마이크로채널은 3차원 네트워크를 형성하며, 이러한 3차원 네트워크는 각 마이크로채널이 서로 연결되면서 3차원(x축, y축 및 z축) 방향으로 서로 200 ㎛ 이내에 존재하는 것을 의미한다. 상기 거리는 생체 내 혈관의 확산 한계를 고려한 것으로 혈관으로부터 혈구, 영양성분 등이 빠져 나와 주변의 세포, 조직 등으로 전달될 수 있는 거리를 반영한 것이다. 이러한 한계 거리로 인해 본 발명의 인공 조직 모델은 하이드로젤 구조체 내부에 포함된 세포, 오가노이드 및/또는 스페로이드를 배양할 수 있다.Specifically, the artificial tissue model includes a hydrogel structure and a cell enclosed therein, and the cells include cells, organoids, and spheroids. The plurality of microchannels formed inside the hydrogel structure form a three-dimensional network, and these three-dimensional networks exist within 200 μm of each other in the three-dimensional (x-axis, y-axis, and z-axis) direction as each microchannel is connected to each other. Means to do. The distance takes into account the diffusion limit of blood vessels in a living body, and reflects the distance at which blood cells, nutrients, etc. can escape from the blood vessel and be transmitted to surrounding cells and tissues. Due to this limiting distance, the artificial tissue model of the present invention can culture cells, organoids, and/or spheroids contained within the hydrogel structure.
본 명세서에 사용된 용어, "생체적합성 고분자"는 생체조직 또는 혈액과 접촉하여 조직을 파괴시키거나 혈액을 응고시키지 않는 조직적합성(tissue compatibility) 및 항응혈성(blood compatibility)을 갖는 고분자를 의미한다.As used herein, the term "biocompatible polymer" refers to a polymer having tissue compatibility and anticoagulability that does not destroy tissue or coagulate blood in contact with living tissue or blood. .
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 생체적합성 고분자는 젤라틴, 알지네이트, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 콜라겐, 키틴, 키토산, 케라틴, 셀룰로스, 피브로넥틴, 엘라스틴, 피브리노겐, 피브로모듈린, 라미닌, 테나신(tenacin), 비트로넥틴 (vitronectin), 히알루론산, 헤파린, 콜라겐, 콘드로이틴황산, 펙틴, 덱스트란, 실크 프로테인, 실크 피브로인 및 그들의 유도체, 아가로스, 폴리락틱산(polylactic acid, PLA), 폴리글리콜산(polyglycolic acid, PGA), 폴리락틱산과 폴리글리콜산의 공중합체 (PLGA), 폴리카프로락톤 (polycaprolactone, PCL), 폴리(폴리(에틸렌옥사이드) 테레프탈레이트-co-부틸렌테레프탈레이트)(PEOT/PBT), 폴리포스포에스터 (polyphosphoester, PPE), 폴리포스파젠(polyphosphazene, PPA), 폴리안하이드라이드 (polyanhydride, PA), 폴리오르쏘에스터 (poly(ortho ester, POE) 및 폴리(프로필렌푸마레이트) 디아크릴레이트(poly(propylene fumarate) diacrylate, PPF-DA)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 알지네이트, 젤라틴, 폴리디메틸실록산 및 폴리에틸렌글리콜이 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the biocompatible polymer is gelatin, alginate, polyethylene glycol (PEG), polydimethylsiloxane (PDMS), collagen, chitin, chitosan, keratin, cellulose, fibronectin, elastin, Fibrinogen, fibromodulin, laminin, tenacin, vitronectin, hyaluronic acid, heparin, collagen, chondroitin sulfate, pectin, dextran, silk protein, silk fibroin and their derivatives, agarose, polylac Polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), a copolymer of polylactic acid and polyglycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), poly(poly(ethylene oxide) terephthalate- co-butylene terephthalate) (PEOT/PBT), polyphosphoester (PPE), polyphosphazene (PPA), polyanhydride (PA), polyorthoester (poly(ortho ester, POE) and poly(propylene fumarate) diacrylate (PPF-DA), preferably alginate, gelatin, polydimethylsiloxane, and polyethylene glycol. I can.
본 발명에서, 상기 하이드로젤 구조체에 봉입될 수 있는 세포는 신경줄기세포 (neural stem cell, NSC), 성체줄기세포(adult stem cell, ASC), 배아줄기세포 (embryo stem cell, ESC), 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC), 신경세포, 각질세포, 종양세포, 섬유아세포, 간세포, 간 성상세포 및 내피세포로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 이러한 세포는 제조하고자 하는 인공 조직에 따라 다양하게 이용될 수 있다. 상기 세포들은 단독 또는 2종 이상의 세포가 혼합되어 사용될 수 있고, 스페로이드 형태 또는 오가노이드로 봉입될 수 있으며, 하이드로젤 구조체에 봉입되기 전에 배양배지에서 충분히 배양되거나 봉입된 후 마이크로채널에 배지를 관류시킴으로써 배양될 수 있다.In the present invention, the cells that can be enclosed in the hydrogel structure are neural stem cells (NSC), adult stem cells (ASC), embryonic stem cells (ESC), induced pluripotent stem cells. Cells (induced pluripotent stem cells, iPSCs), neurons, keratinocytes, tumor cells, fibroblasts, hepatocytes, hepatic astrocytes and endothelial cells can be selected from the group consisting of, and these cells vary depending on the artificial tissue to be manufactured. Can be used. The cells may be used alone or as a mixture of two or more types of cells, and may be enclosed in a spheroid form or an organoid, and sufficiently cultivated in a culture medium before encapsulation in a hydrogel structure or encapsulated, and then the medium is perfused through a microchannel. Can be cultured by
본 발명에서, 상기 하이드로젤 구조체에 봉입되는 세포는 조직 모델에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 인공 간 조직 모델은 간 오가노이드를 포함할 수 있고, 상기 간 오가노이드는 성체 조직 유래 또는 유도만능줄기세포에서 유래한 것일 수 있다. 또한, 인공 심장 모델은 심장 오가노이드를 포함할 수 있으며, 심장 오가노이드는 유도만능줄기세포를 각각 심근세포(cardiomyocyte) 및 심장 섬유아세포 (cardiac fibroblast)로 분화시킨 후 이들을 세포들의 응집을 유도하는 마이크로웰과 같은 장치에서 같이 배양하여 제작될 수 있다. 인공 신장 모델은 신장 오가노이드 및/또는 신장 튜불로이드(renal tubuloid; 신장 세뇨관으로 이루어진 오가노이드의 일종)를 포함할 수 있으며, 신장 오가노이드는 유도만능줄기세포를 단계적으로 분화시킨 후 3차원으로 배양하여 제작될 수 있다. 신장 튜불로이드는 신장 조직 또는 소변으로부터 얻은 성체줄기세포를 분화시켜 제작될 수 있다.In the present invention, the cells encapsulated in the hydrogel structure may vary depending on the tissue model. For example, the artificial liver tissue model may include liver organoids, and the liver organoids may be derived from adult tissues or induced pluripotent stem cells. In addition, the artificial heart model may include cardiac organoids, and the cardiac organoids differentiate the induced pluripotent stem cells into cardiomyocytes and cardiac fibroblasts, respectively, and then convert them into microparticles that induce aggregation of cells. It can be produced by culturing together in a device such as a well. The artificial kidney model may include renal organoids and/or renal tubuloids (a type of organoid consisting of renal tubules), and renal organoids are cultured in three dimensions after stepwise differentiation of induced pluripotent stem cells. Can be produced by Renal tubuloids can be produced by differentiating adult stem cells obtained from kidney tissue or urine.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 인공 조직 모델은 인공 간 조직 모델일 수 있으며, 상기 인공 간 조직은 세포로 간세포(hepatocyte), 간 성상세포(hepatic stellate cell) 및 내피세포를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 인공 간 조직은 간세포, 간 성상세포 및 내피세포가 세포수 기준으로 5 내지 50:1 내지 5:1 내지 5의 비율, 바람직하게는 5 내지 30:1 내지 3:1 내지 3의 비율, 더욱 바람직하게는 5 내지 15:1 내지 2:1 내지 2의 비율로 혼합된 스페로이드를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the artificial tissue model may be an artificial liver tissue model, and the artificial liver tissue may include hepatocytes, hepatic stellate cells, and endothelial cells as cells. . For example, the artificial liver tissue contains hepatocytes, hepatic astrocytes, and endothelial cells in a ratio of 5 to 50:1 to 5:1 to 5, preferably 5 to 30:1 to 3:1 to 3 It may include a spheroid mixed in a ratio of, more preferably 5 to 15:1 to 2:1 to 2.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 하이드로젤 구조체는 모사하고자 하는 생체내 조직과 유사한 범위의 탄성 계수를 가질 수 있다. 예를 들어, 인공 간 모델은 200 내지 1000 Pa의 범위의 탄성 계수를 가질 수 있고, 바람직하게는 300 내지 800 Pa 범위의 탄성 계수를 가질 수 있다. 상기 탄성 계수 범위는 생체내 간 조직의 탄성 계수와 유사한 범위이다.According to one embodiment of the present invention, the hydrogel structure may have an elastic modulus in a range similar to that of an in vivo tissue to be simulated. For example, the artificial liver model may have an elastic modulus in the range of 200 to 1000 Pa, and preferably may have an elastic modulus in the range of 300 to 800 Pa. The elastic modulus range is a range similar to that of the liver tissue in vivo.
또한, 상기 마이크로채널은 직경이 5 내지 50 ㎛ 범위일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 30 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 본 발명에서, 상기 하이드로젤 구조체는 유입 채널 및 유출 채널을 추가로 포함할 수 있으며(도 1), 상기 유입 채널 및 유출 채널은 마이크로채널과 연결되어 유체가 관류하는 순환 시스템을 형성할 수 있다.In addition, the microchannel may have a diameter in the range of 5 to 50 µm, preferably 10 to 50 µm, more preferably 15 to 30 µm. In the present invention, the hydrogel structure may further include an inlet channel and an outlet channel (FIG. 1), and the inlet channel and the outlet channel may be connected to a microchannel to form a circulation system through which a fluid flows.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 인공 조직 모델은 하기 단계를 포함하는 방법으로 제작될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the artificial tissue model may be manufactured by a method including the following steps.
(a) 3차원 섬유 다발을 포함하는 틀에 봉입시키고자 하는 세포 및 하이드로젤 용액을 공급하는 단계;(a) supplying a cell and hydrogel solution to be enclosed in a frame including a three-dimensional fiber bundle;
(b) 상기 하이드로젤 용액을 가교시키는 단계; 및(b) crosslinking the hydrogel solution; And
(c) 가교된 하이드로젤에서 3차원 섬유 다발을 제거하는 단계.(c) removing the three-dimensional fiber bundles from the crosslinked hydrogel.
본 발명에서, 상기 3차원 섬유 다발은 회전식 분사장치로 자극 감응성 고분자 용액을 분사하여 제작될 수 있고, 회전 속도를 변화시켜 섬유의 직경을 조절할 수 있으며, 결과적으로 하이드로젤 내에 형성되는 마이크로채널의 직경 및 밀도를 조절할 수 있다.In the present invention, the three-dimensional fiber bundle can be produced by spraying a stimulation-sensitive polymer solution with a rotary spraying device, and the diameter of the fiber can be adjusted by changing the rotational speed, and as a result, the diameter of the microchannel formed in the hydrogel And the density can be controlled.
상기 (a)에서 봉입시키고자 하는 세포는 배양 배지에 현탁되어 3차원 섬유 다발을 포함하는 틀에 직접 공급되거나, 또는 하이드로젤 용액과 혼합된 형태로 공급될 수 있다. 또한, 단계 (a)에서 틀에 넣는 3차원 섬유 다발의 위치를 조정하여 하이드로젤 내에서 3차원 마이크로채널 네트워크의 위치를 조정할 수 있고, 하이드로젤의 마이크로채널이 3차원 방향으로 서로 연결되므로 유입액과 유출액 사이에 새는 부분 없이 폐쇄된 유체 순환이 가능한 장점이 있다. 또한, 틀의 크기, 모양을 변경시키고, 하이드로젤 용액의 양을 변화시킴으로써 하이드로젤 구조체의 크기 및 형태를 다양하게 변형시킬 수 있다.The cells to be encapsulated in (a) may be suspended in a culture medium and supplied directly to a frame including a three-dimensional fiber bundle, or may be supplied in a form mixed with a hydrogel solution. In addition, it is possible to adjust the position of the 3D microchannel network in the hydrogel by adjusting the position of the 3D fiber bundle placed in the frame in step (a), and since the microchannels of the hydrogel are connected to each other in the 3D direction, the influent and It has the advantage of allowing closed fluid circulation without leaking between the effluents. In addition, the size and shape of the hydrogel structure can be variously modified by changing the size and shape of the frame and changing the amount of the hydrogel solution.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (b)의 하이드로젤 가교는 물리적 및 화학적 가교 방법 모두를 사용할 수 있고, 예를 들어, 트랜스글루타미나제와 같은 효소 가교제를 사용할 수 있다. 효소 가교제는 저렴하고 생체적합성을 가지며, 겔화 전에 세포 및 치료제를 용이하게 로딩할 수 있으므로 실용적이다. 또한, 효소 대 하이드로젤 용액의 비율을 조정함으로써 가교 시간 및 가교 정도를 제어할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the hydrogel crosslinking of step (b) may use both physical and chemical crosslinking methods, and for example, an enzymatic crosslinking agent such as transglutaminase may be used. Enzyme crosslinking agents are inexpensive and biocompatible, and are practical because cells and therapeutic agents can be easily loaded before gelation. In addition, the crosslinking time and degree of crosslinking can be controlled by adjusting the ratio of the enzyme to the hydrogel solution.
본 발명에서, 상기 단계 (c)는 3차원 섬유 다발을 졸(sol)화시켜 이루어질 수 있으며, 구체적으로 자극 감응성 고분자에 해당하는 자극을 가하여 수행될 수 있다. 에를 들어, 온도 감응성 고분자로 이루어진 섬유는 LCST보다 낮은 온도에서는 수용액 상태로 존재하므로 LCST보다 낮은 유체를 하이드로젤에 관류시켜 제거할 수 있다.In the present invention, the step (c) may be performed by converting the three-dimensional fiber bundle into a sol, and specifically, may be performed by applying a stimulus corresponding to a stimulation-sensitive polymer. For example, a fiber made of a temperature-sensitive polymer exists in an aqueous solution at a temperature lower than LCST, and thus a fluid lower than LCST can be perfused through the hydrogel to remove it.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)) (poly(N-isopropylacrylamide, PNIPAM; Mn=~40,000)로 이루어진 섬유는 25 내지 32℃ 정도의 LCST를 나타내므로 이 온도보다 낮은 유체를 하이드로젤에 관류시켜 PNIPAM 섬유를 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fiber made of poly(N-isopropylacrylamide)) (poly(N-isopropylacrylamide, PNIPAM; Mn=~40,000) exhibits LCST of 25 to 32° C. The PNIPAM fibers can be removed by perfusing a low fluid through the hydrogel.
본 발명자들은 상기 하이드로젤 구조체에 간세포, 간 성상세포 및 내피세포가 혼합된 스페로이드를 포함시켜 인공 간 모델을 제작한 결과, 상기 인공 간 모델이 생체내 정상 간과 유사한 기능을 수행하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 하이드로젤 구조체에 제작하고자 하는 조직의 세포를 포함시키면 인공 조직 모델을 제작할 수 있음을 확인하였다.The present inventors produced an artificial liver model by including a spheroid in which hepatocytes, hepatic astrocytes, and endothelial cells were mixed in the hydrogel structure, and as a result, it was found that the artificial liver model performs a function similar to that of a normal liver in vivo. . Therefore, it was confirmed that an artificial tissue model could be produced by including the cells of the tissue to be produced in the hydrogel structure.
본 발명의 다른 양상은 목적 세포를 포함하는 인공 조직 모델을 제조하는 단계; 및 상기 인공 조직 모델에 목적 질환을 유도하는 성분을 관류시키는 단계를 포함하는, 인공 질환 모델의 제작 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention comprises the steps of preparing an artificial tissue model including a target cell; And it provides a method of manufacturing an artificial disease model comprising the step of perfusing the component inducing the target disease to the artificial tissue model.
본 발명에서, 상기 질환은 지방간(fatty liver), 간염(hepatitis), 간경변증(liver cirrhosis), 심부전(heart failure), 다낭성 신장 질환(polycystic kidney disease), 신증후군(nephrotic syndrome), 신장염(nephritis), 급성 신손상 (acute renal failure), 아토피 피부염(atopic dermatitis), 염증성 장질환 및 죽상경화증(arteriosclerosis)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In the present invention, the disease is fatty liver, hepatitis, liver cirrhosis, heart failure, polycystic kidney disease, nephrotic syndrome, nephritis. , Acute renal failure, atopic dermatitis, inflammatory bowel disease, and atherosclerosis (arteriosclerosis).
본 명세서에 사용된 용어, "목적 세포"는 인공 조직 모델 및 목적 질환을 유도하기에 적합한 세포를 말하며, 1종 또는 복수종의 세포가 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어 인공 간 모델과 이와 관련된 질환 모델을 제작하고자 하면 목적세포로 간세포, 내피세포 및 간 성상세포를 사용할 수 있고, 인공 피부 모델 및 관련 질환 모델을 제작하고자 하면 각질세포, 멜라닌세포 및 섬유아세포 등을 사용할 수 있다. 또한, 인공 종양 모델에는 다양한 암종의 종양세포를 사용할 수 있으며, 이러한 종양세포는 당 업계에 알려진 것뿐만 아니라 환자의 종양 조직에서 분리한 세포를 사용할 수도 있다.As used herein, the term "target cell" refers to an artificial tissue model and a cell suitable for inducing a target disease, and one or a plurality of cells may be used in combination. For example, to create an artificial liver model and related disease models, hepatocytes, endothelial cells and hepatic stellate cells can be used as target cells, and to create an artificial skin model and related disease model, keratinocytes, melanocytes and fibroblasts Etc. can be used. In addition, tumor cells of various carcinomas can be used in the artificial tumor model, and these tumor cells are known in the art as well as cells isolated from tumor tissues of patients.
본 발명에서, 상기 목적 질환을 유도하는 성분은 인공 조직 모델에 처리시 목적하는 질환과 유사한 상태를 유발할 수 있는 물질을 말하며, 목적 세포 및 목적 질환에 따라 목적 질환을 유도하는 성분의 종류는 달라질 수 있다.In the present invention, the component inducing the target disease refers to a substance that can cause a state similar to the target disease when processed in an artificial tissue model, and the type of the component inducing the target disease may vary depending on the target cell and the target disease. have.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 목적 세포가 간세포이고, 목적 질환이 지방간(염)이면 목적 질환을 유도하는 성분으로 지방산이 사용될 수 있다. 상기 지방산은 포화 지방산일 수 있으며, 팔미트산, 스테아르산, 미리스트산 및 라우르산으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, if the target cell is a hepatocyte and the target disease is fatty liver (salt), a fatty acid may be used as a component inducing the target disease. The fatty acid may be a saturated fatty acid, and may be selected from the group consisting of palmitic acid, stearic acid, myristic acid and lauric acid.
본 발명자들은 인공 간 조직 모델에 배지 관류를 통해 팔미트산 또는 팔미트산+TGF-β를 같이 처리하자 각각 지방간염의 초기 염증 단계 및 후기 섬유화 단계와 유사한 상태가 유도되는 것을 확인하여 인공 간 조직 모델을 인공 지방간염 모델로 활용할 수 있음을 확인하였다.The present inventors confirmed that when palmitic acid or palmitic acid + TGF-β were treated together through medium perfusion in an artificial liver tissue model, a state similar to the initial inflammatory stage and the late fibrosis stage of steatohepatitis was induced, respectively, and the artificial liver tissue It was confirmed that the model can be used as an artificial steatohepatitis model.
또한, 목적 세포가 신장 세포 또는 신장 오가노이드이고, 목적 질환이 급성 신장 손상이면 목적 질환을 유도하는 성분으로 시스플라틴이 사용될 수 있다. 목적 세포가 장관 세포이고, 목적 질환이 궤양성 대장염이면 덱스트란 황산 나트륨(dextran sodium sulfate, DSS)을 사용할 수 있다. 한편, 스트렙토조토신은 이자 세포에 적용시 당뇨병과 유사한 상태를 유도할 수 있다.Further, if the target cell is a kidney cell or a kidney organoid, and the target disease is acute kidney injury, cisplatin may be used as a component for inducing the target disease. If the target cell is an intestinal cell and the target disease is ulcerative colitis, dextran sodium sulfate (DSS) can be used. On the other hand, streptozotocin can induce a condition similar to diabetes when applied to pancreatic cells.
본 발명의 인공 조직 모델은 내부에 유체가 관류할 수 있는 마이크로채널 네트워크가 형성된 하이드로젤 구조체를 이용한 것으로 생체내 환경과 유사하게 세포를 3차원으로 배양할 수 있으며, 하이드로젤 구조체에 목적 질환을 유도하는 성분을 관류시키면 인공 질환 모델로도 유용하게 사용될 수 있다.The artificial tissue model of the present invention uses a hydrogel structure in which a microchannel network through which fluid can permeate is formed, and cells can be cultured in three dimensions similar to the in vivo environment, and a target disease is induced in the hydrogel structure. Perfusion of a component can be usefully used as an artificial disease model.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 인공 간 모델의 제조 과정을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 내부에 스페로이드성 간세포를 포함하고, 마이크로채널 네트워크가 형성된 인공 간 모델을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 인공 간 모델에서 마이크로채널을 형성하는 PNIPAM 섬유의 제거 여부를 확인한 결과이다.
도 4는 24웰 플레이트에서 간세포를 2차원 평면 배양한 후 세포 생존율을 확인한 결과이다.
도 5는 본 발명의 인공 간 모델에서 스페로이드성 간세포를 배양한 후 스페로이드의 크기를 확인한 결과이다.
도 6은 본 발명의 간 칩에 적색 플루오스피어를 관류시켜 마이크로채널의 직경을 확인한 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 인공 간 모델에서 마이크로채널을 통과하는 입자들의 속도를 측정한 결과이다.
도 9에서 A는 스페로이드성 또는 비스페로이드성 간세포를 서로 다른 조건에서 배양한 후 세포 생존율을 확인한 결과이고, B는 배지 관류 조건으로 스페로이드성 간세포를 배양한 인공 간 모델에서 스페로이드, 세포핵 및 마이크로채널을 염색한 결과이다.
도 10은 스페로이드성 또는 비스페로이드성 간세포를 서로 다른 조건에서 배양한 후 시토크롬 P450 4α10 (CYP4α10) 및 HNF4A(hepatocyte nuclear factor 4 alpha) 유전자의 발현 수준을 확인한 결과(A), 및 CYP3A4 활성을 측정한 결과이다.
도 11은 스페로이드성 또는 비스페로이드성 간세포를 서로 다른 조건에서 배양한 후 스페로이드성 유무(A) 및 관류 유무(B)에 따라 알부민 분비 수준을 확인한 결과이다.
도 12는 스페로이드성 간세포를 배양한 후 관류 유무에 따라 포도당 소비 수준(A) 및 젖산염 대 포도당 수준의 비율(B)을 확인한 결과이다.
도 13은 스페로이드성 간세포를 배양한 후 관류 유무에 따라 알부민 및 CYP450의 수준을 면역형광 염색으로 확인한 결과이다.
도 14에서 A는 비알콜성 지방간염의 진행 기작에 대한 투 히트 이론을 개략적으로 보여주고, B는 본 발명의 인공 간 모델에서 초기 간 염증 단계를 유도하기 위한 과정을 개략적으로 보여준다.
도 15는 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 초기 간 염증 단계를 유도한 후 관류 유무에 따라 스페로이드성 간세포의 세포 생존율을 확인한 결과이다.
도 16은 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 초기 간 염증 단계를 유도한 후 관류 유무에 따라 스페로이드성 간세포의 사멸 정도를 면역형광 염색으로 확인한 결과이다.
도 17은 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 초기 간 염증 단계를 유도한 후 관류 유무, 팔미트산(PA) 처리 기간에 따라 지질 축적 정도를 확인한 결과이다.
도 18에서 A는 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 관류 없이 팔미트산을 처리한 후 활성 산소종 수준(ROS)을 확인한 결과이고, B는 관류 유무에 따라 활성 산소종 양성인 세포의 비율을 확인한 결과이다.
도 19는 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 초기 간 염증 단계를 유도한 후 관류 유무에 따라 염증성 마커(A), ER 스트레스 마커(B) 및 항산화 스트레스 마커(C) 유전자의 발현 수준을 확인한 결과이다.
도 20은 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 팔미트산(PA)과 에제티미브(Eze)를 같이 처리한 후 세포내 지질 축적(A) 및 세포내 활성 산소종(B) 수준을 확인한 결과이다.
도 21은 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 팔미트산(PA)과 에제티미브(Eze)를 같이 처리하거나(in vitro), 메티오닌-콜린 결핍(MCD) 식이를 실시한 NAFLD 마우스 모델에 에제티미브(Eze)를 처리한 후(in vivo) 트리글리세리드 합성 유전자(A), 염증성 마커(B) 및 항산화 스트레스 마커(C) 유전자의 발현 수준 및 염증성 마커 유전자의 단백질 수준(D)을 확인한 결과이다.
도 22는 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 관류 없이 팔미트산(PA)과 에제티미브(Eze)를 같이 처리한 후 세포내 지질 축적 수준을 확인한 결과이다.
도 23은 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 팔미트산(PA)과 에제티미브(Eze)를 같이 처리하거나(in vitro), 메티오닌-콜린 결핍(MCD) 식이를 실시한 NAFLD 마우스 모델에 에제티미브(Eze)를 처리한 후(in vivo) 지방산의 β-산화에 관여하는 유전자의 발현 수준을 확인한 결과이다.
도 24는 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 팔미트산(PA)과 에제티미브(Eze)를 같이 처리한 후 미토콘드리아의 활성화 수준을 확인한 결과이다.
도 25는 스페로이드성 간세포를 포함하는 본 발명의 인공 간 모델에 관류 없이 팔미트산(PA)과 에제티미브(Eze)를 같이 처리한 후 미토콘드리아의 활성화 수준을 확인한 결과이다.
도 26에서 A는 지방간에서 비알콜성 지방간염(NASH)을 거쳐 간 경변이 발생하는 기작을 개략적으로 보여주며, B는 본 발명의 인공 간 모델에 팔미트산과 TGF-β를 처리하여 후기 섬유화 단계를 모델링하는 과정을 나타낸다.
도 27은 본 발명의 인공 간 모델에서 간세포(hepatocyte), 내피세포 (endothelial cell, EC) 및 간 성상세포(hepatic stellate cell, HSC)의 스페로이드를 배양하는 과정을 나타낸다.
도 28은 본 발명의 인공 간 모델에서 간세포 단독 스페로이드(Monoculture) 또는 간세포/내피세포/성상세포 스페로이드(Co-culture)를 배양한 후 CYP4α10 및 HNF4A 유전자의 발현 수준을 확인한 결과이다.
도 29는 본 발명의 인공 간 모델에서 간세포 단독 스페로이드(Monoculture) 및 간세포/내피세포/성상세포 스페로이드(Co-culture)(A), 내피세포 단독(EC), 성상세포 단독(HSC) 및 간세포/내피세포/성상세포 스페로이드(Co-culture)(B)를 배양한 후 팔미트산과 TGF-β 처리 유무에 따른 섬유증 마커 유전자의 발현 수준을 확인한 결과이다.
도 30은 본 발명의 인공 간 모델에서 간세포/내피세포/성상세포 스페로이드를 배양한 후 αSMA의 단백질 발현 수준을 확인한 결과이다.
도 31에서 A는 분쇄된 간 조직을 포함하는 본 발명의 인공 간 모델을 나타내고, B 및 C는 간 결손 동물 모델에 본 발명의 인공 간 모델을 이식한 후 조직 재생 여부를 확인한 결과이다.
도 32는 간 결손 동물 모델에 본 발명의 인공 간 모델을 이식한 후 알라닌 트랜스아미나제(ALT)의 농도(A), 이식 부위의 조직 염색 결과(B), 조직 섬유화 수준(C 및 D), 결손 부위의 조직 회복 수준(E) 및 간세포 사멸율(F)을 확인한 결과이다.1 schematically shows a manufacturing process of an artificial liver model according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an artificial liver model including spheroid stem cells and having microchannel networks formed therein.
3 is a result of confirming whether PNIPAM fibers forming microchannels are removed in the artificial liver model according to an embodiment of the present invention.
4 is a result of confirming the cell viability after culturing hepatocytes in a two-dimensional plane in a 24-well plate.
5 is a result of confirming the size of spheroids after culturing spheroid stem cells in the artificial liver model of the present invention.
6 is a result of confirming the diameter of the microchannel by perfusing a red fluorine sphere through the liver chip of the present invention.
8 is a result of measuring the velocity of particles passing through the microchannel in the artificial liver model according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 9, A is a result of confirming the cell viability after culturing spheroid or non-spheroidal stem cells under different conditions, and B is a spheroid and cell nucleus in an artificial liver model in which spheroid stem cells are cultured under medium perfusion conditions. And the result of staining the microchannels.
Figure 10 is a result of confirming the expression levels of cytochrome P450 4α10 (CYP4α10) and HNF4A (hepatocyte
11 is a result of confirming the level of secretion of albumin according to the presence or absence of spheroidity (A) and the presence or absence of perfusion (B) after culturing spheroidal or non-peroidal stem cells under different conditions.
12 is a result of confirming the glucose consumption level (A) and the ratio of lactate to glucose level (B) according to the presence or absence of perfusion after culturing spheroid stem cells.
13 is a result of confirming the levels of albumin and CYP450 by immunofluorescence staining according to the presence or absence of perfusion after culturing spheroid stem cells.
In FIG. 14, A schematically shows a two-hit theory for a mechanism of progression of non-alcoholic steatohepatitis, and B schematically shows a process for inducing an initial stage of liver inflammation in the artificial liver model of the present invention.
15 is a result of confirming the cell survival rate of spheroid hepatocytes according to the presence or absence of perfusion after inducing an initial liver inflammatory stage in the artificial liver model of the present invention including spheroid stem cells.
16 is a result of confirming the degree of death of spheroid hepatocytes by immunofluorescence staining according to the presence or absence of perfusion after inducing an initial liver inflammation stage in the artificial liver model of the present invention including spheroid hepatocytes.
17 is a result of confirming the degree of lipid accumulation according to the presence or absence of perfusion and the duration of palmitic acid (PA) treatment after inducing an initial liver inflammatory stage in the artificial liver model of the present invention including spheroid hepatocytes.
In FIG. 18, A is a result of confirming the level of reactive oxygen species (ROS) after treatment of palmitic acid without perfusion in the artificial liver model of the present invention including spheroid stem cells, and B is a result of confirming the reactive oxygen species level (ROS) according to the presence or absence of perfusion. This is the result of checking the percentage of cells.
FIG. 19 is a diagram of inflammatory markers (A), ER stress markers (B), and antioxidant stress markers (C) genes depending on the presence or absence of perfusion after inducing an initial liver inflammatory stage in the artificial liver model of the present invention including spheroid hepatocytes. This is the result of checking the expression level.
Figure 20 shows intracellular lipid accumulation (A) and intracellular reactive oxygen species (B) after treatment with palmitic acid (PA) and ezetimibe (Eze) in the artificial liver model of the present invention including spheroid stem cells. ) This is the result of checking the level.
FIG. 21 is a NAFLD treated with palmitic acid (PA) and ezetimibe (Eze) together (in vitro) or methionine-choline deficiency (MCD) diet to the artificial liver model of the present invention including spheroid hepatocytes. Expression levels of triglyceride synthesis genes (A), inflammatory markers (B) and antioxidant stress markers (C) genes after treatment with ezetimibe (Eze) in a mouse model (in vivo) and protein levels of inflammatory marker genes (D) This is the result of checking.
22 is a result of confirming the intracellular lipid accumulation level after treatment with palmitic acid (PA) and ezetimibe (Eze) together without perfusion in the artificial liver model of the present invention including spheroid stem cells.
Fig. 23 is a NAFLD that is treated with palmitic acid (PA) and ezetimibe (Eze) together (in vitro) or methionine-choline deficiency (MCD) diet to the artificial liver model of the present invention including spheroid hepatocytes. This is the result of confirming the expression level of a gene involved in β-oxidation of fatty acids after treatment with ezetimibe in a mouse model (in vivo).
24 is a result of confirming the activation level of mitochondria after treatment with palmitic acid (PA) and ezetimibe (Eze) in the artificial liver model of the present invention including spheroid stem cells.
FIG. 25 is a result of confirming the level of mitochondrial activation after treatment with palmitic acid (PA) and ezetimibe (Eze) together without perfusion in the artificial liver model of the present invention including spheroid stem cells.
In Figure 26, A schematically shows the mechanism of liver cirrhosis through non-alcoholic steatohepatitis (NASH) in fatty liver, and B is a late fibrosis step by treating palmitic acid and TGF-β in the artificial liver model of the present invention. It represents the process of modeling.
FIG. 27 shows a process of culturing spheroids of hepatocytes, endothelial cells (EC), and hepatic stellate cells (HSCs) in the artificial liver model of the present invention.
28 is a result of confirming the expression levels of CYP4α10 and HNF4A genes after culturing hepatocytes alone spheroid (Monoculture) or hepatocytes/endothelial cells/astrocytic spheroids (Co-culture) in the artificial liver model of the present invention.
29 is a hepatocyte-only spheroid (Monoculture) and a hepatocyte/endothelial cell/astrocytic spheroid (Co-culture) (A), an endothelial cell alone (EC), and astrocyte alone (HSC) in the artificial liver model of the present invention. This is the result of confirming the expression level of the fibrosis marker gene according to the treatment with palmitic acid and TGF-β after culturing hepatocyte/endothelial/astrocytic spheroid (B).
30 is a result of confirming the protein expression level of αSMA after culturing hepatocytes/endothelial cells/astrocytic spheroids in the artificial liver model of the present invention.
In FIG. 31, A shows the artificial liver model of the present invention including pulverized liver tissue, and B and C are the results of confirming tissue regeneration after transplanting the artificial liver model of the present invention to a liver defect animal model.
FIG. 32 shows the concentration of alanine transaminase (ALT) after transplanting the artificial liver model of the present invention into a liver defect animal model (A), tissue staining results at the transplant site (B), tissue fibrosis levels (C and D), This is the result of confirming the tissue recovery level (E) and the hepatocyte death rate (F) at the defect site.
이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, one or more specific examples will be described in more detail through examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실험 방법Experimental method
1. 간세포 스페로이드 배양1. Hepatocyte spheroid culture
정상 마우스 간세포인 AML12는 ATCC에서 구입하고, 마우스 내피세포 (endothelial cell, EC)는 에모리 대학교(애틀랜타, 미국)의 기술 이전 부서에서 수득하였다. 마우스 간 성상세포(hepatic stellate cell, HSC)는 Applied Biological Materials Inc.(캐나다)에서 구입하였다. 모든 세포는 10% 소 태아 혈청(FBS), 10% 페니실린이 첨가된 DMEM 배지로 5% CO2, 37℃ 배양기에서 배양하였다. 간세포 배양에는 1% 인슐린 트렌스페린 셀레늄(insulin transferrin selenium)을 추가로 첨가하였다.AML12, a normal mouse hepatocyte, was purchased from ATCC, and mouse endothelial cells (EC) were obtained from the technology transfer department of Emory University (Atlanta, USA). Mouse hepatic stellate cells (HSC) were purchased from Applied Biological Materials Inc. (Canada). All cells were cultured in a DMEM medium supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) and 10% penicillin in 5% CO 2 , 37° C. incubator. In the hepatocyte culture, 1% insulin transferrin selenium was additionally added.
간세포 배양은 비알콜성 지방간(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD) 진행 과정에서 초기 염증과 후기 섬유화 단계를 각각 모델링하기 위해 간세포 단독 또는 간세포/내피세포/간 성상세포의 2종으로 진행하였다.Hepatocyte culture was performed with hepatocytes alone or two types of hepatocytes/endothelial cells/hepatic astrocytes to model early inflammation and late fibrosis stages in the process of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), respectively.
세포 스페로이드(cell spheroid)는 24웰 플레이트(AggreWellTM400 plate, STEMCELL Technologies)의 비부착성 마이크로웰을 사용하여 제조사의 프로토콜에 따라 제조하였다. 간략하게, 마이크로웰을 항부착성 세척 용액(STEMCELL Technologies)으로 30분 동안 미리 코팅하고, PBS로 세척하였다. 이후 AML12 세포 단독 또는 AML12/EC/HSC(세포수 기준으로 8:1:1 비율) 세포를 배양 배지에 8x105 세포/㎖ 농도로 현탁시켜 각 웰에 첨가하였다. 1000 rpm에서 5분 동안 원심분리한 후 하룻밤 동안 배양하고, 광학 현미경(EVOSTM XL Core, 인비트로젠, 미국)으로 확인하여 세포 스페로이드를 회수하였다. 세포 스페로이드의 직경은 이미지J/피지(ImageJ/Fiji) 소프트웨어로 확인하였다.Cell spheroids were prepared according to the manufacturer's protocol using non-adherent microwells of a 24-well plate (
2. 인공 간 모델 제작2. Artificial liver model production
인공 간 모델의 3차원 마이크로채널 네트워크는 효소-가교성 젤라틴 하이드로젤로 제작하였다. 열 감응성 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드) (poly(N-isopropyl acrylamide), PNIPAM; Mn=~40,000, 시그마-알드리치, 미국)의 비독성, 희생 섬유(sacrificial fibers)는 용액-방사 기술로 제작하였다. 간략하게, 메탄올에 PNIPAM을 45 w/v% 농도로 용해시키고, 맞춤 제작한 순환식 회전 장치로 용액을 다른 rpm으로 분사하여 PNIPAM 섬유 다발을 제작하였다.The three-dimensional microchannel network of the artificial liver model was constructed with enzyme-crosslinkable gelatin hydrogel. Non-toxic, sacrificial fibers of heat-sensitive poly(N-isopropyl acrylamide), PNIPAM; Mn=~40,000, Sigma-Aldrich, USA) are manufactured by solution-spinning technology. I did. Briefly, PNIPAM was dissolved in methanol at a concentration of 45 w/v%, and the solution was sprayed at different rpm with a custom-made circular rotating device to prepare a PNIPAM fiber bundle.
이후 상기 PNIPAM 섬유 다발을 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 틀에 넣고, 세포 스페로이드(3x106 세포/㎖)를 포함하는 젤라틴/mTG (microbial transglutaminase) 용액(9:1 비율, 최종 농도=5 w/v%)을 부은 후 37℃에서 30분 동안 젤라틴을 가교시켰다. 이후 상기 젤라틴 하이드로젤의 양 끝에 실리콘 튜브를 연결하고, 상온의 PBS를 관류시켜 졸-겔 상전이로 PNIPAM 섬유를 제거하였다.Thereafter, the PNIPAM fiber bundle was put into a polydimethylsiloxane (PDMS) frame, and a gelatin/mTG (microbial transglutaminase) solution (9:1 ratio, final concentration=5 w) containing cell spheroids (3x10 6 cells/ml) /v%) was poured and the gelatin was crosslinked at 37°C for 30 minutes. Thereafter, silicone tubes were connected to both ends of the gelatin hydrogel, and PBS at room temperature was perfused to remove PNIPAM fibers through a sol-gel phase transition.
개략적인 인공 간 모델의 제작 과정을 도 1에 도시하였다.A schematic process of manufacturing an artificial liver model is illustrated in FIG. 1.
젤라틴 하이드로젤에서 PNIPAM 섬유가 제거되었는지 여부는 물(1 ㎖/분)과 C18 컬럼(120 EL-C18 InfinityLab Poroshell, Agilent Technologies Inc.)으로 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC, Agilent Technologies Inc., 미국)를 수행하여 확인하였다.Whether the PNIPAM fibers were removed from the gelatin hydrogel was determined by high performance liquid chromatography (HPLC, Agilent Technologies Inc., USA) with water (1 ml/min) and a C18 column (120 EL-C18 InfinityLab Poroshell, Agilent Technologies Inc.). Performed and confirmed.
채널 구조는 적색 플루오스피어(FluoSpheres, 20 ㎚; 인비트로젠)를 관류시킨 후 공초점 현미경 LSM 780(자이스, 독일)으로 관찰하고, 채널 크기 분포는 이미지J/피지 소프트웨어로 확인하였다.The channel structure was observed with a confocal microscope LSM 780 (ZEISS, Germany) after perfusion of red FluoSpheres (FluoSpheres, 20 nm; Invitrogen), and the channel size distribution was confirmed with Image J/Sebum software.
젤라틴 하이드로젤 내에서 채널 네트워크의 확산율(diffusibility) 및 관류도(perfusibility)는 젤에 배양 배지를 20 ㎕/분의 속도로 관류시키면서 FITC-덱스트란(분자량=40,000, 시그마-알드리치) 및 마이크로-형광 비드(관류 추적용으로는 2 ㎛, 채널 염색용으로는 20 ㎚ 직경)를 각각 관류시켜 확인하였다.The diffusibility and perfusibility of the channel network in the gelatin hydrogel were determined by FITC-dextran (molecular weight=40,000, Sigma-Aldrich) and micro-fluorescence while perfusing the culture medium to the gel at a rate of 20 μl/min. Beads (2 μm in diameter for perfusion tracking and 20 nm in diameter for channel staining) were each perfused to confirm.
젤라틴 하이드로젤 내의 마이크로채널 네트워크에서 각 마이크로비드의 공간 속도(spatial velocity)는 이미지J/피지 소프트웨어의 입자 트랙커 플러그인 (MOSAIC 그룹)으로 분석하였고, MATLAB 소프트웨어(Mathworks, 미국)의 컬럼맵으로 시각화하였다.The spatial velocity of each microbead in the microchannel network in the gelatin hydrogel was analyzed with the particle tracker plug-in (MOSAIC group) of ImageJ/Sebum software, and visualized with a column map of MATLAB software (Mathworks, USA).
세포 생존율은 제조사의 프로토콜에 따라 Live/Dead assay kit (Life Technologies)를 사용하여 공초점 현미경 LSM 780으로 확인하고, 살아있는 세포(녹색)와 죽은 세포(적색)의 이미지는 이미지J/피지 소프트웨어로 정량적으로 분석하였다.Cell viability was checked with LSM 780 using a confocal microscope using a Live/Dead assay kit (Life Technologies) according to the manufacturer's protocol, and images of live cells (green) and dead cells (red) were quantified with Image J/sebum software. Analyzed by.
3. 인 비트로 비알콜성 지방간 모델3. In vitro non-alcoholic fatty liver model
배지에서 결합성 및 비결합성 유리 지방산의 생리학적 비율을 조정하기 위해 1% 소 혈청 알부민(BSA), 5% FBS 및 1% 페니실린을 함유하는 DMEM 배지에 포화 지방산 형태의 팔미트산(palmitic acid, PA)을 500 μM 농도로 첨가하였다. 이후 관류 모델은 상기 배지를 관류시키면서 세포를 6일 내지 10일 동안 배양하고, 비관류 모델은 상기 배지로 세포를 정적으로 배양하였다.Palmitic acid in the form of saturated fatty acids in DMEM medium containing 1% bovine serum albumin (BSA), 5% FBS and 1% penicillin to adjust the physiological ratio of bound and non-binding free fatty acids in the medium. PA) was added at a concentration of 500 μM. Subsequently, in the perfusion model, cells were cultured for 6 to 10 days while perfusing the medium, and in the non-perfusion model, cells were statically cultured with the medium.
비알콜성 지방간 표적 약물인 에제티미브(Ezetimibe)의 치료 효과를 확인하기 위해 에제티미브(50 μM; Cayman chemical, 미국) 및 팔미트산(500 μM)을 배양 배지에 희석한 후 20 ㎕/분의 속도로 하이드로젤에 관류시키면서 세포를 6일 내지 10일 동안 배양하였다.To confirm the therapeutic effect of Ezetimibe, a non-alcoholic fatty liver target drug, ezetimibe (50 μM; Cayman chemical, USA) and palmitic acid (500 μM) were diluted in culture medium and then 20 μl/ The cells were cultured for 6 to 10 days while perfusing the hydrogel at a rate of minutes.
비알콜성 지방간의 후기 섬유화 단계는 1% BSA, 5% FBS, 1% 페니실린, 팔미트산 (500 μM) 및 TGF-β(1.25 unit/㎖)를 함유하는 DMEM 배지를 마이크로채널에 관류시키면서 간세포 단독 배양 또는 간세포/EC/HSC 공-배양을 6일 내지 10일 동안 수행하여 유도하였다.The late fibrosis stage of non-alcoholic fatty liver was performed by perfusion of DMEM medium containing 1% BSA, 5% FBS, 1% penicillin, palmitic acid (500 μM), and TGF-β (1.25 unit/ml) through microchannels. Culture alone or co-culture with hepatocytes/EC/HSC was performed for 6 to 10 days to induce.
4. 정량적 RT-PCR4. Quantitative RT-PCR
총 RNA는 TRIzol® 시약으로 분리하여 DNA 분해효소(DNase)를 처리하고, RNA 1 ㎍, 랜덤-헥사머 프라이머 및 키트(TAKARA Bio Inc., 일본)를 사용하여 cDNA를 합성하였다. 정량 PCR은 cDNA, SYBR® Green 및 프라미어(정방향 및 역방향)를 사용하여 StepOneTM Real-Time PCR system (Applied Biosystems, 미국)으로 수행하였다. 상대적 유전자 발현 수준은 GAPDH(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase)의 Ct (threshod cycle) 값을 기준으로 상응하는 비교 Ct 값을 계산하여 산출하였다.Total RNA was isolated with TRIzol® reagent and treated with DNA degrading enzyme (DNase), and cDNA was synthesized using 1 μg of RNA, random-hexamer primer and kit (TAKARA Bio Inc., Japan). Quantitative PCR was performed with a StepOne ™ Real-Time PCR system (Applied Biosystems, USA) using cDNA, SYBR® Green and primers (forward and reverse). The relative gene expression level was calculated by calculating a corresponding comparative Ct value based on the Ct (threshod cycle) value of GAPDH (glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase).
5. 간의 지방산 염색5. Fatty acid staining of liver
샘플을 PBS로 세척한 후 4% 파라포름알데히드로 실온에서 30분 동안 고정시키고, 이후 0.1% Triton-X 용액으로 30분 동안 투과 처리를 하였다. 상기 샘플을 3% BSA로 블록킹하고, BODIPY 493/503 (4,4-Difluoro-1,3,5,7,8-Pentamethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene; Molecular Probes, OG) 및 Hoechst 33342 (Life Technologies)를 30분 동안 처리하여 각각 중성 지방과 핵을 표지하였다. 표지된 샘플은 공초점 현미경 LSM 780으로 확인하였다.The sample was washed with PBS, fixed with 4% paraformaldehyde at room temperature for 30 minutes, and then permeated with 0.1% Triton-X solution for 30 minutes. Blocking the sample with 3% BSA, BODIPY 493/503 (4,4-Difluoro-1,3,5,7,8-Pentamethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene; Molecular Probes, OG) and Hoechst 33342 (Life Technologies) were treated for 30 minutes to label triglycerides and nuclei, respectively. The labeled sample was confirmed with a confocal microscope LSM 780.
6. 세포내 활성 산소종 염색6. Intracellular reactive oxygen species staining
세포내 활성 산소종(reactive oxygen species, ROS) 축적 정도는 OxiSelectTM intracellular ROS assay kit (Cell biolabs, INC., 미국)로 확인하였다. 샘플을 PBS로 세척한 후 DCFH-DA (2',7'-Dichlorodihydrofluorescin diacetate; 녹색) 및 DAPI (4',6-Diamidino-2-phenylindole dihydrochloride; 청색)와 30분 동안 반응시켰다. 이후 샘플을 PBS로 세척하고, 형광 이미지를 공초점 현미경 LSM 780으로 확인하였다. 정량 분석은 피지 소프트웨어를 사용하여 ROS-양성 녹색 면적을 측정한 후 이 면적을 상응하는 청색 면적(핵)으로 나누어 수행하였다.The degree of accumulation of reactive oxygen species (ROS) in the cells was confirmed with OxiSelectTM intracellular ROS assay kit (Cell biolabs, INC., USA). After washing the sample with PBS, it was reacted with DCFH-DA (2',7'-Dichlorodihydrofluorescin diacetate; green) and DAPI (4',6-Diamidino-2-phenylindole dihydrochloride; blue) for 30 minutes. Thereafter, the sample was washed with PBS, and the fluorescence image was confirmed with a confocal microscope LSM 780. Quantitative analysis was performed using sebum software to measure the ROS-positive green area and then dividing this area by the corresponding blue area (nuclei).
7. 미토콘드리아 막관통 전위 측정7. Mitochondrial transmembrane potential measurement
미토콘드리아 막관통 전위(transmembrane potential)는 TMRE kit로 측정하였다. TMRE (tetramethylrhodamine ethyl ester; 250 nM)를 포함하는 배양 배지를 37℃에서 1시간 동안 샘플에 처리하고, PBS로 3회 세척하였다. 이후 형광 이미지를 공초점 현미경 LSM 780으로 확인하였다.Mitochondrial transmembrane potential was measured with the TMRE kit. A culture medium containing TMRE (tetramethylrhodamine ethyl ester; 250 nM) was treated to the sample at 37° C. for 1 hour, and washed 3 times with PBS. Thereafter, the fluorescence image was confirmed with a confocal microscope LSM 780.
미토콘드리아 활성은 제조사의 프로토콜에 따라 cell counting kit-8 (CCK-8, Sigma-Aldrich, MO)로 확인하였다. 간략하게, 샘플을 PBS로 세척한 후 10 v/v% CCK-8을 함유하는 무혈청 배지를 처리하여 4시간 동안 반응시켰다. 이후 microplate reader (VersaMax microplate reader, Molecular Device)로 450 ㎚에서 흡광도를 측정하고, 흡광도 수준은 Quant-iTTM PicoGreen® dsDNA kit (Invitrogen)로 측정한 총 DNA 농도로 정규화시켰다. 구체적으로, 각 샘플을 PBS로 세척하고 1Х RIPA 버퍼 1 ㎖을 4℃에서 밤새 처리하여 세포를 용해시켰다. 용해된 샘플 용액 10 ㎕를 Quant-iTTM PicoGreen® dsDNA 시약 (최종 농도: 1Х) 190 ㎕와 반응시킨 후 TE assay 버퍼(10 mM Tris-HCL, 1 mM EDTA, pH 7.5)로 희석하였다. 이후 fluorescent microplate reader (VarioskanTM LUX Multimode Microplate Reader, Thermo Fisher Scientific Inc.)로 480/520 ㎚ 파장길이(wavelength)에서 형광 흡광도를 측정하였다.Mitochondrial activity was confirmed with cell counting kit-8 (CCK-8, Sigma-Aldrich, MO) according to the manufacturer's protocol. Briefly, the sample was washed with PBS and then treated with a serum-free medium containing 10 v/v% CCK-8 and reacted for 4 hours. Then, the absorbance was measured at 450 nm with a microplate reader (VersaMax microplate reader, Molecular Device), and the absorbance level was normalized to the total DNA concentration measured with Quant-iT ™ PicoGreen® dsDNA kit (Invitrogen). Specifically, each sample was washed with PBS and 1 ㎖ of 1 Х RIPA buffer was treated at 4° C. overnight to lyse the cells. 10 μl of the dissolved sample solution was reacted with 190 μl of Quant-iT ™ PicoGreen® dsDNA reagent (final concentration: 1Х), and then diluted with TE assay buffer (10 mM Tris-HCL, 1 mM EDTA, pH 7.5). Subsequently, fluorescence absorbance was measured at 480/520 nm wavelength with a fluorescent microplate reader (Varioskan TM LUX Multimode Microplate Reader, Thermo Fisher Scientific Inc.).
8. 생화학적 실험8. Biochemical experiment
일정 시점에 배양 배지를 회수하고, 방출된 알부민 농도를 효소-결합 면역흡착 시험(ELISA) 키트(Bethyl Laboratories, 미국)를 사용하여 마이크로 플레이트 리더 (Perkin Elmer VictorX4, Waltham, MA)로 450 ㎚에서 측정하였다.The culture medium was recovered at a certain time point, and the released albumin concentration was measured at 450 nm with a microplate reader (Perkin Elmer VictorX4, Waltham, MA) using an enzyme-linked immunosorbent test (ELISA) kit (Bethyl Laboratories, USA). I did.
CYP450 활성은 제조사의 프로토콜에 따라 luminogenic P450-GloTM CYP350 assay kit로 확인하고, 형광 강도는 microplate Luminometer (Centro LB960 microplate Luminometer, Berthold Technologies)로 측정하였다. 형광 강도는 루시페린 스탠다드로 정규화시켰다.CYP450 activity was confirmed with a luminogenic P450-GloTM CYP350 assay kit according to the manufacturer's protocol, and fluorescence intensity was measured with a microplate Luminometer (Centro LB960 microplate Luminometer, Berthold Technologies). Fluorescence intensity was normalized to the luciferin standard.
9. 포도당 소비 및 젖산 생산의 정량 분석9. Quantitative analysis of glucose consumption and lactic acid production
포도당과 젖산 수준은 각각 glucose-Glo (Promega) 및 lactate assay-Glo (Promega)로 확인하고, 형광 강도는 microplate Luminometer (Centro LB960 microplate Luminometer)로 측정하였다. 형광 강도는 루시페린 스탠다드로 정규화시켰다.Glucose and lactate levels were measured by glucose-Glo (Promega) and lactate assay-Glo (Promega), respectively, and fluorescence intensity was measured by a microplate Luminometer (Centro LB960 microplate Luminometer). Fluorescence intensity was normalized to the luciferin standard.
10. 동물 실험10. Animal testing
10주령 수컷 C57BL/6J 마우스는 Orient Bio (Sungnam, Korea)에서 구입하여 각 무작위로 하기 3개 그룹(각 그룹당 7 내지 10마리)으로 나누었다: i) 비히클(vehicle)+정상 식이군, ii) 비히클+MCD(methionine-choline deficient) 식이군, 및 iii) 에제티미브+MCD 식이군. 마우스는 12시간 명암 주기, 60%±10% 습도, 23±2℃ 온도 조건에서 자유 섭식으로 사육하였다. 에제티미브+MCD 식이군의 경우 4주 동안 1일 1회씩 에제티미브(10 ㎎/㎏)를 구강 위관 영양(oral gavage)으로 투여하고, 비히클+정상 식이군과 비히클+MCD 식이군은 동일한 부피의 PBS를 4주 동안 경구로 투여하였다. 실험 기간 동안 1주일에 1회씩 체중을 측정하고, 4주 후 마우스를 마취한 후 희생시켜 혈액을 회수하였다.10-week-old male C57BL/6J mice were purchased from Orient Bio (Sungnam, Korea) and randomly divided into the following 3 groups (7 to 10 mice in each group): i) Vehicle + normal diet group, ii) Vehicle +MCD (methionine-choline deficient) diet group, and iii) ezetimibe + MCD diet group. Mice were reared free-feeding in a 12-hour light/dark cycle, 60%±10% humidity, and 23±2℃ temperature conditions. In the case of the ezetimibe + MCD diet group, ezetimibe (10 mg/kg) was administered once a day for 4 weeks by oral gavage, and the vehicle + normal diet group and the vehicle + MCD diet group were the same. Volumes of PBS were administered orally for 4 weeks. During the experiment, the body weight was measured once a week, and after 4 weeks, the mice were anesthetized and sacrificed to collect blood.
인공 간 모델의 이식을 위한 간 결손 모델은 체중 3.2 내지 3.5 ㎏의 건강한 수컷 뉴질랜드 흰색 토끼를 이용하였다. 상기 토끼에 예비의약으로 15분마다 5 ㎎/㎏의 자일라진 및 15 ㎎/㎏의 졸레틸을 근육내 주사하고, 3.0 또는 3.5 ㎜ 기관내 튜브로 삽관 후, 흡입 마취를 유지하기 위해 2.0% 이소플루란을 사용하였다. 모든 실험 동물에는 수술 과정 전체에 걸쳐 결정질 용액(crystalloid solution; 10 ㎖/㎎/㎏/h)을 투여하였다.The liver defect model for transplantation of the artificial liver model was a healthy male New Zealand white rabbit weighing 3.2 to 3.5 kg. The rabbit was injected intramuscularly with 5 mg/kg of xylazine and 15 mg/kg of zoletil every 15 minutes as a preliminary medicine, and after intubation into a 3.0 or 3.5 mm endotracheal tube, 2.0% isophageal to maintain inhalation anesthesia Fluran was used. All experimental animals were administered a crystalloid solution (10 ml/mg/kg/h) throughout the surgical procedure.
마취 후 복부 중간선 절개를 시행하고, 8 ㎜ 생검 펀치(Kai medical, 일본)로 간을 제거하였다. 제거한 간 조직은 잘게 썰어 채널 하이드로젤에 포매시키고, 채널 하이드로젤을 간 결손 부위에 즉시 이식하였다.After anesthesia, an abdominal midline incision was performed, and the liver was removed with an 8 mm biopsy punch (Kai medical, Japan). The removed liver tissue was chopped and embedded in a channel hydrogel, and the channel hydrogel was immediately transplanted into the liver defect.
혈청 내 알라닌 아미노트랜스퍼라제(alanine aminotransferase, ALT) 수준은 제조사의 설명서에 따라 ALT 활성 분석 키트(FUJIFILM, Japan, 3250)로 측정하였다. 혈청 내 ALT 수준은 간세포 손상에 따라 증가하므로 손상으로부터 간 회복 정도를 효과적으로 나타낸다.The level of alanine aminotransferase (ALT) in serum was measured with an ALT activity assay kit (FUJIFILM, Japan, 3250) according to the manufacturer's instructions. The level of ALT in the serum increases with hepatocyte damage, thus effectively indicating the degree of liver recovery from damage.
11. 조직 분석11. Organizational Analysis
실험 종료 후 마우스를 희생시켜 조직을 분리하고, 포르말린으로 1일 동안 고정시킨 후 파라핀에 포매하였다. 이후 조직 절편을 만들고 헤마토실린&에오신 염색, 마송 트리크롬 염색을 수행하여 광학 현미경으로 관찰하였다. 조직의 DNA 단편화는 TUNEL assay (Roche Molecular Biochemicals, Mannheim, Germany)로 제조사의 프로토콜에 따라 확인하였다. 고정된 간 조직은 0.1% 폴리비닐-피롤리돈 (polyvinyl-pyrrolidone) 용액을 함유하는 PBS를 사용하여 4℃에서 보관하였다. 형광 이미지는 LSM 780 공초점 현미경(Zeiss)으로 확인한 후 이미지J/피지 소프트웨어로 세포사멸성 세포수를 정량 분석하였다.After the end of the experiment, the mice were sacrificed to separate the tissues, fixed with formalin for 1 day, and embedded in paraffin. Thereafter, a tissue section was made, hematocillin & eosin staining, and Mason's trichrome staining were performed, and observed with an optical microscope. The tissue DNA fragmentation was confirmed by the TUNEL assay (Roche Molecular Biochemicals, Mannheim, Germany) according to the manufacturer's protocol. The fixed liver tissue was stored at 4°C using PBS containing a 0.1% polyvinyl-pyrrolidone solution. Fluorescence images were checked with an LSM 780 confocal microscope (Zeiss), and then the number of apoptotic cells was quantitatively analyzed with Image J/Sebum software.
12. 통계 분석12. Statistical Analysis
모든 데이터는 두 실험군 사이의 비교는 양측 스튜던트 t- 검정으로 분석하고, 또는 다중 비교를 위해서는 Turkey's honestly significant difference 사후 검정과 함께 일원 분산 분석(ANOVA)으로 분석하였다(SPSS 21.0K for Windows, SPSS, Chicago, IL, USA). *p<0.05 및 ***p<0.005의 값은 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.All data were analyzed by two-sided Student's t-test for comparison between the two experimental groups, or by one-way analysis of variance (ANOVA) with Turkey's honestly significant difference post-test for multiple comparisons (SPSS 21.0K for Windows, SPSS, Chicago , IL, USA). Values of *p<0.05 and ***p<0.005 were considered statistically significant.
실험 결과Experiment result
1. 간 칩 제조 및 특성 확인1. Fabrication of liver chips and confirmation of characteristics
본 발명자들은 간 싹(liver bud)의 발달 과정을 모방한 간세포 스페로이드를 포함하고, 간의 복잡한 3차원 모세혈관 구조를 모방하여 생리학적으로 적절한 직경, 밀도 및 복잡성을 갖는 마이크로채널이 형성된 하이드로젤 형태의 인공 간 모델을 제조하였다(도 2). 제조한 인공 간 모델에서 PNIPAM 섬유가 완전히 제거되었는지 확인한 결과, PBS 관류에 의해 완전히 제거된 것을 알 수 있었다(도 3). 이하에서는 상기 인공 간 모델을 "간 칩(liver chip)"으로 기재한다.The present inventors include a hepatocyte spheroid that mimics the development process of a liver bud, and a hydrogel form in which microchannels having a physiologically appropriate diameter, density and complexity are formed by mimicking the complex three-dimensional capillary structure of the liver. An artificial liver model of was prepared (Fig. 2). As a result of confirming whether the PNIPAM fiber was completely removed from the prepared artificial liver model, it was found that the PNIPAM fiber was completely removed by PBS perfusion (FIG. 3). Hereinafter, the artificial liver model is referred to as “liver chip”.
간세포는 일반적으로 2차원 단일층 배양에서는 수일 이내에 죽는다(도 4). 간세포는 내배엽으로부터 생성된 후 발달하는 동안 간 싹을 형성하여 간엽 형태의 응축된 조직 덩어리를 생성하므로, 이 과정을 모방하기 위해 간세포 스페로이드를 생성하여 배지를 관류시키면서 간 칩 내에서 배양하였다. 간세포 스페로이드는 발수성 표면(repellent surface) 코팅이 있는 마이크로웰을 사용하여 평균 크기 173.79±32.09 ㎛로 생성하였다(도 5).Hepatocytes generally die within a few days in a two-dimensional monolayer culture (Fig. 4). Since hepatocytes are generated from the endoderm and then during development, they form hepatic buds to create a condensed tissue mass in the form of a mesenchyme. In order to mimic this process, hepatocyte spheroids were generated and cultured in liver chips while perfusion of the medium. Hepatocyte spheroids were produced with an average size of 173.79±32.09 μm using microwells with a repellent surface coating (FIG. 5).
제조한 간 칩에서 젤라틴 하이드로겔의 평균 G'는 652.05±58.52 Pa이었으며, 이는 정상 간 조직의 모듈러스(modulus) 범위에 속한다. 또한, 간 칩에서 마이크로채널의 상호 연결성은 적색 플루오스피어(직경 0.2 ㎛)를 관류시켜 확인하였으며, 마이크로채널의 직경이 5 내지 36 ㎛ 범위이고, 평균 17.78±8.37 ㎛인 것을 확인할 수 있었다(도 6).The average G'of the gelatin hydrogel in the prepared liver chips was 652.05±58.52 Pa, which belongs to the modulus range of normal liver tissue. In addition, the interconnectivity of the microchannels in the liver chip was confirmed by perfusion of red fluorine spheres (diameter 0.2 μm), and it was confirmed that the diameter of the microchannels ranged from 5 to 36 μm, and was an average of 17.78±8.37 μm (FIG. 6). ).
간 칩에서 마이크로채널 네트워크의 확산성 및 투과성을 특성화하기 위해, 40 kDa FITC- 덱스트란 및 형광 마이크로비드를 20 ㎕/분의 유속으로 채널에 관류시킨 결과, 덱스트란(녹색)은 관류 후 30 분 이내에 채널로부터 하이드로겔로 쉽게 확산되는 반면, 마이크로비드(적색)는 채널 구조 내에 유지되는 것을 확인할 수 있었다(도 7). 이러한 결과는 200 ㎛의 확산 한계를 넘어 하이드로젤 몸체로 영양분과 산소를 수송하는 것이 가능하도록 배양 배지의 관류에 대해 하이드로젤의 강성(stiffness)과 채널 상호연결이 잘 제어되고 있음을 의미한다.In order to characterize the diffusivity and permeability of the microchannel network in the liver chip, 40 kDa FITC-dextran and fluorescent microbeads were perfused into the channel at a flow rate of 20 μl/min, resulting in dextran (green) 30 min after perfusion. It was confirmed that the microbead (red) was easily diffused from the channel to the hydrogel within the channel structure (Fig. 7). These results indicate that the stiffness and channel interconnection of the hydrogel are well controlled for perfusion of the culture medium so that nutrients and oxygen can be transported to the hydrogel body beyond the diffusion limit of 200 μm.
마이크로비드의 유속은 초기 압력 구동 유동(20 ㎛/분) 하에서 1 내지 12 ㎛/초 (평균 3.88 ㎛/초) 범위였다(도 8).The flow rate of the microbeads ranged from 1 to 12 μm/sec (average 3.88 μm/sec) under the initial pressure driven flow (20 μm/min) (FIG. 8).
상기 마이크로채널의 직경 및 마이크로비드의 유속 범위는 생체 내 범위와 일치하였다.The diameter of the microchannel and the flow rate range of the microbead were consistent with the in vivo range.
2. 정상적인 간 기능의 검증2. Verification of normal liver function
간세포 스페로이드의 생존율은 하기 세 조건으로 10일 동안 배양하여 확인하였다: i) 간세포 스페로이드+배지 관류, ii) 간세포 스페로이드+배지 비관류, 및 iii) 비스페로이드성 간세포+무채널 하이드로젤+배지 비관류. 배양 결과, 다른 실험군과 비교하여 상기 i) 실험군에 살아있는 간세포가 좀 더 많은 것을 확인할 수 있었으며, 이는 마이크로채널 네트워크 및 배지 관류가 세포 생존율을 높일 수 있음을 의미한다(도 9의 A). 또한, 간세포 스페로이드는 200 ㎛ 이내의 채널 네트워크에 둘러싸여 있어 산소, 양분 및 노폐물의 확산 한계를 극복함으로써 세포 생존율이 증가한 것으로 예상된다(도 9의 B).The survival rate of hepatocyte spheroids was confirmed by culturing for 10 days under the following three conditions: i) hepatocyte spheroid + medium perfusion, ii) hepatocyte spheroid + medium nonperfusion, and iii) bispheroid hepatocyte + channelless hydrogel + Medium nonperfusion. As a result of culture, compared to the other experimental groups, it was possible to confirm that there were more live hepatocytes in the i) experimental group, which means that the microchannel network and medium perfusion can increase the cell viability (FIG. 9A). In addition, since the hepatocyte spheroid is surrounded by a channel network within 200 μm, it is expected that the cell viability increased by overcoming the diffusion limit of oxygen, nutrients and waste products (FIG. 9B).
사이토크롬 P450(CYP) 발현과 알부민 분비는 각각 지질 대사 및 간 항상성 (hepatic homeostasis)의 기능적 지표이다. CYP는 주로 간에서 발현되어 스테로이드, 콜레스테롤과 같은 생체 물질의 생합성 및 분해에 관여한다. CYP 패밀리는 독소나 약물을 포함하는 작은 외부 유기 분자를 산화시켜 몸에서 제거하는 것으로 알려져 있다. 하기와 같이 실험군을 나누고, 첫 6일은 예비 실험으로 진행한 후 상기 유전자의 발현 수준을 확인하였다: i) 비스페로이드성 간세포+무채널 하이드로젤+비관류, ii) 비스페로이드성 간세포+채널 하이드로젤+비관류, iii) 간세포 스페로이드+무채널 하이드로젤+비관류, iv) 간세포 스페로이드+채널 하이드로젤+비관류 및 ㅊ 간세포 스페로이드+채널 하이드로젤+관류Cytochrome P450 (CYP) expression and albumin secretion are functional indicators of lipid metabolism and hepatic homeostasis, respectively. CYP is mainly expressed in the liver and is involved in the biosynthesis and degradation of biological substances such as steroids and cholesterol. The CYP family is known to oxidize and remove small foreign organic molecules, including toxins and drugs, from the body. The experimental groups were divided as follows, and the expression level of the gene was confirmed after proceeding as a preliminary experiment for the first 6 days: i) non-ferroidal hepatocytes + channelless hydrogel + non-perfusion, ii) nonspheroidal hepatocytes + channel Hydrogel + nonperfusion, iii) hepatocyte spheroid + channelless hydrogel + nonperfusion, iv) hepatocyte spheroid + channel hydrogel + nonperfusion and ㅊ hepatocyte spheroid + channel hydrogel + perfusion
이후 시토크롬 P450 4α10 (CYP4α10) 및 HNF4A 유전자의 발현 수준을 확인한 결과, 배지 비관류 실험군(i-iv)과 비교하여 배지 관류 실험군(v)에서 CYP4α10의 발현 수준이 현저하게 높은 것을 알 수 있었고, 실험군 iii) 또는 iv)와 비교하여 실험군 v)에서 HNF4A 유전자의 발현 수준이 유의하게 높은 것을 확인할 수 있었다(도 10의 A). 이러한 결과는 배지를 관류시키는 간 칩에서의 간세포 스페로이드 배양이 간세포의 지질 대사 활성을 현저하게 촉진한다는 것을 시사한다.Subsequently, as a result of checking the expression levels of cytochrome P450 4α10 (CYP4α10) and HNF4A genes, it was found that the expression level of CYP4α10 was significantly higher in the medium perfusion experimental group (v) compared to the medium non-perfusion experimental group (i-iv), and the experimental group Compared with iii) or iv), it was confirmed that the expression level of the HNF4A gene was significantly higher in the experimental group v) (Fig. 10A). These results suggest that culture of hepatocyte spheroids in a liver chip perfused with medium remarkably promotes lipid metabolism activity of hepatocytes.
또한, 세포를 장기간 배양한 후 CYP3A4 활성을 측정한 결과, 배지 관류 실험군(+Per)은 배양 2일차와 비교하여 배양 10일 차에 CYP3A4 활성이 유의하게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 반면, 배지 비관류 실험군(-Per)에서는 배양 기간 동안 CYP3A4 활성에 거의 변화가 없고, 배지 관류 실험군에 비해 낮은 수준의 대사 활성을 나타내는 것을 알 수 있었다(도 10의 B).In addition, as a result of measuring CYP3A4 activity after culturing the cells for a long time, it was confirmed that the CYP3A4 activity significantly increased on the 10th day of culture compared to the second day of culture in the medium perfusion experimental group (+Per). On the other hand, in the medium non-perfusion experimental group (-Per), there was almost no change in CYP3A4 activity during the culture period, and it was found that the medium-perfusion experimental group showed a lower level of metabolic activity (FIG. 10B).
또한, 간세포의 스페로이드성 유무, 배지 관류 유무에 따라 알부민 분비 수준을 확인하였다. 그 결과, 상기 실험군 ii)와 비교하여 실험군 vi) 및 v)에서 알부민 분비가 유의하게 증가하였으며, 배지 관류 실험군(+Per)에서는 배양 10일 동안 배양 2일차보다 알부민 분비 수준이 높게 유지되었다. 그러나 비관류 그룹에서는 배양 10일 동안 알부민 분비가 지속적으로 감소하였다(도 11). 이러한 결과는 정상적인 간 기능을 유지하기 위해서는 간 칩의 배지 관류가 필요함을 의미한다.In addition, the level of albumin secretion was confirmed according to the presence or absence of spheroidity of hepatocytes and the presence or absence of medium perfusion. As a result, compared to the experimental group ii), albumin secretion was significantly increased in the experimental groups vi) and v), and in the medium perfusion experimental group (+Per), the albumin secretion level was maintained higher than on the second day of culture for 10 days of culture. However, in the non-perfused group, albumin secretion continued to decrease during 10 days of culture (FIG. 11). These results imply that medium perfusion of the liver chip is required to maintain normal liver function.
추가로 간의 주요한 기능인 대사 조절 여부를 확인하였다. 배양 6일 차에 확인한 결과, 배지 비관류 실험군(-Per)과 비교하여 배지 관류 실험군(+Per)에서는 포도당 소비 수준은 유의하게 높고, 젖산 생산 수준은 유의하게 낮았다. 또한, 젖산염 대 포도당 수준의 비율은 배지 비관류 실험군(-Per)과 비교하여 배지 관류 실험군(+Per)에서 유의하게 낮았으며, 이는 대사 조절 활성을 유지하기 위한 관류의 중요성을 시사한다(도 12).In addition, it was confirmed whether or not metabolic regulation, which is a major function of the liver. As a result of checking on the 6th day of culture, the level of glucose consumption was significantly higher in the medium perfusion group (+Per) compared to the medium non-perfusion group (-Per) and the level of lactic acid production was significantly lower. In addition, the ratio of lactate to glucose level was significantly lower in the medium perfusion experimental group (+Per) compared to the medium non-perfusion experimental group (-Per), suggesting the importance of perfusion to maintain metabolic regulatory activity (Fig. 12). ).
알부민 및 CYP450의 면역 형광 염색을 통해서도 배지 비관류 실험군(-Per)과 비교하여 배지 관류군(+Per)에서 정상적인 간 기능이 더 많이 유지되는 것을 확인할 수 있었다(도 13).Also through immunofluorescence staining of albumin and CYP450, it was confirmed that normal liver function was maintained more in the medium perfused group (+Per) compared to the medium non-perfused experimental group (-Per) (FIG. 13 ).
3. 초기 간 염증 단계 모델링3. Modeling the early stages of liver inflammation
NAFLD의 진행 기작에 대하여 일반적으로 "투 히트 이론(two hit theory)"이 인정되고 있다. 간에 조기 염증과 함께 지방산이 축적되어 간 지방증(hepatic steatosis)이 발생하고(제1 히트), 이후 산화 스트레스와 소포체 스트레스의 증가로 심각한 염증성 손상이 발생하여 비알콜성 지방간염으로 진행한다는 이론이다(제2 히트)(도 14의 A).In general, "two hit theory" is accepted for the mechanism of progression of NAFLD. It is a theory that hepatic steatosis occurs due to premature inflammation and accumulation of fatty acids in the liver (the first hit), and then severe inflammatory damage occurs due to an increase in oxidative stress and endoplasmic reticulum stress, leading to nonalcoholic steatohepatitis ( Second hit) (Fig. 14A).
팔미트산은 인간 혈장에서 ROS 매개 세포 사멸(지방 독성)을 유발할 수 있는 가장 풍부한 지방산으로 알려져 있다. 따라서 간 칩에 팔미트산(PA)을 10일 동안 3회 처리한 후(도 14의 B), 세포 생존율을 라이브/데드 염색으로 확인하였다.Palmitic acid is known to be the most abundant fatty acid that can induce ROS-mediated cell death (lipotoxicity) in human plasma. Therefore, after treating the liver chips with palmitic acid (PA) three times for 10 days (FIG. 14B), the cell viability was confirmed by live/dead staining.
확인 결과, 배지 관류군(+Per)에서는 초기 사멸 세포 비율인 4%가 72시간 동안 계속 유지된 반면, 배지 비관류군(-Per)에서는 사멸 세포 비율이 팔미트산 처리 24시간 이내에 16%로 현저히 증가하고, 팔미트산 처리 후 72시간까지 사멸 세포 비율이 계속 유지되는 것을 알 수 있었다(도 15). 세포 스페로이드를 염색하여 추가로 확인한 결과, 팔미트산을 처리하지 않으면 배지 관류군(+Per) 및 비관류군(-Per)에서 EthD-1(ethidium homodimer-1)으로 염색된 죽은 세포(적색)가 거의 없지만, 팔미트산을 처리하면 배지 관류군(+Per)과 비교하여 배지 비관류군(-Per)에서 죽은 세포가 현저히 증가하는 것을 알 수 있었다(도 16; 녹색은 Calcein-AM으로 염색된 살아있는 세포를 나타냄). 상기 결과들을 통해 배지 비관류군(-Per)과 비교하여 배지 관류군(+Per)은 팔미트산 처리에 의한 지방 독성으로부터 간세포를 효율적으로 보호할 수 있음을 확인하였다.As a result, in the medium perfusion group (+Per), the initial apoptotic cell rate, 4%, was maintained for 72 hours, whereas in the medium non-perfusion group (-Per), the apoptotic cell rate was remarkably 16% within 24 hours of palmitic acid treatment. It was found that the ratio of dead cells increased and continued to be maintained until 72 hours after palmitic acid treatment (FIG. 15). As a result of additional confirmation by staining cell spheroids, if palmitic acid was not treated, dead cells stained with EthD-1 (ethidium homodimer-1) in the medium perfusion group (+Per) and non-perfusion group (-Per) (red) However, when palmitic acid was treated, it was found that the number of dead cells significantly increased in the medium non-perfused group (-Per) compared to the medium perfused group (+Per) (FIG. 16; Representing living cells). Through the above results, it was confirmed that the medium perfusion group (+Per) can effectively protect hepatocytes from fat toxicity caused by palmitic acid treatment compared to the medium non-perfusion group (-Per).
정상적인 간은 대사 기능을 통해 혈장의 포도당 수준을 유지하며, 간이 정상적인 대사를 수행하지 않으면 포도당은 염증과 함께 지방산으로 전환되고, NAFLD로 이어질 수 있다. 이 과정에서 구연산염(citrate)은 팔미트산으로 전환되고, 이후 간세포에 축적될 수 있는 주요 지방산인 올레산(oleic acid)으로 전환된다.The normal liver maintains plasma glucose levels through metabolic functions, and if the liver does not perform normal metabolism, glucose is converted into fatty acids along with inflammation, which can lead to NAFLD. In this process, citrate is converted to palmitic acid, and then to oleic acid, a major fatty acid that can be accumulated in hepatocytes.
배지 관류로 팔미트산을 10일 동안 처리한 후 세포내 지질 축적을 확인한 결과, 팔미트산 10일 처리군의 세포내 지질 수준은 팔미트산 5일 처리군 및 팔미트산 비처리군보다 현저히 높은 것을 알 수 있었다(도 17).As a result of confirming intracellular lipid accumulation after treatment with palmitic acid for 10 days by medium perfusion, the intracellular lipid level of the 10-day palmitic acid treatment group was significantly higher than that of the palmitic acid 5-day treatment group and the palmitic acid non-treatment group. It was found that it was high (Fig. 17).
또한, 팔미트산을 단시간(72시간) 동안 처리하고 잔여 활성 산소종(ROS) 수준을 확인하였다. 그 결과, 배지 비관류군(-Per)에서는 간세포 스페로이드에서 활성 산소종 양성인 세포의 비율이 증가했지만, 배지 관류군(+Per)에서는 활성 산소종 양성인 세포의 비율이 현저히 낮은 것을 알 수 있었다(도 18). 이 결과는 상기 투 히트 이론을 지지하지 않았다. 그러나 팔미트산을 장시간(10일) 동안 처리하면 배지 관류군(+Per)에서도 세포내 ROS 축적이 증가하였으며(도 17), 이 결과는 염증성 마커(IL-6 및 TNFα), ER 스트레스 마커 (EDEM 및 ATF4) 및 항산화 스트레스 마커(GSTA-1 및 HO-1) 유전자의 현저한 발현 증가에 의해 추가로 확인할 수 있었다(도 19).In addition, palmitic acid was treated for a short time (72 hours) and the residual reactive oxygen species (ROS) level was checked. As a result, it was found that the proportion of ROS-positive cells in the hepatocyte spheroid increased in the medium non-perfusion group (-Per), but the proportion of ROS-positive cells in the medium perfusion group (+Per) was remarkably low (Fig. 18). This result did not support the two-hit theory. However, when palmitic acid was treated for a long time (10 days), intracellular ROS accumulation increased even in the medium perfusion group (+Per) (FIG. 17 ), and these results were inflammatory markers (IL-6 and TNFα), ER stress markers ( EDEM and ATF4) and antioxidant stress markers (GSTA-1 and HO-1) were further confirmed by a marked increase in expression (Fig. 19).
상기 결과는 관류에 의해 팔미트산을 10일 동안 처리하면 만성 간 질환인 NAFLD의 염증성(초기) 단계를 확실하게 모델링할 수 있음을 시사한다.The above results suggest that treatment with palmitic acid for 10 days by perfusion can reliably model the inflammatory (early) stage of NAFLD, a chronic liver disease.
4. 초기 염증 단계의 치료 효과 확인4. Checking the effectiveness of treatment at the early stage of inflammation
고지혈증 치료에 사용되는 에제티미브는 간 지방증을 감소시키는 것으로 알려져 있으며, 본 발명자들은 이전 연구에서 에제티미브가 생체내 및 시험관 내에서 Nrf2 활성화를 통해 지방 독성을 감소시키는 것을 확인하였다(Free Radic Biol Med 2016, 99, 520). 따라서, 에제티미브를 팔미트산과 함께 간 칩에 처리하고, 그 결과(시험관 모델, in vitro)를 메티오닌-콜린 결핍(MCD) 식이를 실시한 NAFLD 마우스 모델의 에제티미브 투여에 따른 결과(생체내 모델, in vivo)와 비교하였다.Ezetimibe used in the treatment of hyperlipidemia is known to reduce hepatic steatosis, and the present inventors have confirmed in previous studies that ezetimibe reduces fat toxicity through Nrf2 activation in vivo and in vitro ( Free Radic Biol. Med 2016, 99, 520). Therefore, ezetimibe was treated with palmitic acid on liver chips, and the results (in vitro model, in vitro) of the NAFLD mouse model subjected to a methionine-choline deficiency (MCD) diet were administered as a result of ezetimibe administration (in vivo Model, in vivo).
그 결과, 에제티미브 처리에 의해 간 칩의 배지 관류군에서 지질 및 ROS의 세포내 축적이 감소하는 것을 확인할 수 있었다(도 20).As a result, it was confirmed that intracellular accumulation of lipids and ROS decreased in the medium perfusion group of liver chips by ezetimibe treatment (FIG. 20).
팔미트산은 스테아로일-CoA 불포화효소-1 (Stearoyl-CoA desaturase-1, SCD-1) 및 장쇄 지방산 신장효소(long-chain fatty acid elongase, LCE)에 의해 불포화되어 트리글리세리드 합성에 사용되는 올레산을 형성한다. 상기 유전자들의 발현 수준을 확인한 결과, 팔미트산 단독 처리군(PA)에서 SCD-1 및 LCE의 유전자 발현이 증가하는 것을 확인하여 상기 사실과 일치하는 것을 알 수 있었고, 증가된 유전자 발현은 에제티미브 처리군(PA+Eze)에서 감소하는 것을 알 수 있었다(도 21의 A).Palmitic acid is unsaturated by stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD-1) and long-chain fatty acid elongase (LCE) to produce oleic acid used in the synthesis of triglycerides. To form. As a result of checking the expression levels of the genes, it was confirmed that the gene expression of SCD-1 and LCE was increased in the palmitic acid-only treatment group (PA), which was consistent with the above fact, and the increased gene expression was Ezetimie. It was found that it decreased in the B treatment group (PA+Eze) (Fig. 21A).
또한, 에제티미브 처리군(PA+Eze 및 MCD+Eze)에서는 팔미트산 단독 처리에 의해 증가된 염증성 마커 유전자(IL-6 및 TNFα)의 발현 수준이 시험관 및 생체내 모델 모두에서 현저히 감소하였다(도 21의 B 및 D). 그러나 항산화제 표적 유전자인 GSTA-1 및 HO-1의 발현은 다른 실험군과 비교하여 에제티미브 처리군(PA+Eze 및 MCD+Eze)에서 현저히 증가하였다(도 21의 C).In addition, in the ezetimibe-treated group (PA+Eze and MCD+Eze), the expression level of the inflammatory marker genes (IL-6 and TNFα) increased by palmitic acid alone treatment decreased significantly in both in vitro and in vivo models. (FIG. 21B and D). However, the expression of the antioxidant target genes GSTA-1 and HO-1 was significantly increased in the ezetimibe-treated group (PA+Eze and MCD+Eze) compared to other experimental groups (FIG. 21C).
상기 결과와 대조적으로, 배지 비관류군은 에제티미브 처리군(PA+Eze)에서도 지질 축적이 증가하여 에제티미브의 효과를 확인할 수가 없었다(도 22). 이러한 결과는 생체 내와 유사한 정상적인 간 기능을 회복하기 위해서는 에제티미브 처리 및 관류가 필수적임을 나타낸다.In contrast to the above results, in the medium non-perfused group, lipid accumulation increased even in the ezetimibe-treated group (PA+Eze), and the effect of ezetimibe could not be confirmed (FIG. 22). These results indicate that ezetimibe treatment and perfusion are essential to restore normal liver function similar to that in vivo.
미토콘드리아는 유리 지방산의 β-산화 및 ROS 생성을 조절하기 때문에 미토콘드리아 기능 장애는 NAFLD를 유발할 수 있다. 팔미트산 처리에 의해 미토콘드리아 기능 장애가 초래되므로 이에 대한 에제티미브 처리 효과를 조사하였다.Mitochondrial dysfunction can cause NAFLD because mitochondria regulate β-oxidation and ROS production of free fatty acids. Since mitochondrial dysfunction is caused by palmitic acid treatment, the effect of ezetimibe treatment on this was investigated.
미토콘드리아 유리 지방산의 β-산화에 대한 표적 유전자는 아코니타제-2 (aconitase-2, Aco) 및 퍼옥시좀 증식인자-활성화 수용체 감마 보조활성자 1-α (peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-α, PGC1-α)이며, 이들 마커들은 NAFLD 손상에 대한 미토콘드리아의 기능을 나타낸다.Target genes for β-oxidation of mitochondrial free fatty acids are aconitase-2 (Aco) and peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-α (peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1- α, PGC1-α), and these markers indicate mitochondrial function for NAFLD injury.
확인 결과, 시험관내 및 생체내 실험 모두 팔미트산 단독 처리(PA)와 비교하여 팔미트산+에제티미브 처리군(PA+Eze 및 MCD+Eze)에서 마커 유전자들의 발현이 증가하는 것을 알 수 있었다(도 23). 또한, 팔미트산 단독 처리(PA)는 미토콘드리아 막횡단 전위를 증가시켜 팔미트산-유도성 미토콘드리아 기능 장애를 유도하나, 이러한 기능 장애는 에제티미브 처리에 의해 반전되는 것을 알 수 있었다(도 24). 에제티미브 처리의 효과는 비관류군에서도 확인할 수 있었다(도 24의 B 및 도 25).As a result of the confirmation, it was found that the expression of marker genes was increased in the palmitic acid + ezetimibe treatment group (PA + Eze and MCD + Eze) compared with palmitic acid alone treatment (PA) in both in vitro and in vivo experiments. There was (Fig. 23). In addition, palmitic acid alone treatment (PA) increases mitochondrial transmembrane potential to induce palmitic acid-induced mitochondrial dysfunction, but it was found that such dysfunction was reversed by ezetimibe treatment (Fig. 24). ). The effect of ezetimibe treatment was also confirmed in the non-perfusion group (FIG. 24B and FIG. 25).
상기 결과들을 통해서 본 발명의 간 칩이 동물 모델과 일치하여 NAFLD와 관련된 병원성 및 치료 메커니즘을 연구하는 데 사용될 수 있음을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that the liver chip of the present invention can be used to study the pathogenicity and treatment mechanisms related to NAFLD in accordance with the animal model.
5. 후기 섬유화 단계(late fibrotic stage) 모델링5. Late fibrotic stage modeling
비알콜성 지방간염(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)은 초기 염증에서 말기 섬유증 단계까지 진행되며(도 26), 내피세포(EC)는 이 과정을 조절하는 간 성상세포(hepatic stellate cell, HSC) 및 간세포의 기능에 영향을 미친다. 따라서, 이러한 측면을 모방하여 간세포, 내피세포 및 간 성상세포의 스페로이드를 젤-채널 관류 시스템에서 팔미트산 및 TGF-β 처리와 함께 공동 배양하였다(도 26 및 도 27).Non-alcoholic steatohepatitis (NASH) progresses from early inflammation to end-stage fibrosis (FIG. 26), and endothelial cells (EC) regulate this process, hepatic stellate cells (HSC) and It affects the function of hepatocytes. Therefore, by mimicking this aspect, spheroids of hepatocytes, endothelial cells, and hepatic astrocytes were co-cultured with palmitic acid and TGF-β treatment in a gel-channel perfusion system (FIGS. 26 and 27).
먼저 팔미트산 및 TGF-β를 처리하지 않고 배양한 결과, 간세포 스페로이드 단일 배양군(monoculture)과 비교하여 스페로이드 공동 배양군(co-culture)에서는 CYP4α10 및 HNF4A 유전자의 발현이 각각 2배 및 8배 증가하고, 알부민 분비 및 CYP3A4 활성은 각각 40% 및 60% 증가하는 것을 확인할 수 있었다(도 28). 이 결과는 간세포 스페로이드 단일 배양군과 비교하여 스페로이드 공동 배양군이 정상적인 간 기능을 더 많이 향상시킬 수 있음을 의미한다.First, as a result of culturing without treatment with palmitic acid and TGF-β, the expression of CYP4α10 and HNF4A genes was doubled in the spheroid co-culture group, respectively, compared with the hepatocyte spheroid monoculture group (monoculture). It was confirmed that the 8-fold increase, and albumin secretion and CYP3A4 activity increased by 40% and 60%, respectively (FIG. 28). This result means that the spheroid co-culture group can further improve normal liver function compared to the hepatocyte spheroid single culture group.
이후 팔미트산 및 TGF-β를 처리하여 스페로이드를 배양하였다. TGF-β는 간 성상세포에서 염증 및 섬유증(fibrosis)을 유도하므로 NAFLD의 후기 섬유증 단계를 모델링하기 위해 처리하였다.Thereafter, spheroids were cultured by treatment with palmitic acid and TGF-β. Since TGF-β induces inflammation and fibrosis in hepatic stellate cells, it was treated to model the late fibrosis stage of NAFLD.
확인 결과, 관류군에 TGF-β 및 팔미트산을 같이 처리하면 간세포 스페로이드 단일 배양군, 상응하는 비관류군, 및 팔미트산&TGF-β 비처리군과 비교하여 공동-배양 스페로이드에서 섬유증 마커 유전자인 αSMA, TGF-β 및 Col1A1의 발현이 현저히 높아지는 것을 알 수 있었다(도 29). 이 결과는 αSMA의 단백질 발현 수준을 통해서도 확인할 수 있었다(도 30).As a result of confirmation, when TGF-β and palmitic acid were treated together in the perfusion group, fibrosis markers in co-culture spheroids compared to the hepatocyte spheroid single culture group, the corresponding non-perfusion group, and the palmitic acid & TGF-β non-treated group. It was found that the expression of the genes αSMA, TGF-β and Col1A1 was significantly increased (FIG. 29). This result could also be confirmed through the protein expression level of αSMA (FIG. 30).
상기 결과는 관류군에서의 공동 배양 스페로이드가 비알콜성 지방간염(NASH) 모델의 섬유증 단계를 모방하는 신뢰할 수 있는 모델임을 의미한다.The above results indicate that co-culture spheroids in the perfusion group are a reliable model that mimics the fibrosis stage of the non-alcoholic steatohepatitis (NASH) model.
6. 생체내 이식6. In vivo transplantation
관류성 간 칩의 이식가능성 및 재생 가능성을 간 결함 토끼 모델에서 시험하였다. 토끼 모델을 사용한 것은 최근의 연구에서 간 절제술 후 간 재생을 연구하기 위한 신뢰할 수 있는 생체 내 플랫폼으로 토끼 모델을 제안했고(M. Liao, T. Zhang, H. Wang, Y. Liu, M. Lu, J. Huang, Y. Zeng, J Surg Res 2017, 209, 242.), 그 접근 방식이 우리 모델과 가장 관련되기 때문이다.The implantability and reproducibility of perfused liver chips were tested in a liver defective rabbit model. Using a rabbit model has suggested a rabbit model as a reliable in vivo platform for studying liver regeneration after hepatectomy in a recent study (M. Liao, T. Zhang, H. Wang, Y. Liu, M. Lu) , J. Huang, Y. Zeng, J Surg Res 2017, 209, 242.), because that approach is most relevant to our model.
토끼 간은 30% 이내 간 절제술을 시행하고, 절제한 간 조직은 분쇄하여 본 발명의 간 칩에 포매하였다. 상기 간 칩을 간 결손 부위에 이식하고 14일 후에 확인한 결과, 간 칩 비이식군(w/o gel)과 비교하여 간 칩 이식군((w/ gel)은 손상 부위에서 명확한 조직 재생이 일어난 것을 확인할 수 있었다(도 31).Rabbit liver was subjected to liver resection within 30%, and the resected liver tissue was crushed and embedded in the liver chip of the present invention. The liver chip was transplanted to the liver defect site and confirmed 14 days later, compared to the liver chip non-transplant group (w/o gel), the liver chip transplant group ((w/gel) showed that clear tissue regeneration occurred at the damaged site. It could be confirmed (Fig. 31).
상기 결과는 간 칩 비이식군(w/o hydrogel)과 비교하여 간 칩 이식군(w/ hydrogel)에서 알라닌 트랜스아미나제(ALT) 농도의 급격한 감소(도 32의 A), 이식 부위의 조직 염색 결과(도 32의 B), 현저히 낮은 조직 섬유화 정도(도 32의 C 및 D), 정상 간과 유사한 수준의 조직 회복(도 32의 E) 및 간세포 사멸율(도 32의 F)에 의해 추가로 확인할 수 있었다.The above results show a rapid decrease in alanine transaminase (ALT) concentration in the liver chip transplant group (w/ hydrogel) compared to the liver chip non-transplant group (w/o hydrogel) (Fig. 32A), tissue staining at the transplant site. Results (FIG. 32B), significantly lower degree of tissue fibrosis (FIG. 32C and D), tissue recovery at a level similar to that of normal liver (FIG. 32E), and hepatocyte death rate (FIG. 32F). Could
Claims (15)
복수개의 마이크로채널이 서로 연결되어 형성된 3차원 네트워크를 내부에 포함하는 하이드로젤 구조체; 및
상기 하이드로젤 구조체에 봉입된 세포를 포함하는 인공 조직 모델.Made of biocompatible polymers,
A hydrogel structure including a three-dimensional network formed by connecting a plurality of microchannels to each other; And
Artificial tissue model including cells encapsulated in the hydrogel structure.
(b) 상기 인공 조직 모델에 목적 질환을 유도하는 성분을 관류시키는 단계를 포함하는, 인공 질환 모델의 제작 방법.(a) producing the artificial tissue model of claim 1; And
(b) a method for producing an artificial disease model comprising the step of perfusing a component that induces a target disease to the artificial tissue model.
(a) 인공 간 조직 모델을 제작하는 단계; 및
(b) 상기 인공 간 조직 모델에 지방산을 관류시키는 단계;를 포함하는 지방간 또는 지방간염 모델 제작 방법인 것인, 인공 질환 모델의 제작 방법.The method of claim 10, wherein the manufacturing method
(a) creating an artificial liver tissue model; And
(b) perfusing fatty acids to the artificial liver tissue model; which is a method for producing a fatty liver or steatohepatitis model, including.
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WO2022250406A1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | 연세대학교 산학협력단 | Non-alcoholic fatty liver artificial tissue model |
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TISSUE ENGINEERING: Part A, vol.17(3and4), pp.361~370(2011)* * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022250406A1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | 연세대학교 산학협력단 | Non-alcoholic fatty liver artificial tissue model |
WO2022265352A1 (en) * | 2021-06-15 | 2022-12-22 | 연세대학교 산학협력단 | Multi-organ model |
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