KR20220043010A - Method for three dimensional co-culture of organoids from human tonsil and immune cells - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for three-dimensional (3D) co-culture of organoids from human tonsil and immune cells. More specifically, culture conditions optimized for culturing tonsil organoids are combined with culture conditions optimized for culturing tonsil immune cells, so that it is proved that co-culture of tonsillar organoids and immune cells is possible and in vitro implementation of tonsillar tissue was possible by applying same. The present invention includes a composition of specific culture conditions capable of long-term co-cultivation of organoids and immune cells of tonsillar tissue, a culture technique using the same, and a technique for measuring immune cell activity using a corresponding platform. A tonsillar tissue organoid-immune cell co-culture platform can be widely applied to proliferation of antigen-specific T cells, formation of antibodies in vitro, and screening of therapeutic agents related to tonsillar and immune diseases.

Description

인간 편도 유래 오가노이드와 면역세포 3차원 공배양 방법{Method for three dimensional co-culture of organoids from human tonsil and immune cells}Method for three dimensional co-culture of organoids from human tonsil and immune cells

본 발명은 인간 편도 유래 오가노이드와 면역세포 3차원 공배양 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional co-culturing method of human tonsil-derived organoids and immune cells.

"오가노이드(organoid)"란 조직에서나 혹은 배아줄기세포에서 유래된 세포를 이용하여 이를 3D 형태로 배양을 하여 마치 인공장기와 같은 형태로 만들 수 있는 것을 의미한다. 오가노이드는 장기의 ‘organ’과 같은 의미를 가진 접미어로 ‘장기와 유사한 것’이라는 말을 지니고 있다. 오가노이드는 3차원 배양 방법을 통하여 세포와 세포의 기능이 좀 더 잘 배열되고, 기능성을 가지는 기관 같은 형태와 기능을 지닌다. 오가노이드는 줄기세포연구와 3D 세포배양 등이 개발되고, 다양한 조직으로 분화시킬 수 있는 생장 및 분화 인자의 최적화 연구와 함께 주목을 받고 있다. "Organoid" means that cells derived from tissues or embryonic stem cells can be cultured in 3D form to form an artificial organ. Organoid is a suffix that has the same meaning as ‘organ’ of an organ, and has the word ‘organ-like’. Organoids have a more well-arranged cell and cell function through a three-dimensional culture method, and have a functional organ-like form and function. Organoids are receiving attention along with research on optimization of growth and differentiation factors that can differentiate into various tissues, with stem cell research and 3D cell culture being developed.

편도(tonsil)는 B 세포와 T 세포로 구성된 림프 소포(lymphoid follicle)의 일종으로 구강 내 면역 기능을 담당하고, 면역 세포 이외에 림프 소포(lymphoid follicle)를 둘러싸는 비-케라틴화 상피(non-keratinized epithelium)로 구성되어 있다. 기존의 오가노이드 배양 기술은 줄기세포(stem cells) 및 상피세포(epithelial cells) 위주로 배양이 된다는 단점을 가지고 있고, 특히나 면역 세포 같은 기질세포(stromal cells)의 배양 조건 최적화 및 유지에는 성공하지 못하고 있다. 이에 편도 오가노이드 배양 및 면역세포 배양에 최적화된 배양 조건을 구축할 필요성이 있다.The tonsil is a type of lymphoid follicle composed of B cells and T cells, which is responsible for oral immune functions, and a non-keratinized epithelium that surrounds lymphoid follicles in addition to immune cells. epithelium). Existing organoid culture technology has the disadvantage of culturing mainly stem cells and epithelial cells, and in particular, it has not succeeded in optimizing and maintaining culture conditions for stromal cells such as immune cells. . Accordingly, there is a need to establish culture conditions optimized for culturing tonsil organoids and culturing immune cells.

한국등록특허 제10-1953977호 (2019.02.25 등록)Korean Patent Registration No. 10-1953977 (Registered on February 25, 2019)

본 발명의 목적은 IGF-1, IL-2 및 항-CD28 항체를 유효성분으로 포함하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양을 위한 배양액 조성물을 제공하는데 있다. 또한, 추가적으로 프로스타글란딘 E2(Prostaglandin E2; PGE2)를 더 포함하는 배양액 조성물을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a culture medium composition for co-culture of tonsil stem cell-derived tonsil organoids and tonsil immune cells comprising IGF-1, IL-2 and anti-CD28 antibody as active ingredients. In addition, it is to provide a culture solution composition further comprising additional prostaglandin E2 (Prostaglandin E2; PGE2).

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용한 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of co-culturing tonsil stem cell-derived tonsil organoids and tonsil immune cells using the composition.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 IGF-1, IL-2 및 항-CD28 항체를 유효성분으로 포함하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양을 위한 배양액 조성물을 제공한다. 또한, 추가적으로 프로스타글란딘 E2(Prostaglandin E2; PGE2)를 더 포함하는 배양액 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a culture medium composition for co-culture of tonsil stem cell-derived tonsil organoids and tonsil immune cells comprising IGF-1, IL-2 and anti-CD28 antibody as active ingredients. In addition, it provides a culture solution composition further comprising additional prostaglandin E2 (Prostaglandin E2; PGE2).

또한, 본 발명은 (1) 편도 조직으로부터 편도 줄기세포를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 편도 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; 및 (3) 상기 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 편도 줄기세포를 배양하여, 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포를 배양하는 단계를 포함하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) isolating tonsil stem cells from tonsil tissue; (2) contacting the isolated tonsil stem cells with an extracellular matrix (ECM); and (3) culturing the tonsil stem cells in contact with the ECM in the culture solution composition, and culturing tonsil organoids and tonsil immune cells. to provide.

본 발명은 인간 편도 유래 오가노이드와 면역세포 3차원 공배양 방법에 관한 것으로, 상세하게는 편도 오가노이드의 배양에 최적화된 배양 조건과 편도 면역 세포의 배양에 최적화된 배양 조건을 결합하여, 편도 오가노이드 및 면역 세포의 공동배양이 가능함을 밝히고, 이를 응용하여 편도 조직의 시험관 내 구현을 가능케 하였다. 본 발명은 편도 조직의 오가노이드 및 면역 세포의 장기간 공배양이 가능한 특이적 배양 조건의 조성 및 그를 활용한 배양 기법 및 해당 플랫폼을 활용한 면역 세포 활성도 측정 기법 등을 포함한다. 본 발명에 따른 편도 조직 오가노이드-면역세포 공배양 플랫폼은 항원 특이적 T 세포의 증식 및 시험관 내 항체 형성, 편도 및 면역질환 관련 치료제의 스크리닝 등에 폭넓게 적용할 수 있다.The present invention relates to a three-dimensional co-culturing method of human tonsil-derived organoids and immune cells. It was revealed that the co-culture of nooids and immune cells was possible, and by applying this, it was possible to implement the tonsil tissue in vitro. The present invention includes a composition of specific culture conditions capable of long-term co-culture of organoids and immune cells of tonsil tissue, a culture technique using the same, and a technique for measuring immune cell activity using the corresponding platform. The tonsil tissue organoid-immune cell co-culture platform according to the present invention can be widely applied to antigen-specific T cell proliferation, in vitro antibody formation, and screening for therapeutic agents related to tonsils and immune diseases.

도 1은 편도 오가노이드 2주 배양 후의 세포 분포 결과를 나타낸다.
도 2는 편도 오가노이드 배양에 따른 면역 세포 감소 현상을 나타낸다.
도 3은 면역 세포 감소 현상을 해결하기 위해 본 발명의 유효성분을 포함한 배양액 조성을 통한 오가노이드 배양 결과를 나타낸다.
도 4는 편도 오가노이드 배양에 따른 현미경 소견(a), 유세포 분석을 통한 면역세포 검출(b) 결과를 나타낸다. 도 4a는 passage 1에서 편도 오가노이드의 성장 및 면역 세포 클러스터 형성을 나타내며, 도 4b는 계대 배양에 따른 면역 세포 비율을 확인한 결과를 나타낸다.
도 5는 오가노이드 내 마커 발현을 실제 편도조직과 비교한 결과를 나타낸다.
도 6은 오가노이드-면역세포 공배양 환경에서 PGE2의 농도에 따른 오가노이드 생성 정도를 광학 현미경 이미지를 통해 분석한 결과이다.
도 7은 오가노이드-면역세포 공배양 환경에서 PGE2의 농도에 따른 면역세포 분포 정도를 유세포 분석법으로 분석한 결과를 나타낸다.
1 shows the cell distribution results after 2 weeks of culture of tonsil organoids.
Figure 2 shows the decrease in immune cells according to the culture of tonsil organoids.
Figure 3 shows the organoid culture results through the composition of the culture medium containing the active ingredient of the present invention in order to solve the immune cell reduction phenomenon.
4 shows the results of microscopic findings (a) and immune cell detection through flow cytometry (b) according to tonsil organoid culture. Figure 4a shows the growth of tonsil organoids and the formation of immune cell clusters in passage 1, and Figure 4b shows the results of confirming the proportion of immune cells according to passage culture.
5 shows the results of comparing the expression of markers in organoids with actual tonsil tissue.
6 is a result of analyzing the degree of organoid generation according to the concentration of PGE2 through an optical microscope image in an organoid-immunocyte co-culture environment.
7 shows the results of analyzing the distribution of immune cells according to the concentration of PGE2 by flow cytometry in an organoid-immunocyte co-culture environment.

본 발명은 IGF-1, IL-2 및 항-CD28 항체를 유효성분으로 포함하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양을 위한 배양액 조성물을 제공한다. 바람직하게는, 상기 배양액 조성물은 프로스타글란딘 E2(Prostaglandin E2; PGE2)를 더 포함할 수 있다. The present invention provides a culture medium composition for co-culture of tonsil stem cell-derived tonsil organoids and tonsil immune cells comprising IGF-1, IL-2 and anti-CD28 antibody as active ingredients. Preferably, the culture medium composition may further include prostaglandin E2 (PGE2).

바람직하게는, 상기 배양액 조성물은 최종 농도 10 내지 200 ng/ml의 IGF-1, 최종 농도 1 내지 20 ng/ml의 IL-2, 최종 농도 1 내지 10 ㎍/ml의 항-CD28 항체 및 최종 농도 0.1 내지 0.5 μM의 PGE2를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the culture solution composition comprises IGF-1 at a final concentration of 10 to 200 ng/ml, IL-2 at a final concentration of 1 to 20 ng/ml, an anti-CD28 antibody at a final concentration of 1 to 10 μg/ml and a final concentration 0.1 to 0.5 μM of PGE2 may be included, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 배양액 조성물은 표 1에 기재된 구성성분으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the culture solution composition may consist of the components shown in Table 1, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 (1) 편도 조직으로부터 편도 줄기세포를 분리하는 단계; (2) 상기 분리된 편도 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; 및 (3) 상기에 따른 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 편도 줄기세포를 배양하여, 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포를 배양하는 단계를 포함하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) isolating tonsil stem cells from tonsil tissue; (2) contacting the isolated tonsil stem cells with an extracellular matrix (ECM); and (3) culturing the tonsil stem cells in contact with the ECM in the culture solution composition according to the above, and culturing tonsil organoids and tonsil immune cells. provide a way

바람직하게는, 상기 배양된 편도 오가노이드는 p75, CD44, CK19, CK14, MUC1, CK13 및 CK8이 발현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the cultured tonsil organoids may express p75, CD44, CK19, CK14, MUC1, CK13 and CK8, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포를 배양하는 단계에서 PGE2가 첨가될 수 있다.Preferably, PGE2 may be added in the step of culturing the tonsil organoids and tonsil immune cells.

본 발명에 있어서, 편도 줄기세포를 배양하는 방법은 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)와 접촉시켜 편도 줄기세포를 배양하는 것을 포함한다. 임의의 적합한 세포 외 매트릭스가 사용될 수 있다. 분리된 편도 줄기세포는 바람직하게는 상기 편도 줄기세포가 자연적으로 존재하는 세포 미세 환경을 부분적으로 모방하는 환경에서 배양된다. 이러한 세포 틈새는 줄기세포 운명을 제어하는 주요 조절 신호를 제공하는 세포 외 매트릭스와 같은 생체 물질의 존재하에서 상기 줄기세포를 배양함으로써 모방 될 수 있다. 세포 틈새는 줄기세포 및 주변 세포 및 상기 틈새의 세포에 의해 생성된 세포 외 매트릭스에 의해 부분적으로 결정된다. 본 발명의 바람직한 방법에서, 편도 줄기세포는 세포 외 매트릭스와 접촉하여 배양된다. "접촉"은 물리적 또는 기계적 또는 화학적 접촉을 의미하며, 이는 상기 생성된 편도 오가노이드 또는 편도 줄기세포 집단을 상기 세포 외 매트릭스로부터 분리하기 위해 힘이 사용될 필요가 있음을 의미한다. 바람직하게는, 편도 줄기세포는 ECM에 매립된다. 본 발명의 배양액은 세포 외 매트릭스로 확산 될 수 있다.In the present invention, the method of culturing tonsil stem cells includes culturing the tonsil stem cells by contacting them with an extracellular matrix (ECM). Any suitable extracellular matrix may be used. The isolated tonsil stem cells are preferably cultured in an environment that partially mimics the cellular microenvironment in which the tonsil stem cells naturally exist. This cell niche can be mimicked by culturing the stem cells in the presence of a biomaterial such as an extracellular matrix that provides key regulatory signals that control stem cell fate. The cell niche is determined in part by the extracellular matrix produced by stem cells and surrounding cells and cells in the niche. In a preferred method of the present invention, the tonsil stem cells are cultured in contact with an extracellular matrix. "Contact" means physical or mechanical or chemical contact, meaning that force needs to be used to separate the resulting population of tonsil organoids or tonsil stem cells from the extracellular matrix. Preferably, the tonsil stem cells are embedded in the ECM. The culture medium of the present invention can be diffused into the extracellular matrix.

본 발명에 있어서, "오가노이드(organoid)"란 조직에서나 혹은 배아줄기세포에서 유래된 세포를 이용하여 이를 3D 형태로 배양을 하여 마치 인공장기와 같은 형태로 만들 수 있는 것을 의미한다. 오가노이드는 장기의 ‘organ’과 같은 의미를 가진 접미어로 ‘장기와 유사한 것’이라는 말을 지니고 있다. 오가노이드는 3차원 배양 방법을 통하여 세포와 세포의 기능이 좀 더 잘 배열되고, 기능성을 가지는 기관 같은 형태와 기능을 지닌다. 오가노이드는 줄기세포연구와 3D 세포배양 등이 개발되고, 다양한 조직으로 분화시킬 수 있는 생장 및 분화 인자의 최적화 연구와 함께 주목을 받고 있다.In the present invention, "organoid" means that it can be made in the form of an artificial organ by culturing it in a 3D form using cells derived from tissues or embryonic stem cells. Organoid is a suffix that has the same meaning as ‘organ’ of an organ, and has the word ‘organ-like’. Organoids have a more well-arranged cell and cell function through a three-dimensional culture method, and have a functional organ-like form and function. Organoids are receiving attention along with research on optimization of growth and differentiation factors that can differentiate into various tissues, with stem cell research and 3D cell culture being developed.

이하, 하기 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through the following examples. However, the present invention is not limited by these examples.

<< 실험예Experimental example >>

하기의 실험예들은 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.The following experimental examples are intended to provide experimental examples commonly applied to each embodiment according to the present invention.

1. 시약1. Reagents

본 발명에 다음의 시약들이 사용되었다. The following reagents were used in the present invention.

소혈청 알부민(Bovine Serum Albumin; BSA), 1×HBSS solution (# 14025092, Gibco), Collagenase, type II (# 4176, Worthington), Hyaluronidase (# H3506, Sigma), Y-27632 dihydrochloride (# 1254, Tocris), 48 well plate for suspension culture (# 677102, Greiner Bio-one), Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix, Type 2 (BME 2) (# 3533-001-02, Trevigen), X-VIVO 15 media (# 04-418Q, Lonza), Primocin (# anti-pm, Invivogen), HEPES (# 15630-080, Gibco), GlutaMAX (# 35050-061, Gibco), B27 (# 12587, Gibco), NAC (N-acetyl-cysteine; # A9165, Sigma), Nicotinamide (# N0636, Sigma), A83-01 (# 2939, Tocris), Noggin (# 6057-NG, R&D), IGF-1 (# 100-11, Peprotech), FGF2 (# 100-18B, Peprotech), FGF10 (# 100-26, Peprotech), IL-2 (# 200-02, Peprotech), PGE2 (# P0409, Sigma), Purified anti-human CD3 antibody (#566685, BD), Purified anti-human CD28 antibody (#555725, BD), DMEM, High Glucose, w/ stable glutamine w/ sodium pyruvate (# L0103, Biowest), Fetal Bovine Serum (FBS), 1× Phosphate buffered saline (PBS), Zeocin (# R250-01, Life technologies), G-418 solution (# 4727878001, Roche), Rspo1 cells (3710-001-K, Cultrex), L-WNT3A cells (CRL-2647, ATCC), TrypLE express (# 12605-010, Life technologies), CellBanker 1 (Zenoaq)Bovine Serum Albumin (BSA), 1×HBSS solution (# 14025092, Gibco), Collagenase, type II (# 4176, Worthington), Hyaluronidase (# H3506, Sigma), Y-27632 dihydrochloride (# 1254, Tocris) ), 48 well plate for suspension culture (# 677102, Greiner Bio-one), Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix, Type 2 (BME 2) (# 3533-001-02, Trevigen), X-VIVO 15 media (# 04 -418Q, Lonza), Primocin (#anti-pm, Invivogen), HEPES (#15630-080, Gibco), GlutaMAX (#35050-061, Gibco), B27 (#12587, Gibco), NAC (N-acetyl- cysteine;#A9165, Sigma), Nicotinamide (#N0636, Sigma), A83-01 (#2939, Tocris), Noggin (#6057-NG, R&D), IGF-1 (#100-11, Peprotech), FGF2 ( # 100-18B, Peprotech), FGF10 (# 100-26, Peprotech), IL-2 (# 200-02, Peprotech), PGE2 (# P0409, Sigma), Purified anti-human CD3 antibody (#566685, BD) , Purified anti-human CD28 antibody (#555725, BD), DMEM, High Glucose, w/ stable glutamine w/ sodium pyruvate (# L0103, Biowest), Fetal Bovine Serum (FBS), 1× Phosphate buffered saline (PBS), Zeoci n (# R250-01, Life technologies), G-418 solution (# 4727878001, Roche), Rspo1 cells (3710-001-K, Cultrex), L-WNT3A cells (CRL-2647, ATCC), TrypLE express (# 12605-010, Life technologies), CellBanker 1 (Zenoaq)

2. 인간 편도 줄기세포 유래 2. Derived from human tonsil stem cells 오가노이드organoid 제작 produce

(1) 인간 편도 샘플을 채취한 후, 이를 보존액 (1% BSA가 첨가된 1× HBSS)에 넣어 당일 또는 다음날 실험 진행 전까지 4℃ 냉장고에 보관한다.(1) After collecting a human tonsil sample, put it in a preservative solution (1× HBSS with 1% BSA) and store it in a refrigerator at 4°C until the next day or the next day before the experiment.

(2) 편도 샘플이 있는 보존액에 콜라게네이즈 타입 II(Collagenase type II) 0.5 mg/ml, 히알루로니데이즈(Hyaluronidase) 0.5 mg/ml, Y-27632 10 mM을 첨가하여 용해 용액(digestion solution)을 각 샘플 당 20 ml 정도 만든 후, 37℃ 교반 배양기에 200 rpm으로 30 분간 보관한다.(2) Collagenase type II (Collagenase type II) 0.5 mg/ml, hyaluronidase 0.5 mg/ml, Y-27632 10 mM was added to the preservation solution with tonsil samples to obtain a digestion solution After making about 20 ml for each sample, it is stored in a stirred incubator at 37°C at 200 rpm for 30 minutes.

(3) 반응시킨 편도 샘플을 70 ㎛ 여과기(strainer)로 걸러서 용해되지 않은 조직을 제거한 후, 걸러진 용액을 300 g에 5 분간 원심분리하여 세포만을 얻는다.(3) Filter the reacted tonsil sample with a 70 μm strainer to remove undissolved tissue, and then centrifuge the filtered solution at 300 g for 5 minutes to obtain only cells.

(4) 세포수를 센 후, 48 웰 플레이트 기준 1.0 × 104 cells이 들어가도록 세포수를 계산하여 다시 한 번 같은 조건으로 원심분리를 시행한다.(4) After counting the number of cells, count the number of cells to contain 1.0 × 10 4 cells based on a 48-well plate, and centrifuge again under the same conditions.

(5) 미리 1시간 이상 37℃에서 가열된 48 웰 플레이트를 꺼내서 한 웰 당 20 ul의 BME 2 매트릭스(matrix)를 세포 펠렛과 잘 섞은 후 각 웰에 분주하여 돔(dome) 형태를 만든다. 그 후 37℃에 20분간 보관한 후, 배지를 250 ul 각 웰에 넣어주어 배양한다.(5) Take out the 48-well plate heated at 37° C. for at least 1 hour in advance, mix 20 ul of BME 2 matrix per well with the cell pellet, and then dispense into each well to make a dome shape. Thereafter, after storage at 37° C. for 20 minutes, the culture medium is put into each well of 250 ul and cultured.

(6) 이 때, 배양액 조성은 표 1과 같다.(6) At this time, the composition of the culture medium is shown in Table 1.

(7) 배양 중에 2-3일 간격으로 기존의 배양액을 코니컬 튜브(conical tube)에 넣어준 후, 300 g에 5 분간 원심분리를 시행한다. 그 후, 펠렛(pellet)에 포함된 세포 (주로 면역세포)를 새로운 배양액에 풀어서 웰에 넣어준다. (7) After putting the existing culture solution into a conical tube every 2-3 days during culture, centrifuge at 300 g for 5 minutes. After that, the cells (mainly immune cells) contained in the pellet are dissolved in a new culture medium and put into the well.

(8) 2주가 지나면 계대 배양(subculture)을 수행한다. (8) Perform subculture after 2 weeks.

  최종 농도final concentration X-VIVO 15 mediaX-VIVO 15 media   PrimocinPrimocin 1 ×1 × HEPESHEPES 1 ×1 × GlutamaxGlutamax 1 ×1 × B27B27 1 ×1 × NACNAC 1 mM1 mM NicotinamideNicotinamide 10 mM10 mM A83-01A83-01 0.5 uM0.5 uM Wnt3a CMWnt3a CM 5%5% Rspo1 CMRspo1CM 5%5% NogginNoggin 100 ng/ml100 ng/ml IGF-1IGF-1 50 ng/ml50 ng/ml FGF10FGF10 20 ng/ml20 ng/ml FGF2FGF2 10 ng/ml10 ng/ml Y-27632Y-27632 5 uM**5 uM** IL-2IL-2 10 ng/ml10 ng/ml anti-CD28 antibodyanti-CD28 antibody 2 μg/ml**2 μg/ml**

** Y-27632, 항-CD28 항체는 배양 후 3-4일 동안만 넣어준다.** Y-27632, anti-CD28 antibody is added only for 3-4 days after incubation.

3. 3. 오가노이드organoid 배양액을 위한 조건 배지(Conditioned media)의 제작 Preparation of conditioned media for culture medium

(1) Cell stock (1.0 × 106 cells/vial)을 질소 탱크에서 꺼내어 수조에 반 정도 녹을 때까지 반응 후 녹인 세포주를 성장 배지 5ml을 넣어주어 T25 플라스크에 배양한다. (성장 배지 : DMEM with 10% FBS)(1) Take out the cell stock (1.0 × 10 6 cells/vial) from the nitrogen tank and react until it is half-dissolved in a water bath. Then, add 5 ml of a growth medium to the dissolved cell line and incubate it in a T25 flask. (Growth medium: DMEM with 10% FBS)

(2) 하루 지난 후, T25 플라스크에 다음과 같이 선별 시약을 추가한다.(2) After one day, add the selection reagent to the T25 flask as follows.

i) L-WNT3A 세포를 위해, 최종 농도 0.4 mg/ml이 되도록, 8 ul/ml G-418 용액 (50 mg/ml)을 첨가i) For L-WNT3A cells, add 8 ul/ml G-418 solution (50 mg/ml) to a final concentration of 0.4 mg/ml

ii) Rspo1 세포를 위해, 최종 농도 0.3 mg/ml이 되도록, 3 ul/ml 제오신(Zeocin) (100 mg/ml)을 첨가ii) For Rspo1 cells, add 3 ul/ml Zeocin (100 mg/ml) to a final concentration of 0.3 mg/ml

(3) 하루 지난 후 T25 플라스크가 꽉 차기 때문에 계대 배양을 시작한다.(3) Start subculture because the T25 flask is full after one day.

(4) 배지를 흡입하고 미리 데워둔 1× PBS로 세척을 1번 수행한다.(4) Aspirate the medium and wash once with 1×PBS pre-warmed.

(5) 상등액을 제거하고 미리 데워둔 TrypLE을 2 ml 넣어준 후, 배양기에 3분 넣어준다.(5) Remove the supernatant, add 2 ml of pre-warmed TrypLE, and put it in the incubator for 3 minutes.

(6) T25 플라스크를 꺼내어 성장 배지 2 ml을 넣어준 후, 세포를 수확하여 15 ml 튜브에 옮긴다.(6) Take out the T25 flask, add 2 ml of growth medium, harvest the cells, and transfer to a 15 ml tube.

(7) 300 g에서 3분 동안 원심분리한다.(7) Centrifuge at 300 g for 3 minutes.

(8) 상등액을 제거하고 성장 배지 2 ml을 넣어준 후, 펠렛을 잘 푼 다음 1 ml을 분주하여 T75 플라스크에 넣어준 후, 나머지 배지 (최종 12ml)와 선별 시약을 조성대로 넣어 준다. 그 후에, 배양기에 보관한다.(8) Remove the supernatant and add 2 ml of the growth medium, dissolve the pellet, aliquot 1 ml and put it in the T75 flask, and then add the rest of the medium (final 12 ml) and the selection reagent according to the composition. After that, it is stored in an incubator.

< < WNT3AWNT3A CM > CM >

(9-1) 2-3일 후에 한 번 더 계대 배양하여 총 10개의 T75 플라스크를 준비한다. 이때 분할비(split ratio)는 1:10 정도가 적당하다. 이때, 분할(split) 후, 선별 배지가 아닌 수확 배지를 10 ml 넣어준다. (수확 배지: 10 ml of DMEM with 10% FBS)(9-1) After 2-3 days, passaging once more to prepare a total of 10 T75 flasks. In this case, a split ratio of about 1:10 is suitable. At this time, after splitting, 10 ml of a harvest medium, not a selection medium, is added. (harvest medium: 10 ml of DMEM with 10% FBS)

(9-2) L-WNT3A 세포가 자라면서 WNT3A를 분비한다. 4일 후에 첫 번째 배지를 수확하여 냉장 보관하고 (1st Batch) 수확 배지 10ml를 넣어준다.(9-2) As L-WNT3A cells grow, they secrete WNT3A. After 4 days, harvest the first medium, refrigerate (1 st Batch), and add 10 ml of harvest medium.

(9-3) 3일 후 배지를 수확하여 (2nd Batch) 1st Batch 배지와 섞어준 후 3,000 rpm 에 10 분간 원심분리한다(4 ℃).(9-3) After 3 days, the medium is harvested (2 nd Batch), mixed with 1 st Batch medium, and centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes (4 ℃).

(9-4) 상층액을 0.22 ㎛ 진공 필터 플라스크 위쪽에 부어 준 후, 진공을 걸어 여과한다.(9-4) After pouring the supernatant onto the 0.22 μm vacuum filter flask, apply vacuum to filter.

< < Rspo1Rspo1 CM > CM >

(10-1) 2-3일 후에 한 번 더 계대 배양하여 총 10개의 T75 플라스크를 준비한다. 이 때 분할비(split ratio)는 1:10 정도가 적당하다.(10-1) After 2-3 days, passaging once more to prepare a total of 10 T75 flasks. In this case, a split ratio of about 1:10 is suitable.

(10-2) 2-3일 후에 T75 플라스크가 70~80% 정도 찰 때, 다음 15ml의 수확 배지를 넣어준다. (수확 배지: 15 ml of AdDMEM/F12 with 1×GlutaMAX)(10-2) After 2-3 days, when the T75 flask is about 70-80% full, add the next 15ml of harvesting medium. (Harvest medium: 15 ml of AddDMEM/F12 with 1×GlutaMAX)

(10-3) 1주일 간 배양기에서 배양한다.(10-3) Incubate in an incubator for 1 week.

(10-4) 1주일 후 상등액을 50 ml 튜브에 수확한 후, 3,000 rpm, 4℃에서 10분 동안 원심분리한다.(10-4) After one week, the supernatant is harvested in a 50 ml tube, and centrifuged at 3,000 rpm, 4° C. for 10 minutes.

(10-5) 상층액을 22 ㎛ 진공 필터 플라스크 위쪽에 부어 준 후, 진공을 걸어 여과한다.(10-5) After pouring the supernatant onto a 22 μm vacuum filter flask, apply vacuum to filter.

(11) 수확된 조건 배지를 분주(aliquot)하여 50ml 튜브에 냉동 보관하고, 필요시에 1개씩 꺼내어 냉장 보관하여 사용하도록 한다.(11) Aliquot the harvested conditioned medium and store it frozen in a 50ml tube. If necessary, take out one at a time and keep it refrigerated for use.

5. 인간 편도 줄기세포 유래 5. Human Tonsil Stem Cell Derived 오가노이드의organoid 계대passage

(1) 배양액을 새 코니컬 튜브(conical tube)에 넣어준 후, 300 g에 5 분간 원심분리를 시행한다. 위의 상층액을 제거한 후, 48 웰 플레이트 1 웰 당 500 ul의 TrypLE Express (10 mM의 Y-27632 첨가)를 넣어주어 피펫팅(pipetting) 한 후, 이미 튜브에 있는 세포 펠렛과 같이 37℃ 수조에 10분간 반응시킨다.(1) After putting the culture solution in a new conical tube, centrifuge at 300 g for 5 minutes. After removing the supernatant, 500 ul of TrypLE Express (10 mM Y-27632 added) per well of a 48-well plate was added and pipetting was performed. react for 10 minutes.

(2) 1 ml의 PBS를 넣어 준 후 피펫팅(pipetting)을 세게 20회 이상 시행한 후, 300 g로 5분간 원심분리한다.(2) After adding 1 ml of PBS, pipetting vigorously more than 20 times, and then centrifuging at 300 g for 5 minutes.

(3) 세포 펠렛을 40 ㎛ 여과기(strainer)로 걸러내어 분리되지 않은 오가노이드를 걸러내서 제거한다. (3) Filter the cell pellet with a 40 μm strainer to filter out unremoved organoids.

(4) 걸러진 세포 부유물은 세포수를 세어서 상기 오가노이드 제작 방법을 반복한다.(4) The filtered cell suspension is counted and the above organoid preparation method is repeated.

<< 실시예Example > >

편도 샘플에서 세포를 추출하여 오가노이드 배양을 시도하였다. 이 때, 면역 세포의 성장을 촉진시키기 위해 다음과 같은 전략을 시도하였다; 1) 기존의 오가노이드 배양에 처리하는 기본 배지인 Advanced DMEM/F12 대신 면역 세포 배양에 최적화된 X-VIVO 15 배지를 기본으로 오가노이드 배양 배지를 만든다. 2) T 세포의 활성화를 위해 anti-CD3 antibody (1 ug/ml) 와 anti-CD28 antibody (2 ug/ml)를 수용성 형태(soluble form)로 배지에 첨가하였다. 3) 추가적인 T 세포 성장을 위해 배지에 IL-2를 추가하였다. 위의 세 가지 전략으로 기존의 배지 대비 면역 세포의 성장을 촉진시킬 수 있는 조건을 2주간 (passage 0) 스크리닝 한 후, 최적의 조건들을 선별하여 계대배양(subculture) 후에도 면역 세포 및 오가노이드의 배양 및 성장이 유지되는 지를 확인하였다.Organoid culture was attempted by extracting cells from tonsil samples. At this time, the following strategies were tried to promote the growth of immune cells; 1) Make an organoid culture medium based on X-VIVO 15 medium optimized for immune cell culture instead of Advanced DMEM/F12, which is the basic medium for organoid culture. 2) For T cell activation, anti-CD3 antibody (1 ug/ml) and anti-CD28 antibody (2 ug/ml) were added to the medium in soluble form. 3) IL-2 was added to the medium for additional T cell growth. After screening for 2 weeks (passage 0) the conditions that can promote the growth of immune cells compared to the conventional medium with the above three strategies, optimal conditions are selected and cultured of immune cells and organoids even after subculture And it was confirmed whether growth is maintained.

1. X-1. X- VIVOVIVO 15 media와 T 세포 자극 항체의 사용법에 따른 면역 세포 성장 15 Immune cell growth according to the use of media and T cell stimulating antibody

X-VIVO 15 배지를 기반으로 한 편도 오가노이드 배양액 (TS-media로 줄여 씀, 조성은 표 1를 참고)에서 배양한 오가노이드 및 면역 세포의 유지 정도를 2주 배양 후에 유세포분석(flow cytometry) 기법을 통하여 확인하였다. 이 때, 대조군으로는 X-VIVO 15 배지만을 사용한 조건을 추가하였고 각각 anti-CD3, anti-CD28 또는 anti-CD3 및 anti-CD28 자극을 통하여 T 세포의 활성화를 촉진하였다(표 2).The maintenance level of organoids and immune cells cultured in X-VIVO 15 medium-based one-way organoid culture medium (abbreviated as TS-media, see Table 1 for composition) was analyzed by flow cytometry after 2 weeks of culture. It was confirmed through the method. At this time, as a control, a condition using only X-VIVO 15 medium was added, and T cell activation was promoted through stimulation of anti-CD3, anti-CD28, or anti-CD3 and anti-CD28, respectively (Table 2).

( - )( - ) Anti-CD3Anti-CD3 Anti-CD28Anti-CD28 Anti-CD3/28Anti-CD3/28 X-VIVO 15X-VIVO 15 # 1# One # 2# 2 # 3#3 # 4# 4 TS-mediaTS-media # 5#5 # 6#6 # 7#7 # 8# 8

각 조건에 따른 실험 결과는 도 1에 나타냈다.Experimental results according to each condition are shown in FIG. 1 .

X-VIVO 15 배양액만으로는 상피 세포 오가노이드의 제작에는 실패하였다. 다만, CD3/CD28 자극에 따른 T 세포의 증가가 X-VIVO 15 배양액에서 관찰되었다 (도 1, #4). 상피 세포 오가노이드 배양에 적합한 TS-media 에서는 오가노이드에서 유래한 세포인 상피 세포가 증가되어 있고, 면역 세포도 일정 부분 유지되고 있어서 상피세포 오가노이드의 면역세포의 공배양이 가능한 상황이라 판단하였다. 하지만 한 번의 계대를 수행한 후, 한 달 정도 배양을 유지하였을 때, 오가노이드의 성장이 우점하여 결과적으로 면역 세포의 비율이 실험에 적합하지 않을 정도로 줄어드는 현상을 확인하였다(도 2).The production of epithelial cell organoids was unsuccessful only with the X-VIVO 15 culture medium. However, an increase in T cells according to CD3/CD28 stimulation was observed in the X-VIVO 15 culture medium (FIG. 1, #4). In TS-media suitable for culturing epithelial cell organoids, epithelial cells, which are cells derived from organoids, are increased, and immune cells are also partially maintained. However, after performing one passage, when culture was maintained for about a month, it was confirmed that the growth of organoids was dominant, and as a result, the ratio of immune cells was reduced to an extent not suitable for the experiment (FIG. 2).

계대 후에도 면역 세포를 유지하고, 오가노이드와의 상호작용을 연구하기 좋은 모델 시스템 구축을 위해 해당 조건에 T 세포의 성장을 촉진하는 IL-2를 추가하는 배양액 조건에서 위 실험을 시행하였다. Passage가 지난 후에도 면역 세포의 성장을 유지하기 위해 T 세포의 성장을 촉진하는 IL-2를 추가하는 배양액 조건을 기반으로 실험을 수행하였다. 그 결과, IL-2와 항-CD28 항체가 들어간 조건에서 비교적 크기가 큰 오가노이드의 형성을 passage 0에서 확인하였다. 이 때, 항-CD3 항체가 추가되었을 때 오히려 오가노이드의 성장이 억제되는 것을 확인하였는데(도 3a), 이는 과도한 면역 반응에 의해 오가노이드를 이루는 상피세포가 면역 세포의 공격을 받아서 일어난 것으로 생각된다(도 3b). To build a model system that maintains immune cells even after passage and studies the interaction with organoids, the above experiment was performed in a culture medium in which IL-2, which promotes T cell growth, is added to the relevant conditions. In order to maintain the growth of immune cells even after passage, the experiment was performed based on the culture medium condition in which IL-2, which promotes the growth of T cells, is added. As a result, the formation of relatively large organoids under the conditions in which IL-2 and anti-CD28 antibody were added was confirmed at passage 0. At this time, it was confirmed that the growth of the organoid was rather inhibited when the anti-CD3 antibody was added (Fig. 3a), which is thought to have occurred because the epithelial cells constituting the organoid were attacked by the immune cells due to an excessive immune response. (Fig. 3b).

따라서 passage 1에서 항-CD28 항체 + IL-2의 조건으로 면역 세포가 유지되는 지를 확인하였고, 그 결과 해당 조합의 조성물로 편도 오가노이드가 유지되고 (검은색 화살표), 근처에 면역 세포 성장으로 인한 클러스터가 형성되는 것을 (빨간색 화살표) 확인할 수 있었다(도 4a).Therefore, it was confirmed whether immune cells were maintained under the condition of anti-CD28 antibody + IL-2 in passage 1, and as a result, tonsil organoids were maintained with the composition of the corresponding combination (black arrow), It was confirmed that clusters were formed (red arrow) (Fig. 4a).

실제로 해당 세포를 활용하여 유세포 분석법으로 세포를 분석할 때, passage 0와 비교하였을 때, 비슷한 정도의 면역 세포 비율이 유지되어 있는 것을 확인하였고, T 세포 활성화에 따른 T 세포 population의 증가 및 B 세포도 어느 정도 유지되고 있음을 passage 1(한 달 배양 후) 에서도 확인할 수 있었다(도 4b).In fact, when the cells were analyzed by flow cytometry using the corresponding cells, it was confirmed that a similar level of immune cell ratio was maintained when compared to passage 0. It was confirmed in passage 1 (after culture for one month) that it was maintained to some extent (FIG. 4b).

2. 편도 2. One way 오가노이드organoid my 마커marker 발현 확인 Expression confirmation

편도 오가노이드가 정상적으로 생성되었으며, 원 조직에서 발현하는 마커가 오가노이드에서도 유지되는 지를 확인하기 위해 오가노이드 배양 후 IF 염색 기법을 통하여 오가노이드의 마커 발현 유무를 확인하였다(도 5).Tonsil organoids were generated normally, and to confirm whether the markers expressed in the original tissue were maintained in the organoids, the presence or absence of the marker expression of the organoids was checked through the IF staining technique after culturing the organoids (FIG. 5).

그 결과, 기존의 조직에서 발현하는 마커들이 모두 오가노이드에서도 발현함을 확인하였다. 다만, 조직에서 기저 (basal) 부분에 발현하는 마커들은 (p75, CD44, CK19, CK14) 오가노이드의 바깥에서 발현하고, 표면 (surface) 부분에 발현하는 마커들은 (MUC1, CK13, CK8) 오가노이드의 안쪽에서 발현하는 것이 관찰되어 조직과는 반대되는 방향(orientation)을 가지는 것으로 파악되었는데, 이는 장 오가노이드(intestinal organoid) 등 다른 오가노이드에서도 관찰되는 공통적인 현상이다.As a result, it was confirmed that all of the markers expressed in existing tissues were also expressed in organoids. However, markers expressed in the basal part of the tissue (p75, CD44, CK19, CK14) are expressed outside the organoid, and the markers expressed in the surface part (MUC1, CK13, CK8) are organoids was observed to have an orientation opposite to that of the tissue, which is a common phenomenon observed in other organoids such as intestinal organoids.

3. 배양액 내 3. In the culture medium PGE2PGE2 첨가에 따른 according to the addition 오가노이드organoid 생성 정도 확인 Check the level of production

추가적으로, PGE2 의 배양액 내 농도에 따른 오가노이드 생성 정도의 변화를 광학 현미경 이미지 분석을 통하여 확인해 보았다. PGE2가 없는 배양액 내에서는 오가노이드의 개수가 현저히 줄어드는 반면에 PGE2의 농도 의존적으로 농도가 높을수록 오가노이드의 개수 및 오가노이드의 크기가 유의미하게 증가하는 것을 확인하였다(도 6). 이 결과는 유세포 분석을 통한 단일세포 분석으로도 증명되었으며(도 7, 왼쪽), PGE2의 농도가 5 μM일 때 오가노이드를 구성하는 상피세포의 비율이 PGE2를 처리하지 않은 군 대비 유의미하게 증가하는 것을 확인하였다. 반면에 면역 세포의 비율은 유의미하게 감소하는 것을 확인하였고(도 7, 오른쪽), 이를 통하여 PGE2는 공배양 조건에서 면역 세포와 오가노이드를 구성하는 상피 세포의 비율을 조절하는 중요한 인자임을 증명하였다. 실험 결과 해당 조건에서 면역 세포와 상피 세포간의 최적의 비율을 유지하기 위해서는 PGE2의 농도를 0.1 ~ 0.5 μM로 하는 것이 적절하다는 결론에 도달하였다.Additionally, the change in the degree of organoid generation according to the concentration of PGE2 in the culture medium was confirmed through optical microscopy image analysis. While the number of organoids was significantly reduced in the culture medium without PGE2, it was confirmed that the number of organoids and the size of the organoids significantly increased as the concentration of PGE2 was increased in a concentration-dependent manner (FIG. 6). This result was also demonstrated by single cell analysis through flow cytometry (Fig. 7, left), and when the concentration of PGE2 was 5 μM, the ratio of epithelial cells constituting organoids significantly increased compared to the group not treated with PGE2. confirmed that. On the other hand, it was confirmed that the ratio of immune cells was significantly decreased (FIG. 7, right), and through this, it was proved that PGE2 is an important factor regulating the ratio of epithelial cells constituting immune cells and organoids in co-culture conditions. As a result of the experiment, it was concluded that it is appropriate to set the concentration of PGE2 to 0.1 ~ 0.5 μM in order to maintain the optimal ratio between immune cells and epithelial cells under the relevant conditions.

Claims (6)

IGF-1, IL-2 및 항-CD28 항체를 유효성분으로 포함하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양을 위한 배양액 조성물.A culture medium composition for co-culture of tonsil stem cell-derived tonsil organoids and tonsil immune cells comprising IGF-1, IL-2 and anti-CD28 antibody as an active ingredient. 제1항에 있어서, 상기 배양액 조성물은 프로스타글란딘 E2(Prostaglandin E2; PGE2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배양액 조성물.According to claim 1, wherein the culture composition is a culture medium composition characterized in that it further comprises prostaglandin E2 (Prostaglandin E2; PGE2). 제2항에 있어서, 상기 배양액 조성물은 최종 농도 10 내지 200 ng/ml의 IGF-1, 최종 농도 1 내지 20 ng/ml의 IL-2, 최종 농도 1 내지 10 ㎍/ml의 항-CD28 항체 및 최종 농도 0.1 내지 0.5 μM의 PGE2를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양액 조성물.The method according to claim 2, wherein the culture composition comprises IGF-1 at a final concentration of 10 to 200 ng/ml, IL-2 at a final concentration of 1 to 20 ng/ml, an anti-CD28 antibody at a final concentration of 1 to 10 μg/ml, and A culture solution composition comprising PGE2 at a final concentration of 0.1 to 0.5 μM. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배양액 조성물은 표 1에 기재된 구성성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배양액 조성물.The culture solution composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the culture solution composition consists of the components shown in Table 1. (1) 편도 조직으로부터 편도 줄기세포를 분리하는 단계;
(2) 상기 분리된 편도 줄기세포를 세포 외 매트릭스(Extracellular matrix; ECM)에 접촉시키는 단계; 및
(3) 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 따른 배양액 조성물에 상기 ECM에 접촉된 편도 줄기세포를 배양하여, 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포를 배양하는 단계를 포함하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양 방법.
(1) isolating tonsil stem cells from tonsil tissue;
(2) contacting the isolated tonsil stem cells with an extracellular matrix (ECM); and
(3) Tonsil stem cell-derived tonsils comprising the step of culturing tonsil stem cells in contact with the ECM in the culture solution composition according to any one of claims 1 to 4, and culturing tonsil organoids and tonsil immune cells Methods of co-culturing organoids and amygdala immune cells.
제5항에 있어서, 상기 배양된 편도 오가노이드는 p75, CD44, CK19, CK14, MUC1, CK13 및 CK8이 발현되는 것을 특징으로 하는 편도 줄기세포 유래 편도 오가노이드 및 편도 면역 세포의 공배양 방법.According to claim 5, wherein the cultured tonsil organoids p75, CD44, CK19, CK14, MUC1, CK13 and CK8 is characterized in that the expression of tonsil stem cell-derived tonsil organoids and tonsil immune cells co-culture method.
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